Ponente
Descripción
Com o crescimento populacional, eleva-se a preocupação mundial sobre fontes alternativas de geração de energia que assegurem um fornecimento para a demanda global, ao passo que, preservam-se os recursos naturais. Ademais, outra dificuldade que decorre desse desenvolvimento populacional é o aumento na geração de resíduos sólidos, que possuem um alto potencial poluidor, principalmente se destinados de forma inapropriada. Nesse cenário, uma forma atraente para geração de energia renovável advém do uso de biodigestores, com o processo de digestão anaeróbia (DA) ocorrendo em seu interior. A DA é um processo bioquímico que compreende a fermentação de resíduos orgânicos por meio de microrganismos na ausência de oxigênio. Como produto desse processo tem-se a produção do biogás, que pode ser utilizado como fonte de energia e aquecimento. Assim, buscando-se contribuir para literatura científica sobre o estudo de biodigestores com o propósito de que venham a serem desenvolvidos processos mais robustos de DA que aumente a eficiência e a geração do biogás. Nesta pesquisa, desenvolve-se uma modelagem matemática da produção de biogás em um biodigestor indiano, considerando a temperatura como principal fator de influência no processo. O trabalho parte de um modelo já existente formulado por (Reyes, N. K. S. & Tudela, C. A. R. V., In: Anais do Encontro Regional de Matemática Aplicada e Computacional. Anais. 2025), composto por três variáveis de estado, biomassa bacteriana, biogás e substrato, acrescentando-se a este uma quarta variável relacionada à dinâmica térmica do biodigestor. O modelo desenvolvido utiliza sistemas de equações diferenciais ordinárias não lineares para representar a interação entre biomassa, substrato, biogás e temperatura. Incorporando-se ao sistema a cinética de Monod - equação que representa a relação entre o crescimento das bactérias e o consumo de susbtrato - , a formulação de Luedeking-Piret - considera uma produção parcialmente associada, onde há geração de produto tanto durante quanto após o crescimento celular - e uma equação algébrica baseada na pesquisa de (Hashimoto, A. G. et al., Livestock Wastes: A Renewable Resource, A. S. of A. E., 1981.), que relaciona a taxa máxima de crescimento microbiano com a temperatura. As simulações computacionais foram realizadas considerando cenários de inverno
e verão, com temperaturas fixas e variáveis, utilizando-se dados climáticos de Seropédica-RJ. Os resultados mostraram que a temperatura influencia diretamente todas as variáveis do sistema, especialmente a produção de biogás. Em temperaturas mais elevadas, observou-se maior atividade microbiana e maior rendimento energético, enquanto reduções térmicas diminuíram a eficiência da digestão anaeróbia. Por fim, o trabalho conclui que a inclusão da variável temperatura torna o modelo mais realista e aplicável ao estudo, simulação e otimização de iodigestores, contribuindo para pesquisas em energias renováveis, modelagem matemática e aproveitamento energético de resíduos orgânicos.