Monitoramento da produção de biogás em protótipo inteligente submetido a condições operacionais adversas

Resumo

A utilização de biodigestores tem se destacado como uma solução econômica e eficiente na gestão de resíduos orgânicos e produção de energia sustentável, alinhando-se às metas de sustentabilidade dos ODS 7 e ODS 13 da Agenda 2030. O presente estudo avaliou a produção de biogás a partir da digestão anaeróbica de uma mistura de resíduos alimentares e capim-elefante (Cenchrus purpureus). Para isso, analisaram-se três tratamentos distintos (T1, T2 e T3) pelo período de 21 dias. No caso do T1, caracterizado por um teor de sódio reduzido e isolamento térmico, uma melhor produção de biogás foi observada, com variação da temperatura interna dentro do intervalo esperado e pH relativamente neutro. Em termos numéricos, alcançou-se uma concentração máxima de CH₄ correspondente a 733,14 ppm. Enquanto isso, T2 registrou uma queda brusca na produção de CO₂ e CH₄ por volta do 13º dia, associada à instabilidade térmica provocada pelo não‑isolamento do protótipo trabalhado. Por sua vez, T3 exibiu uma produção insuficiente de biogás ao longo dos primeiros 10 dias de operação. Após este período, as medições foram interrompidas devido a problemas no equipamento, provavelmente relacionados ao elevado teor de sódio do substrato aplicado. Observou‑se o desenvolvimento de espécies fúngicas na parte superficial de todas as amostras, ao longo de todo o período de estudo. Os resultados indicam que o isolamento térmico e a composição do substrato desempenham funções importantes na manutenção de condições adequadas para o processo fermentativo, influenciando diretamente o rendimento da operação. O uso de microcontroladores mostrou-se eficiente para o monitoramento da biodigestão, fornecendo respostas assertivas e consistentes.

Palavras-chave: tecnologias emergentes; energia renovável; processos fermentativos; microcontroladores.

Abstract

The use of biodigesters is an economical and efficient solution for organic waste management and sustainable energy production, in alignment with the sustainability goals of SDG 7 and SDG 13 from the 2030 Agenda. This study evaluated the production of biogas from the anaerobic digestion of a mixture made of food waste and elephant grass (Cenchrus purpureus). Three treatments (T1, T2, and T3) were analyzed for 21 days. In the case of T1, which has thermal insulation and reduced sodium content, better biogas production could be observed, with internal temperature variation within the expected range and a relatively neutral pH. In numerical terms, a maximum CH₄ concentration of 733.14 ppm was achieved.  Meanwhile, T2 recorded a sharp drop in CO₂ and CH₄ production around the 13º day, associated with the thermal instability caused by the non‑insulation of the prototype. On the other hand, T3 showed insufficient biogas production over the first 10 days of operation. After this period, measurements had to be interrupted due to equipment problems, probably related to the high sodium content of the substrate applied. Fungal species were observed on the surface of all the samples throughout the study period. The results indicate that thermal insulation and substrate composition play important roles in maintaining suitable conditions for the fermentation process, directly influencing the performance of the operation. The use of microcontrollers proved to be efficient for monitoring biodigestion, providing assertive and consistent responses.

Keywords: emerging technologies; renewable energy; fermentative processes; microcontrollers.

Resumen

El uso de biodigestores se ha destacado como una solución económica y eficiente en la gestión de residuos orgánicos y en la producción de energía sostenible, alineándose con los objetivos de sostenibilidad de los ODS 7 y ODS 13 de la Agenda 2030. El presente estudio evaluó la producción de biogás a partir de la digestión anaeróbica de una mezcla de residuos alimentarios y pasto elefante (Cenchrus purpureus). Para ello, se analizaron tres tratamientos distintos (T1, T2 y T3) durante un período de 21 días. En el caso de T1, caracterizado por un contenido reducido de sodio y aislamiento térmico, se observó una mejor producción de biogás, con variación de la temperatura interna dentro del intervalo esperado y un pH relativamente neutro. En términos numéricos, se alcanzó una concentración máxima de CH₄ correspondiente a 733,14 ppm. Mientras tanto, T2 registró una caída brusca en la producción de CO₂ y CH₄ alrededor del día 13, asociada a la inestabilidad térmica provocada por la falta de aislamiento del prototipo trabajado. Por su parte, T3 mostró una producción insuficiente de biogás durante los primeros 10 días de operación. Después de este período, las mediciones fueron interrumpidas debido a problemas en el equipo, probablemente relacionados con el elevado contenido de sodio del sustrato aplicado. Se observó el desarrollo de especies fúngicas en la parte superficial de todas las muestras a lo largo de todo el período de estudio. Los resultados indican que el aislamiento térmico y la composición del sustrato desempeñan funciones importantes en el mantenimiento de condiciones adecuadas para el proceso fermentativo, influyendo directamente en el rendimiento de la operación. El uso de microcontroladores demostró ser eficiente para el monitoreo de la biodigestión, proporcionando respuestas precisas y consistentes.

Palabras clave: tecnologías emergentes; energía renovable; procesos fermentativos; microcontroladores.