6.4.1 Armazenamento
A produção de biogás pode sofrer oscilações muito significativas ao longo do dia, como reflexo da variação da carga orgânica afluente. Como tal, é comum proceder ao seu armazenamento temporário num gasómetro, o que permite gerir a sua utilização com maior flexibilidade. O armazenamento de biogás evita, por um lado, a sua queima desnecessária quando a produção for superior às necessidades da instalação, e permite, por outro, que a produção de energia eléctrica para consumo
Capítulo 6. Biogás
interno se concentre nos períodos do dia em que o custo de energia eléctrica adquirida à rede nacional é mais elevado, maximizando a utilização dos recursos internos.
Para além da função de equalizar o fluxo de biogás, os gasómetros permitem a homogenização da qualidade do gás, proporcionando um caudal constante, em qualidade e quantidade, aos sistemas utilizadores (CCE, 2000).
A capacidade de armazenamento pode variar de apenas algumas horas (geralmente 4 a 8 horas) até à capacidade total produzida diariamente. Os gasómetros podem ser de baixa, média ou alta pressão, em função da pressão de funcionamento, e podem estar acoplados ou ser exteriores ao digestor. A selecção do tipo de gasómetro mais adequado depende, essencialmente, da pressão necessária ao funcionamento dos sistemas utilizadores (CCE, 2000).
Nos gasómetros de baixa pressão, o biogás é mantido a uma pressão inferior a 50 mbar. O sistema mais generalizado consiste no armazenamento numa tela plástica flexível, exterior ao digestor, com configuração esférica ou de cilindro vertical ou horizontal. Podem ser utilizados materiais plásticos como o PEAD, PEBD e polipropileno, entre outros, sendo necessária a instalação de uma cobertura para abrigar da intempérie e da exposição solar e para proteger contra eventuais danos físicos causados por roedores e pássaros. Os gasómetros de tela não conseguem, simultaneamente, alterar o seu volume e manter a pressão do gás constante, pelo que se torna necessário instalar ventiladores que promovam o transporte do biogás até ao equipamento de utilização. Em alternativa, o biogás pode ser armazenado num gasómetro de campânula rígida flutuante e basculante, acoplado ao digestor, que desliza sobre carris verticais ou helicoidais fazendo variar o volume em função da quantidade de gás armazenado. O biogás pode, ainda, ser armazenado na zona de gás no interior do digestor ou em telas plásticas flexíveis fixas à parede do digestor (CCE, 2000).
Figura 6.1
Capítulo 6. Biogás
Qasim (1999) refere que, de um modo geral, a pressão no interior de um gasómetro pode variar entre 0 e 3,7 kN/m2.
Segundo CCE (2000), nos gasómetros de média pressão, o biogás é mantido a pressões entre 10 e 20 bar, enquanto no armazenamento a alta pressão, o biogás é mantido a pressões até 350 bar. O armazenamento do biogás em pressão exige a remoção prévia de sulfureto de hidrogénio, de modo a prevenir problemas de corrosão do sistema de compressão. Os gasómetros de média e alta pressão são constituídos por tanques de aço. Salienta-se que o limite de compressibilidade do metano é de 150 bar, pelo que acima deste limite, a quantidade suplementar de gás introduzida num determinado volume, por aumento da pressão, decresce rapidamente.
6.4.2 Transporte
A concepção do sistema de transporte de biogás deve atender às especificidades deste gás, nomeadamente no que respeita à variação de densidade e à potencial presença de componentes corrosivos.
Os principais parâmetros que condicionam o dimensionamento do sistema de transporte são, para além do caudal, a pressão e temperatura máximas do fluido. No que respeita à temperatura, dever- se-á considerar uma margem de segurança de 50% relativamente à temperatura de estabilização. Para sistemas com compressão do biogás, dever-se-á considerar o aquecimento provocado pelo aumento de pressão, que pode ser estimado pela aplicação da seguinte expressão (CCE, 2000):
entrada saída entrada saída P P T T = × [Eq. 6.3]
O sistema de transporte pode ser materializado com recurso a materiais metálicos, dos quais se destaca o aço inox pela sua durabilidade, ou a materiais plásticos, como o PEAD e o PVC, de instalação mais fácil e cujo preço é mais competitivo do que o aço inox. Deverão ser previstos dispositivos como manómetros, caudalímetros, condensadores, corta-chamas, válvulas de sub e sobrepressão, válvulas de corte rápido e reguladores de pressão, para facilitar a operação e monitorização de todo o sistema, mas também para garantir a segurança da instalação (CCE, 2000).
6.4.3 Compressão
A compressão do biogás pode ter os seguintes objectivos (CCE, 2000):
reduzir o volume de armazenamento; concentrar o conteúdo energético;
proporcionar a pressão necessária ao funcionamento dos equipamentos de conversão; aumentar a pressão necessária para vencer a resistência ao transporte do gás.
Capítulo 6. Biogás
Nos sistemas que utilizam biogás recirculado para a mistura e agitação do digestor, o biogás é comprimido para vencer a pressão introduzida pela altura de líquido no interior do reactor. Em instalações de maior dimensão, pode-se recorrer à compressão do biogás com o objectivo de reduzir a dimensão dos órgãos de armazenamento de biogás, ou para transportar e injectar o biogás numa conduta. Nas situações em que o biogás é utilizado como combustível de veículos automóveis, a compressão do gás confere a elevada densidade energética necessária a essa aplicação.
A compressão do biogás pode ser conseguida através de um compressor ou de um ventilador, dependendo do aumento da pressão pretendido. Qualquer que seja o tipo de equipamento utilizado, este deverá estar preparado para comprimir um gás combustível, inflamável e de características corrosivas. O biogás deverá ser sujeito a depuração prévia à sua compressão, que deverá incluir a sua desumidificação, bem como a remoção de sulfureto de hidrogénio (CCE, 2000).
6.4.4 Queima
As instalações de biogás deverão integrar um circuito de bypass entre o gasómetro e os equipamentos de cogeração, por forma a assegurar o desvio e posterior queima do biogás sempre que este não apresente qualidade compatível com a sua valorização, ou quando os equipamentos de cogeração se encontrem fora de serviço. O queimador (flare na terminologia anglo-saxónica) deverá ser automatizado e dotado de chama piloto e de dispositivo anti-retorno de chamas equipado com válvula anti-explosão.
O queimador deverá ser instalado a uma distância de segurança dos restantes equipamentos.