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ESTUDO COMPARATIVO DE MODELOS MATEMÁTICOS ENVOLVENDO O PROCESSO DE DIGESTÃO ANAERÓBIA

COMPARATIVE STUDY OF MATHEMATICAL MODELS INVOLVING THE PROCESS OF ANAEROBIC DIGESTION

Koltermannn, Paulo Irineu; Ortega, Jéferson Meneguin; Pereira, Valmir Machado; Rosa, Karen Thayná da; Rodrigues, Vanessa Braga; Morais, Leonardo Santos;

Artigo Completo:

No contexto do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), os reatores anaeróbios caracterizam-se como sistemas essenciais para o aproveitamento dos resíduos orgânicos gerados principalmente nas estações de tratamentos de esgoto urbanos, podendo contribuir com a autossuficiência energética das instalações, reduzindo o consumo de eletricidade pela utilização do Biogás na geração de energia elétrica. Grande parte do desconhecimento que rodeia o processo de digestão anaeróbia deve-se à escassez de modelos explicativos do processo, o que leva muitos responsáveis pelas tomadas de decisão na área do tratamento de resíduos, a considerá-lo como um processo delicado, controlado por regras empíricas pouco claras, esquecendo as muitas vantagens inerentes à sua aplicação, que podem ser demonstradas pela existência de um modelo associado. O objetivo do trabalho é realizar uma análise comparativa dos diversos modelos adotados atualmente, caracterizando suas particularidades, limitações e grau de complexidade de sua implementação computacional. No âmbito deste tema, define-se um modelo como um conjunto de equações diferenciais, baseadas em balanços dos substratos, produtos, microrganismos e equilíbrios físico-químicos relacionados com as reações, que descrevem as transformações ocorridas durante todo o processo. No desenvolvimento dos primeiros modelos, os processos de digestão anaeróbia eram tratados quase sempre como sendo de primeira ordem, com a desintegração e hidrólise a limitar o processo, usando uma equação única para refletir os efeitos de muitos processos. A partir do avanço dos recursos computacionais e de análises mais refinadas dos processos, esses modelos foram aperfeiçoados tornando as simulações dos processos mais próximas da realidade . Os resultados advindos do trabalho permitirão aos estudiosos na área um melhor discernimento na tomada de decisão na escolha do modelo mais apropriado perante o grau de representação dos comportamentos físicos requerido. Além disso, serão realizadas análises dos modelos visando ajustes das equações na busca de uma melhor performance dos mesmos.

Artigo Completo:

In the context of the Clean Development Mechanism (CDM), anaerobic reactors are characterized as systems essential for the use of organic waste generated mainly in the urban sewage treatment plants, and can contribute to energy self-sufficiency of facilities, reducing electricity consumption the use of biogas to generate electricity. Much of the ignorance that surrounds the process of anaerobic digestion is due to the lack of explanatory models of the process, which leads many responsible for decision making in the waste treatment area, consider it as a delicate process, controlled by rules empirical unclear, forgetting the many advantages inherent in its application, which can be demonstrated by the existence of an associated model. The objective is to conduct a comparative analysis of the various models currently adopted, featuring its peculiarities, limitations and complexity of their computational implementation. Under this theme, we define a model as a set of differential equations, based on the balance sheets of substrates, products, microorganisms and physic-chemical balances related reactions, which describe the changes occurring throughout the entire process. In the development of the first model, the anaerobic digestion processes were often treated as a first order decay and hydrolysis to limit the process by using a single equation to reflect the effects of many processes. From the advancement of computational resources and more refined analyzes of processes, these models have been improved making the simulations closer to real life processes. The proceeds of the work will allow scholars in the area a better discernment in decision making in choosing the most appropriate to the level of representation required physical model behaviors. Furthermore, analyzes of models aiming adjustments equations in search of a better performance of same shall be held.

Palavras-chave: Modelagem Matemática, Digestão Anaeróbia, Métodos Numéricos, Mathematic Modeling, Anaerobic Digestion, Numerical Methods,

Palavras-chave: ,

DOI: 10.5151/mathpro-cnmai-0130

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Como citar:

Koltermannn, Paulo Irineu; Ortega, Jéferson Meneguin; Pereira, Valmir Machado; Rosa, Karen Thayná da; Rodrigues, Vanessa Braga; Morais, Leonardo Santos; "ESTUDO COMPARATIVO DE MODELOS MATEMÁTICOS ENVOLVENDO O PROCESSO DE DIGESTÃO ANAERÓBIA", p. 724-732 . In: Anais do Congresso Nacional de Matemática Aplicada à Indústria [= Blucher Mathematical Proceedings, v.1, n.1]. São Paulo: Blucher, 2015.
ISSN em b-reve, DOI 10.5151/mathpro-cnmai-0130

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