Produção de Metano em Biorreatores

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Aluno (a): Giovane Liberalesso dos Santos 
 
Data: 8.8.2022 
Termodinâmica 
 
 Avaliação Pratica 
Os gases são substâncias fundamentais para a propagação da vida na atmosfera terrestre. Na 
indústria as propriedades dos gases são exploradas em termos termodinâmicos e em reações 
químicas. 
Uma reação química muito explorada é a produção de metano gasoso (CH4) a partir da matéria 
orgânica em tanques conhecidos como biorreatores; nestes o controle da pressão é fundamental 
para o rendimento da reação e para projetar as dimensões do reator de forma segura. O metano 
pode ser utilizado como fonte alternativa de energia em usinas termoelétricas. A produção de 
metano ocorre em aterros sanitários, onde o lixo é processado gerando o gás que é canalizado 
até as usinas. 
O desenvolvimento e melhoramento desta tecnologia é fundamental, pois além de ser uma fonte 
renovável de energia contribui para a redução dos lixões nos centros urbanos. 
Suponha que você é o engenheiro industrial responsável por projetar um biorreator para a 
produção de metano. O material de construção do biorreator apresenta uma pressão admissível 
de 2 atm, a biorreação produz 80% de metano gasoso e 20% de gás carbônico (CO2). A 
temperatura de operação é de 577 K e os volumes específicos do CH4 e CO2 são 1479,5 dm3/kg 
e 547 dm3/kg, respectivamente. 
Diante deste contexto você foi desafiado a analisar a integridade física do biorreator 
quanto às seguintes questões: 
 
 
 
a) Considerando que os gases comportam-se como ideais, encontrar a pressão no interior 
do biorreator. 
 
 
 
 
 
b) Encontre a pressão no interior do biorreator considerando a equação de 
correção de Beattie-Bridgeman. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
c) Encontre a pressão no interior do biorreator considerando a equação de 
correção de Benedict-Webb-Rubin. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
d) Analise se o biorreator suportará a pressão dos gases e a consequência da 
escolha dos métodos de cálculo 
A pressão admissível é a pressão que um material suporta com segurança, ou seja, os riscos de rompimento 
da estrutura são pequenos. Nos métodos de cálculo das letras a e c forneceram uma pressão inferior à 
admissível e o método da letra b uma pressão superior, apesar de ser apenas pouco maior. 
O método em c é mais exato do que os outros e deve ser escolhido para os cálculos, entretanto, observa-se 
que o método mais simples e rápido em a forneceu o mesmo resultado do que em c, isto ocorreu devido a 
pressão de 2 atm ser baixa o suficiente para os gases serem considerados ideais e validar a lei dos gases ideais. 
O recipiente suportará a pressão dos gases, entretanto, os valores estão muito próximos do limite e para 
obter maior segurança recomenda-se usar um material um pouco mais resistente na constituição dos 
biorreatores. 
Um fato importante ocorre na escolha do método em b, o valor superior a 2 atm informa que o material não 
suportará a pressão, podendo trincar, explodir ou vazar gases, os cálculos deste método sugerem uma urgente 
e imediata troca do material de constituição do biorreator, que pode não ser tão alarmante na realidade. 
 
	b) Encontre a pressão no interior do biorreator considerando a equação de correção de Beattie-Bridgeman.
	c) Encontre a pressão no interior do biorreator considerando a equação de correção de Benedict-Webb-Rubin.
	d) Analise se o biorreator suportará a pressão dos gases e a consequência da escolha dos métodos de cálculo