Desenvolvimento do protótipo conceitual BIoT - mecânica

Resumo

O controle manual é o grande gargalo operacional da produção de biogás no mundo todo, principalmente na etapa de purificação, na qual a composição gasosa de O2 é crítica para o compromisso entre a eficiência e a segurança do processo global. Os produtores são, em maioria, pequenos e incapazes de executar bem esse controle manual, até mesmo nos EUA.O controle automático libera mão-de-obra e aumenta a eficiência e a segurança. Porém, requer monitoramento contínuo, o que destrói rapidamente os sensores eletroquímicos de O2 dos sistemas comerciais devido à presença dos gases H2S e H2O no biogás bruto. Na prática, é preciso recalibrar várias vezes por dia e trocar os sensores várias vezes por ano, dependendo de mão-de-obra especializada.Portanto, o objetivo deste projeto é comprovar a viabilidade técnica de uma plataforma que melhore o monitoramento de biogás com o uso de tecnologias ópticas resistentes à degradação química. Em particular, a tecnologia UV-quenching para O2 e a NDIR para CO2. A primeira é recente e está em fase de testes. A segunda é a dominante para CO2 e CH4 em biogás bruto, então é um bom parâmetro de comparação.A BIoT, fundada em 2017 pelos Eng. Gustavo Lasinskas e Eng. Dr. Rafael Nahat, situa-se em São Paulo, SP, e é fruto do trabalho de pesquisa realizado por ambos nas áreas de IIoT, IA e controle de envase e de frota (Ambev), instrumentação, automação e controle de processos de eletrólise de terras raras, moagem de minérios 4.0 (IPT) e bioprocessos de produção de polihidroxialcanoatos (ICB/USP), além de outros trabalhos com sistemas IoT e de TI para startups. Nos esforços já realizados pela BIoT, em parcerias com os laboratórios de Bioprodutos (ICB/USP), do GEnBio (EP/USP) e de Biotecnologia Industrial (IPT), foi possível comprovar que a tecnologia óptica UV-quenching é tão rápida, estável, durável, precisa e não-invasiva para medir O2 quanto a tecnologia óptica NDIR é para medir CO2. Agora falta descobrir se ela de fato poderia resistir a altos teores de H2S.Então, neste projeto, o sistema todo será submetido a concentrações de H2S similares à do biogás bruto, visando a validação em ambiente relevante (TRL 5) não só dos elementos sensitivos (O2, CO2, pressão e temperatura) mas também das tubulações e sistemas auxiliares.Foi encontrado na literatura apenas um estudo similar usando um elemento sensitivo UV-quenching (referência EARTE5 do plano de projeto), mas com concentrações de O2 e H2S muito menores. Ainda assim, ele resistia apenas 10 dias antes de precisar ser substituído e a deriva foi cerca de 0.5 ppm/dia.Por isso, o sistema BIoT implementará um processo químico miniaturizado inédito em monitoramento de gases, com múltiplas estratégias possíveis de mitigação do efeito deletério do H2S. Como este gás também é muito tóxico para humanos, os ensaios foram projetados para prover até 9 níveis de proteção, dos quais os seguintes merecem destaque:1) Sistema inteiro miniaturizado (minimizar volume de H2S que pode vazar);2 e 3) Sistema inteiro dentro de um recipiente com uma solução neutralizadora e indicadora (muda de cor), e essa montagem dentro de um outro recipiente com pressão positiva de CO2 (retarda difusão);8) Conexões sem fio entre o hardware próximo ao gás (computação de borda) e o hardware próximo ao operador (melhor isolamento mecânico);9) Válvulas automáticas, câmeras e webservice (operação à distância).Ou seja, a miniaturização, a proteção IP68, a computação de borda conectada sem fio e a automatização conectada à internet, requisitos importantes de um produto da Indústria 5.0, serão desafiadas num ambiente controlado (TRL 4) de segurança ocupacional.Esta proposta de bolsa é a de treinamento técnico 2 da frente de pesquisa de processos (a de TRL 5), e pode ser resumida como prototipagem mecânica.