Modelagem analítica do transporte transiente de gases em meio poroso não saturado

Abstract

Atualmente, a humanidade vem enfrentando diversos problemas por conta dos impactos ambientais, sendo o aquecimento global um dos mais agravantes. A emissão de gases do efeito estufa para atmosfera são advindos de diversas fontes, inclusive da disposição de resíduos sólidos urbanos (RSU) em aterros sanitários. A decomposição anaeróbica da matéria orgânica presente nos resíduos geram um conjunto de gases comumente chamado de biogás. A composição majoritária do biogás é formada por CH4 e CO2, sendo ambos gases do efeito estufa, tornando os aterros sanitários uma fonte poluente, caso esses gases sejam liberados para atmosfera. O transporte do biogás ocorre no maciço de RSU e depois pelos drenos e tubulações até os queimadores, enquanto outra parcela podendo ser emitida para a atmosfera a depender do tipo da camada de cobertura do aterro sanitário. Assim, esse trabalho tem por objetivo um estudo sobre o transporte dos principais componentes do biogás, metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2), e gases como oxigênio (O2) e nitrogênio (N2), presentes com abundância no gás atmosférico. Nessa pesquisa, uma solução analítica do transporte dos gases é proposta, considerando-se, também, a parcela de oxidação do metano devido a reações com oxigênio. A solução analítica do transporte dos gases é validada por meio de um ensaio laboratorial em coluna de solo publicado na literatura. Após a validação, é realizado um estudo paramétrico para entendimento da importância de algumas variáveis para o transporte, emissão e oxidação do CH4. A análise paramétrica é utilizada também como ferramenta para o desenvolvimento de critérios de projeto de camadas de coberturas de aterros sanitários. Por fim, por meio das condições de contorno e iniciais propostas, foi possível prever o comportamento dos gases de modo satisfatório. De modo geral, teve-se uma boa previsão do transporte, emissão e oxidação dos gases tendo assim a criação de uma solução analítica pioneira na previsão do comportamento dos gases em um meio poroso não saturado.