4 DESENVOLVIMENTO
4.3 Processo de biodigestão
4.3.2 Modelos de biodigestores
Os biodigestores são equipamentos utilizados para a biodigestão dos compostos orgânicos e produção de biogás. Segundo Deganutti (2002), o biodigestor consiste em uma câmara fechada onde o material orgânico é colocado em solução aquosa para sofrer decomposição e gerar o biogás, o qual irá se acumular na parte superior da câmara. Atualmente há uma grande gama de modelos de biodigestores, cujo uso varia com a adaptação necessária para cada caso.
No Brasil os biodigestores rurais tiveram maior desenvolvimento na década de 80 quando contaram com grande apoio dos Ministérios da Agricultura e de Minas e Energia (ANDRADE, 2002). Cerca de 8.000 unidades, principalmente os modelos chinês e indiano, além de alguns de plástico tinham sido construídos até 1.988, dos quais 75% estavam funcionando adequadamente (COELHO et al, 2000).
De acordo com Andrade (2002), a difusão da tecnologia dos biodigestores no Brasil enfrenta dificuldades decorrentes de: escassez de recursos financeiros, custo relativamente elevado dos biodigestores, falta de mentalidade relacionada com a importância de um programa de formação de recursos humanos para dar apoio à sua implantação e manutenção e desenvolvimento de tecnologia alternativa quanto ao projeto e materiais de construção a serem utilizados. Os modelos de biodigestores mais empregados hoje no Brasil e no mundo foram
desenvolvidos e aperfeiçoados na China e na Índia (OLIVEIRA, 2009). De acordo com Gaspar (2003), dentre os biodigestores de sistema de abastecimento contínuos mais difundidos no Brasil estão os modelos chinês e indiano. Por isso, alguns dos modelos mais comuns no Brasil continuam sendo o modelo indiano, o chinês e o modelo em batelada quando a disponibilidade de resíduo ocorre em períodos mais longos.
Segundo Deganutti (2002), o modelo indiano consiste em um biodigestor contínuo caracterizado por uma campânula como gasômetro e uma parede central que divide o tanque de fermentação em duas câmaras para que o material circule por todo o interior da câmara de fermentação. De acordo com Deganutti (2002), essa campânula pode estar mergulhada sobre a biomassa em fermentação ou em um selo d’água externo visto que ambos os posicionamentos reduzem as perdas durante o processo de produção de gás.
O modelo indiano é um biodigestor contínuo que trabalha com uma pressão de operação constante, pois o gasômetro tende a se deslocar verticalmente de forma a regular o volume à medida que o volume de gás produzido não é imediatamente consumido, o que mantém a pressão constante de forma similar a um êmbolo.
A concentração de sólidos totais do resíduo utilizado como alimentação do digestor não deve ultrapassar 8% para evitar entupimentos dos canos de entrada e saída do material e também para facilitar o fluxo deste pelo interior da câmara de fermentação. O abastecimento desse resíduo deve ser constante e em meios rurais são utilizados os dejetos de bovinos e/ou suínos, os quais podem prover um fornecimento regular.
A construção deste modelo é fácil, porém o gasômetro metálico encarece o custo final, assim como possíveis distâncias maiores para o transporte da carga de resíduos, o que pode inviabilizar a implantação do modelo.
Na Figura 5, é possível observar maiores detalhes do modelo. E na Figura 6, em seguida, está uma representação tridimensional do modelo indiano.
Figura 5 – Representação em corte da vista frontal de um biodigestor de modelo indiano.
Fonte: Adaptado de Deganutti (2002)
Onde as variáveis demonstradas na figura são definidas por: H - Altura do nível do substrato;
Di - Diâmetro interno do biodigestor; Dg- Diâmetro do gasômetro;
Ds- Diâmetro interno da parede superior; h1- Altura ociosa (reservatório do biogás); h2- Altura útil do gasômetro.
a- Altura da caixa de entrada.
Figura 6 – Representação tridimensional em corte do modelo indiano
Fonte: Deganutti (2002)
O modelo chinês é formado por uma câmara cilíndrica em alvenaria (tijolo) para a fermentação, com teto abobadado, impermeável, destinado ao armazenamento do biogás (DEGANUTTI, 2002).
O funcionamento desse biodigestor tem como base o princípio da prensa hidráulica, ou seja, quando há um aumento da pressão interna devido ao acúmulo de biogás ocorre um deslocamento do efluente da câmara de fermentação para a caixa de saída, assim como acontece o deslocamento em sentido contrário durante uma descompressão.
Este modelo, assim como o indiano, funciona com a alimentação contínua do substrato, cuja concentração de sólidos também não deve ultrapassar 8% para facilitar a circulação do material e evitar possíveis entupimentos do sistema de entrada.
Este tipo de biodigestor libera uma parte do gás para a atmosfera para reduzir parcialmente a pressão interna do gás e, por isso, não é utilizado em instalações de grande porte. Por ser constituído quase que totalmente em alvenaria e dispensar o uso do gasômetro em placa de aço, o modelo chinês tem um custo menor, mas infelizmente também exige maiores cuidados com vedação e impermeabilização da estrutura para evitar problemas de vazamento do biogás.
Na Figura 7 é possível observar os principais elementos de um biodigestor neste modelo vista frontal. Na Figura 8 tem-se a representação tridimensional.
Figura 7 - Representação em corte da vista frontal de um biodigestor no modelo chinês.
Fonte: Adaptado de Deganutti (2002)
Onde as variáveis demonstradas na figura são definidas por: D - é o diâmetro do corpo cilíndrico;
H - é a altura do corpo cilíndrico; hg - é a altura da calota do gasômetro; hf - é a altura da calota do fundo;
Of - é o centro da calota esférica do fundo; Og - é o centro da calota esférica do gasômetro; he - é a altura da caixa de entrada;
De - é o diâmetro da caixa de entrada; hs - é a altura da caixa de saída; Ds - é o diâmetro da caixa de saída; A - é o afundamento do gasômetro;
Figura 8 - Representação tridimensional em corte do modelo chinês.
Fonte: Deganutti (2002)
De acordo com Lucas Júnior (1984), o modelo indiano demonstrou ser ligeiramente mais eficiente na produção de biogás e na redução de sólidos no substrato do que o modelo chinês (Tabela 1), embora os dois modelos contínuos possuam desempenho similar ao operar com esterco bovino. #atualizar?
Tabela 1 - Desempenho de biodigestores modelo Indiano e Chinês, com capacidade de 5,5 m³ de biomassa, operados com esterco bovino.
Biodigestor
Modelo Chinês Modelo Indiano
Redução de Sólidos (%) 37 38
Produção média
(m³.dia-1) 2,7 3,0
Produção média
(L.m-3 de substrato) 489 538
Fonte: Lucas Júnior (1984)
De acordo com Barrera (2003), para as condições climáticas da maior parte do Brasil, a menor capacidade de aproveitamento da produção de gás do modelo chinês é insignificante. O Quadro 3 apresenta uma comparação de características entre os modelos indiano e chinês.
Quadro 3 – Comparação de características entre os modelos contínuos indiano e chinês.
Indiano Chinês
Materiais Tijolo, cimento, pedra, areia, ferro ou alumínio.
Tijolo, cimento, pedra e areia.
Isolamento térmico Tem perdas de calor pela câmara de gás metálica,
difícil de isolar. Menos indicado para climas
frios.
Feito dentro da terra: bom isolamento natural, a temperatura constante
Perda de gás Sem problemas. A parte superior deve ser protegida com materiais
impermeáveis e não porosos; difícil obter construção estanque. Manutenção A câmara de gás deve
ser pintada uma vez ao ano.
Deve ser limpo uma ou duas vezes ao ano.
Produtividade Tempo de digestão 40-60 dias, produção 400 a 600 L/m3/dia. Tempo de digestão 40-60 dias; produção de 150 a 350L por m3 do volume do digestor/dia. Se for perfeitamente estanque
pode produzir até 600 L/m3/dia
Custo Mais caro (depende do custo da campânula).
Razoável se for possível a ajuda mútua
Fonte: Adaptado de Barrera (2003)
O biodigestor em batelada é um sistema simples com pouca exigência operacional, composto por um tanque anaeróbio ou por diversos tanques em série.
Segundo Deganutti (2002), o modelo em batelada é totalmente abastecido e mantido em fermentação por um período conveniente e após o término do período efetivo de produção de biogás o material pode ser descarregado, lavado e reabastecido.
O modelo em batelada atende principalmente as necessidades de propriedades cuja disponibilidade de biomassa ocorre em períodos mais longos, inviabilizando sistemas contínuos como o modelo indiano ou o chinês.
A representação do biodigestor modelo em batelada pode ser observada na Figura 9, seguida também pela representação tridimensional na Figura 10. Figura 9 - Representação em corte da vista frontal de um biodigestor em batelada.
Fonte: Adaptado de Deganutti (2002)
Onde as variáveis (Figura 9) são definidas por: Di é o diâmetro interno do biodigestor;
Ds é o diâmetro interno da parede superior; Dg é o diâmetro do gasômetro
h1 é a altura ociosa do gasômetro; h2 é a altura útil do gasômetro;
h3 é a altura útil para deslocamento do gasômetro;
b é a altura da parede do biodigestor acima do nível do substrato; c é a altura do gasômetro acima da parede do biodigestor.
Figura 10 - Representação tridimensional em corte do modelo em batelada.
Fonte: Deganutti (2002)