A carga orgânica aplicada (COA) foi encontrada empregando-se a Equação 1 descrita no tópico 1, e foi obtida a partir da quantidade média de SV presente nas amostras analisadas do dejeto afluente (dejeto diluído 1:1) ao biodigestor. A carga orgânica aplicada foi de 0,94 kg de SV/dia.
A produtividade de biogás foi estimada utilizando a Equação 3 descrita no tópico 1. Para obter o valor diário de vazão, foi estimado 30 minutos de uso de biogás por dia (1800 s) multiplicado pelo valor de vazão (Q = 0,0011 m³/s) obtido no item 2.1, assim o valor diário de vazão (Qdiário)é de 1,98 m³/dia. Já o volume útil do biodigestor determinado foi de 6,93 m³ (Equação 2). Sendo assim, a produtividade do biogás obtida foi de 0,29 m³ de biogás/m³ de biodigestor por dia, equivalentes à 0,21m³ de CH4/m³ de biodigestor, valor muito superior de
produtividade dado que a estimativa de produção de CH4 realizada no tópico 2.2 com a
quantidade de dejetos tratados atualmente foi de 0,20 m³ de CH4 por dia, logo a produtividade
de biogás estimada seria de 0,03 m³ de CH4/m³ de biodigestor por dia.
O rendimento do biogás foi calculado por meio da Equação 4. A partir da razão entre a vazão do biogás estimado para 30 minutos de uso diário (Qdiário= 1,98 m³/dia) e a carga orgânica aplicada (COA = 0,94 kg de SV/dia), obteve-se rendimento de biogás de 2,10 m³/kg de SV aplicado. A fim de comparação o valor de produtividade foi multiplicado pelo teor médio de CH4 (72,9%) no biogás, para obter a produtividade de CH4 por kg de SV. O valor de
rendimento obtido foi de 1,53 m³ de CH4/kg de SV aplicado. Valor de rendimento muito
elevado quando comparado ao fator de conversão (B0) utilizado para estimativa da produção de CH4 no tópico 2.2, que foi de 0,21 m³ de CH4/kg de SV.
Para realizar o cálculo da taxa de degradação do substrato descrito na Equação 5, além da carga orgânica aplicada no afluente (COAin), foi necessário estimar também a carga orgânica presente no efluente (COAout). Os dados da COAin e COAout foram retirados da caracterização de dejetos no tópico 2.2. Obteve-se dessa forma, uma taxa de degradação do substrato de 76,65%.
O potencial de energia térmica gerada pelo biogás foi estimado pela Equação 6. A partir da vazão do biogás (Q = 0,0011 m³/s), da concentração de CH4 (72,9% = 0,729) e do PCI
(26,10 MJ/m³) obteve-se uma potência disponível de 20,93 kW por dia.
Os parâmetros de desempenho utilizados foram adaptados para os dados obtidos no presente trabalho devido ao fato de as metodologias serem baseadas na operação contínua do biodigestor, e não intermitente como é executado na propriedade. Dessa forma, os parâmetros mais adequados para este estudo foram a COA e taxa de degradação do substrato.
Ressalta-se que a taxa de degradação do substrato de 76,65% é elevada quando comparada à redução do teor de sólidos voláteis apresentado no tópico 3.2, que foi de 10,27%, devido às características construtivas do biodigestor como citado no tópico 3.2 que não favorecem o fluxo de matéria no seu interior. Assim o digestato sai do biodigestor com menor conteúdo de ST, porém, com baixa redução de matéria orgânica (SV). Assim, para tratar a quantidade de dejetos inserida no biodigestor diariamente (10 litros + 10 litros de água) e obter uma boa redução dos SV são necessárias melhorias construtivas para que o processo de biodigestão seja mais eficiente.
Já para tratar a quantidade mínima de dejetos estimada (90,66 kg) com a mesma alimentação diária seriam necessários no mínimo mais oito biodigestores do mesmo modelo e volume, com a referida eficiência, ou outro biodigestor com maior capacidade (deste ou de outro modelo). Porém, para validar tais estimativas em estudo e para uma determinação precisa, recomenda-se quantificar a produção de dejetos recuperáveis na propriedade e aprofundar os estudos realizados neste trabalho.
4 CONCLUSÃO
Avaliando-se os resultados da caracterização das amostras de dejetos fresco, dejeto diluído e fertilizante orgânico obteve-se uma redução em torno de 10% no teor de SV quando comparado o dejeto fresco com o fertilizante orgânico, comprovando que a fração orgânica da biomassa foi degradada no interior do biodigestor. Apesar de apresentar redução na carga orgânica, quando comparado com literatura, o desempenho do biodigestor nesse quesito demonstrou-se inferior. Esse fato pode ser consequência das características construtivas do mesmo, que não apresenta a parede divisória no tanque de fermentação.
A partir da avaliação da quantidade total de dejetos produzidos na propriedade, estimou-se que apenas 11% dos dejetos são tratados via biodigestão. Dessa forma, concluiu-se
que seriam necessários mais oito biodigestores do mesmo modelo para tratar de forma correta o total de dejetos produzidos, consequentemente, há potencial para aumentar a produção de biogás. Sugere-se, para confirmação dessa estimativa, uma quantificação dos dejetos no local de estudo para uma análise mais precisa da real necessidade da utilização de mais biodigestores e posterior proposição para complementação do sistema de biodigestão atual.
Atualmente o biodigestor tem uma produção de CH4 estimada em 202 L/dia. Caso
houvesse a possibilidade de tratar todos os dejetos produzidos pelos animais da propriedade e disponíveis para biodigestão, essa quantidade seria até nove vezes maior, totalizando 1.831,4 L/dia de CH4, comprovando novamente a necessidade de maior capacidade de biodigestão.
A caracterização química do biogás em diferentes estações climáticas apresentou uma diferença significativa na concentração de CH4, tendo no inverno uma concentração média de
67,08±5,79% (T=18,5 °C) e na primavera de 76,25±3,79% (T=27 °C), o que indica que em temperaturas maiores ocorre produção de biogás com maior conteúdo energético. A concentração média de CH4 das duas análises foi de 72,9±8,6%, estando dentro da faixa ideal
citada pela literatura, assim, tem-se biogás com maior poder calorífico. Apesar de o PCI do biogás estar dentro da faixa ideal recomendada pela literatura, o mesmo é 43,7% menor que o PCI do GLP, representando um desempenho inferior em sua combustão. Ao avaliar a vazão e a pressão do biogás, ao passar pelas tubulações e filtros, percebeu-se que da saída do biodigestor até o ponto de uso a pressão reduziu em mais de 50%, necessitando de uma adaptação no ponto de uso do biogás para permitir sua utilização.
Apesar de alguns parâmetros o biodigestor não demonstrar alta eficiência, o mesmo produz biogás com uma boa composição química, sendo possível sua utilização quase que de forma intermitente, com poucas alterações de fogões domésticos.
Há também a possibilidade de converter o biogás em bioeletricidade para suprir total ou parcialmente a demanda da propriedade rural em questão, especialmente considerando-se o potencial demonstrado para aumentar a produção atual de biogás. No entanto, uma análise mais ampla deve ser realizada nesse contexto, constituindo objeto de estudo de trabalhos futuros.
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