Adaptação Tecnológica de um Protótipo de Biodigestor em escala reduzida para geração de energia

Revista Brasileira de Engenharia e Tecnologia

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Adaptação Tecnológica de um Protótipo de Biodigestor em escala

reduzida para geração de energia

Sacha C. N. Aquino1_{, Tiago L. Bortoli², Himilsys H. Gonzales}3_{, Leonel M. D. Morales}4_.

1. achaaquinoo@gmail.com 2. tiagodebortoli@yahoo.com.br 3. himilsys.gonzalez@udf.edu.br

4. leoneldmorales@gmail.com)

RESUMO:

O crescimento da demanda por recursos ambientais não renováveis para geração de energia em paralelo com o aumento da produção de resíduos sólidos acarretou na necessidade por medidas sustentáveis para uma melhoria, tanto na qualidade de vida da população, quanto na problemática ambiental. No Brasil são comuns problemas ambientais relacionados com a inadequada disposição dos resíduos sólidos, fomentando assim a degradação do solo e a contaminação dos rios e lençóis freáticos por meio do chorume, além da poluição atmosférica devido à liberação de gases resultante da decomposição anaeróbia da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos. A decomposição desse tipo de resíduo é uma fonte rica em gás metano, denominado Biogás, que possui grande potencial combustível e é um contribuinte antrópico significativo para o aquecimento global. Assim, buscando minimizar a emissão de biogás para atmosfera terrestre de uma forma sustentável, o presente trabalho realizará estudos referentes ao desenvolvimento de um biodigestor, que é um mecanismo que mantém o lixo orgânico em condições de decomposição anaeróbia. Neste contexto, foi desenvolvido um protótipo em escala reduzida, buscando um aproveitamento sustentável dos resíduos orgânicos do Edifício 4R, utilizando o gás gerado como combustível em sistemas de geração de energia e criando soluções que atendam o plano nacional de resíduos sólidos.

Palavras-chave: Biogás. Energia. Lixo. Resíduo sólido. Sustentabilidade. ABSTRACT:

The growth in demand for non-renewable environmental resources for power generation in parallel with the increase in production of solid waste resulted in the need for sustainable measures for improvement, both in the population's quality of life, as in environmental issues. In Brazil are common environmental problems related to improper disposal of solid waste, thus promoting soil degradation and contamination of rivers and groundwater by leachate, as well as air pollution due to the release of the resulting gases from the anaerobic decomposition of the organic fraction of municipal solid waste. The decomposition of this type of waste is a rich source of methane gas, called biogas, which has great potential fuel and is a significant contributor to anthropogenic global warming. So in order to minimize the emission of biogas to Earth's atmosphere in a sustainable manner, this work will carry out studies for the development of a digester, which is a mechanism that keeps organic waste decomposition in anaerobic conditions. In this context, a prototype small-scale was developed, seeking the sustainable use of organic waste from the 4R building using the gas generated as fuel in power generation systems and creating solutions that meet the national plan for solid waste.

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INTRODUÇÃO

No mundo, um aumento na demanda por combustíveis fósseis a partir do período da revolução industrial em conjunto com a crise energética, provocou uma busca por novas alternativas de energia, de forma que em médio ou longo prazo, se desenvolveriam processos para substituir ou complementar as fontes de energia geradas através de recursos naturais não renováveis. (COELHO et al.,2013)

A utilização sistemática da energia proveniente de recursos naturais não renováveis tem acarretado uma redução

destes no planeta. Assim, se faz

necessário o desenvolvimento sustentável para uma melhoria, tanto na qualidade de vida da população, quanto na problemática ambiental. (COSTA et al., 2012)

Segundo Coelho et al. (2013),

concomitante a demanda por combustíveis fósseis, ocorreu um aumento significativo da geração de resíduos sólidos. Isto se deve principalmente ao aumento do poder aquisitivo da população, do êxodo rural e da produção de produtos descartáveis. A destinação final do lixo urbano é um fator

relevante para os países em

desenvolvimento, que em sua maioria tem como solução depositar os resíduos em áreas com céu-aberto (lixões) ou aterros sanitários, provocando transtornos para as comunidades vizinhas. (COSTA et al., 2012)

Uma vez que estes resíduos são dispostos em locais inapropriados, provoca-se a

degradação do solo e a contaminação dos rios e lençóis freáticos por meio do chorume, além da poluição atmosférica devido à liberação do biogás resultante da

decomposição anaeróbia da fração

orgânica dos resíduos sólidos urbanos. (ELK, 2007)

Rico em metano (CH4), o biogás tem grande potencial combustível e é um contribuinte antrópico significativo para o aquecimento global, possuindo, em um

período de 100 anos, poder de

aquecimento global 21 vezes maior do que o do dióxido de carbono (CO2). (ELK, 2007)

Com intuito de minimizar a emissão de biogás para atmosfera terrestre, pretende-se o depretende-senvolvimento de um biodigestor, que é um mecanismo que mantém o lixo orgânico em condições de decomposição anaeróbia a fim de proporcionar a maior geração possível de metano, que com poder calorífico elevado, pode ser utilizado como combustível em sistemas de geração de energia. (MACINTYRE, 2010)

Ou seja, através do uso de um biodigestor, o biogás do lixo pode ser utilizado para a geração de energia elétrica e ao mesmo tempo para reduzir as emissões de gases de efeito estufa, de modo que os resíduos provenientes deste processo de geração de energia alternativa podem ser utilizados na produção de adubo orgânico de real valor para a fertilização do solo. (SEIXAS et al. 1981)

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No Brasil, o aproveitamento do gás metano concentrado no fundo dos lixões de aterros sanitários para movimentação de um gerador e para a iluminação por queima

direta em caráter experimental, é

imprescindível para a avaliação da tecnologia viável que ainda é pouco difundida. (ABREU et al. 2008)

As empresas atuais, em face de um novo ambiente e de uma consciência de que são parte de um todo, buscam desenvolver culturas de responsabilidade social que se

tornam iniciativas consideradas

fundamentais para o crescimento da economia e a melhoria de vida da população. (CNI, 2006)

Em decorrência a este fato, o presente projeto tem como objetivo a interação entre áreas do conhecimento das Engenharias Civil, Ambiental e Mecânica, além da

captação e aplicação das novas

tecnologias, hoje utilizadas para a fabricação de biodigestores, para criação de um protótipo em escala reduzida. O produto a ser desenvolvido pode ser implementado no UDF, gerando um aproveitamento sustentável dos resíduos orgânicos provenientes, por exemplo, da lanchonete do Edifício 4R.

MÉTODOS

Desenvolvimento, conforme a ilustração 1,

de um biodigestor anaeróbico para

produção de biogás com a finalidade de geração de energia.

Figura 1. Modelo ilustrando protótipo de biodigestor inicialmente proposto.

Este modelo será confeccionado em escala a fim de proporcionar resultados que possam ser utilizados em soluções para, por exemplo, o lixão do Distrito Federal. Verificação do rendimento energético do modelo laboratorial através de um

comparativo no abastecimento do

biodigestor, da geração de biogás, e do

aproveitamento da matéria prima

secundaria. A fim de simular o rendimento necessário para redução de gastos em residências de famílias com vulnerabilidade econômica em pequenas comunidades.

RESULTADOS

A fim de possibilitar o aprimoramento de estudos pertinentes ao segmento desta pesquisa, o protótipo foi desenvolvido a partir da análise de modelos de biodigestores já existentes, onde sua construção consistiu no arranjo de cilindros, cujas dimensões correspondem à 0,1 m de altura e 0,09 m de diâmetro.

A Figura 2 indica os cilindros, os quais foram abastecidos com biomassa até um nível estabelecido de 0,03 m, assim, o

Reservatório de lixo orgânico Reservatório de biogás Entrada de lixo orgânico Saída de biogás Manômetros

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volume de biomassa pode ser calculado através da seguinte equação:

Segundo Arruda et al. (2002), 1 m³ de biomassa produz em média 30 m³ de CH4.

Ressalta-se que o processo de

fermentação da matéria orgânica tem sua taxa de produção alterada de acordo com o nível de umidade e quantidade de água da mistura, podendo, ao final dos ensaios, haver divergência entre o valor real e o estimado da quantidade de biogás gerado.

Figura 2. Protótipo de biodigestor confeccionado.

Portanto, conforme equação abaixo, para um volume de 0,0013872m³ estima-se armazenar aproximadamente 0,0021m³ de biogás.

Desta forma, foram realizados dois testes para medição do tempo de queima do biogás gerado no protótipo. No primeiro ensaio, o protótipo foi exposto ao calor do ambiente durante 20 (vinte) dias e atingiu uma pressão de 2 bar, observou-se nesta etapa que o volume de 0,0021m³ de biogás permitiu um período de combustão de 2 minutos. Em seguida, foi desenvolvido um segundo ensaio, onde o protótipo foi exposto durante três dias, também à temperatura ambiente, observando-se que os mesmos 0,0021m³ de biogás atingiram a pressão interna de 1 bar e tempo de queima com duração de 1,03 minutos (Figura 3).

Figura 3. Protótipo de biodigestor em processo de queima.

Arruda et al. (2002), adotou que uma cozinha (dependendo do tipo de queimador

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empregado) consome em média de 0,32 a 0,63 m³/h, a partir deste parâmetro e em conjunto com os dados obtidos nos ensaios laboratoriais, é possível dimensionar um protótipo que atenda a necessidade da lanchonete do UDF no período de uma hora, conforme estabelecido na equação abaixo.

Assim, conforme proposto pela Figura 3, o protótipo sustentável ideal para geração de gás durante o período de 1

(uma) hora deverá contemplar a

capacidade volumétrica de 1000 litros com dimensões de 1,14x1,00x1,22 metros, admitindo armazenamento de biomassa superior a 1 m3_.

Figura 3. Sugestão de biodigestor a ser produzido em grande escala.

CONCLUSÃO

A geração de biogás através de biomassa mostra-se eficaz, sendo assim uma forma sustentável de produção de combustível que pode ser utilizado tanto em geração de energia como para queima em outras aplicações, por exemplo, em fornos de cozinha e queimadores, gerando assim a redução de gastos e a possibilidade de incentivo em programas sociais para aplicação a famílias de baixa renda. Salienta-se a facilidade de implantação do protótipo gerador de biogás e o custo reduzido para sua confecção, viabilizando assim sua utilização por famílias economicamente vulneráveis.

REFERÊNCIAS

ABREU, F.C.; PECORA, V.; VELÁZQUEZ, S.; COELHO, S.T.; Biogás de aterro para geração de eletricidade e iluminação.

Disponível em: <

http://cenbio.iee.usp.br/download/projetos/a terro.pdf >.

ARRUDA, M.H.; AMARAL, L.P.; PIRES, O.P.J.; BARUFI, C.R.V.; Dimensionamento de Biodigestor para Geração de Energia

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Alternativa. Revista científica eletrônica de agronomia, v. 1, n. 2, 2002. Disponível em: <http://tratamento44.dominiotemporario.co m/R10/Lib/Image/art_1729590984_arruda_ dimensionamento_biodigestor.pdf>.

COELHO, T.C.; SERRA, J.C.V.; LUSTOSA, J.B.; Alternativa de tratamento de resíduos sólidos e aproveitamento energético através de fornos de queima: uma análise.

Disponível em: <

www.revistas.unilasalle.edu.br/index.php/R bca/article/download/853/883>.

Confederação Nacional da Indústria. Responsabilidade social empresarial / CNI. – Brasília: CNI, 2006. Disponível em: <http://arquivos.portaldaindustria.com.br/ap p/conteudo_24/2012/09/05/246/201211261 63820439628a.pdf>.

COSTA, N.J.; GODOY, E.J.; MARCELINO, M.A.; Análise do aproveitamento energético do biogás a partir de células a combustível e queimadores registradores de biogás no caso do aterro sanitário bandeirantes.

Disponível em: <

http://www.unitau.br/unindu/artigos/pdf548. pdf >.

ELK, Ana Ghislane Henriques Pereira; Mecanismo de Desenvolvimento Limpo III – MDL. Redução de emissões na disposição final; Rio de Janeiro: IBAM 2007.

Disponível em: <

http://www.mma.gov.br/estruturas/srhu_urb ano/_publicacao/125_publicacao12032009 023918.pdf>.

MACINTYRE, Archibald Joseph.

Instalações Hidráulicas Prediais e

Industriais. 4ª edição, 2010. Minha Biblioteca. Web. 07 August 2013 <http://online.minhabiblioteca.com.br/books /978-85-216-1964-2/page/549>.

SEIXAS, J.; FOLLE, S.; MACHETTI, D.;

Construção e Funcionamento de

Biodigestores. Embrapa, 1981. Disponível

em: <

http://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/hand le/doc/360894>.