REVISTA CIENTFICA ELET RNICA DE AGRONOMIA PERIODICIDADE
SEMESTRAL ANO I NMERO 2 DEZEMBRO DE 2002
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Dimensionamento de Biodigestor para Gerao de Energia
Alternativa
Mariliz H. ARRUDAFaculdade de Agronomia e Engenharia Florestal
de Gara FAEF Graduandos do programa de iniciao cientfica do curso
de Engenharia Florestal
Lcio de P. AMARALFaculdade de Agronomia e Engenharia Florestal
de Gara FAEF Graduandos do programa de iniciao cientfica do curso
de Engenharia Florestal
Odair P.J. PIRESFaculdade de Agronomia e Engenharia Florestal de
Gara FAEF Graduandos do programa de iniciao cientfica do curso de
Engenharia Florestal
BARUFI, Charles R.V.
2
Faculdade de Agronomia e Engenharia Florestal de Gara FAEF
Docente
RESUMO
O dimensionamento sobre energia alternativa gerada pelo
biodogestor foi dividido em etapa de elaborao do projeto e etapa de
construo do prottipo. Na elaborao do projeto foi feito o
levantamento bibliogrfico sobre Biodigestores, ressaltando o
processo de produo de Biogs. Os materiais envolvidos, os produtos
finais e o impacto ambiental causado pela sua utilizao, foram tambm
considerados nesta etapa. Em ambas as etapas, constam os clculos da
produo esperada de gs, bem como os materiais utilizados e mtodos de
montagem e segurana de um Biodigestor. Foi objetivo deste trabalho
discutir todo o processo de elaborao de um projeto com bom
rendimento e de baixo custo. Palavras chave: GERAO, BIODIGESTOR,
BIOGS.
SUMMARY
The issue about alternative energy, its divided in: elaboration
and building the prototype. In the elaboration of the project was
done the bibliographic about biodigestor putting in fact the
process of biogas. The causes and effects in this process were
analyzed too. In the two stages the calculation of the security of
a biodigestor were included. In this project we will discuss about
the elaboration in the building stage. KEYWORDS: GERATION,
BIODIGESTOR, BIOGAS.
1. INTRODUO
O aproveitamento de restos de natureza orgnica (animal e
vegetal) feito geralmente por meio de estrumeiras e cmaras de
fermentao. O Biodigestor dar melhor destino a estes materiais, no s
para a obteno de gs de forma bastante econmica como tambm para a
produo de adubo orgnico de real valor para a fertilizao do solo.
(SEIXAS, J.; FOLLE, S.; MACHETTI, D.) O Biogs produzido pelo
Biodigestor obtido atravs da fermentao bacteriana anaerbica. Com
esse processo biolgico se obtm energia sem gasto de energia,
portanto, no final do processo o saldo de 100%. (ALVES, J.L.H;
PAULA, J.E.). Pode-se usar para esse tipo de fermentao, dejeto
humano, esterco bovino, suno, eqino, caprino, de aves, esgoto
domstico, vinhoto, plantas herbceas, rejeitos agrcolas e capim em
geral. Nesse sentido as bactrias agem em silncio em favor do
progresso e conforto da humanidade produzindo energia, fertilizando
o solo e evitando a contaminao da gua e do solo. (ALVES, J.L.H;
PAULA, J.E.).
2. MATERIAL E MTODOS
A decomposio bacteriana de matria orgnica sob condies anaerbias
feita em 3 fases: HIDRLISE ENZIMTICA; FASE CIDA; FASE METAGNICA. Na
fase de Hidrlise Enzimtica as bactrias liberam no meio as enzimas
extracelulares que iro promover a hidrlise de partculas (quebra de
partculas no meio aquoso), transformando molculas grandes em
menores e mais solveis. Na fase cida as bactrias produtoras de
cidos transformam molculas de protenas, gorduras e carboidratos em
cidos (cido lctico e cido butlico), etanol, hidrognio, amnia e
dixido de carbono, entre outros. Na fase Metagnica as bactrias
metanognicas atuam sobre o hidrognio e o dixido de carbono
transformando-os em CH4 (metano). Esta fase limita a velocidade da
cadeia de reaes devida principalmente formao de microbolhas de CH4
e CO2 em torno da bactria metanognica isolando-a do contato direto
com a mistura, razo pela qual a agitao prtica recomendvel, atravs
de movimentos giratrios do gasmetro ou com ps no digestor. O Biogs
consta basicamente de: GS METANO (CH4) em torno de 50 a 60%; GS
CARBNICO (CO2) em torno de 35 a 40%; HIDROGNIO (H2) em torno de 1 a
3%; OXIGNIO (O2) em torno de 0.5 a 1%; GASES DIVERSOS em torno de 1
a 5% Sendo o gs carbnico incombustvel, com sua eliminao atravs da
dissoluo em gua, possvel a obteno de um Biogs com cerca de 95% de
metano de poder calorfico de cerca de 8500 Kcal/m.
O Biogs, contudo s se torna combustvel eficiente quando o teor
de metano for superior ao de CO2. uma fonte de energia de mltipla
utilizao: e aquecedor de gua, geladeiras, m fogo, calefao,
iluminao, veculos de grande e pequeno porte, grupos geradores,
embarcaes, etc. Sua eficincia economicamente vivel. Como exemplo
prtico um veculo de 70 HP roda 15 Km com 1m de Biogs, e uma famlia
de cinco pessoas fazendo trs refeies por dia consome apenas 1m de
Biogs. O metano um gs muito antidetonante, portanto, capaz de
suportar nos motores uma relao volumtrica bem mais elevada do que
as melhores gasolinas. Facilmente inflamvel produz uma chama pouco
visvel, e no caso de vazamento, a tendncia escapar para cima (menos
denso que o ar). Quando desprende de alguma cavidade subterrnea,
inflama-se com grande facilidade em contato com o ar, causando
exploses muito violentas, denominado grisu; tambm ocorre em pntanos
(da seu nome, gs dos pntanos), devido ao apodrecimento de
vegetais.(FELTRE, R.) Condies necessrias para uma fermentao tima:
IMPERMEABILIDADE AO AR:
Nenhuma das atividades biolgicas (reproduo, metabolismo, etc.)
dos microorganismos exigem oxignio, que em cuja presena so eles de
fato, muito sensveis. A decomposio de matria orgnica na presena de
O2 produz CO2 (dixido de carbono), e na ausncia do ar (O2) produz
CH4 (metano). Portanto o Biodigestor deve ser perfeitamente vedado
para a produo no ser inibida. TEMPERATURA ADEQUADA:
30C, qualquer mudana brusca que a exceda afeta a produo.
NUTRIENTES ESSENCIAIS:
Nitrognio, sais orgnicos e principalmente Carbono. A relao
Carbono/Nitrognio (C/N) deve ser mantida entre 20:1 e 30:1. TEOR DE
GUA:
Deve situar normalmente em torno de 90% do peso contedo total
(1:1 ou 1:1,5). Tanto o excesso quanto a falta so prejudiciais.
SUBSTNCIAS PREJUDICIAIS:
NaCl, Cu, Cr, NH3, K, Mg, Ni. So elementos conciliveis se
mantidas abaixo de certas concentraes. TEMPO DE RETENO:
35 a 45 dias em geral. Processos de segurana na montagem do
Biodigestor e na produo: - Uso do MANMETRO: utilizado para medir a
presso interna, calcular a quantidade aproximada de gs armazenado e
zelar pela segurana contra alta presso. - No colocar fertilizantes
fosfatados, sob condies de ausncia de ar (pressurizado) esse
material pode produzir fosfina, txico e cujo contato letal. - Na
utilizao de Biogs para queima, acende-se primeiro o fsforo para
depois abrir a vlvula. A Produo:
A produo do metano, a partir da biomassa, comea a se processar
depois de 20 dias, vai aumentando at chegar ao mximo na terceira
semana quando comea a decrescer lentamente durante o perodo de
fermentao de cerca de 90 dias. Para no ocupar o Biodigestor nas
fases de produo mnima, na prtica costumase dimension-lo para um
perodo de produo de 5 a 6 semanas. Em experincias realizadas na
Frana e na Alemanha, verificou-se que a produo diria para 1m de
cmara de fermentao de cerca de 0.6m de gs. Para melhor produo de
Biogs, o material utilizado deve apresentar certa relao
Carbono/Nitrognio (C/N) em torno de 30, ou seja, 30 vezes mais
carbono do que nitrognio. Havendo excesso de carbono, o que ocorre
quando se usa muito material celulsico, principalmente serragem, o
Biogs tende a possuir elevado teor de CO2 e pouco metano. O mesmo
ocorre se a matria-prima muito rica em nitrogenados (urina, sangue,
etc.). Consideraes favorveis ao uso de Biodigestor: O Brasil dispe
de condies climticas favorveis para explorar a imensa energia
produzida pelos Biodigestores (o Biogs) e deixar de utilizar o gs
de bujo e o combustvel lquido (querosene, gasolina e diesel) para o
meio rural e urbano. Com isso, o Brasil reduziria uma significativa
parcela de importao de derivados do petrleo. Fazendo um paralelo ao
que ocorreu na China at dezembro de 1979, que dos 7,2 milhes de
biodigestores instalados, o valor energtico foi equivalente a 5
ITAIPS ou 48 milhes de toneladas de carvo mineral. Alm da produo de
Biogs para a utilizao de seu alto poder energtico, os resduos da
biodigesto apresentam alta qualidade para o uso como fertilizante
agrcola pois h o aumento no teor de nitrognio e demais nutrientes
em conseqncia da perda de carbono, diminuio da relao C/N da matria
orgnica o que melhora as condies do material para fins agrcolas,
maiores facilidades de imobilizao do biofertilizante pelos
microorganismos do solo, devido ao material j se encontrar em grau
avanado de decomposio, o que aumenta a sua eficincia e solubilizao
parcial de alguns nutrientes, poupa as matas da retirada de lenha,
reduz custo de transporte e poluio pr hidrocarbonetos vindos do
petrleo. A queima No emprego do Biogs como combustvel (transformao
da energia do gs em energia trmica como o caso), deve-se
estabelecer entre este e o ar, uma relao que permita a combusto
integral. Quando esta se d, a chama forte, de colorao azul claro e
o gs emite um assobio. Se a chama tremer h insuficincia de ar e
combusto incompleta. Se for curta, amarela e piscante, indica Biogs
insuficiente e ar excessivo. Quanto ao impacto ambiental: A mudana
no ambiente desfavorvel ao uso de Biodigestores na produo de gases
nocivos com sua queima.
No caso da queima completa do metano a equao d-se pr: CH4 + 2 O2
2 H2O + CO2 No produzindo gases txicos a no ser o CO2 que contribui
beneficamente na manuteno da temeperatura global mas que em grandes
quantidades altera o Efeito Estufa, resultando num aquecimento
excessivo da Terra. J na combusto incompleta do metano a equao d-se
pr: CH4 + O2 CO + H2O Esse fenmeno ocorre na carncia de comburente,
no caso o O2. Nessa situao produz-se monxido de carbono (CO) que um
gs venenoso que em contato com o sangue aceptado pr ele no lugar do
oxignio. O CO liga-se a hemoglobina entrando no processo de
hematose (trocas gasosas), causando a morte de indivduos pr
asfixia. Isso alm da fuligem que entra no sistema respiratrio
causando danos ao mesmo. Tambm os lquidos residuais, dependendo do
material que foi degradado podem contaminar a gua de
mananciais.
3. RESULTADOS E DISCUSSES
Este trabalho em sua fase prtica tem como objetivo a construo de
um BIODIGESTOR em pequenas propores, seu abastecimento e a
consequente produo d e Biogs. O Biogs produzido ser revertido e sua
utilizao ser na transformao para Energia Trmica produzida pela sua
queima. So necessrios os seguintes materiais: 2 tambores de 200L
(0.2m) 1 vlvula manomtrica 1 vlvula de esfera pol. 1 vlvula de
esfera pol. 6m de mangueira de fogo 1 funil para alimentao da cmara
de fermentao 1 manmetro 6 abraadeiras para mangueira pol. Em um
tambor de 200 L ( 0,2m) faz-se dois orifcios de 3 na regio inferior
lateral, um com um cano que ultrapasse a altura mdia do tambor,
destinado para o abastcimento com biomassa ( deve-se ter uma tampa
vedante na ponta do cano) e outro com uma vlvula de esfera " ,
destinado retirada do material decomposto, estando os dois em
nvel;
Na regio superior lateral do tambor, faz-se um orifcio com uma
vlvula esfrica de " , destinada ao alvio de presso no momento de
abastecimento da cmara de fermentao; Na regio superior do tambor
instalada uma vlvula manomtrica com a finalidade de se regular a
presso interna do sistema. Nesta vlvula conectada uma mangueira de
" que tambm conectada outro tambor de 200 L (0,2m), que tr funo de
reservatrio de gs; Na regio superior do tambor- reservatrio
instalado um manmetro para que se tone possvel o controle da presso
interna do reservatrio. Ainda neste instalada uma vlvula esfrica de
" com uma mangueira. Na extremidade desta instalado um queimador,
que servir como fonte de calor ou de luz (lampio).
Volume do Reservatrio de Biogs: Altura: 0,83 m (h) Dimetro: 0,58
m (raio= 0,29m) V= R. h V= 3,14. (0.29).0,83 V= 0,219 m No
Digestor: Metade do volume do digestor ser ocupado pela biomassa,
portanto, um tambor de 0,2m ter aproximadamente 0,1m de material. O
outro 1m ser ocupado com Biogs processado pela biomassa.
Considerando: 1m de biomassa produz 30m de CH4. Portanto:
1m-------30m 0,1 -------- x x = 3m ( no digestor) Pr isso a
utilizao de um reservatrio de Biogs de 0,2m que somados com o 0,1m
do gasmetro ter capacidade de armazenar essa quantidade de gs.
(0,3m). Essa quantidade de gs produzido (3m) suficiente para
abastecer uma cozinha (dependendo do queimador) pr 4 horas, visto
que ele gasta de 0,32 a 0,63 m/h , ou lmpadas do tipo camisinha
(1), que consome 0,08 m/ hora pr aproximadamente 37,5 horas. Um
veculo de 70 HP rodaria 45 Km com esses mesmos 3 m. Direcionamento
do gs para a utilizao em motores, Energia Eltrica: O uso do Biogs
como combustvel para motores necessita de alguns cuidados, como pr
exemplo: A partida do motor pode ser feita primeiramente com
gasolina at que o mesmo
trabalhe normalmente, o que se consegue abrindo gradualmente a
vlvula do gs e ao mesmo tempo ajustando a entrada de ar.
-
O motor poder comear a funcionar diretamente com o gs sem ajuda
da gasolina,
neste caso se retiraro os dispositivos de entrada de gasolina e
a bia do carburador. Sero necessrios ajustes para que a mquina
trabalhe normalmente. A admisso do
Biogs feita atravs da tubulao de gasolina.
4. CONCLUSES
O consumo em mdia : Motor comum gasolina: 0,45m/HP/h Motor
diesel com alimentao comum: 0,32m/HP/h Ligado diretamente ponta do
virabrequim vai um gerador que pode ser: alternador automotivo ou
dnamo. Produzindo assim Energia Eltrica. A noo de que melhor
possuir um grande biodigestor do que um pequeno deve, pois, ser
combatida. Naturalmente o volume do digestor no dever ser to
pequeno que a produo de gs seja insuficiente e as necessidades no
sejam atendidas. O sucesso de um Biodigestor depende de dua operao
e no de seu tamanho.
5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
ALVES, J.L.H.; PAULA, J.E.; Madeiras nativas, anatomia,
dendrologia, dendometria, produo e uso. Fundao Mokiti Okada- MOA
FELTRE, R.; Fundamentos da Qumica. So Paulo: Moderna, 1996.
PEREIRA, M.F.; Construes Rurais Nobel. . SEIXAS, J.; FOLLE, S.;
MACHETTI, D.; Construo e Funcionamento de Biodigestores. Embrapa,
1980.
