Produçao de Biogas Laticinios

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Aspectos técnicos da produçãode biogás em um laticínio

Iraídes Aparecida de Castro Villela

José Luz Silveira





99 janus, lorena, ano 2, nº 2, 1º semestre de 2005

Palavras-Chave

resumo

Biogás, Biodigestores, Estaçãode Tratamento de Efluentes(ETE).

O biogás, antigamente conhecido como gás dos pântanos foidescoberto por Shirley em 1667. Já no século XIX, Ulysse Gayon, alunode Louis Pasteur, realizou a fermentação anaeróbica de uma misturade estrume e água, a 35 OC, conseguindo obter 100 litros de gás porm3 de matéria. Em 1884, Louis Pasteur, ao apresentar à Academia das

Ciências os trabalhos do seu aluno, considerou que esta fermentaçãopodia constituir uma fonte de aquecimento e iluminação. Na Índia, aidéia de aproveitar o gás metano produzido por digestão anaeróbica, já era verificada no século passado, mais precisamente ao ano de1859, quando numa colônia de leprosos, em Bombaim, se realizou aprimeira experiência de utilização direta com biogás. Cerca de 30 anosdepois, em 1895, teve lugar a primeira experiência européia, com autilização do biogás para iluminação de algumas ruas da cidade deExter, na Inglaterra, a que se seguiram outras experiências, motivadasprincipalmente pelo entusiasmo inicial que este processo atingiu. Apesardisso, este combustível não conseguiu vingar como sendo o substitu-to dos tradicionais, pois sua exploração tem sido bastante reduzida,limitando-se a ser utilizado em alguns casos esporádicos. Foi apenasem 1940, devido à carências energéticas significativas provocadas pela

Introdução

Este trabalho apresenta aspectoshistóricos da produção de biogás eos dois tipos de biodigestores maisutilizados no Brasil: Biodigestores

Descontínuos ou em Batelada; e osBiodigestores Contínuos. Posterior-mente descreve-se a produção dobiogás de um Laticínio, de médioporte localizado no Vale do Paraíba.O objetivo do trabalho é verificara produção do biogás gerado pelafermentação dos produtos lácteosna ETE que pode ser utilizado comoinsumo energético no próprio pro-

cesso industrial.




II Guerra Mundial, que o biogás voltou a ser utilizado, quer na cozinha,no aquecimento das casas, ou ainda para alimentação de motores decombustão interna (Pires, 1996).

Nas décadas de 50 e 60, a relativa abundância das fontes deenergia tradicionais desencorajou a recuperação do biogás na maioriados países desenvolvidos, e apenas em países com poucos recursos decapital e energia, como a Índia e a China, o biogás desempenhou umpapel importante, sobretudo em pequenos aglomerados rurais. Porém,a partir da crise energética dos anos 70, o gás metano dos digestoresanaeróbicos voltou a despertar o interesse geral conduzindo a umaumento da sua produção nos países europeus. Esforços não têm sidomedidos para a solução, embora distante, desses problemas e, o tra-

tamento de resíduos, principalmente os que lançam mão de métodosbiológicos, têm recebido atenção especial (Caetano, 1995).

Até pouco tempo, o biogás era simplesmente encarado comoum sub-produto, obtido a partir da decomposição anaeróbica de lixourbano, resíduos animais e de lamas provenientes de estações de tra-tamento de efluentes domésticos. No entanto, o acelerado desenvol-vimento econômico dos últimos anos e a subida acentuada do preçodos combustíveis convencionais têm encorajado as investigações naprodução de energia a partir de novas fontes alternativas e economica-mente atrativas, tentando sempre que possível, criar novas formas deprodução energética que possibilitem uma economia ou conservaçãodos recursos naturais esgotáveis.

O objetivo deste trabalho é mostrar que o biogás que antigamenteera encarado como um sub-produto da decomposição anaeróbica deaterros sanitários também pode ser gerado num Laticínio e posterior-mente ser aproveitado como fonte alternativa de energia.

Tipos de Biodigestores no Brasil1A escolha de um biodigestor depende essencialmente das carac-

terísticas do substrato, das necessidades de depuração, da disponibi-lidade de mão de obra e de condições de ordem econômica. Existemdois grandes tipos de biodigestores: “Biodigestores Descontínuos” ouem “Batelada”, e os “Biodigestores Contínuos”. Os Biodigestores emBatelada são carregados de uma só vez, e mantidos fechados por umperíodo conveniente, sendo a matéria orgânica fermentada descarre-gada posteriormente. Trata-se de um sistema bastante simples e de




pequena exigência operacional. Sua instalação poderá ser em um tanqueanaeróbio ou em uma série de tanques, dependendo das demandas debiogás, da disponibilidade e da qualidade da matéria prima utilizada.

Os tipos mais comuns de Biodigestores Contínuos no Brasil são osmodelos clássicos da Índia e da China, onde são muito utilizados emcomunidades rurais de pequeno e médio porte. São biodigestores inte-ressantes para o uso de diferentes resíduos orgânicos animais e vegetais,requerendo, entretanto, carregamento periódico, geralmente diário,e manejo do resíduo. Cada metro cúbico de câmara de fermentaçãoa uma temperatura de 30 a 35 oC, pode produzir, de 0,15 a 0,20 m3 de biogás por dia, ao qual requer um tempo de retenção, geralmenteentre 30 à 50 dias, de acordo com a temperatura do meio se é alta ou

baixa (Benincasa, 1998).

1.1. Biodigestor Modelo Indiano

O biodigestor Indiano caracteriza-se por possuir uma cúpula móvel,construída de ferro, ou fibra de vidro e à medida que o gás se forma,ele vai sendo armazenado sob a cúpula. Este tipo de biodigestor, devidoà formação incessante de gás, mantém uma pressão constante, a qualpermite usar este gás ininterruptamente. Apresenta uma parede centralque divide o tanque de fermentação em duas câmaras, a qual permitea separação da biomassa já fermentada e sua posterior descarga (Be-nincasa, 1998). A figura 1 mostra um Biodigestor modelo Indiano.

Figura 1

Biodigestor ModeloIndiano




1.2. Biodigestor Modelo Chinês

É um biodigestor formado por uma câmara cilíndrica de alvenaria,para a fermentação, e um teto abobadado, impermeável, destinado aoarmazenamento do biogás. O reator funciona com base no princípiode prensa hidráulica, de modo que há aumentos da pressão do gás nointerior do biodigestor, o que corresponde ao deslocamento da bio-massa da câmara de fermentação para a caixa de saída e em sentidocontrário, quando há descompressão (Benincasa, 1998). A figura 2mostra um Biodigestor Modelo Chinês.

Figura 2 - Biodigestor Modelo Chinês

Projetos de biogás no mundo2

Atualmente muitos projetos de biogás têm sido empreendidos em

várias regiões do mundo, aos quais constatamos a seguir:- Em Portugal, no Parque Natural das Serras de Aire e Can-

deeiros, construiu-se uma Estação Coletiva de tratamentode efluentes de suinicultura. Esse órgão é responsável pelotratamento e pela produção de biogás, cuja valorização em




energia elétrica permite não só a satisfação das necessidadesenergéticas da Estação, como também a venda de energiaexcedente, facultando uma receita financeira que suporta os

custos operacionais da Estação (Pires, 1996).- Em Buenos Aires, Argentina, encontra-se uma granja cuja

principal atividade se baseia num rebanho de cabras e ovelhas,contendo também um pequeno número aves. O biogás gera-do a partir dos materiais orgânicos da granja é utilizado paraalimentar um termotanque que colabora com o aquecimentoda câmara de digestão e ainda outros recintos (Noguera etal., 1995).

- Na França, há vários anos o CIRAD (Centro de Cooperação In-ternacional em Pesquisa Agronômica para o Desenvolvimento)explora as diversas possibilidades de aproveitamento da bio-massa. Numa de suas unidades de pesquisa, existe um órgãoque trabalha com o processo “Transpaille” para a produçãode biogás. Esse processo foi elaborado no Senegal - Áfricaentre 1985 e 1995 e consta atualmente com 18 instalaçõesde produção de biogás a partir de diversas matérias orgâni-cas (principalmente restos em forma de palha). O metano éobtido por fermentação anaeróbica em câmaras cilíndricasfeitas de chapas metálicas montadas e soldadas localmente.Essas instalações funcionam em regime semicontínuo. Umsubproduto da fermentação é o adubo composto, valorizadono cinturão urbano de hortifrutis. Várias instalações já existemou estão em projeto na África (Senegal, Nigéria, Togo, Sudão,Mali, Tchad), México, Brasil e Colômbia (Théry, 1997).

Generalidades do laticínio3

O Laticínio em estudo neste trabalho consta de vários edifíciosonde estão alocados os seguintes setores:· Administração;· Câmaras frigoríficas;· Central de refrigeração;· Estoque de matérias primas;




· Linha de produção;· Refeitório;· Sala das Caldeiras;

· Tratamento de água residual (Estação de Tratamento deEfluentes).

O fornecimento de leite para o Laticínio é realizado através depequenos produtores da região, o qual recebe um tratamento de pas-teurização sendo posteriormente utilizado para a fabricação de diver-sos itens produzidos pelo laticínio, tais como iogurtes com polpas defrutas, flans, pudins e produtos de longa vida (produtos com validadena ordem de três meses).

A tabela 1 mostra dados complementares, sendo que a utiliza-ção das caldeiras 1 e 2 é alternada, de modo a manter uma caldeirasempre em “Stand - By” e a potência frigorífica se refere à produçãode água gelada a 1o C para o funcionamento da câmara frigorífica doestabelecimento.

Tabela 1 - Dados gerais do Laticínio




As figuras 3 e 4 mostram o consumo de vapor no processo e de de-mandas típicas da eletricidade e potência frigorífica, em função da horado dia, mediante informações do próprio Laticínio, respectivamente.

Figura 3 - Consumo de vapor no processo (1,08 MPa)

Figura 4 - Demanda da eletricidade e potência frigorífica




O biogás do laticínio4O biogás gerado na Estação de Tratamento de Efluentes (ETE) do

Laticínio é obtido através da decomposição do material residual que énormalmente misturado com água e enviado para tratamento. Para afermentação dessa biomassa obtida do biogás, o Laticínio utiliza umbiodigestor modelo Chinês. Assim, verifica-se que o poder caloríficoinferior deste biogás é de 22 475,80 kJ/Nm3; sendo que sua composiçãomolar, apresentou em uma primeira análise, os seguintes valores:

· 62,7 % de CH4;· 13,4 % de N2;

· 5 % de CO;

· 2,4 % de CO2;

· 2,4 % de H2O;

· 14,1 % de H2S.

A tabela 2 apresenta a vazão do biogás gerado na Estação deTratamento de Efluentes ETE, em função dos dias da semana.

Tabela 2 - Dados da vazão de biogás do Laticínio

Pode-se observar que a média dessa vazão é aproximadamente57 Nm3 /h, mas de acordo com informações obtidas recentemente doLaticínio a vazão média e a produção máxima de biogás, alteraram para58 e 80 Nm3 /h, respectivamente, devido à manutenção da Estação deTratamento de Efluentes (ETE).




Conclusão

Mediante os dados mencionados, observa-se que desde o séculopassado o biogás já podia constituir-se como uma fonte alternativa deenergia, porém só a partir da crise energética dos anos 70 que estudosmais profundos sobre o assunto tomaram uma nova direção nos paíseseuropeus. Com a crise de energia e a acentuada correção em suas tari-fas, estudos têm sido realizados de modo a criar formas alternativas deprodução de energia, de modo eficiente e economicamente viáveis.

Assim, verifica-se que por meio da fermentação dos produtoslácteos na Estação de Tratamento de Efluentes (ETE) do Laticínio éobtida uma grande produção de biogás, o qual futuramente poderáser utilizado como fonte de energia, suprindo as próprias necessidadesdo Laticínio. Isto objeto de estudo de um próximo trabalho.

Benincasa, M., Ortolani, A. F., Lucas Junior, J.; Biodigestores Conven-cionais, Departamento de Engenharia Rural da Faculdade de CiênciasAgrárias e Veterinárias - UNESP, Campus de Jaboticabal, pp. 1-15,1998.

Caetano, L.; Proposição de um sistema modificado para quantifica-ção de biogás, Dissertação (Mestrado) - UNESP, Campus de Jaboticabal,p. 130, 1995.

Villela, I. A. C.; Modelagem Termoeconômica de Sistemas de Refri-geração: Produção de Água Gelada para um Laticínio, Dissertação(Mestrado) – UNESP-FEG, Guaratinguetá, p. 102, 1998.

Noguera, O. R. , Menna, M. B., JAcob. S. B., Suarez, J. A.; Sistema Ener-

gético No - Convencional Aplicado a la Agroindustria, ANALES do IICongresso Latinoamericano Generación y Transporte de EnergiaEléctrica, 6 - 9 novembro, Mar Del Plata, Argentina, p. 1-6, 1995.

Pires, N. J. R. M.; T.T.E - FINAL PROJECT - BIOGAS, 1996, http://morango.esb.ucp.pt/~n_pires/p4.htm.

Referências




Théry, H.; “AT Information - biogas, França - Flasch, Meio Ambiente”,1997, http://gate.gtz.de/isat/cgi-bin/pubq.pl/S000_CS.

Abstract

Profª. MSc Iraídes Aparecida de Castro Villela – Faculdade deEngenharia Química de Lorena – FAENQUIL - Departamento Básico -Faculdades Integradas Teresa D´Ávila - Faculdade de Engenharia deGuaratinguetá-FEG-UNESP - Departamento de Matemática

Prof. Dr. José Luz Silveira - Livre Docente, Eng. Mecânico, Ph.D. - Di-retor da Fundação para o Desenvolvimento Científico e Tecnológico- Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá UNESP - Guaratinguetá- Departamento de Energia

This paper presents some historical aspects ofbiogas production and shows the two most usedbiodigestors in Brazil: Batching or DiscontinuousBiodigestors and Continuous Biodigestors. Af-terwards, the biogas production of a medium-sizeDairy located in the Paraíba Valley is described. Thiswork aims to verify the biogas production generatedby milky product fermentation in the WTP. It canbe concluded that through fermentation of milky products a large biogas production is obtained.

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