Série Energias Renováveis BIOMASSA

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1 Série Energias Renováveis BIOMASSA ISBN

2 Karina Ribeiro Salomom Geraldo Lúcio Tiago Filho Série Energias Renováveis BIOMASSA 1º Edição Organizado por Geraldo Lúcio Tiago Filho Itajubá, 2007.

3 Obra publicada com o apoio do Ministério de Minas e Energia e da Fundação de Apoio ao Ensino Pesquisa e Extensão de Itajubá Edição Centro Nacional de Referência em Pequenas Centrais Hidrelétricas Presidente: Ivonice Aires Campos Secretário Executivo: Geraldo Lúcio Tiago Filho Revisão Ângelo Stano Júnior Adriana Barbosa Organização Prof. Dr. Geraldo Lúcio Tiago Filho Colaboração Camila Rocha Galhardo CERPCH - Centro Nacional de Referência em Pequenas Centrais Hidrelétricas Avenida BPS, 10 - Bairro Pinheirinho CEP: Itajubá - MG - Brasil Tel: (+55 5) Fax: (+55 5) S17b Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca Mauá - Bibliotecária Margareth Ribeiro - CRB_6/1700 Projeto Gráfico Orange Design Editoração e Arte-Final Adriano Silva Bastos Salomom, Karina Ribeiro Biomassa / Karina Ribeiro Salomom e Geraldo Lúcio Tiago Filho; organizado por Geraldo Lúcio Tiago Filho ; revisão de Ângelo Stano Júnior e Adriana Barbosa ; colaboração Camila Rocha Galhardo edi_ toração e arte-final de Adriano Silva Bastos. -- Itajubá, MG : FAPEPE, p. : il. -- (Série Energias Renováveis) ISBN: ISBN: Energias renováveis. 2. Termoeletricidade. I. Título. CDU Sumário 1.0 Introdução 1.1 Principais tipos de biomassa 2.0 O biogás 2.1 Histórico do biogás 2.2 Características do biogás 2. Composição química do biogás 2..1 Diferentes biomassas e a produção de biogás.0 Processos de produção do biogás.1 Biodigestão anaeróbica.2 Condições indispensáveis à digestão anaeróbica 4.0 Biodigestores 4.1 Tipos de biodigestores Processo descontínuo (batelada) Processo contínuo 4.2 Operação e carregamento do biodigestor 4. Biofertilizante 5.0 Outras tecnologias para conversão energética 5.1 Uso de biomassa para produção de energia 6.0 Unidade experimental de biodigestor rural 6.1 Descrição 6.2 Materiais e serviços necessários 7.0 Referências bibliográficas

4 Capítulo 1 Capítulo 1 Introdução Nesta apostila serão abordados os temas sobre biogás, bem como sua gasificação. Será apresentado um pouco do histórico do biogás, suas características, o processo de produção e equipamentos utilizados para isto. Biomassa é toda a matéria de origem vegetal, existente na natureza ou gerada pelo homem ou animal. Os materiais mais utilizados para obter energia a partir de biomassa são a lenha, o carvão vegetal, a cana-de-açúcar e seus produtos, os óleos vegetais, entre outros. A energia disponível na biomassa tem sua origem na energia solar, dado que os vegetais, através da fotossíntese, absorvem uma pequena quantidade de energia da radiação visível do espetro solar, conforme mostrado na figura 1.1. O exemplo mais conhecido do uso da biomassa é a madeira, a fonte de energia mais antiga que a humanidade conhece. A madeira é composta de celulose, lignina e outros componentes. Para produzir calor durante a combustão da madeira, é requerido oxigênio e liberado dióxido de carbono (CO ). 2 O uso da biomassa oferece grandes vantagens energéticas, ambientais e econômicas. Além de ser uma fonte de energia renovável, não ocorrem, durante sua utilização, emissões de óxidos de enxofre, responsáveis pelas chuvas ácidas, e nem contribuição para o aumento do efeito estufa, já que o CO emitido é novamente absorvido durante a fotossíntese das plantas. 2 Uma das principais fontes de energia de biomassa é o aproveitamento do excremento. Esta biomassa, quando decomposta pela ação de bactérias em recipientes totalmente fechados, chamados digestores anaeróbicos, produz gás metano, dióxido de carbono, hidrogênio, nitrogênio e ácido sulfídrico. O metano recuperado pode ser aproveitado para diferentes aplicações, como por exemplo para cozinhar, esquentar água e como fonte de luz artificial. Além disso, os subprodutos do processo, que são o nitrogênio, o fósforo e o potássio, podem ser usados como fertilizantes. A exploração agrícola e pecuária gera um grande volume de resíduos, da mesma forma que acontece no caso de matadouros, destilarias, fábricas de lacticínios, esgotos domésticos e estações de tratamento de lixo urbano. A carga poluente assim produzida é muito elevada, e impõe a necessidade de criação de soluções que permitam diminuir os danos provocados por essa poluição, uma das quais é a utilização dessa biomassa para geração de energia. A energia dessa biomassa pode ser aproveitada de duas formas, ou através da conversão termoquímica ou através da conversão biológica. A primeira se refere à utilização de vegetais e rejeitos orgânicos para produzir calor mediante a combustão (queima). O segundo tipo de conversão acontece por meio da fermentação anaeróbica, na qual a matéria orgânica se descompõe em presença de bactérias que não necessitam de oxigênio (anaeróbias), que são chamadas metanogênicas porque produzem o chamado biogás, composto principalmente pelo gás metano. Até há pouco tempo o biogás era simplesmente encarado como um sub-produto, obtido a partir da decomposição anaeróbia (sem presença de oxigênio) de lixo urbano, resíduos animais e de lodos provenientes de estações de tratamento de efluentes domésticos. No entanto, o acelerado desenvolvimento econômico dos últimos anos e a subida acentuada do preço dos combustíveis convencionais, têm encorajado as investigações na produção de energia a partir de novas fontes alternativas e economicamente atrativas, buscando, sempre que possível, criar novas formas de produção energética que possibilitem a conservação dos recursos naturais Principais Tipos de Biomassa De forma geral, qualquer resíduo orgânico pode ser utilizado como biomassa, embora uns tenham características energéticas mais interessantes que outros. À seguir são listadas algumas fontes de biomassa e suas características. Lenha Fotossíntese Resíduos agrícolas e florestais Resíduos animais Resíduos industriais BIOMASSA Figura Processo de produção de biomassa Resíduos sólidos urbanos e águas residuais A lenha foi a primeira fonte de energia usada pelo homem para a obtenção do fogo, que passou a ser usado para aquecer e iluminar o ambiente, para cozer alimentos e até mesmo para defesa contra animais ferozes. O desenvolvimento das técnicas de combustão da lenha tornou-se a base energética da civilização antiga, levando ao desenvolvimento de atividades importantes, como a fabricação de vidro, a fundição de metais, a cerâmica, etc. Pode-se obter a lenha através do extrativismo da mata nativa ou a partir de áreas reflorestadas. A lenha continua a ser usada ainda hoje por aproximadamente metade da população da Terra, em lareiras, fornalhas, fogões a lenha, caldeiras industriais, principalmente por ser uma fonte energética de baixo custo. Quando a extração é feita de modo irracional, as conseqüências para o ambiente podem ser 04 05

5 notáveis, como por exemplo, a destruição dos habitats de várias espécies da fauna e flora, mudanças climáticas e, conseqüentemente, o desequilíbrio ecológico. Sendo assim, uma das alternativas para evitar que danos ambientais causados pelo desmatamento de florestas nativas aconteçam, está em fazer o plantio de espécies apropriadas em áreas de reflorestamento para a produção da lenha. O pinheiro é a árvore mais utilizada nos reflorestamentos porque sua madeira possui baixa quantidade de água em sua composição, caracterizando-se como boa produtora de calor. A serragem e os cavacos que sobram das serrarias ou do corte de madeiras apresentam melhor combustão porque são pequenos em relação aos troncos. Carvão vegetal O carvão vegetal é obtido pela queima da madeira em fornos especiais, feitos de alvenaria, que atingem uma temperatura média de 500ºC. O Brasil é o maior produtor de carvão vegetal do mundo, atendendo cerca de um quarto de toda energia consumida nos altos fornos brasileiros. Aproximadamente 0% desse carvão é obtido a partir de reflorestamento sendo que os restantes 70% vêm do desmatamento de grandes áreas do cerrado ao norte de Minas Gerais, sul da Bahia, na região de Carajás no Pará e no Maranhão. As indústrias de fabricação de ferro e aço consomem 85% do carvão produzido, as residências 9%, o comércio como as churrascarias, pizzarias e padarias 1,5%. É usado, também, nas locomotivas a vapor ainda existentes em alguns lugares do Brasil. Óleos vegetais Dentro dos tecidos existentes nas folhas ou caule de alguns vegetais, há uma substância oleosa que pode ser utilizada para queimar. Também, pode-se obter essa substância de algumas sementes que, ao passar por um processo mecânico de pressão, são quebradas. Depois deste processo mecânico, é aplicado um processo químico que usa o hexano (solvente líquido) para extrair somente o óleo. Posteriormente, esse óleo vai ser refinado, clarificado e desodorizado perdendo, assim, o cheiro forte. Figura 1.2: Plantação de palmas Cana-de-açúcar Os óleos vegetais são provenientes de plantas oleaginosas como a soja, o algodão, o dendê, o girassol, a mamona, a palma (figura 1.2), entre outros. A principal utilização dos óleos vegetais, além da produção dos óleos comestíveis e lubrificantes, será, no futuro, como biodiesel, que é uma alternativa ao diesel derivado do petróleo. A cana-de-açúcar é originária da Ásia e foi introduzida na América, por Cristóvão Colombo, em meados de Tem grande uso na pecuária, pois serve de alimento para o gado. Com o caldo extraído, através de moendas, pode-se produzir garapa, pinga, açúcar, rapadura, álcool combustível e álcool de cozinha. Atualmente, usa-se o bagaço da cana como combustível para a geração de energia elétrica em turbinas a vapor. No Brasil, afirma-se que coube a Martim Afonso de Souza a instalação do primeiro engenho, na capitania de São Vicente - SP, no ano de 1.5. O segundo foi instalado em Pernambuco, por Jerônimo de Albuquerque, em O Brasil é o segundo país do mundo com grandes canaviais, que abrangem Estados como São Paulo, Paraná, Alagoas, Minas Gerais, Pernambuco, Mato Grosso do Sul, Mato Grosso, Rio de Janeiro e Paraíba, ficando abaixo da Índia que ainda é o primeiro produtor mundial de cana. O processo de produção do álcool, que é um biocombustível, está apresentado na cartilha de dendroenergia. Resíduos Sólidos e Líquidos Urbanos Por resíduo sólido entende-se qualquer material inútil, indesejável ou descartado, cuja composição ou quantidade de líquido não permita que escoe livremente. Segundo o CONAMA são os "resíduos nos estados sólido e semi-sólido que resultam de atividades da comunidade, de origem industrial, comercial, doméstica, hospitalar, agrícola, de serviços e de varrição. Ficam incluídas nesta definição os lodos provenientes dos sistemas de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos de controle da poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos d'água, ou exijam para isso soluções técnica e economicamente inviáveis, em face à melhor tecnologia disponível" (Resolução nº 5, de , do CONAMA). Já os resíduos líquidos urbanos são os efluentes domésticos e industriais. Resíduos sólidos agrícolas Resíduos sólidos resultantes da criação e abate de animais e do processamento da produção das plantações e cultivos. Fique por dentro! A lenha é um combustível composto de celulose, resina, água e sais minerais. Além da Índia e do Brasil, estão entre os principais países do mundo na produção canavieira a Tailândia, o México, a Austrália e a África do Sul. Os bagaços da cana, também, podem ser utilizados como ração para animais confinados e adubo para as lavouras

6 Capítulo 2 Capítulo 2 O biogás Histórico do Biogás Apesar do processo de biodigestão anaeróbia ser conhecido há muito tempo, só mais recentemente é que tem sido desenvolvido e difundido mundialmente. A China tem sido o país que mais desenvolveu o biogás no âmbito rural, visando atender, principalmente, a necessidade de energia para cozimento e iluminação doméstica (MASSOTTI, 2004). Acredita-se que haja mais de 8 milhões de unidades no país. A Índia também tem desenvolvido uma larga propagação de biodigestores, possuindo um total de 150 mil unidades instaladas. Responda: No Brasil os estudos com biogás foram iniciados de maneira mais intensa em Apesar disso, os resultados alcançados já nos asseguram um bom domínio tecnológico e podemos nos qualificar como aptos a desenvolver um vasto programa no âmbito nacional com biogás, seja no setor agrícola ou no setor industrial. EXERCÍCIOS 1) O que é biomassa? 2) A biomassa pode ser considerada uma fonte renovável de energia? Para que devemos utilizar fontes renováveis de energia? ) Quais os principais tipos de biomassa? 4) Quais as principais vantagens da utilização da biomassa? Características do Biogás "O Biogás é um gás inflamável produzido por microorganismos, quando matérias orgânicas são fermentadas dentro de determinados limites de temperatura, teor de umidade e acidez, em um ambiente impermeável ao ar. O metano, principal componente do biogás, não tem cheiro, cor ou sabor, mas os outros gases presentes conferem-lhe um ligeiro odor de alho ou de ovo podre. A presença do gás sulfídrico (H S) no biogás, torna-o corrosivo, sendo portanto necessário 2 um tratamento antes de seu uso. Este tratamento consiste em eliminar o gás sulfídrico por meio de uma lavagem com lixívia de Hidróxido de Potássio. O resultado será um sal que poderá ser adicionado ao biofertilizante para enriquecê-lo com enxofre e potássio (MARTINS, 200). Segundo o TECPAR, 2002, outra maneira de remover o gás sulfídrico é através da utilização de esponjas ou limalhas de ferro e resíduos de serragem da madeira, formando assim um filtro purificador. O ferro metálico em contato com o gás sulfídrico reage formando sulfetos de ferro. A serragem serve para absorver a umidade e evitar formação de blocos de ferro no interior do filtro, os quais impediriam a circulação do biogás dentro do purificador. Após certo período, todo o ferro é transformado em sulfeto, assim o filtro perde sua capacidade de purificação, sendo necessária a renovação da carga do purificador

7 A digestão anaeróbica para produção de biogás possui vantagens e desvantagens conforme relacionado a seguir (TECPAR, 2002). As vantagens são: - É um processo natural para tratamento de rejeitos orgânicos; - Requer menos espaço que aterros sanitários; - Diminui o volume de resíduo a ser descartado; - Reduz significativamente a quantidade emitida de dióxido de carbono (CO ) e de meta- 2 no (CH ), gases causadores do efeito estufa; 4 - Apesar do custo inicial, numa perspectiva em longo prazo o processo resulta numa grande economia, pois reduz gastos com eletricidade, transporte de botijão de gás, esgoto, descarte dos demais resíduos, etc. As desvantagens são: - Formação de gás sulfídrico, gás tóxico com cheiro desagradável; - Dependendo do tipo de resíduo a quantidade de biogás será maior ou menor, o que implica numa possível etapa de tratamento do gás obtido, dependendo do uso dado ao mesmo; - Custo extra de manutenção devido à escolha adequada do material utilizado na construção do biodigestor, pois há formação de gases corrosivos (CETTO, 2002). O transporte do biogás para seu uso final deve ser feito por uma bomba compressora de gás, caso o seu destino seja uma distância superior a 500 metros do local de produção. Isto é necessário uma vez que o biogás é produzido e armazenado sob baixa pressão (FERRAZ e MARRIEL, 1980). Considerando que, usualmente, o biogás é utilizado em lugar afastado do seu local de produção, o transporte por compressores evita a formação de barrigas d'água nas tubulações causadas pelo vapor d'água presente no gás. A água condensa pela diferença de temperatura entre o interior da tubulação e o ar ou solo (quando estão enterradas) (TECPAR, 2002). Quando o metano queima produz uma chama geradora de uma grande quantidade de energia térmica. Segundo BARNETT et al 1978, a queima de 1 m de biogás gera entre e kcal de energia térmica (1kcal é o suficiente para aquecer 1 kg de água em 1 C). Esta variação decorre de sua maior ou menor pureza, ou seja, maior ou menor quantidade de metano. O biogás altamente purificado pode alcançar kcal por metro (TECPAR, 2002). Apresenta- se, à seguir, a comparação entre o poder calorífico de 1 m de biogás e outros produtos (BARRERA, 199). 1 m de biogás corresponde a: - 0,61 litro de gasolina; - 0,55 litro de diesel; - 0,45 litro de gás de cozinha; - 1,5 quilo de lenha; - 0,79 litro de álcool hidratado; - 1,4 kw. Em uma propriedade o biogás pode ter diversas utilizações, entre as quais pode-se citar: - no fogão a gás; - na geladeira a gás ou querosene; - no lampião a gás; - no aquecimento de água; - em motores térmicos; A tabela a seguir mostra o consumo de biogás em algumas atividades. (CETEC, 1982) Cozinhar Utilização Iluminação com Lampião Chuveiro a Gás Incubador Tabela 2.1. Consumo do biogás em diferentes utilidades Motor Combustão Interna. Aquecedor Água a 100ºC Gerar eletricidade (1kWh) Consumo 0, m /dia/pessoa 0,12 m /hora/lampião 0,8 m /banho 0,71 m /m Espaço Interno/hora 0,45 m /Hp/hora 0,08 m /litro 0,62 m 2. - Composição Química do Biogás A mistura dos gases que constituem o biogás é resultante do tipo de material orgânico degradado biologicamente. A Tabela 2.2 mostra a composição média dos gases que formam o biogás: - 0,58 litro de querosene; 10 11

8 2..1 Diferentes biomassas e a produção de biogás A biomassa colocada dentro do biodigestor pode estar seca ou molhada. A única diferença que existe entre esses dois tipos é a capacidade de produção, ou seja, a quantidade de gás que será produzido, pois a biomassa seca apresenta maior rendimento na produção. A tabela 2.. apresenta, aproximadamente, quanto de excremento um animal pode produzir por dia. Já a Tabela 2.4 apresenta qual a quantidade necessária de resíduo de diferentes animais para se produzir um m de biogás. Tabela 2.2: Composição do biogás processado num biodigestor: (Castanón, 2002) Gases Porcentagem (%) Atividades: Metano (CH ) 4 Dióxido de Carbono (CO ) 2 Nitrogênio (N) Oxigênio (O) Acido sulfídrico (H2S) ) Resolva: a) Um sitiante possui 10 vacas em seu curral. Qual será a produção de resíduo orgânico no fim de 1 dia completo? Quantos m de biogás poderão ser produzidos com essa quantidade? Amoníaco (Nh) Monóxido de Carbono (CO) Hidrogênio (H) Tabela 2.: Produção diária de resíduos líquidos e esterco de diversos animais. (KONZEN,1980 apud OLIVEIRA, P. A. V, 199) Resíduo Unidade Suínos Frango Corte Gado Corte Gado Leite Ovinos Líquidos %/dia (PV) 5,1 6,6 4,6 9,4,6 Sólidos Kg/animal/dia 2, 2,5 0,12 0, ,5 0,9 Tabela Quantidade de rejeitos para a produção de 1 m de biogás. (CASTANÓN, 2002). Matéria -Prima Quantidade Esterco fresco de bovino Kg b) Na fazenda Santo Antônio existem 100 cabeças de porcos. Qual será a produção de resíduo orgânico em 1 mês (0 dias)? (OBS: considerar 2,5 kg/dia) c) Numa fazenda de criação de gado leiteiro existem 100 cabeças de gado. Qual seria a produção de biogás durante 1 dia? E durante 1 mês (0 dias)? d) Para que se possa ter no final de 1 dia 50 kg de adubo orgânico, quantas cabeças de gado tenho que possuir? Qual será a produção de biogás em 1 dia? EXERCÍCIOS Esterco seco de galinha Resíduos secos de vegetais Esterco seco de suíno 2, Kg 2,5 Kg 2,86 Kg 12 1

9 Capítulo Capítulo Processos de produção do biogás.2 Condições Indispensáveis à Digestão Anaeróbica.1 Biodigestão Anaeróbica A digestão anaeróbia é um processo segundo o qual algumas espécies de bactérias que atuam na ausência de oxigênio atacam a estrutura de materiais orgânicos complexos, para produzir compostos mais simples como metano, dióxido de carbono, água, etc, extraindo, simultaneamente, a energia e os compostos necessários para o seu próprio crescimento. A transformação da matéria orgânica em diversas substâncias químicas, no decurso da fermentação anaeróbia, processa-se através de uma cadeia de degradações sucessivas devidas a diferentes tipos de bactérias. No entanto, só as bactérias anaeróbias metanogênicas produzem gás metano. Pertencem a quatro grupos morfológicos e são muito sensíveis a variações de temperatura, atuando numa faixa entre 10 a 45 C. Essencialmente distinguem-se duas fases nos processos de fermentação metanogênica. A primeira fase é uma transformação das moléculas orgânicas em ácidos graxos, sais ou gás. A segunda é a transformação destes numa mistura gasosa essencialmente constituída por metano e dióxido de carbono. O organismo anaeróbio não pode sobreviver em locais com oxigênio, e por esse motivo no digestor não deve entrar o ar atmosférico. As reações bioquímicas principais que ocorrem no processo caracterizam os grupos de microorganismos predominantes, podendo o mesmo ser dividido em quatro etapas: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese. A figura.1 a seguir apresenta o esquema do processo de biodigestão anaeróbia. Aminoácidos, açucares Metanogênese Hidrogenotrópica Redução Sulfato Hidrólise Hidrogênio, dióxido de carbono Polímeros Complexos (Matéria Orgânica) Proteínas, Carboidratos e Ácidos Graxos Acidogênese Ácidos graxos de cadeia longa, Butirato, Propianato, etc Metano, dióxido de carbono Sulfito de hidrogênio e Dióxido de Carbono Ácidos graxos voláteis, álcoois Acetato Hidrólise Redução Sulfato Metanogênese Acetoclástica Redução Sulfato As condições ótimas de vida para os microorganismos anaeróbios são: Impermeabilidade ao Ar Nenhuma das atividades biológicas dos microorganismos, inclusive seu desenvolvimento, reprodução e metabolismo, exigem oxigênio, a cuja presença são eles, de fato, muito sensíveis. A decomposição de matéria orgânica na presença de oxigênio produz dióxido de carbono (CO ); na ausência de ar (oxigênio) produz metano. Se o biodigestor não estiver perfeitamente 2 vedado a produção de biogás é inibida. Temperatura adequada A temperatura no interior do digestor afeta sensivelmente a produção de biogás. A atividade enzimática das bactérias depende intimamente da temperatura. Ela é fraca a 10ºC e nula acima dos 65ºC. A faixa dos 20ºC a 45ºC, corresponde à fase mesofílica, enquanto que entre os 50ºC e os 65ºC, temos a fase termofílica. A opção por uma temperatura de trabalho terá de resultar do compromisso entre o volume de gás a produzir, o grau de fermentação e o tempo de retenção. Na fase mesofílica, as variações de temperatura são aceitáveis desde que não sejam bruscas. O mesmo não acontece com a fase termofílica, onde as variações não são aconselháveis. Todavia, ela permite cargas mais elevadas e um tempo de retenção menor, com maiores taxas de produção de gás. Nutrientes Os principais nutrientes dos microorganismos são carbono, nitrogênio e sais orgânicos. Uma relação específica de carbono para nitrogênio deve ser mantida entre 20:1 e 0:1. A principal fonte de nitrogênio são as dejeções humanas e de outros animais, enquanto que os polímeros presentes nas culturas restantes são os principais fornecedores de carbono. Teor de Água O teor de água deve, normalmente, situar-se em torno de 90% do peso do conteúdo total. Tanto o excesso, quanto a falta de água são prejudiciais. O teor de água varia de acordo com as diferenças apresentadas pelas matérias-primas destinadas à fermentação. ph Em meio ácido, a atividade enzimática das bactérias é anulada. Num meio alcalino, a fermentação produz anidrido sulfuroso e hidrogênio. A digestão pode efetuar-se entre o ph de 6,6 e 7,6. Para valores abaixo de 6,5 a acidez aumenta rapidamente e a fermentação pára. Substâncias Tóxicas A presença de matérias tóxicas, detergentes e outros produtos químicos deve ser evitada ao Figura.1 - Digestão anaeróbia da matéria orgânica.(adaptado de LETTINGA,1985)

10 máximo, pois basta uma concentração muito baixa destes produtos para provocar a intoxicação e morte das bactérias. Qualquer elemento em solução no digestor, em excesso, pode provocar sintomas de toxidez ao meio bacteriano. A definição exata da concentração em que estes elementos passam a ser nocivos é difícil, devido à complexidade do processo. A presença de hidrocarbonetos-clorofórmio, tetra cloreto de carbono e outros usados como inseticidas ou solventes industriais constituem fortes agentes tóxicos à digestão anaeróbia. A presença do íon amônio em digestores com altas taxas de produção, é um significante problema. Anotações: Capítulo 4 Capítulo 4 Biodigestores Cientificamente Biodigestão é um processo de degradação, transformação ou decomposição de substâncias vegetais e ou animais (conhecidas por Matéria Orgânica), realizado por microorganismos ou bactérias. Segundo Magalhães, 1986, o biodigestor é uma câmara na qual ocorre um processo bioquímico denominado digestão anaeróbica, que tem como resultado a formação de biofertilizantes e produtos gasosos, principalmente o metano e o dióxido de carbono. Genericamente, de acordo com sua utilização, os biodigestores podem ser classificados em três tipos: 1 - Biodigestores Industriais 2 - Biodigestores Urbanos - Biodigestores Agrícolas (setores rurais) O sistema que permite o mais eficiente funcionamento do biodigestor é constituído pelos seguintes componentes (MAGALHÃES, 1986): Tanque de entrada: local onde são depositados os dejetos; Tubo de carga: conduto através do qual se faz a introdução do resíduo no digestor; Digestor: tanque fechado onde se processa a fermentação da matéria orgânica; Septo: parede que divide e direciona o fluxo do resíduo dentro do digestor; Gasômetro: câmara em que se acumula o biogás gerado pela digestão anaeróbia; Tubo de descarga: conduto pelo qual é expelido o resíduo líquido depois de fermentado; Leito de secagem: tanque onde é recolhido o resíduo líquido, que após a perda do excesso de água se transforma no biofertilizante; Saída do biogás: tubulação instalada na parte superior do gasômetro para conduzir o biogás até o ponto de consumo. 4.1 Tipos de Biodigestores Vários foram os sistemas de digestão concebidos, sendo impressionante o número de digestores diferentes que existem. No entanto, distinguem-se dois grandes tipos ou dois processos de digestores: os contínuos e os descontínuos. A escolha de um sistema depende, essen

11 cialmente, das características do substrato, das necessidades de depuração, da disponibilidade de mão-de-obra e de condições de ordem econômica. Existem vários tipos de biodigestores, como: edifício de criação bomba facultativa gás tanque para adubação a) horizontais ou verticais; b) alvenaria ou concreto; c) plástico ou lona; d) metal ou fibra de vidro. Quanto à forma de carregamento os biodigestores podem ser classificados em descontínuos (batelada) e contínuos Processo descontínuo (batelada) O biodigestor de batelada é um modelo simples, próprio para produções pequenas de biogás. Este tipo de digestor recebe um carregamento de matéria orgânica, que só é substituído após um período adequado à digestão de todo o lote. Trata-se de um tanque de alvenaria, metal ou fibra de vidro, o qual é carregado, fechado e, depois de 15 a 20 dias de fermentação (isso em função ao tamanho do biodigestor), começa a produzir biogás. Depois de usar o gás, o biodigestor de batelada é aberto, descarregado, para logo ser limpo e novamente recarregado, reiniciando o processo. É interessante e recomendável ter duas unidades. Quando um biodigestor começa a produzir, o outro é carregado, e quando acaba o biogás de um, o outro já começa a produzir. (figura 4.1) cuba de armazenagem e de mistura (substrato líquido) digestor contínuo armazenagem de efluente Figura Diagrama esquemático do Biodigestor tipo Contínuo Num sistema contínuo a matéria orgânica é introduzida na cuba de fermentação com uma determinada taxa de diluição (a qual depende do tipo de matéria orgânica a fermentar), onde fica retida durante vários dias. O tempo de retenção resulta de um compromisso entre o volume de gás a produzir, o grau de digestão que se pretende e a temperatura de funcionamento. Depois de carregada a cuba e iniciada a fermentação, impõe-se a estabilização do sistema. É importante a verificação de todos os parâmetros como o ph, temperatura, qualidade do efluente, produção e qualidade do gás. É de notar que a estabilização poderá ser demorada e exigir correções. Neste tipo de fermentação, é absolutamente necessária a agitação da matéria orgânica incubada, a fim de evitar a formação de crostas na superfície, bem como a deposição de matéria no fundo, e permitindo uma homogeneização na concentração das bactérias e manutenção de uma temperatura uniforme no interior da cuba. A produção de biogás é uniforme no tempo e a quantidade produzida é função do tipo de matéria orgânica utilizada. A seguir estão alguns exemplos de diferentes modelos de biodigestores: MODELO CHINÊS estrume sólido Processo contínuo Armazenagem e utilização do biogás digestores descontínuos substrato digerido Figura Sistema descontínuo (batelada) de produção de biogás Os biodigestores contínuos, do tipo mostrado na figura 4.2, são construídos de tal forma que podem ser abastecidos diariamente, permitindo que a cada entrada de material orgânico a ser processado exista uma saída de material já processado. Os modelos mais conhecidos de biodigestores contínuos são o Indiano e o Chinês. Ambos são construções que possuem a sua maior parte abaixo do nível do solo. Na China o estudo do biogás começou por volta de 1900, tendo sido desenvolvido o primeiro processo em 1920, que só foi patenteado em 190. A difusão do uso do biodigestor iniciou-se em em mais de 20 distritos. Em 191, formou-se a Primeira Companhia de biogás em Xangai. A partir de 194, iniciaram-se cursos de treinamento em escala nacional, atingindo maior grau de desenvolvimento na década de 70, devido ao apoio do Governo Central e a escassez de lenha para a combustão. Em fins de 1970 foram construídos modelos piloto para divulgação do consumo de biogás do meio rural para a zona urbana. O rápido desenvolvimento ou a urgência no programa de divulgação e implantação dos digestores deveu-se a falta de lenha, ansiedade da população para melhoria das condições de vida e amplo apoio do Governo. Embora o carvão mineral, petróleo e o gás natural fossem abundantes, o problema de transporte tornou inviável seu fornecimento. No modelo chinês a cúpula é fixa, de alvenaria, guarnecida por uma espécie de válvula, composta por uma tampa e pressionada por um deposito de água. A característica desse modelo exige que se esgote o gás com mais freqüência, a fim de evitar o desperdício

12 Como vantagens do digestor tipo chinês pode-se citar: -Este modelo tem um custo mais barato em relação aos outros, pois a cúpula é feita de alvenaria. -O biodigestor chinês é o que ocupa menos espaço na superfície do solo. -Como é construído completamente enterrado no solo (tanto o digestor, como o gasômetro), sofre muito pouca variação de temperatura. Como desvantagens podem-se citar: -O sistema de comunicação entre a caixa de carga e o digestor, sendo feito através de tubos, está sujeito a entupimentos. -Tem limitação quanto ao tipo de solo. Sua construção em solos superficiais não é indicada. Não é um biodigestor próprio para acúmulo de gás, devido a sua construção de cúpula fixa (a área de reserva de gás é menor). É um modelo mais indicado na produção de biofertilizante. mão, sendo portanto o primeiro digestor em regime contínuo de alimentação. No modelo indiano a cúpula vai subindo em torno de uma guia de metal à medida que se enche de gás, funcionando como gasômetro. Seu peso acaba imprimindo certa compressão ao gás estocado. Esta compressão pode ser aumentada por fixação de pesos na cúpula de metal. Através desse sistema imprime-se maior pressão quando for necessário aumentar a velocidade de saída do gás, conforme apresentado na figura Sua construção é limitada para áreas de lençol freático alto, ou seja, não é um modelo indicaentrada de resíduos animais gás gás coleta de gás coleta de fertilizante carga As origens da produção do gás assim como sua utilização remotam ao ano de 197. Em 1978, a Índia já apresentava um total de 75 mil unidades implantadas, sendo o modelo mais amplamente difundido o denominado GOBAR (esterco bovino). A primeira instalação em regime de batelada para a produção de biogás foi construída em Bombaim em Intensivas pesquisas foram mais tarde conduzidas por S.V. Desal e Mr. Biswas que patentearam, em 1946, uma unidade de geração de biogás a partir da decomposição de esterco bovino, inspirada em modelo alesaída de gás tanque de fermentação MODELO INDIANO câmara de gás câmara de digestão câmara reguladora Figura 4. - Vista lateral do biodigestor tipo chinês descarga Figura Diagrama esquemático do biodigestor tipo Indiano Como vantagens do digestor tipo indiano pode-se citar. -O digestor do modelo indiano é construído enterrado no solo e, como a temperatura do solo é pouco variável, o processo de fermentação que ocorre em seu interior tem a vantagem de sofrer pouca variação de temperatura. A temperatura elevada favorece a ação das bactérias (responsáveis pelo processo de fermentação anaeróbia) e a sua queda provoca uma menor produção de biogás. -Ocupa pouco espaço do terreno (em relação ao da marinha), porque sua maior extensão é vertical. -Em termos de custos, sendo as paredes do digestor construídas dentro do solo, o modelo dispensa o uso de reforços, tais com cintas de concreto, o que barateia as despesas. Como desvantagens podem-se citar. -Quando a cúpula for de metal, ela está sujeita ao problema de corrosão. Para evitá-lo, recomenda-se fazer uma boa pintura com um antioxidante. -O sistema de comunicação entre a caixa de carga e o digestor, sendo feito através de tubos, fica sujeito a entupimentos

13 do para terrenos superficiais, pois nestes casos pode ocorrer infiltração. As diferenças entre os modelos chinês e indiano de biodigestores não são expressivas. O detalhe se refere à cúpula do gasômetro, região onde fica armazenado o biogás gerado pela fermentação. O biodigestor indiano tem cúpula móvel de metal, na qual o gás é retido e a partir de onde pode ser distribuído. Já o modelo chinês tem cúpula fixa de alvenaria e uma câmara cilíndrica para fermentação com o teto em forma de arco, onde o gás fica retido. MODELO DA MARINHA É um modelo do tipo horizontal, que tem a largura maior que a profundidade. Sua área de exposição ao sol é maior, com isso é maior a produção de biogás. Sua cúpula é de plástico maleável, tipo PVC, que infla com a produção de gás, como um balão. Devido a isto também é conhecido como tipo lona. Pode ser construído enterrado ou não. A caixa de carga é feita em alvenaria, por isso pode ser mais larga evitando o entupimento. A cúpula pode ser retirada, o que ajuda na limpeza. Como vantagens do digestor tipo chinês pode-se citar. -A área sujeita à exposição solar é maior, facilitando a produção de gás. -Sua construção não exige restrições a tipo de solo, não exigindo solos profundos porque é um modelo de tipo horizontal, podendo ser construído tanto enterrado, quanto sobre a superfície do solo. -A comunicação da caixa de carga para o digestor, feita de alvenaria, é mais larga, evitando com isso entupimento e facilitando a manutenção. -A limpeza do digestor é mais fácil porque a cúpula pode ser retirada facilmente. Desvantagens: -Neste modelo, como no indiano, temos o custo da cúpula. Fique por dentro! Antes de fazer a limpeza deve-se certificar de que não há produção de gás para evitar o contato com substâncias tóxicas. Na China costuma-se fazer um teste colocando dentro do biodigestor uma galinha viva. No caso de biodigestores em que há possibilidade da entrada de uma pessoa, torna-se necessário o uso de uma mangueira que será usada como um respirador onde uma das extremidades ficará fora do aparelho e a outra na boca da pessoa. 4.2 Operação e Carregamento do Biodigestor O teor de água deve normalmente situar-se em torno de 90% do peso do conteúdo total ( Tanto o excesso quanto a falta de água são prejudiciais. O teor da água varia de acordo com as diferenças apresentadas pelas matérias-primas destinadas à fermentação. Independentemente do processo de decomposição da parte sólida dos dejetos, haverá necessidade (pela própria legislação) de um prévio tratamento para a água usada para diluição. Se esta água for ser usada para fertirrigação, deveremos eliminar os microorganismos patogênicos para não haver contaminação dos alimentos ou do lençol freático. Esta opção permite instalar o tanque o mais próximo possível do cultivo, permitindo um melhor manejo, com menor custo tanto de energia elétrica como da operação. Em hipótese alguma deve-se colocar no digestor fertilizantes fosfatados. Sob condições de total ausência de ar, este material pode produzir fosfina, extremamente tóxica, cujo contato será fatal. No caso de vazamentos deixar o ar circular para que haja ventilação dentro da casa. Se alguém sentir cheiro forte de ovo podre, abrir as portas e janelas para expelir o gás, e evitar acender cigarro ou fósforo. Na utilização do biogás, acende-se primeiro o fósforo e depois abre-se a válvula de gás. Como vimos anteriormente, a temperatura no interior do digestor afeta sensivelmente a produção de biogás. Todos os microorganismos produtores de metano são muito sensíveis a alterações de temperatura; qualquer mudança brusca que exceder a 0 C afeta a produção. É preciso assegurar uma relativa estabilidade de temperatura. "É arbitrário pensar que quanto maior o digestor mais gás produzirá". Já foi dito que "o sucesso de um digestor depende da sua operação". No caso de um grande digestor, se não for feito abastecimento regular de matéria-prima e não houver manutenção adequada, a produção de gás poderá ser inferior à de um digestor pequeno. A idéia de que é melhor possuir um grande digestor do que um pequeno deve ser combatida. Naturalmente, o volume do digestor não deverá ser tão pequeno que a produção de gás seja insuficiente e as necessidades não sejam atendidas. O desenvolvimento de um programa de biogás também representa um recurso eficiente para tratar os excrementos e melhorar a higiene e o padrão sanitário do meio rural. O lançamento de dejetos humanos e animais num digestor de biogás soluciona os problemas de dar fim aos ovos dos esquistossomos e ancilóstomos, bem como de bactérias, bacilos desintéricos e paratíficos e de outros parasitas. Para evitar que haja modificação na pressão interna do gás, o carregamento e a descarga devem ser feitos ao mesmo tempo ou logo após o descarregamento da sobra da biomassa, que pode ser retirada utilizando uma lata de tinta, de querosene, enxada ou bomba de sucção. O biodigestor deve ser limpo pelo menos duas vezes ao ano, fazendo a retirada da sobra de biomassa. 22 2

14 4. Biofertilizante O biofertilizante é a sobra de biomassa que fica dentro do biodigestor depois que o biogás é produzido. Ao ser retirada e devidamente tratada constitui-se num excelente adubo orgânico para a fertilização do solo e, conseqüentemente, para o desenvolvimento das plantas. Constitui-se em uma fonte de macro e micronutrientes, principalmente o Nitrogênio e Fósforo (principais componentes dos adubos industrializados). Além disso tem grande facilidade de imobilização pelos microorganismos no solo devido ao avançado grau de decomposição (FARIAS, 1958). Segundo PARCHEN, 1981, os principais efeitos do adubo orgânico no solo são uma melhor estruturação, maior capacidade de retenção-hídrica, maior atividade microbiana, maior solubilização dos nutrientes do solo e a redução nos processos de erosão. Por causa da ação das bactérias FARIAS, 1958, cita que o adubo orgânico se apresenta rico em nutrientes e isento de mau cheiro (com cheiro de terra limpa), possuindo excelente qualidade, não atraindo moscas e outros insetos, sendo livre de agentes transmissores de doenças. São reconhecidos os excelentes resultados que se obtêm pela utilização desse material como biofertilizante em culturas agrícolas. Opcionalmente, se for da conveniência do produtor, o adubo digerido pode ser bombeado ainda em estado fluído até o local de utilização e lançado ao solo sem nenhum inconveniente para as plantações (MORAES, 1980). do muitas vezes a absorção, pela raiz, da água e de nutrientes do solo como o potássio e o nitrogênio que influenciam na germinação e crescimento da planta. Vale ressaltar que vários estudos apontam o uso da biomassa como importante fonte energética do futuro, pois sua matéria-prima é renovável, ou seja, passa por ciclos. Desta forma, torna-se imprescindível aprimorar cada vez mais os estudos sobre essa fonte. Anotações: Com base no exposto podemos citar as seguintes vantagens do uso de biofertilizante. -não há nenhum custo, se comparado aos fertilizantes inorgânicos; -não propaga mau cheiro; -é rico em nitrogênio, substância muito escassa; -a biomassa que fica dentro do biodigestor, sem contato com o ar, mata todas as bactérias aeróbias e germes existentes nas fezes e demais matérias orgânicas; -está livre dos parasitas da esquistossomose, de vírus da poliomielite e bactérias como a do tifo e malária; -recupera terras agrícolas empobrecidas em nutrientes pelo excesso ou uso contínuo de fertilizantes inorgânicos, ou seja, produtos químicos; -é um agente de combate a erosão, porque mantém o equilíbrio ecológico retendo maior quantidade de água pluvial; e -o resíduo da matéria orgânica apresenta uma capacidade de retenção de umidade pelo solo, permitindo que a planta se desenvolva durante o período da seca. Por outro lado, vale destacar que a única desvantagem do uso de biofertilizante é a não eliminação da acidez do solo, causada pelo uso exagerado de fertilizantes inorgânicos dificultan

15 Capítulo 5 Outras tecnologias para conversão energética EXERCÍCIOS Atividades, responda: a) Explique como é o processo da biodigestão anaeróbia e quais as principais fases? b) Quais os principais fatores que influenciam a biodigestão anaeróbia? c) O que é um biodigestor? d) Quais as partes constituintes de um biodigestor? 6) Relacione as colunas: (1) Modelo Contínuo; (2) Modelo descontínuo; () Modelo Chinês; (4) Modelo indiano; (5) Modelo da Marinha Sua cúpula é de plástico maleável, tipo PVC, que infla com a produção de gás, como um balão. Pode ser construído enterrado. Uma cúpula fixa de alvenaria, uma câmara cilíndrica para fermentação com o teto em forma de abóbora, onde o gás fica retido. A cúpula vai subindo em torno de uma guia de metal, a medida que se enche de gás, funcionando como gasômetro. A biomassa é colocada dentro do biodigestor, que deve ficar fechado o tempo todo, até a produção do biogás. Como foi visto anteriormente, a produção de biogás acontece a partir de processos biológicos na ausência de oxigênio. Mas, existem outros processos que produzem gases a partir de biomassa, chamados gases pobres. Possuem este nome devido a presença de metano em menores quantidades atribuindo a este gás um baixo poder calorífico. As tecnologias de aproveitamento do potencial da biomassa sólida são essencialmente as utilizadas em centrais térmicas com diferentes tecnologias ou centrais de cogeração para a produção de energia elétrica e calor, ou ainda a queima direta para a produção de calor. Os principais processos referidos acima são: Combustão ou queima direta: Transformação da energia química do combustível em calor por meio das reações dos elementos constituintes dos combustíveis com oxigênio (o ar ou o oxigênio são fornecidos além da quantidade estequiométrica). Gaseificação: conversão termoquímica realizada a temperaturas elevadas através da oxidação parcial dos elementos combustíveis da biomassa produzindo um gás utilizável em diferentes tecnologias (turbinas a gás, motores de combustão interna, caldeiras, etc). Pirólise: processo termoquímico que consiste na degradação térmica da biomassa em ausência de ar (total ou parcial) a temperaturas relativamente baixas, transformando-a em combustível sólido (carvão vegetal), líquido (biocombustíveis) e gasoso (gás). Esta fração depende da temperatura e do tempo de residência. 5.1 Uso de Biomassa para a Produção de Energia Atualmente o Brasil encontra-se em situação privilegiada no que se refere a suas fontes primárias de oferta de energia. Verifica-se que a maioria da energia consumida no país é proveniente de fontes renováveis de energia (hidroeletricidade, biomassa em forma de lenha e derivados da madeira, como serragem, carvão vegetal, derivados da cana-de-açúcar e outras mais). Com o "apagão" e o conseqüentemente racionamento de energia, começaram as discussões sobre a matriz energética brasileira. A utilização de biomassa para produção de energia, tanto elétrica como em forma de vapor, em caldeiras ou fornos, já é uma realidade no Brasil. O uso da madeira para a geração de energia apresenta algumas vantagens e desvantagens, quando comparada com combustíveis à base de petróleo. Vantagens: - Baixo custo de aquisição; 26 27

16 EXERCÍCIOS - Não emite dióxido de enxofre; - Menor corrosão dos equipamentos (caldeiras, fornos); - Menor risco ambiental; - Recurso renovável; - Emissões não contribuem para o efeito estufa. Desvantagens: - Menor poder calorífico; - Maior possibilidade de geração de material particulado para a atmosfera. Isto significa maior custo de investimento para a caldeira e os equipamentos para remoção de material particulado; - Dificuldades no estoque e armazenamento. Existem algumas vantagens indiretas, como é o caso de madeireiras que utilizam os resíduos do processo de fabricação (serragem, cavacos e pedaços de madeira) para a própria produção de energia, reduzindo, desta maneira, o volume de resíduo do processo industrial e diminuindo seus custos de produção. Atividades: 7) Responda: a) Quais os principais pontos a serem considerados na operação de um biodigestor? b) Quais as vantagens do biofertilizante? c) Explique os processos de gaseificação da biomassa e pirólise. Quais os principais produtos obtidos de cada um deles? 8) Faça um quadro comparativo entre as vantagens e desvantagens do uso de biomassa para a produção de energia. Capítulo 6 Unidade experimental de biodigestor rural A proposta para este projeto, disponível em biodigestor.html, é uma unidade demonstrativa de biodigestor para apresentação da simplicidade de obtenção de biogás, a partir de esterco bovino. A idealização do modelo é empírica. A construção é feita a partir de tambores metálicos, facilmente encontrados a preços bastante reduzidos, o que simplifica a montagem e garante o baixo custo final, apesar disso implicar em uma relação entre as medidas de diâmetro interno e altura fora da faixa indicada como ideal. A durabilidade, não sendo prioridade num modelo demonstrativo, é reduzida, em torno de pouco mais de um ano para cargas seguidas. A expectativa para o pico de produção de biogás é de aproximadamente 120 litros de gás por dia, sob uma pressão de 12 cm coluna d agua, suficiente para a queima em um bico de Busen por um período de 25 a 5 minutos diários. A Figura 5.10 apresenta um esquema deste biodigestor. Figura Vista em corte da montagem final do biodigestor com seus componentes 6.1 Descrição O modelo é constituído por duas partes distintas: câmara de fermentação e gasômetro. Câmara de Fermentação: esta parte comporta a mistura do material orgânico com água, formando um meio anaeróbio, onde as bactérias metanogênicas atuarão, resultando na produção 28 29

17 do biogás. Devido à proposta do modelo, não foi previsto sistema de alimentação contínuo, tratando-se de um modelo de alimentação descontínua ou batelada, no qual a alimentação é realizada integralmente pela abertura superior, e após a fermentação de todo o material, o que leva em média 5 dias. A câmara de fermentação dispõe de algumas peças descritas a seguir: - Agitador: tem a função de evitar que o CO produzido na biodigestão forme bolhas esta- 2 cionárias no afluente (material orgânico diluído). A ocorrência de tais bolhas dificulta a ação das bactérias metanogênicas, diminuindo a velocidade do processo. - Coroa: A coroa é o estreitamento da câmara na altura média. Sua função é evitar a perda do biogás pela folga entre as paredes externas do gasômetro e as paredes internas da câmara. Como a trajetória ascendente descrita pelo gás no meio líquido é praticamente uma linha vertical, tal estreitamento desvia o fluxo das bordas para a parte mais central garantindo a captação pelo gasômetro de quase todo o gás. - Tela de retenção de sólidos: (Uso opcional) O uso de material fibroso como capim adicionado ao material orgânico diluído é recomendado, mas tende a formar aglutinações na superfície, que impedem o livre fluxo do gás e atrapalha a ação das bactérias. A tela de retenção tem a função de manter estes sólidos abaixo da altura da coroa, ao alcance do agitador, evitando a formação de tampões flutuantes sob o gasômetro. - Dreno para descarga: A função do dreno é permitir a descarga do material orgânico, tornando a operação mais limpa e controlada. Gasômetro: A função do gasômetro é a captação e armazenamento do gás, permitindo ainda a manutenção de uma pressão de saída constante. Não possui muitos detalhes, a única peça agregada é a torneira para controlar a saída do gás. - Um pedaço de tela galvanizada de aproximadamente 80 x 80 cm(opcional) - Serviços mecânicos - Corte circular no fundo do tambor 02 para formação da coroa - Furações e soldagens diversas - Confecção e fixação do agitador - Confecção das presilhas de fixação da tela de retenção de sólidos (opcional) - Confecção da tela de retenção de sólidos (opcional) - Soldagem dos dois tambores de 200 litros para formação da câmara de fermentação. Montagem Os tambores devem ser trabalhados separadamente. Para melhor visualização seguiremos a identificação disposta na vista explodida abaixo (Figura 6.2), e descreveremos na seqüência os trabalhos necessários para cada tambor e peças agregadas. O tambor 01 juntamente com o tambor 02, ambos de 200 litros, formarão a câmara de fermentação. Enquanto o tambor 0, de 150 litros, funcionará como gasômetro. 6.2 Materiais e Serviços Necessários Materiais - 02 Tambores metálicos de 200 litros - 01 Tambor de 150 litros com diâmetro menor que os primeiros - 01 Torneira de /4" com rosca para mangueira - 01 Pedaço de cano galvanizado /4" x 20 cm - 2,0 metros de mangueira cristal de 1" - 2,5 metros de vergalhão de aço /8 " galvanizado para confecção do agitador - 04 presilhas com grampo e arruelas (opcional) Figura Vista explodida em corte do biodigestor e seus componentes 0 1

18 Tambor 01: Montagem final da câmara de fermentação Este tambor tem como única peça agregada o dreno para descarga do efluente. Fixação com soldagem do cano de /4" na lateral a uns 5 cm do fundo. Tambor 02: Este é onde se concentra maior parte dos trabalhos mecânicos. Fazer o corte circular no fundo, para formação da coroa. Pelas razões já mencionadas o diâmetro deve ser 6 cm a menos que o diâmetro do gasômetro (tambor 0) Fazer a furação na coroa para fixação inferior do agitador Soldar, na borda superior, em alinhamento vertical com o furo anterior, o anel para fixação superior do agitador. A partir do vergalhão confeccionar o agitador, sendo que inicialmente deve ser moldada a parte inferior, e após este procedimento, a haste superior deve ser passada pelo o furo na coroa e pelo anel de fixação, providenciando-se, em seguida, a dobra para formação da manivela de acionamento, que também servirá para fixar o agitador junto ao anel. Apenas no caso de optar pela adição de capim - Confeccionar a tela de retenção de sólidos, que deve ter um diâmetro que exceda em 4 cm a medida interna da coroa. - Fazer, na coroa 4 furações para alojamento das presilhas de sustentação da tela de retenção de sólidos, usar como gabarito a própria tela. A folga lateral entre as bordas da tela e as presilhas não deve exceder 0.5 cm. Confecção das presilhas conforme detalhe e posterior fixação na coroa (Figura 6.). furo arruela Coroa em corte grampo prisioneiro Figura 6. - Presilha de fixação da tela de retenção de sólidos em detalhe Após a fixação das presilhas os dois tambores devem ser hermeticamente soldados. A mangueira cristal deve ser colocada no cano de drenagem, estando a parte da câmara de fermentação pronta para a primeira carga. Tambor 0: O trabalho restringe-se a fixação da torneira. Fixar a torneira no fundo do tambor, examinando cuidadosamente a vedação. Escolha do Local O local escolhido deve ser bastante arejado, tanto por motivo de segurança, como para evitar odores. Deve ser ainda evitado a incidência direta da luz do sol. Em lugares muito frios deve ser providenciado uma cobertura para a câmara de fermentação, podendo ser de isopor ou outro material isolante térmico, para evitar perda de calor, pois a temperatura ótima para a biodigestão está entre 5 e 45ºC. Choques térmicos podem prejudicar o processo. Operação Antes de carregar o biodigestor deve-se providenciar a lavagem do mesmo e confirmar a ausência de vazamentos. A mangueira do dreno deve ter sua extremidade livre e mantida numa altura superior a da câmara de fermentação. O esterco fresco deve ser previamente diluído em água na proporção de 1:1 do seu volume. Inicialmente deve ser carregado na câmara uma pequena quantidade de capim picado, aproximadamente um volume de 4 litros. Sua função é melhorar a movimentação do material e aumentar a produção do biogás, sendo indispensável (ao não se usar o capim torna-se desnecessário a grade de retenção de sólidos). Após a colocação do capim, deve-se colocar a grade e fixá-la girando as presilhas. Com a grade fixada deve-se completar a carga com a mistura de esterco e água, bem diluídos, sendo que o nível deve estar limitado a 25 cm abaixo da borda superior da câmara, para se evitar transbordamentos, já que com a produção de gás, a diferença da pressão exercida sobre a superfície do afluente no interior do gasômetro e a exercida sobre a área externa provoca uma elevação da última. Deve-se então abrir a torneira do gasômetro e introduzi-lo na câmara de fermentação, com a abertura voltada para baixo, quando o mesmo encostar na coroa deve-se fechar a torneira, neste ponto o tambor deve estar nivelado com a superfície da mistura, de modo que não haja mais ar dentro do gasômetro. A partir daí, o agitador deve ser acionado pelo menos duas vezes por dia. Após uns 15 dias, quando a produção do biogás se iniciar, o gasômetro se elevará devido a retenção do volume de gás produzido. É importante lembrar que as duas primeiras cargas devem ser descartadas, devido à possibilidade de traços de oxigênio no gasômetro e grande concentração de dióxido de carbono. O gás obtido pode ser utilizado em um bico de Busen ou em um pequeno fogão a gás de uma boca, sendo necessário a retirada do giclê. Para obtenção de uma pressão adequada deve ser colocado sobre o gasômetro peso adicional da ordem de 15 Kg. 2

19 CUIDADOS! O biogás é um combustível e quando misturado com o ar, como todos os combustíveis gasosos, torna-se explosivo. Portanto deve-se ter todas as precauções para evitar-se acidentes, sendo importante o acompanhamento de um professor. O manuseio com o esterco deve ser cercado com os cuidados sanitários necessários, sendo imprescindível o uso de luvas entre outros. Deve-se lembrar da necessidade de descarte das duas primeiras cargas do gasômetro. Referências Bibliográficas. BARNETT, Andrew; PYLE, Leo; SUBRAMANIAN, S. K. Biogas technology in the Third World: a multidisciplinary review. Ottawa: IDRC, p. BARRERA, P. Biodigestores Energia, fertilidade e saneamento para a zona rural. São Paulo. Ed. Ícone, 199. CASTANÓN, N.J.B., Biogás, originado a partir dos rejeitos rurais, Trabalho apresentado na disciplina: Biomassa como Fonte de Energia - Conversão e utilização, Universidade de São Paulo, São Paulo, Dez do CETEC, Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais. Estado da arte da digestão anaeróbia. Belo Horizonte, CETTO, J.L. Biodigestor.Disponível: htm>. Acessado em 14 abr COMO CONSTRUIR SEU GERADOR DE BIOGÁS. 2. ed. Florianópolis: FARIAS, Renato Ramos de. Gás combustível e adubo orgânico a baixo custo. Rio de Janeiro: Ministério de Agricultura, fl. Gabinete de Planejamento e Coord. Geral, p. Ferreira, F, E., 200, Apostila do Curso de Agroenergia, Universidade Federal de Itajubá. ano/biodiges.html# _renovaveis/biodigestor.htm, acesso Dez de KONZEN, E.A., Avaliação quantitativa e qualitativa dos dejetos de suínos em crescimento e terminação, manejados em forma líquida, p. Dissertação de Mestrado, Universidade federal de Minas Gerais, Belo Horizonte. LETTINGA, G. e RINZEMA, A. (1985). Anaerobic treatment of sulfate containing wastewater. Bioenvironmental System. MAGALHÃES, Agenor Portelli Teixeira. Biogás: um projeto de saneamento urbano. São Paulo: Nobel, p. MARTINS, Raul Vergueiro. O Biogás. 5p Disponível em: < Acessado em 08 mar MASSOTTI, Z. Viabilidade técnica e econômica do biogás em propriedade rural. Concórdia, SC. Epagri, Disponível em: < Massotti.pdf>. Acessado em 29 mar MORAES, Manfredo José de. Manual de instruções para o usuário do biogás. Recife: Secret. dos Transp., Energ. e Comunicação, p. Nogueira, L.AH., Lora, E.S., 2002, Dendroenergia: Fundamentos e Aplicações, Editora Interciência, 2ª Edição, 144 páginas. OLIVEIRA, P. A. V. (Coord.), Manual de manejo e utilização dos dejetos de suínos. Concórdia: EMBRAPA-CNPSA, 188p, 199. (EMBRAPA-CNPSA. Documentos, 27) PARCHEN, Carlos Augusto Petersen. Algumas informações sobre manejo de esterco de bovinos e suínos. [S.l.]: EMATER, fl. TECPAR Instituto de Tecnologia do Paraná. Manual de Biossistemas Integrados na Suinocultura. Centro de Integração de Tecnologia do Paraná CITPAR. Telus Rede Paranaense de Projetos em Desenvolvimento Sustentável. Curitiba, Paraná p

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