Como obter energia através de água potável e águas residuais? O ciclo urbano da água consome energia para o fornecimento de água potável e o tratamento de águas residuais. No entanto, este ciclo pode igualmente ser gerador de energia através de diferentes formas: • Utilização da velocidade da água na rede de abastecimento para fazer funcionar uma turbina e gerar electricidade; • Utilização de águas residuais como fonte de calor para bombas de calor; • Utilização de lodo de esgoto (resíduos resultantes do tratamento de águas residuais) num digestor anaeróbico para a produção de biogás. Para uma melhor compreensão sobre a génese desta energia, segue uma breve apresentação do ciclo urbano da água. O ciclo urbano da água Antes de chegar às nossas torneiras, a água vem de uma nascente, de um lençol freático ou de um rio. A menos que a cidade esteja localizada a uma altitude inferior à da nascente, rio ou lençol freático, a água é bombeada, antes de ser purificada (em caso de ser necessário) numa estação de tratamento de águas. A água é então armazenada num reservatório (que poderá ser um reservatório sobre uma torre) e escoada para a cidade por gravitação. Após a sua utilização, as águas residuais são recolhidas num sistema de saneamento e seguem para a estação de tratamento. Na estação, as águas residuais são tratadas de forma a separar a água dos poluentes. A água tratada é posteriormente despejada num rio. A energia pode ser recolhida em diferentes locais: •
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Na rede de abastecimento de água potável: se a pressão for bastante forte, pode ser instalada uma turbina de água, o que resulta simultaneamente na redução da pressão e na produção de electricidade; No sistema de saneamento: devido ao seu uso doméstico, as águas residuais são mais quentes. Podem, por isso, ser utilizadas como fonte de calor para uma bomba de calor; Na estação de tratamento de águas residuais: o lodo de esgoto é um resíduo do tratamento e matéria orgânica, que pode ser usada para digestão anaeróbica. Instalar uma turbina na rede de abastecimento de água Sobre a pressão nas redes de abastecimento Na rede de abastecimento é sempre mantida uma pressão mínima de 2 bars. Tal equivale a manter uns constantes 20 metros de altura numa coluna de água sob as nossas torneiras. Esta pressão permite que a água saia da torneira, mesmo se estivermos no sexto andar. Em algumas cidades montanhosas, pode haver uma grande diferença de altitude entre as habitações no topo e as que se localizam no sopé. A diferença causa um problema de pressão, porque esta deve ser no mínimo de 2 bars nas habitações mais altas, fazendo com que no sopé a pressão aumente. Se a diferença de altitude for de 100 metros, a disparidade da pressão será de 10 bars! Logo, a pressão no sopé será de 12 bars, o que é demasiado alto e insuportável para torneiras, máquinas de lavar louça e roupa e outros equipamentos. Um equipamento de redução de pressão deve ser instalado, com vista à diminuição da pressão na área mais baixa da rede de abastecimento. Sobre turbinas As turbinas giram graças à pressão e ao fluxo de água. A turbina extrai a energia contida na água. Como a velocidade do fluxo se mantém igual antes e depois da turbina, a perda de energia é assumida pela pressão. Logo, a turbina reduz a pressão! Podemos, por isso, utilizar uma turbina para reduzir a pressão na rede de abastecimento de uma cidade montanhosa. Atenção! Quanto maior o fluxo de água, mais rápido a turbina gira e maior é a perda de pressão. É importante lembrar que a pressão não deve ficar abaixo dos 2 bars. Este risco pode ocorrer no pico da utilização de água, devendo, por isso, haver uma verdadeira diferença de pressão entre as duas partes da rede de abastecimento para a instalação da turbina. Utilização de águas residuais como fonte de calor para bombas de calor Dada a sua utilização em habitações e outros edifícios, a temperatura das águas residuais é alguns graus mais alta que a da água potável: o lodo de esgoto encontra‐se, assim, a cerca de 13‐20ºC, conforme a região, a estação do ano e a actividade da rede. É o suficiente para gerar a energia usada em bombas de calor, de forma a aquecer infra‐estruturas como piscinas, superfícies comerciais, escolas, etc. Para uma descrição mais detalhada do funcionamento de bombas de calor, consultar o artigo: Bombas de Calor de Energia Termal para Principiantes Atenção! As águas residuais são filtradas e purificadas em estações de tratamento (ETAR), que funcionam principalmente através de meios biológicos. Os microrganismos usados nestas estações necessitam de uma temperatura mínima na água por forma a fazerem a depuração. Uma temperatura mais baixa reduziria a eficiência do tratamento biológico na estação. A prova disso é que, no inverno, a eficiência do processo biológico das ETARs é menor do que no verão. Por esta razão, o calor das águas residuais não consegue ser extraído na totalidade. A loja IKEA de Berlim, por exemplo, que utilizou o calor do lodo, não pode diminuir a temperatura do efluente em mais de 2 graus. Utilização de lodo de esgoto como substrato para digestão anaeróbica Em ETARs com tratamento biológico, a maior parte da poluição é tratada com recurso a microrganismos: estes organismos “comem” os elementos poluentes e usam‐nos como fonte de energia e nutrientes. Com recurso ao oxigénio, intensamente introduzido em tanques arejados, os organismos podem crescer e multiplicar‐se. O excesso de microrganismos é absorvido pela sedimentação em tanques sedimentadores (decantadores) e é denominado “lodo de esgoto”. Este é o principal resíduo das ETARs. O lodo recolhido no fundo dos reactores de sedimentação, constituído por microrganismos, pode ser usado como substrato para metanização, como se encontra descrito no artigo Digestores Anaeróbicos para Principiantes.