UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO
ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA
VIABILIDADE DA TRANSFORMAÇÃO DO BIOGÁS EM
ENERGIA ELÉTRICA:
BIOGÁS GERADO NA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES
DA INDÚSTRIA BIO SPRINGER
RENAN DOS SANTOS ARRUDA
Campinas, Janeiro de 2014
RENAN DOS SANTOS ARRUDA – RA 004201000677
VIABILIDADE DA TRANSFORMAÇÃO DO BIOGÁS EM
ENERGIA ELÉTRICA:
BIOGÁS GERADO NA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES
DA INDÚSTRIA BIO SPRINGER
Monografia apresentada ao Curso de
Engenharia
Ambiental
da
Universidade São Francisco, como
requisito parcial para obtenção do
título de Engenheiro Ambiental e
Sanitário.
Orientadora: Prof.a M.a Cândida M. C
Baptista
CAMPINAS
2013
Ficha catalográfica elaborada pela bibliotecária
Tatiana Santana Matias CRB 8/8303
A819v
Arruda, Renan dos Santos.
Viabilidade da transformação do biogás em energia
elétrica: biogás gerado na estação de tratamento de efluente
da indústria Bio Springer / Renan dos Santos Arruda. - Campinas, SP:
[s.n.], 2013.
51f.
Orientador: Maria Cândida Baptista.
Trabalho de conclusão de curso (Curso de Engenharia
Ambiental) –
Universidade São Francisco – USF
1. Biogás. 2. Eficiência Energética. 3. Qualidade de Vida. I.
Baptista, Maria Cândida. II. Universidade São Francisco.
USF
CDU – 620.85
RENAN DOS SANTOS ARRUDA – RA 004201000677
VIABILIDADE DA TRANSFORMAÇÃO DO BIOGÁS EM
ENERGIA ELÉTRICA:
BIOGÁS GERADO NA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES
DA INDÚSTRIA BIO SPRINGER
Monografia apresentada ao Curso de
Engenharia
Ambiental
da
Universidade São Francisco, como
requisito parcial para obtenção do
título de Engenheiro Ambiental e
Sanitário.
Orientadora: Prof.ª M.a Cândida M.C
Baptista
Data de aprovação: ____/___/_____
Banca Examinadora:
________________________________________________________________________
Prof.ª M.a Candida M. C. Baptista (Orientadora)
Universidade São Francisco
________________________________________________________________________
Prof. D.r. André Beati (Examinador)
Universidade São Francisco
________________________________________________________________________
Prof. D.r. Samuel Barbosa Perondini (Examinador)
Universidade São Francisco
A minha família, pelo apoio
e confiança dedicados a mim.
AGRADECIMENTOS
Acima de tudo a Deus, que sempre está ao meu lado e por me privilegiar de exercer
uma profissão magnífica.
Aos meus Pais, Walmir e Márcia, que me deram toda a estrutura para que me
tornasse a pessoa que sou hoje. Pela confiança e pelo amor que me fortalecem todos os dias.
Aos meus irmãos Raul e Rafael por estarem sempre presentes na minha vida e a cada
dia nos tornarmos mais amigos. Não é “Brothers”?
Aos meus colegas de classes que, ao longo desses meus cinco anos, posso me
considerar privilegiados por tê-los.
Em especial agradeço minha professora Cândida, que foi uma orientadora
extraordinária, estando sempre presente, esclarecendo as minhas dúvidas, tendo muita
paciência, competência, confiança, conhecimentos e principalmente a amizade.
À minha namorada Thaís, ofereço um agradecimento mais do que especial, por ter
vivenciado comigo passo a passo todos os detalhes deste trabalho, ter me ajudado, durante
todo o percurso, por ter me dado todo o apoio que necessitava nos momentos difíceis, todo
carinho, respeito, por ter me aturado nos momentos de estresse, e por tornar minha vida cada
dia mais feliz.
Agradeço meus familiares que sempre acreditaram muito no meu trabalho e me
ajudaram no que foi preciso.
À todos os meus professores, futuros colegas e acima de tudo por terem se tornado
grandes amigos, fazendo com que eu continuasse e chegasse até onde cheguei.
Agradeço a todos os meus amigos e colegas de trabalho que de alguma maneira
ajudaram para esta realização.
Enfim, agradeço a USF, pela formação que me proporcionou, e o profissional que
ajudou a formar!
“É muito melhor lançar-se em busca de
conquistas grandiosas, mesmo expondo-se ao
fracasso, do que alinhar-se com os pobres de
espírito, que nem gozam muito, nem sofrem
muito, porque vivem numa penumbra cinzenta,
onde não conhecem nem vitória nem derrota.”
Theodore Roosevelt.
RESUMO
Toda empresa que contenha um sistema de tratamento de efluente anaeróbio, ou seja,
com reatores UASB (Upflow Anaerobic Sluge Blanket- Reator Anaeróbio Manta de Lodo) ou
IC (Internal Circulation – Circulação Interna), ou qualquer tratamento que como subproduto,
produza biogás, pode utilizar do mesmo, para que o biogás não seja somente um problema a
ser resolvido, mas sim uma solução energética a ser utilizada. O presente estudo foi
desenvolvido, buscando a redução de custo para a empresa Bio Springer, além de redução de
emissão de gases estufa na atmosfera. Na empresa em questão, o biogás gerado na estação de
tratamento de efluente, já é utilizado como combustível para sistema de geração de vapor
(caldeiras), além de também ser consumido como combustível para pequeno gerador de
energia em caso de emergência. Normalmente o excedente de biogás é queimado em um
flare(Queimador), pois o armazenamento do mesmo pressurizado é economicamente inviável.
No entanto, está monografia busca expor às possibilidades de geração de energia através do
biogás total gerado na empresa, demonstrando o quanto a empresa produz, o quanto utiliza de
energia elétrica e se a mesma é autossuficiente nesse quesito.
Palavras – chave: biogás. energia elétrica. redução de custo. qualidade de vida. eficiência
energética.
ABSTRACT
Every company that contains a system of anaerobic treatment of effluent, with UASB
reactors (Upflow Anaerobic Sluge Blanket) or IC reactor (Internal Circulation), or any
treatment that as a by-product, will produce biogas, you can use the same which the biogas is
not only a problem to be solved, but rather an energy solution to be used. O this study was
developed, seeking the reduction of cost to the company Bio Springer, in addition to reduced
emissions of greenhouse gases in the atmosphere. The company in question, the biogas
generated in the treatment station effluent, is already used as a fuel for steam generation
system (boilers), in addition to also be consumed as fuel for small energy generator in case of
emergency. Normally the surplus of biogas is burned in a flare, because the storage of the
same pressurized is economically unviable. However, this monograph seeks to present the
possibilities of energy generation through the biogas generated in total company,
demonstrating the company produces, how uses of electrical energy and if the same is selfsufficient in such regard.
Key Words: biogas. electrical energy. cost reduction. quality of life. energy efficiency.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURA 1: Processo Anaeróbio Simplificado
19
FIGURA 2: Esquemas mais frequentes de reatores UASB
21
FIGURA 3: Caldeira a gás
27
FIGURA 4: Gerador a gás
27
FIGURA 5: Fluxograma do efluente
30
FIGURA 6: Reator IC
33
FIGURA 7: Reator UASB
34
FIGURA 8: Atividade específica – Ponto 1 – Reator IC
38
FIGURA 9: Atividade específica – Ponto 1 – UASB
38
FIGURA 10: Atividade específica – Ponto 2 – Reator I
39
LISTA DE TABELAS
TABELA 1: Geração de Biogás
20
TABELA 2: Taxa de aplicação orgânica
32
TABELA 3: Características do efluente
36
TABELA 4: Características do efluente após tratamento
37
TABELA 5: Geração de biogás
39
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
CCEE – Câmara de Comercialização de Energia Elétrica.
CETESB – Companhia de Tecnologia e Saneamento Ambiental.
TRH – Taxa de Retenção Hidráulica
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
REATOR IC – Reator Internal Circulation (Circulação Interna)
REATOR UASB – Reator Upflow Anaerobic Sluge Blanket (Reator Anaeróbio Manta de
Lodo)
SU – Unidade de Padronização (Unit Stardardezation)
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica
MPU – Unidade de Processamento Microbiológico (Processing Unit Microbiological)
GNV – Gás Natural Veicular
CPFL – Companhia Paulista de Força e Luz
DQO – Demanda Química de Oxigênio
DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio
SST – Sólidos Suspensos Totais
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO
13
2 ENEGIA ELÉTRICA
14
2.1 FONTES PARA GERAÇÃO DE ENERGIA
15
3 DEFINIÇÃO DO BIOGÁS
17
3.1 PRIMEIROS INDÍCIOS DE UTILIZAÇÃO DO BIOGÁS
18
3.2 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO INDÚSTRIAIS
18
3.3 UTILIZAÇÃO DO BIOGÁS NA PRODUÇÃO DE ENERGIA
21
3.4 REAÇÃO DE QUEIMA DO BIOGÁS
22
4 VALINHOS
23
4.1 FUNDAÇÃO
23
4.2 POPULAÇÃO
24
4.3 ECONÔMIA
24
4.4 POLO INDUSTRIAL
24
5 BIO SPRINGER DO BRASIL
26
5.1 POSSÍVEIS APLICAÇÕES DO BIOGÁS NA BIO SPRINGER
27
6 METODOLOGIA
28
7 RESULTADOS E DISCUSSÕES
29
7.1 ANÁLISES DE PROCESSO E CARACTERÍSTICAS DO EFLUENTE DA BIO
SPRINGER
29
7.2 ANÁLISES DOS PROCESSOS DE GERAÇÃO DO BIOGÁS
35
7.3 CÁLCULOS DE GERAÇÃO DE BIOGÁS NA BIO SPRINGER
36
7.4 ANÁLISES DE UTILIZAÇÃO DE BIOGÁS NA BIO SPRINGER
40
7.5 UTILIZAÇÃO DO BIOGÁS EM GRUPO GERADOR DE ENERGIA
40
7.6 CÁLCULOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA
42
7.7 OUTRAS ALTERNATIVAS PARA BIOGÁS
42
8 CONCLUSÃO
43
REFERÊNCIAS
44
APÊNDICE
46
APENDICE A – ROTEIRO DE ENTREVISTA
46
ANEXOS
48
ANEXO A – FOTOS DA EMPRESA BIO SPRINGER
49
ANEXO B – REATOR UASB
50
ANEXO C – REATOR IC
50
ANEXO D – CALDEIRAS A BIOGÁS
51
15
1
INTRODUÇÃO
Conforme se está acompanhando diariamente, o mundo vem sofrendo com a crise
energética. Esta crise leva à reflexão do quanto o ser humano é dependente de matrizes
energéticas como as hidrelétricas e combustíveis fósseis.
Posto esse fato, o presente estudo busca alternativas para substituição da fonte de
energia na empresa Bio Springer do Brasil.
O estudo busca a utilização do biogás gerado na própria estação de tratamento de
efluentes, para transformação em energia através de geradores movidos a gás.
Por se tratar de uma fonte de energia renovável, o biogás é considerado um
bicombustível, que pode ser obtido natural ou artificialmente. Com um conteúdo energético
semelhante ao do gás natural, sua forma gasosa é constituída principalmente por uma mistura
de hidrocarbonetos (compostos químicos formados por Carbono e Hidrogênio) como o
Dióxido de Carbono (CO2) e o gás Metano (CH4). Como os outros combustíveis, este
também é inflamável quando colocado sobre pressão.
A empresa que atua no ramo alimentício e localiza-se no município de Valinhos – SP,
tem grande potencial de produção de biogás.
A indústria Bio Springer trabalha com dois tipos de reatores, reator IC e reator UASB,
onde os dois são de alta geração de biogás.
A ação de aproveitamento do biogás cabe a todas as empresas que possuam sistemas
de tratamento de efluentes anaeróbios e captem sua produção de biogás. Normalmente esse
biogás é queimado em um flare (queimador), não agregando valor algum a indústria e sim
desperdiçando uma preciosa fonte de energia.
Os gases emitidos pela queima do biogás são gases estufa, e com isso entram na
contagem do credito de carbono.
Buscou-se aqui, por meios de levantamento de dados, fazer os cálculos para certificar
a viabilidade e benefícios da utilização do biogás, tanto para indústria, para a população ao
redor da mesma, quanto para o Meio Ambiente.
O objetivo do presente estudo é verificar a possibilidade e calcular a viabilidade
econômica de se utilizar o biogás gerado na estação de tratamento de efluente na produção de
energia elétrica
16
2
ENERGIA ELÉTRICA
Vive-se hoje em um mundo o qual o uso da tecnologia é indispensável. Quase tudo
que existe hoje está direto ou indiretamente ligado a ela. De acordo com Cavalcante (2008),
se não fosse Tales de Mileto e a sua descoberta sobre as cargas elétricas nada disso seria
possível, Tales percebeu que ao atritar âmbar1 com tecido ou pele de animal a resina vegetal
se tornava capaz de atrair pequenos pedaços de palhas e penas.
Após vinte anos Benjamin Franklin, se aprofundou nas experiências de Tales
utilizando outros materiais, e teorizou que as cargas elétricas eram um fluido elétrico que
podia ser transferido entre corpos. Porém na atualidade estudos comprovam que os elétrons é
que são transferidos de corpos a corpos.
Portanto, de acordo com Cavalcante (2008), a energia elétrica dá-se pela diferença de
potencial entre dois pontos de um condutor2 , gerando a corrente elétrica. Esse diferencial
capacita uma corrente elétrica a gerar/realizar trabalho. Sendo que hoje a energia elétrica é a
principal fonte de energia do mundo.
A energia mecânica e energia térmica são as principais formas que a energia elétrica
é transformada.
Para calcular a energia elétrica usamos a seguinte expressão:
E = P x ∆T
3
Onde:
E = Quantidade de energia elétrica
P = Potencia
∆T = Variação do tempo
Sendo assim, se a energia elétrica não tivesse sido descoberta, seria impossível
desfrutar da praticidade que ela nos oferece, como por exemplo, os nossos aparelhos
eletrônicos.
Resina fóssil.
Material que tem facilidade de conduzir eletricidade.
3 Calculo de Energia Elétrica. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/fisica/energia-eletrica.htm>.
Acesso em 02 Abr. 2013.
1
2
17
2.1
Fontes para Geração de Energia
Existem vários tipos de fontes de energia disponíveis no planeta. De acordo com
CCEE (CÂMARA DE COMERCIALIZAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA) algumas delas
são renováveis, ou seja, provêm de recursos naturais, como por exemplo, a energia solar, que
hoje em dia é muito utilizada para o aquecimento da água nas residências. Outro tipo de fonte
de energia são as energias não renováveis, conhecida também por serem esgotáveis, que como
o próprio nome já diz são encontradas na natureza em quantidades limitadas e que se não
aproveitadas de maneira correta podem se extinguir com o tempo. Um exemplo desse tipo de
fonte de energia são os derivados do petróleo.
As principais fontes de energia se resumem em oito tipos distintos, hidráulica, fóssil,
solar, biomassa, eólica, nuclear, geotérmica e gravitacional.
A energia hidráulica é a mais utilizada no Brasil devido à condição hidrográfica em
que o Brasil se encontra. Nesse processo a água represada quando submetida a uma queda
movimenta turbinas que são ligadas a um gerador elétrico, produzindo assim energia. Embora
o número de impactos ambientais seja grande, esta é considerada limpa.
Já a energia fóssil é formada devido ao acumulo de materiais orgânicos encontrados
no subsolo. Esta não é considerada uma energia limpa, pois com a queima desses
combustíveis ocorre a liberação de gases na atmosfera, entre eles o carbônico, agravando o
efeito estufa.
A energia solar é uma fonte de energia limpa, porém é pouco utilizada devido ao alto
custo de sua implantação. Neste caso, a radiação solar é convertida em calor ou eletricidade.
Também considerada limpa e inesgotável, a energia eólica se dá através do vento.
Ainda pouco utilizada, a mesma é produzida com movimentos de grandes hélices instaladas
em áreas com grande fluxo de vento.
Embora haja um grande risco em sua produção, a energia nuclear ainda é utilizada,
porém em países com pequenos territórios e com poucas alternativas energéticas. Esta possui
um grande valor energético, captado quando o núcleo do urânio4 é desintegrado.
A energia gerada através do calor terrestre interno (podendo chegar a 5.000C) é
denominada de geotérmica, na qual as turbinas elétricas são ativadas por meio do calor.
18
Apontada como a energia mais promissora do planeta, a energia gravitacional é
captada por placas que são movimentadas pela maré oceânica e transformadas em
eletricidade.
Por fim, ainda CCEE (CÂMARA DE COMERCIALIZAÇÃO DE ENERGIA
ELÉTRICA), a biomassa também é considerada uma forma de energia limpa que necessita de
curto espaço de tempo para ser gerada. Esta é produzida através da decomposição de restos de
materiais orgânicos, como por exemplo, o esterco e resíduos agrícolas. O gás decorrente desse
processo é captado e transformado em energia elétrica.
O presente estudo sobre a utilização do biogás gerado em estação de tratamento de
efluente industriais para a produção de energia elétrica tem como base os princípios
demonstrados no processo de biomassa uma vez que, se utiliza do gás gerado na
decomposição dos materiais orgânicos4.
4
Materiais oriundos dos seres vivos.
19
3
DEFINIÇÃO BIOGÁS
De acordo com Capelo (2011), o biogás foi descoberto por Shirley (1.677), porém foi
apresentado a academia de ciências por Louis Pasteur em 1.884 através de um trabalho
evidenciando que aquele gás poderia servir como opção energética.
O nome biogás descende de todo o gás produzido através de uma degradação
anaeróbia 5da matéria orgânica.
O site de notícias BIODISELBR6 define biogás como um combustível semelhante ao
gás natural, inclusive em seu valor energético. Sua principal composição é de hidrocarbonetos
de cadeia curta e linear.
Ainda sobre a composição do biogás a CETESB 7 (Companhia de Tecnologia de
Saneamento Ambiental), quantifica seus constituintes, de acordo com um determinado
volume produzido.
-
Metano: 50% a 70%;
-
Dióxido de carbono: 25% a 50%;
-
Hidrogênio: 0% a 1%;
-
Oxigênio: 0% a 2%;
-
Nitrogênio: 0% a 7%;
-
Gás sulfídrico: 0% a 3%;
-
Amoníaco: 0% a 1%
Sendo assim, o biogás pode ser transformado em energia elétrica, mecânica ou
térmica. A grande demanda de energia, a crescente preocupação com o meio ambiente e a
necessidade de uma maior produção, seja ela de alimentos, bem duráveis ou não duráveis,
provocam um problema - Como produzir mais, prejudicando menos o ambiente e com uma
maior eficiência energética? Isso leva a uma busca por novas fontes de energia.
Degradação do composto orgânico em um meio sem a presença de oxigênio.
BIODISELBR.Biogás. Disponível em: <http://www.biodiselbr.com/energia/biogas/biogas.htm>. Acesso em:
02 abr. 2013
7 CETESB. Disponível em: <http://www.cetesb.sp.gov.br/mudancas-climaticas/biogas/Biog%C3%A1s/17Defini%C3%A7%C3%A3o>. Acesso em: 02 abr. 2013.
5
6
20
3.1
Primeiros Indícios da Utilização do Biogás
Ainda de acordo com o site da CETESB, a reutilização do gás foi relatada pela
primeira vez na Inglaterra em um documento municipal, o biogás era gerado em um processo
de digestão anaeróbia em uma estação de tratamento de efluente municipal. Sendo que o
primeiro estudo/projeto de aproveitamento em uma planta que utilizava estrumes e outros
materiais são de 1941 na Índia. Desde então, o processo anaeróbio tem evoluído e se
expandido ao tratamento de resíduos industriais, agrícolas e municipais.
Na Índia e na China, no inicio do século XX, foram relatados os primeiros
desenvolvimentos de digestores para produção de biogás derivados de esterco animal.
Apenas em 1960 a digestão anaeróbia começou a ser analisada com um caráter mais
cientifico, sendo que a partir daí houve uma maior compreensão dos processos e grande
evolução dos projetos de digestores e equipamentos.
3.2
Estações de Tratamento de Efluentes Industriais
Basicamente existem dois processos biológicos de tratamentos de efluentes, os que
utilizam processos aeróbios e os que utilizam processos anaeróbios.
O site da empresa SNATURAL 8define,
o processo de tratamento aeróbio 9 como uma técnica barata para purificação da
água, que permite a despoluição das águas. A técnica envolve fornecimento de
oxigênio ao sistema de água, desenvolvendo o lodo ativado, bactérias aeróbias,
gerando gás carbônico (CO2) e multiplicando os microrganismos.
Porém para a presente monografia, o sistema aeróbio não se encaixa no objetivo do
estudo, uma vez que não é gerador de biogás.
Já o processo anaeróbio, amplamente utilizados em tratamentos de efluentes com
grande carga orgânica segundo o Prof. Dr. Vitoratto (2004), sendo em sistemas como lagoa
SNATURAL. Disponível em:
<http://www.snatural.com.br/Estacao-Compacta-Efluentes-Tratamento.html>. Acesso em: 02 abr. 2013.
9 Tratamento cujo processo necessita de oxigênio para digestão bacteriológica.
8
21
anaeróbia, biodigestores de lodo, reatores de alta carga orgânica como filtros anaeróbios,
reatores de fluxo ascendente com leito lodo e etc.
A digestão anaeróbia pode ser dividida em dois processos; primeiro com as bactérias
acidogênicas e posteriormente com as metanogênicas (processo onde a matéria orgânica é
transformada em metano).
Esse processo e suas etapas são representados pela figura
abaixo (McINERNEY e BRYANT, 1980).
Fonte: Processos Anaeróbios 10.
FIGURA 1: Processo Anaeróbio simplificado.
Existem vários fatores que podem interferir na eficiência do processo anaeróbio,
como por exemplo, o pH, alcalinidade, carga orgânica, temperatura e agitação. Abaixo há
uma tabela representativa da Produção de biogás a partir de 1 kg de sólidos voláteis de lodo
Processos anaeróbios. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA1L0AB/sistemasanaerobios>. Acesso em 02 abr. 2013.
10
22
de esgoto fresco (base seca) e TRH habitual obtidos em função de diversas temperaturas
(IMHOFF, 1966)
TABELA 1: Geração de biogás.
°C
L / kg de S.V
Dias
Fonte: Processos Anaeróbios11
Para nortear o presente estudo utilizaremos o sistema de reator UASB, que segundo
Fernandes (2013, p.2), define,
que a coluna ascendente consiste de um leito de lodo, sludge bed, uma zona de
sedimentação, sludge blanket, e o separador de fase, gas-solid separator GSS (Narkoli e Menrotra, 1997). Este separador de fases, um dispositivo
característico do reator (Haandel e Lettinga, 1994), tem a finalidade de dividir a
zona de digestão (parte inferior), onde se encontra a manta de lodo responsável pela
digestão anaeróbia, e a zona de sedimentação (parte superior). A água residuária,
que segue uma trajetória ascendente dentro do reator, desde a sua parte mais baixa,
atravessa a zona de digestão escoando a seguir pelas passagens do separador de
fases e alcançando a zona de sedimentação.
Reatores UASB. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA1L0AB/sistemasanaerobios>. Acesso em 02 abr. 2013.
11
23
Abaixo temos diferentes formas de reatores UASB ilustradas (Haandel e Lettinga, 1994).
Fonte: Haandel e Lettinga, 19
FIGURA 2: Esquemas mais frequentes de reatores UASB.
3.3
Utilizações de Biogás em Energia Elétrica no Brasil
De acordo com o estudo realizado pelas empresas ARCADIS E TETRAPLAN 12, no
Brasil, devido à estrutura de geração de energia estar fundamentada basicamente na fonte
hidrelétrica, não foram feitos tantos investimentos no setor público quanto no setor privado,
senso assim, não houve desenvolvimento em novas tecnologias renováveis, dentre elas o
biogás.
Ainda segundo as empresas ARCADIS E TETRAPLAN, o investimento em energia
renovável, em sua grande maioria, apresenta custos maiores que os oferecidos pelo sistema
atual. Por outro lado, a busca por novas alternativas de energias renováveis tem suas
vantagens, como venda de energia elétrica e a comercialização do crédito de carbono.
Face ao exposto, incentivos públicos a projetos e investimentos voltados para
utilização da queima do biogás justificam-se sob a ótica do desenvolvimento sustentável.
No ano de 2009 a ANEEL regulamentou a geração de energia a partir do biogás e sua
comercialização. A Resolução Normativa no 390/2009, diz que qualquer distribuidora de
energia elétrica pode fazer chamadas públicas para comprar eletricidade produzida por
12Arcadis
e Tetraplan. Disponível em:
<http://www.mma.gov.br/estruturas/164/_publicacao/164_publicacao10012011033201.pdf>. Acesso em: 20 de
Set. de 2013.
24
biodigestores. Seguindo as exigências da ANEEL em relação à qualidade da energia, os
produtores poderão enviar a eletricidade para a linha de distribuição, em vez de somente
consumir.
Segundo reportagem publicada pelo site ENVOLVERDE13, São Paulo foi a primeira
cidade Brasileira a utilizar o biogás como fonte de energia. Juntas, as usinas São João e
Bandeirantes produzem 2% da energia utilizada pela maior cidade do país, sem falar do
crédito de carbono gerado.
Ainda sim, pesquisas apontam que em 2020 a produção de biogás será ainda maior, o
suficiente para abastecer 8,8 milhões de pessoas.
3.4
Reação de queima do biogás
Segundo o site da USP14, energias provenientes de materiais provenientes do petróleo ou
oriundas de decomposição de matéria orgânica, liberam ou consomem energia durante uma
reação, que é conhecida como variação de entalpia (ΔH), isto é, a quantidade de energia dos
produtos da reação (Hp) menos a quantidade de energia dos reagentes da reação (Hr):
ΔH = Hp – Hr
O gás natural/biogás tem valores energéticos parecidos, estipulados em : - 802 ΔH°
(kJ/mol), ou seja, a reação de queima do biogás libera 802 kJ/mol de biogás.
Envolverde. Disponível em: < http://envolverde.com.br/ambiente/projetos-de-producao-de-biogas-nobrasil-comecam-a-liderar>. Acesso em 20 de set. de 2013.
14 USP. Disponível em: < http://www.usp.br/qambiental/combustao_energia.html> Acesso em: 15 de dez.
de 2013.
13
25
4
VALINHOS
Segundo o livreto VALINHOS 50 ANOS - O município se localiza no estado de São
Paulo, entre as cidades de Campinas, Vinhedo. Sua área territorial é de 148 km2, sendo que
constituída de 59 km2 de área urbana e 89 km2 de área rural.
Com o terreno muito ondulado e acidentado, formados pelos últimos traços da Serra
da Mantiqueira, chegando a altura máxima de 1070 metros e mínima de 600 metros, está
localizada nas coordenadas: longitude 46o59’50’’ e latitude 22o58’25’’.
No que tange sua localização hidrográfica, podemos dizer que Valinhos está em uma
condição privilegiada, já que em sua área territorial temos dois rios, Capivari e Atibaia, além
de vários ribeirões e córregos.
Sua cobertura vegetal primitiva era formada por mata tropical latifoliada, e um terreno
muito pedregoso.
Sua localização em termos de logística também é um ponto privilegiado, já que tem
rodovias importantes ao seu redor como Rod. Anhanguera, Rod. Dom Pedro, e Rod. Dos
Bandeirantes, além do aeroporto de Viracopos, onde são escoadas cargas e pessoas. Com uma
logística tão facilitada e alta qualidade de vida, Valinhos acabou chamando a atenção dos
municípios ao redor e hoje é denominada cidade dormitório.
4.1
Fundação
Ainda, segundo o livreto VALINHOS 50 ANOS – da emancipação-administrativa,
Alexandre Simões Vieira, foi dono dos primeiros alqueires de terras registrados em Valinhos,
em 1732, onde começou uma plantação próxima ao ribeirão pinheiros. A história nos conta
que a região de Valinhos era utilizada como passagem e pouso para os bandeirantes que iam a
Minas Gerais e Goiás em busca de pedras preciosas, percorrendo as beiras do ribeirão
Pinheiro. Daí que se fizeram os primeiros nomes do local, como “Pouso dos Pinheiros” e
“Rancho dos Pinheiros”.
A partir disso, Valinhos começou a chamar atenção de fazendeiros, aonde vieram e
começaram a plantar cana-de-açúcar, posteriormente café, ao redor do famoso ribeirão. Assim
26
começarão os primeiros núcleos familiares, formando um pequeno vilarejo. Provavelmente o
primeiro bairro de Valinhos foi o Capuava, próximo ao ribeirão. Anos se passaram e a
população de Valinhos foi ganhando o sotaque italiano, já que com a explosão do café muitos
imigrantes vieram para terra de Valinhos e Vinhedo.
Tempos se passaram, a região se desenvolvendo, rodovias e empresas chegando, até
que em 1953, é promulgada a Lei 2456, onde cria o Município de Valinhos, juntamente com
mais 65 municípios.
Para a origem do nome há duas hipóteses, a primeira é que quando os imigrantes
vieram para Valinhos trabalhar utilizavam grandes “valas” ou “valos” para separar suas
propriedades e assim evitar que seus rebanhos sumissem. A segunda diz respeito a própria
característica do relevo de Valinhos, já que é constituída por muitos vales.
4.2
População
Segundo o livreto de Valinhos, o IBGE (2000) divulgou que a população de Valinhos
é constituída pelas classes média - alta, com cerca de 90000 habitantes, com cerca de 56000
eleitores. Com alta qualidade de vida a busca das pessoas por um imóvel no município
aumentou, logo o custo de vida também aumentou, tendo hoje um dos maiores custos de vida
da região. Atualmente o município é constituído de condomínios de alto padrão, deixando
ainda mais em evidência a classe econômica a dos munícipes de Valinhos.
4.3
Economia de Valinhos
Ainda segundo o livreto VALINHOS 50 ANOS – da emancipação-administrativa,
Valinhos inicialmente um município agricultor, começou a ganhar notoriedade quando em
1872, a estrada da ferrovia chega ao município. Agora sendo rota de escoamento de café e
outros itens, Valinhos ganha a primeira fábrica, José Milani e Cia, quando em 1932, muda sua
27
razão social para Gessy e em 1960 é comprada pelo grupo Unilever. Em 1934 é fundada a
fábrica de papel e celulose Cartonifício Valinhos, e em seguida no mesmo ramo, a Rigesa.
A partir de então outras empresas como a EATON começaram a se instalar no
município, gerando bom número de empregos. A cidade atualmente celebra todo mês de
janeiro a FESTA DO FIGO, onde são comercializados hortifrúti e há dezenas de atrações,
como peças teatrais, shows, comércio de artesanatos e muito mais.
4.4
Polo Industrial de Valinhos
Apesar de essas primeiras grandes empresas serem instaladas no centro do município,
o distrito industrial como de costume em outras cidades localiza-se ao redor da cidade, hoje
instalado nos bairros do Macuco e Vale Verde, próximo a rodovia Anhanguera, facilitando o
fluxo de escoamento.
Segundo a notícia divulgada no site da PREFEITURA DE VALINHOS, Valinhos é o
segundo polo da região de Campinas que mais cresce, ficando atrás somente de Indaiatuba.
De 2003 a 2008, Valinhos cresceu 27,3% em números de indústrias, ou seja, de 549 a 700
empresas.
Podemos citar algumas importantes empresas que se instalaram no município nesse
período: São elas: Kleffman & Partner, Toledo do Brasil Balanças, MDL do Brasil Indústria
de Plástico, Vermeer Brasil, Sul Cortte e Eletroglass Tempera Indústria de vidros.
28
5 BIO SPRINGER DO BRASIL
Segundo o Sr. Walmir Arruda, Gerente de Manutenção e Meio Ambiente da empresa
há 16 anos, “ a empresa fundada em 1982 começou no ramo alimentício com a razão social
Prodesa Produtos Especiais para Alimentos S.A, onde em 2000 foi adquirida por um grupo
Francês que atua a nível mundial no ramo de alimentos, denominado GRUPO LESAFFRE. A
então Prodesa, se torna BIO SPRINGER do Brasil.”
Segundo o site da BIO SPRINGER, a mesma é uma subsidiária da Bio Springer, líder
mundial em ingredientes naturais à base de levedura. Situada em Valinhos, no estado de São
Paulo, a Bio Springer do Brasil (vide ANEXO A) é especializada na produção de extratos e
condimentos à base de levedura de cerveja, possuindo certificações de qualidade: HACCP e
GMP 13.
Também no site podemos encontrar a Política de Meio Ambiente da organização. A
Bio Springer desenvolve suas atividades de forma sustentável através de uma gestão
ambiental comprometida em:
- Atender à legislação vigente aplicável;
- Respeitar os recursos naturais através do uso eficiente de matérias-primas, água, energia e
combustíveis;
- Prevenir ou minimizar os impactos ambientais decorrentes de suas operações;
- Garantir transparência nas atividades e ações da empresa, disponibilizando informações
sobre meio ambiente às partes interessadas;
- Difundir o senso de responsabilidade ambiental junto a seus colaboradores e à comunidade
na qual está inserida;
- Promover a melhoria contínua de suas operações visando a obtenção de ganhos ambientais.
Ainda, segundo o Sr. Walmir Arruda, “a indústria tem um dos mais sofisticados e bem
preparados sistemas de tratamento de efluentes do Município, tendo inclusive ganhado
29
prêmios da Prefeitura de Valinhos.” Contudo na busca constante pela sustentabilidade,
estudos estão sendo desenvolvidos visando o aproveitamento do biogás gerado na ETE, a fim
de utiliza-lo na produção de energia elétrica.
5.1
Possíveis Aplicações do Biogás na Indústria.
Através de estudos de viabilidades técnicas e econômicas realizado pela empresa
DEDINI (2009), conclui-se que o biogás gerado na ETEI tem grande potencial energético
para aplicações em:

Queima em caldeiras para geração de vapor.

Aquecimento indireto do ar utilizado na secagem do lodo gerado no tratamento
aeróbio.

Geração de energia elétrica em grupo gerador a biogás.
Fonte: JMS Equipamentos15
Fonte: PT Equipamentos16
FIGURA 3: Caldeira a gás
FIGURA 4: Gerador a gás.
15 Caldeira. Disponível em: <www.jmsequipamentos.com.br>. Acesso em : 15 de Set. 2013
16 Gerador a gás. Disponível em:
<http://portuguese.gensetdieselgenerator.com/chinaavr_self_regulated_gas_1000kva_generator_emergency_bac
kup_generators-1117710.html>. Acesso em: 15 de Set. 2013.
30
6
METODOLOGIA
Para presente monografia, seguiram-se algumas etapas para elaboração e conclusão do
estudo.
Inicialmente buscou-se todo embasamento teórico, envolvendo desde conceitos
básicos, como definições de energia e biogás, através de bibliografias físicas e eletrônicas.
Posteriormente iniciou-se a fundamentação em processos de tratamentos de efluentes
industriais, buscando fundamentos em tratamento anaeróbio através de biodigestores.
Após o embasamento, apresentou-se a área e o local do presente estudo, buscando
apresentar informações da indústria envolvida no estudo de caso.
Levantou-se dados específicos do efluente, geração de biogás específica do lodo em
questão.
Analisou-se o efluente, seus processos e as possíveis hipóteses para destinação do
biogás.
Desenvolveu-se todos os cálculos para verificar a viabilidade da utilização do biogás
na geração de energia elétrica.
31
7
RESULTADOS E DISCUSSÃO
7.1
Análise de Processos e Características do Efluente da Bio Springer
Segundo apostila técnica disponibilizada pelo Sr. Walmir Arruda, e elaborada pela
empresa DEDINI (projetista da ETEI), o efluente bruto da BIO SPRINGER é essencialmente
orgânico, sendo constituído por alcoóis (principalmente etanol), proteínas e produtos da
degradação de proteínas e demais componentes internos as células das leveduras.
Abaixo pode-se acompanhar pelo fluxograma, todas as etapas e equipamentos por
onde o efluente passa, e assim observarmos os pontos onde há geração de biogás e também
como são coletados e enviados para os pontos de consumo.
32
CALDEIRAS
Fonte: Bio Springer do Brasil
FIGURA 5: Fluxograma do efluentes da ETEi17
17
Fluxograma da Estação de Tratamento de Efluentes da Bio Springer do Brasil. Bio Springer (2013)
33
Face ao exposto no fluxograma disponibilizado pela Bio Springer, o processo
se dá basicamente pela seguinte forma:
O efluente gerado pelo processo produtivo passa por trocadores de calor
quando necessário, onde atinge a temperatura ideal para o processo microbiológico.
Após a temperatura estar dentro da faixa ideal, o efluente das diferentes fontes
geradoras é recalcado ao tanque de equalização, e neste tanque ocorre a padronização
através de homogenizadores. Também ocorre neutralização do pH através de adição
produtos alcalinos. Neste tanque, inicia-se a primeira etapa de um tratamento de
efluente, a hidrólise (acontecem as primeiras quebras da matéria orgânica).
Do tanque de equalização o efluente é recalcado para o tanque de
acondicionamento e posteriormente ao reator IC (vide anexo C). Após a saída do
reator IC, através de bombeamento, o efluente é transferido ao reator U.A.S.B (anexo
B).
Parte do volume de efluentes após sair do reator U.A.S.B é reciclado para o
tanque de equalização. Este procedimento faz com que haja redução no consumo de
produtos químicos necessários para a neutralização do pH, uma vez que o processo de
digestão anaeróbica tem características de elevar o pH.
O restante do volume que não é reciclado é transferido por gravidade ao
Sistema Aeróbio e posteriormente ao Tratamento Terciário (físico / químico) , onde
ocorre o polimento final do efluente, deixando-o apto para reutilização como água
industrial ou descarte ao corpo hídrico.
Nas diferentes etapas do processo que ocorrem internamente nos reatores IC e
U.A.S.B, durante a degradação da matéria orgânica, há a geração do biogás, este
biogás é separado da fase aquosa através de equipamentos instalados no interior dos
reatores denominados separadores de sólidos, líquidos e gases.
O biogás captado nos separadores é transferido por diferenciação de pressão
para o gasômetro e posteriormente recalcado através de compressores apropriados
para os pontos de consumo.
34
A seguir segue uma breve descrição de funcionamento dos dois tipos de
reatores utilizados pela planta.
O estudo disponibilizado pela Bio Springer, de autoria da empresa DEDINI
Indústria de Base o Reator IC (Internal Circulation) foi desenvolvido pela PAQUES
B.V e vem sendo aplicado, sob licença, para o tratamento anaeróbio de efluentes
líquidos industriais na América Latina desde 1996 pela DEDINI. O Reator IC, é
baseado na circulação interna decorrente do efeito “gás-lift” obtido através da geração
de biogás no próprio reator , proporcionando um melhor contato da matéria orgânica
com os micro-organismos, alcançado assim elevadas taxas de aplicação, conforme
apresentado na tabela a seguir:
TABELA 2: Taxa de aplicação orgânica
TIPO DE REATOR ANAERÓBIO
TAXA DE APLICAÇÃO ORGÂNICA
(kg DQO-m3 reator/dia)
Reator UASB
(Upflow Anaerobic Sluge Blanket
5 – 15
Reator)
Reator IC
(Internal Circulation)
20 – 40
Fonte: Bio Springer do Brasil18
Ainda segundo o estudo, o Reator IC pode atingir cerca de 20 metros de altura,
o que reduz significantemente a área de implantação do sistema.
Abaixo segue o esquema de funcionamento do Reator IC:
18
Taxa de aplicação orgânica. Bio Springer do Brasil (2013)
35
Fonte: Bio Springer do Brasil19
FIGURA 6: Reator IC
19
Reator IC. Bio Springer do Brasil (2013)
36
Já no reator UASB (Upflow Anaerobic Sluge Blanket Reator), segundo o site
SANEAMENTO.POLI 20 , consiste em um tratamento biológico através da
decomposição da matéria orgânica, seu formato normalmente é cilíndrico, com
varias faixas de atividade, como zona de digestão, zona de sedimentação,
separador gás, solido e liquido. Internamente o efluente aflui no reator e depois
de distribuído pelo fundo, segue sua trajetória ascendente, quando chega a
camada de lodo, onde ocorre a mistura e a biodegradação e a biodigestão da
matéria orgânica. Após a degradação, são gerados subprodutos como o biogás.
Esses gases são coletados e o efluente então chega a faixa de sedimentação,
onde nessa também ocorre a decomposição do substrato orgânico, pela ação de microorganismos anaeróbios.
Fonte: Adequar-Licenciamento Ambiental21
FIGURA 7: Reator UASB
20 Reator UASB. Disponível em:<http://www.saneamento.poli.ufrj.br/site/pt-br/reator-uasb/>.Acesso em: 18 de
Set. 2013.
21 Reator UASB. Disponível em:<http://adequarliamb.blogspot.com.br/2011/07/estudo-de-viabilidade-tecnicapara.html>. Acesso em: 20 de Set. 2013.
37
7.2
Análise dos Processos de Geração de Biogás na Bio Springer
Segundo o apresentado pelo fluxograma BIO SPRINGER, durante o processo de
equalização-acidificação, são iniciadas etapas de hidrólise e acidificação da matéria orgânica.
Como resultado encontra-se a formação de amônias e sulfetos.
No reator anaeróbio do tipo fluxo ascendente com leito de lodo (MPU e IC), o efluente
é alimentado no fundo do reator e escoa em movimentos ascendentes através do leito
bacteriano.
Após a passagem do efluente pelo leito de lodo, o mesmo continua seu escoamento
através de uma zona de clarificação, que em seguida atinge o separador de sólido, líquido e
gás, deixando o reator por transbordamento em calhas coletoras de efluentes tratado,
localizado no topo do reator.
De acordo com a empresa DEDINI (2009), seguem considerações gerais sobre a
Digestão Anaeróbia dentro do reator.
A digestão anaeróbia é um processo fermentativo bacteriano, de flora mista, no qual
matéria orgânica, na ausência de oxigênio livre, é convertida a uma mistura de gases,
composta predominantemente de metano e dióxido de carbono.
È um processo que ocorre naturalmente em diversos ecossistemas, como por exemplo,
nos pântanos, sedimentos de lagos e rios e até em nosso aparelho digestivo.
Conforme o citado acima, segundo estudo da DENINI (2009), o processo realizado
por uma flora bacteriana mista, atua da seguinte forma:
Bactérias Fermentativas: realizam o primeiro estágio de degradação da matéria
orgânica que corresponde a hidrólise e acidificação. A matéria orgânica é transformada em
ácidos graxos voláteis (ácido fórmico, acético propiônico, butírico e valérico), etanol,
dióxidos de carbono e hidrogênio.
Bactérias
Acetogênicas:
Responsáveis
pelo
segundo
estágio
denominado
desidrogenção acetogênica. Este grupo degrada ácidos de cadeia maior do que dois átomos de
carbono e alcoóis, oriundos do primeiro estágio da degradação, com produção de acetato e
hidrogênio.
Bactérias Metanogênicas: São responsáveis pelo terceiro estágio do processo de
digestão anaeróbia denominado a formação de metano. Elas convertem acetato ou H2 e CO2
38
em metano. Outros substratos potenciais como metanol, gás carbônico e metalaminas são de
menor importância na maioria dos processos de digestão anaeróbia.
As bactérias metanogênicas são muito sensíveis aos choques de temperatura, baixos e
altos valores de pH, altas concentrações de ácidos orgânicas e compostos tóxicos no meio
racional.
7.3
Cálculo de Geração de Biogás na Bio Springer
Segundo entrevista com Sr. Walmir Arruda, a empresa Bio Springer do Brasil, tem um
bom potencial de geração de biogás, isso se confirma em estudos realizados pela empresa
especializada em cálculos do efluente. (empresa projetista de ETEI).
Abaixo podemos observar as características do efluente Bio Springer.
TABELA 3: Características de efluente.22
PARÂMETROS
MÉDIA
MÍNIMO
MÁXIMO
Vazão Diária (m3/D)
576
240
720
Vazão Média (m3/H)
24
10
30
Temperatura (oC)
30
23
38
pH
4
1,5
6
DQO (mg/L)
38200
11800
58700
DBO (mg/L)
19100
5900
29350
SST (mg/L)
457
34
1910
RS (mL/L.h)
10
0
40
NTK (mg/L)
392
154
600
P total (mg/L)
97
32
150
Cálcio (mg/L)
20
12
25
Sulfato (mg/L)
82
12
243
Óleos e Graxas (mg/L)
33
15
51
Fonte: Bio Springer do Brasil
22
Características do efluente: Bio Springer do Brasil (2013)
39
Carga Orgânica para dimensionamento do tratamento Anaeróbio:
22.000 KgDQO/dia
11.000 KgDBO/dia
Nota: A planta tem capacidade hidráulica para vazão máxima de 30 m3/h de efluente,
limitada a carga orgânica de Projeto.
Após o tratamento do efluente, o mesmo apresentará características como:
TABELA 4: Características do efluente após tratamento anaeróbico 23
DQO
Remoção de no mínimo 80% ou DQO 7.640 mg/L
DBO
Remoção de no mínimo 90% ou DBO 1.910 mg/L
SST
≤ 600 mg/L
RS
≤ 15 mL/L.H
NTK
≤ 370 mg/L
P total
≤ 90 mg/L
Cálcio
≤ 18 mg/L
Sulfato
≤ 20 mg/L
Óleos e Graxas
≤ 33 mg/L
Temperatura
≤ 40 oC
pH
6,8 – 7,5
Fonte: Bio Springer do Brasil (2013)
Segundo estudos apresentados pelo Sr. Walmir Arruda, para a instalação projetada são
estimadas as seguintes quantidades de biogás residuais, considerando a capacidade nominal
de 22000 Kg DQO/dia:
23
Características do Efluente após Tratamento. Bio Springer do Brasil (2013)
40
Fonte: Bio Springer do Brasil (2013)
FIGURA 8: Atividade específica 24– Ponto 1 – Reator IC
Fonte: Bio Springer do Brasil (2013)
FIGURA 9: Atividade específica 25– Ponto 1 Reator UAS
24
Atividade específica– Ponto 1 – Reator IC. Bio Springer do Brasil (2010)
41
Fonte: Bio Springer do Brasil
FIGURA 10: Atividade específica 26- Ponto 2 Reator IC
TABELA 5: Geração de biogás após tratamento27
BIOGÁS
7200 m3/dia
METANO
4600 m3/dia
LODO EXCEDENTE MÁXIMO
352 m3/dia
CONCENTRAÇÃO DO LODO EXCEDENTE
80 Kg ST/ m3
VOLUME DO LODO EXCEDENTE
4,4 m3/dia
Fonte: Bio Springer do Brasil (2013)
Obs: Através desse estudo chegou-se a conclusão de que a cada 1 kg.DQO , gera entre 0,44
m3 e 0,5 m3 de biogás.
25
Atividade específica– Ponto 1 – Reator UASB. Bio Springer do Brasil (2010)
Atividade específica– Ponto 2 – Reator IC. Bio Springer do Brasil (2010)
27
Geração do Biogás após Tratamento. Bio Springer do Brasil (2013)
26
42
7.4
Análise da Utilização do Biogás na Bio Springer
Segundo apurado com o Sr. Walmir Arruda, a empresa Bio Springer atualmente usa
sua maior parte de biogás gerado nos reatores como combustível para duas caldeiras (anexo
D) movida a biogás e Gás Natural, ou seja, utiliza o que seria uma fonte de emissão gases
improdutiva no próprio processo.
Essa queima substituiu parte da a queima do GNV (Gás Natural), que antigamente era
o único tipo de combustível utilizado. O biogás gerado nos reatores era queimado em um
flare.
Hoje na Bio Springer utiliza em média 24.500 m3/mês do biogás na queima em
caldeira, para geração de vapor, isso equivale aproximadamente a 11,5 % do total gerado no
mês: 216.000 m3.
Com a média de produção desse biogás em 216.000 m3/mês, ainda há um potencial
excedente de 191.500 m3/mês.
7.5
Utilização do Biogás em um Grupo Gerador de Energia
A ideia do presente estudo é utilizar o biogás restante para transformá-lo em fonte de
energia elétrica, Atualmente a empresa usa-o somente como fonte alternativa para
emergência, no caso, a falta de energia fornecida pela CPFL.
Segundo Walmir Arruda, a empresa estuda adquirir um grupo gerador movido a gás
com características a seguir:
A parte central da planta de cogeração é constituída por um grupo gerador movido a
gás natural fabricado pela GENERAL ELECTRIC, JENBACHER, modelo JMS 316 GS-B.L
de 848 kWe de potência elétrica com Fator de Potencia de 1,0 (cosθ), de alta eficiência
elétrica, alta confiabilidade, baixo consumo de combustível e baixas emissões, do qual se
pode obter energia elétrica e energia térmica. O motor esta conectado a um gerador de
eletricidade, que produzirá energia elétrica a 380 V - 60 Hz. A energia elétrica produzida será
aproveitada para o consumo da fábrica.
43
Características do motor G316
• Potencia continua ISO: 876 kWm
• Potencia elétrica (fator de potencia = 1,0): 848 kWe
• Consumo específico de gás: 2.215 kWt
• Rendimento elétrico: 38,3 %
• Pressão mínima no regulador de gás: 80-200mbar
• No. de cilindros: 16 “V” 70°
De acordo com o fabricante o gerador tem aproximadamente 39% de rendimento, e
segundo cálculos médios da empresa Bio Springer, para cada 1 m3 de Biogás, gera-se
aproximadamente 2,34 kWh.
O valor de investimento do gerador, mais componentes e serviços, de acordo com a
empresa LONJAS BRASIL (especialista em sistemas de geradores), ficariam em um total de
R$ 3.042.000, 00.
7.6
Cálculo de Geração de Energia
Sabendo que com 1 m3 de Biogás, gera-se aproximadamente 2,34 kWh,
conseguiríamos gerar em um mês algo em torno de:
Produção de Energia = 191.500 m3 de Biogás x 2,34 kWh = 448.110 kWh
Partindo de informações expostas pelo Sr. Walmir Arruda, de que a empresa hoje
utiliza em média de 460.000 kWh/mês, deduzimos que a empresa, apresar de gerar grande
quantidade de Biogás, não poderá se tornar autossuficiente em energia.
44
7.7
Outras Alternativas para o Biogás e seus Subprodutos
Tendo em vista a alta temperatura dos gases provenientes da queima do Biogás,
podem-se utilizar esses gases enviando-os para a torre de secagem, facilitando a secagem de
produtos e outros itens, diminuindo o tempo do processo de secagem, gastando menos
energia.
Outra possível utilização seria em um equipamento que podemos chamar de
economizador. Esse equipamento normalmente é instalado na reposição de água de sistemas
geradores de vapor (Caldeiras), onde os gases provenientes da queima do biogás aquecem a
água de reposição, diminuindo assim a energia/combustível gasto para aquecer essa água
dentro do próprio sistema.
São algumas alternativas que ajudam a melhorar o processo, visando redução de custo
e maior lucratividade.
45
8 CONCLUSÃO
Face ao exposto pelo trabalho conclui-se que há viabilidade na utilização do total
biogás produzido na estação de tratamento de efluente (ETE), apesar de somente o biogás não
suprir na totalidade de energia elétrica utilizada na empresa BIOSPRINGER.
O que também se torna necessário frisar é que a empresa, segundo Sr. Walmir, não
pode abdicar totalmente dos serviços prestados pela CPFL, pois o volume de geração de
biogás varia de acordo com o volume de efluente gerado no processo produtivo. E se acaso
um dia essa geração for aquém do necessário, a única alternativa imediata seria a utilização da
energia gerada pela Companhia Paulista de Força e Luz.
Conclui-se também que a geração de biogás em sistemas anaeróbios faz parte do
processo e é inevitável, e que é possível, com esforço, encontrar alternativas para que um
problema torne-se solução, haja vista o propósito desta monografia.
Além do uso do biogás em queima para caldeira (utilizado hoje pela empresa), que por
si só, já é uma grande iniciativa para a redução de custo, a reutilização do biogás na geração
de energia elétrica ajudaria e muito na redução de custo da compra de energia elétrica, já que
segundo apresentado pelo Sr. Walmir Arruda, a empresa Bio Springer paga hoje pelo kWh,
cerca de R$ 0,29, e pouparia a utilização de 448.110 kWh, que em média representa uma
redução aproximadamente de R$ 129.951,90 com a compra de energia elétrica por mês.
Essa não é a única proposta para a utilização do biogás, pois conforme o apresentado
no capítulo anterior, a utilização do calor gerado pelos gases do escapamento do grupo
gerador queima do biogás, é também uma solução energética, que reduz custos , como por
exemplo, utilizar o calor para aquecer a água de reposição das caldeiras, na produção de
vapor.
A água já aquecida exigiria menos biogás a ser queimado em sua fornalha para
aquecer a mesma dentro do sistema, ganhando em eficiência, além de diminuir os riscos de
problemas com corrosão de tubulações, pois com o aquecimento da água de reposição,
diminui-se a concentração de oxigênio dissolvido, o qual é o grande vilão para oxidações de
tubulações de equipamentos de geração de vapor.
Contudo, a utilização do biogás na geração de energia mostra-se extremamente
aceitável, face que os investimentos a serem feitos, em equipamentos, tubulações,
ferramentas, máquinas, serão rapidamente retornáveis, em um tempo estimado de 24 meses.
46
REFERÊNCIAS
ADEQUAR
LICENCIAMENTO
AMBIENTAL.
Reator
UASB.
Disponível
em:<http://adequarliamb.blogspot.com.br/2011/07/estudo-de-viabilidade-tecnica-para.html>.
Acesso em: 20 de Set. 2013.
ARCADIS
e
TETRAPLAN.
Fontes
de
Energia.
Disponível
em:
<http://www.mma.gov.br/estruturas/164/_publicacao/164_publicacao10012011033201.pdf>.
Acesso em: 20 de Set. 2013.
ARRUDA, Renan. Entrevista a Walmir Arruda, Empresa Bio Springer do Brasil. Valinhos:
Biogás , 2013. Entrevista.
BIODISELBR.
Biogás.
Disponível
<http://www.biodiselbr.com/energia/biogas/biogas.htm>. Acesso em: 02 abr. 2013.
em:
BIO
SPRINGER.
Politica
de
Meio
Ambiente.
Disponível
<http://www.biospringer.com.br/MeioAmbiente.htm>. Acesso em: 04. Jun. 2013.
em:
CÂMARA DE COMÉRCIO DE ENERGIA ELÉTRICA – CCEE. Fontes. Disponível em:
<http://www.ccee.org.br/portal/ >. Acesso em: 03 abr. 2013.
CAMPELO,
Gabriela.
O
que
é
biogás,
2011.
Disponível
<http://ambientalsustentavel.org/2011/biogas/>. Acesso em: 02 abr. 2013.
em:
CALDEIRA. Disponível em: <www.jmsequipamentos.com.br>. Acesso em : 15 de Set. 2013
CALVACANTE, Kleber. Energia Elétrica, 2008. Disponível em:
<http://www.brasilescola.com/fisica/energia-eletrica.htm>. Acesso em: 02 abr. 2013.
CHAMBERS Allan K.; POTTER, Ian. Gas Utilization from Sewage Waste. Carbon and
Energy Management. Alberta Research Council Edmonton, Alberta, Canada. 2002.
COMPANHIA DE TECNOLOGIA DE SANEAMENTO AMBIENTAL – CETESB. Biogás,
Definição. Disponível em: < http://www.cetesb.sp.gov.br/mudancas-climaticas/biogas/>.
Acesso em: 02 abr. 2013.
DEDINI Indústrias de Base. Projeto Bio Springer. 2009.
ENVOLVERDE.
Projetos
de
produção
de
biogás.
Disponível
em:
<http://envolverde.com.br/ambiente/projetos-de-producao-de-biogas-no-brasil-comecam-aliderar>. Acesso em 20 de set. 2013.
DEDINI Indústrias de Base. Projeto Bio Springer. 2009.
47
FERNANDES, Carlos. Reatores UASB. Disponível em:
<http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/UASB02.html?submit=Continuar>. Acesso em: 02
abr. 2013.
GERADOR
A
GÁS.
Disponível
em:
<http://portuguese.gensetdieselgenerator.com/chinaavr_self_regulated_gas_1000kva_generat
or_emergency_backup_generators-1117710.html>. Acesso em: 15 de Set. 2013.
IMHOFF, KARL. Tratamento das águas residuárias. In: Manual de Tratamento de
águas residuárias. Tradução por Max Lothar Hess da 21ª edição alemã. São Paulo, Edgar
Blucher, Universideade de São Paulo, 1966 p. 50, 113, 115.
McINERNEY, M.J.;BRYANT, M.P. Metabolic Stages and energetics of microbial
anaerobic digestion. In: INTERNATIONAL Symposium on anaerobic digestion, 1, 1979,
Univesity College. Proceedings...London: Applied Science, 1980, p.91- 98.
NARKOLI, S. K., INDU MENROTRA (1997). Sludge blanket of UASB reactor:
mathematical simulation, Water Science Tech., 31, 715-726.
POLITICA DE MEIO AMBIENTE. Bio Springer. Disponível em:
<http://www.biospringer.com.br/MeioAmbiente.htm>. Acesso em: 28 mai. 2013.
PREFEITURA DE VALINHOS. Valinhos é o Segundo da RMC em expansão do parque
industrial. Disponível em: <http://www.valinhos.sp.gov.br/portal/>. Acesso em: 06 jun.
2013
ROSS. J. S. (org). Geografia do Brasil. São Paulo: Edusp, 1996
SANEAMENTO
POLI.
Reator
UASB.
Disponível
em:<http://www.saneamento.poli.ufrj.br/site/pt-br/reator-uasb/>.Acesso em: 18 de Set. 2013.
SNATURAL.
Tratamento
aeróbico
de
efluentes.
Disponível
em:
<http://www.snatural.com.br/Estacao-Compacta-Efluentes-Tratamento.html>. Acesso em: 02
abr. 2013.
SPÉZI, Márcio. Valinhos 50 Anos. Valinhos: 2004.
SUAPESQUISA. Fontes de Energia. Disponível em:
<http://www.suapesquisa.com/cienciastecnologia/fontes_energia.htm>. Acesso em: 03 Abr.
2013.
VAN HAANDELL, A. C., LETTINGA, G. (1994). Tratamento Anaeróbio de Esgotos: Um
Manual para Regiões de Clima Quente, Epgraf, Campina Grande, 240 p.
VITORATO,
Elsio.
Processos
Anaeróbios,
2004.
Disponível
em:
<http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA1L0AB/sistemas-anaerobios>. Acesso em: 02
abr. 2013.
USP. Combustão e Energia. Disponível em:
<http://www.usp.br/qambiental/combustao_energia.html> Acesso em: 15 de dez. de 2013.
48
APENDICÊ A – Roteiro de Entrevista
Entrevista de pesquisa
Nome: Walmir Aparecido dos Santos Arruda
Idade: 45
Local de Nascimento: Charqueada - SP
1)
Curso de Graduação: Engenharia Mecânica
2)
Pós-Graduação: Não Aplicável
Áreas de conhecimentos: Manutenção, Meio Ambiente, Produção e Segurança do Trabalho.
Instituição e Local: UNIMEP – Universidade Metodista de Piracicaba
Término: 1996
3)
Áreas de atuação profissional: Manutenção e Meio Ambiente
4)
Quando a empresa BIO SPRINGER foi fundada?
“A empresa foi fundada como Prodesa Produtos Especiais para Alimentos S.A em
1982, porém em 2000 um grupo francês chamado LESAFRE, comprou a então
Prodesa, dando início ao nome BIO SPRINGER”.
5)
Há quanto tempo o senhor trabalha na empresa?
“ Estou na empresa Prodesa/Bio Springer a 16 anos.”
6)
Qual a estrutura da empresa BIO SPRINGER perante o tratamento de efluente?
“ A empresa hoje tem um dos mais completos sistemas de tratamento de efluente do
município, sendo premiado pela sua eficiência por vezes.”
7)
Como a BIO SPRINGER busca melhorar seu sistema?
“ A empresa Bio Springer busca sempre melhorias sustentáveis, seja em tratamento de
efluentes ou em gestão de energias.”
8)
Qual o potencial de geração de energia da BIO SPRINGER? Onde é utilizado?
” A geração de biogás é uma quantidade muito significativa. Hoje esse gás é utilizado
aproximadamente de 24500 m3 em queima de caldeira.”
49
9)
A empresa está disposta a investir em possíveis custos, no projeto de utilização do
biogás?
“A empresa estuda adquirir um grupo gerador movido a gás, fabricado pela
GENERAL ELECTRIC, JENBACHER, modelo JMS 316 GS-B.L”
10)
Qual a média mensal de consumo de energia elétrica da BIO SPRINGER?
“Hoje a empresa utiliza em média 460.000 kWh, pode ser que um mês um pouco
mais, outro menos, mas é algo em torno desse valor.”
11)
Qual o valor pago pela BIO SPRINGER, por kWh?
“Hoje pagamos R$ 0,29, por kWh.”
12)
A empresa poderá um dia deixar de utilizar a energia da CPFL, tornando-se alto
sustentável e energia?
Não, pois como já foi falado essa quantidade de produção de biogás é variável,
podendo ser um dia insuficiente para suprir nossas necessidades e além do mais, por
motivos de emergência, devemos manter um contrato com a CPFL, caso tenhamos
problemas, como manutenções nos geradores.”
50
ANEXOS
51
ANEXO A – Fotos da Empresa Bio Springer
Fonte: Bio Springer (2008)
Fonte: Bio Springer (2009)
52
ANEXO B – Foto Reator UASB
Fonte: Bio Springer (2013)
ANEXO C – Foto Reator IC
Fonte: Bio Springer (2013)
53
ANEXO D – Caldeiras à Biogás
Fonte: Bio Springer (2013)