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ICTR 2004 – CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E
DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
Costão do Santinho – Florianópolis – Santa Catarina
SCEME - SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA GÁS METANO
ELETRICIDADE
Juraci Carlos de Castro Nóbrega
Judith dos Santos Ferreira
PRÓXIMA
Realização:
ICTR – Instituto de Ciência e Tecnologia em Resíduos e Desenvolvimento Sustentável
NISAM - USP – Núcleo de Informações em Saúde Ambiental da USP
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SCEME - SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA GÁS
METANO ELETRICIDADE
Juraci Carlos de Castro Nóbrega 2
Judith dos Santos Ferreira 3
Resumo
Os biodigestores se constituem em uma valiosa alternativa para o tratamento
dos dejetos orgânicos dos resíduos agropecuários pos permitem: reduzir
microorganismos patogênicos; melhorar a capacidade fertilizante do material;
eliminar odores e; gerar gás combustível denominado biogás o qual tem diversos
usos. Neste trabalho apresenta-se os resultados da utilização do biogás para
geração de eletricidade, levados a cabo no quilômetro 150 da estrada Am-010,
no estado do Amazonas. Um motor diesel acoplado a um gerador foi adaptado
para funcionar alimentado com biogás e diesel. Obteve-se um nível de
substituição no consumo de diesel da ordem de 65% para o motor utilizado.
Este trabalho demonstra a que é possível integrar a produção de alimentos e
energia de maneira sustentável.
Palavras-chave: Biodigestor, Biogás, Geração de energia.
2 Juraci Carlos de Castro Nóbrega, Doutor em Engenharia Elétrica
3 Judith dos Santos Ferreira, Mestre em Meio Ambiente
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Introdução
O biogás é o nome que se usa para designar a mistura de gases resultantes da
decomposição da matéria orgânica realizada por ação bacteriana em condições
anaeróbias.
O biogás é produzido em um recipiente fechado denominado biodigestor o qual
pode ser construído de diversos tipos de materiais de construção. O biodigestor,
Indiano possui um duto de entrada através do qual se coloca a matéria orgânica
(por exemplo, esterco animal ou humano, as águas servidas das cidades,
resíduos de matadouro, etc.) misturada com água, e um duto de saída no qual o
material digerido pela ação bacteriana sai do biodigestor. Os materiais que
entram e saem do biodigestor denominam-se afluentes e efluentes
respectivamente. O processo de digestão que ocorre no interior do biodigestor
libera a energia química contida na matéria orgânica, a qual se converte em
biogás.
O metano, principal componente do biogás, é o gás que confere as
características combustíveis ao mesmo. O valor energético do biogás, portanto
estará determinado pela concentração de metano – em volta de 20 – 25MJ/m3,
comparado com 33 – 38MJ/m3 para o gás natural (Werner et al 1989).
Em pequena e media escala, o biogás tem sido utilizado na maior parte dos
casos para cocção, embora, possa ser utilizado para iluminação, calefação e
como substituto da gasolina amarela ou diesel.
As utilizações dos biodigestores também permitem além da produção do biogás,
enormes vantagens para a transformação de resíduos:
•
•
Melhora a capacidade fertilizante do esterco. Todos os nutrientes tais como
nitrogênio, fósforo, potássio, magnésio assim como os elementos menores
são conservados no efluente. No caso do nitrogênio, boa parte do mesmo,
apresenta-se no esterco na forma de macromoléculas e é convertido a
formas mais simples como amônio (NH4+), as quais podem ser aproveitadas
diretamente pelas plantas.
Controle de microorganismos patogênicos. Este ocasionará que o nível de
destruição dos patogênicos variará de acordo com fatores como temperatura
e tempo de retenção, é comprovado experimentalmente que em volta de 85%
dos microorganismos patogênicos não sobrevivem ao processo de
biodigestão (Hohlfeld e Sasse 1986). Nas condições de laboratório, com
temperaturas de 35 oC os coliformes fecais foram reduzidos em 50 – 70% e
os fungos em 95% em 24 horas (Marchaim 1992).
A experiência da Enertec na utilização de biodigestores
Desde 1996, a Enertec tem trabalhado na utilização de biodigestores Indianos de
aço para a geração de biogás a partir de esterco de animais, principalmente de
bovinos. Têm-se utilizado biodigestores: de 3.2 metros de diâmetro por 4.0 m de
altura, denominado SCBE. O qual representa a capacidade de digerir 23m3 de
biomassa e água, e, uma campânula capaz de armazenar 10m3 de metano.
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Figura 1 – Biodigestor com 10 m3 de gás
Nos primeiros anos de pesquisa, o objetivo principal para o estabelecimento de
biodigestores por parte da Enertec foi a produção de biogás buscando diminuir o
consumo de energia tradicional, os derivados do petróleo e a lenha. Embora, nos
últimos anos o biodigestor tem tomado uma crescente importância como parte
fundamental do sistema de tratamento de águas servidas do setor agropecuário
(Pedraza et al 1995).
O SCBE
O biogás para geração de eletricidade
O biogás é utilizado como combustível para motores diesel e a gasolina, a partir
dos quais se produz energia elétrica por meio de um gerador. No caso dos
motores diesel, o biogás pode substituir até 80%. Nos motores a gasolina o
biogás pode substituir a totalidade da mesma, em geral nos projetos a nível
agropecuário tem-se dado preferência a motores diesel considerando que se
trata de um motor mais resistente e que se encontra com maior freqüência no
meio rural.
Durante o período de 1997 a 2000 a Enertec trabalhou com um projeto para a
utilização do biogás como substituto da gasolina amarela em motores de ciclo
Otto para geração de eletricidade, este projeto foi financiado pelo CNPq e até a
presente data o sistema está funcionando. De 2000 a 2004 a Enertec trabalhou
com um projeto para a utilização do biogás como substituto do diesel em
motores ciclo diesel para geração de eletricidade, este projeto, também, foi
financiado pelo CNPq e encontra-se funcionando, e é o que está sendo tratado
no presente artigo.
O presente trabalho, apresentando, utiliza motor diesel e está instalado no
quilômetro 150 da estrada Am-010, no município do Rio Preto da Eva, no projeto
de assentamento do Incra, Iporá, no estado do Amazonas. Neste local foi
implementado este projeto piloto que é composto de um biodigestor, uma
esterqueira, uma casa de máquinas, um escritório pra administração do projeto,
poço de água com 100m de profundidade, com toda a instalação de recalque,
armazenagem e distribuição de água. Todo o piloto foi dotado com energia para
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cocção e eletricidade utilizando o metano como combustível. Nesta comunidade
foi fundada uma cooperativa para produção de plantas e ervas medicinais da
Amazônia e graviola a COPERPAM - GRAVIOLA.
Biodigestores
Para a produção do biogás, instalou-se o biodigestor de aço com as seguintes
dimensões 3.2m de diâmetro e 4.0m de altura, com uma campânula capaz de
armazenar 10m3 de gás. O biodigestor é tratado com tinta anticorrosiva a mesma
utilizada para pintar casco de navio e está enterrado no solo. A pressão de saída
do gás foi controlada através de tambores contendo limalha de ferro e cimento
fixados em cima da campânula; a capacidade total do mesmo é fermentar 23m3
de esterco e água na câmara de fermentação, com uma entrada de 1m3 /dia,
para gerar 10m3 /dia de gás metano e 1m3 /dia de adubo orgânico.
O biodigestor está instalado ao lado de uma esterqueira que é o local onde se
armazena os esterco dos animais, que são recolhidos nos sítios e fazendas da
circunvizinhança. O preparo de esterco e água é feito no tanque de entrada e
conduzidos por gravidade até o câmara de fermentação, veja figura a seguir.
Figura 2 – Esterqueira, Casa de Máquinas e Biodigestor
Grupo Gerador Diesel
A partir da campânula, o biogás e conduzido por tubulação de ferro galvanizado
até um centro de distribuição de gás localizado na casa de máquinas. O centro
de distribuição de gás controla o gás que irá ser direcionado para cocção e para
o grupo gerador. Adaptações necessárias foram feitas, para que o biogás
ingressasse no interior do filtro de ar, de tal maneira que o motor ao inspirar o ar
requerido para a combustão do diesel, inspire também o biogás.
Os trabalhos forma realizados utilizando-se o grupo gerador :
•
Motor de 3 pistões, 9 kVA de potencia, 1800 r.p.m., acoplado ao gerador
elétrico Bambozzi de 6 kW, 220/127 V, 4 Pólos.
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Medidor de consumo de combustível
Para a realização dos testes de consumo de combustível, o sistema possui um
medidor de consumo de combustível em seu tanque.
Testes
Para a avaliação do nível de substituição de diesel, os ensaios forma realizados
da seguinte maneira:
•
•
•
•
•
Durante 30 minutos mediu-se o consumo de diesel com o motor operando
com diesel.
Durante 30 minutos mediu-se consumo de diesel com o motor operando com
diesel e biogás.
Em ambas as medidas foram tomadas com o sistema operando com as
mesmas condições de carga.
Em ambos casos, fez-se a monitoração kW, kVA e consumo de diesel a cada
5 minutos.
Os dados obtidos desta maneira permitiram determinar o consumo de diesel
do motor com os dois tipos de combustível utilizado.
Resultados
Os resultados obtidos até o momento indicam um nível de substituição de diesel
por biogás de 65% para o motor utilizado.
Conclusão
A utilização de biodigestores oferece grandes vantagens para o tratamento dos
dejetos orgânicos agropecuários, pois além de diminuir os microorganismos
patogênicos das mesmas, extrai grande parte da energia contida no material
sem afetar seu valor fertilizante e controlando de maneira considerável os
odores.
O uso do biogás para a geração de eletricidade da um valor adicional ao
emprego de biodigestores no setor agropecuário. No presente trabalho a
utilização do biogás em motores diesel para geração de eletricidade tem
demonstrado importantes benefícios econômicos, além, das vantagens
anteriormente mencionadas. No assentamento rural do incra Iporá, Conseguiuse com o biogás uma substituição do consumo de diesel da ordem de 65%, que
incide de uma maneira impactante na renda da COPERPAM-GRAVIOLA,
cooperativa que gerencia o projeto desenvolvido pelo grupo de pesquisa Enertec
da UFAm, isto demonstra o fato de integrar a produção de alimentos e Energía
de uma maneira sustentável, utilizando-se resíduos agropecuários.
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Agradecimentos
O presente trabalho só foi possível de ser realizado graças ao apoio econômico
do CNPq e a colaboração por parte dos assentados do projeto Iporá.
Bibliografia
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industrialized and developing countries. GTZ. Eschborn, Alemania, 1986.
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Handelsdruckerei,
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NÓBREGA, JURACI e OUTROS, SCBE - Sistema de conversão de energia
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PEDRAZA GLORIA, BECERRA MARICEL, CONDE NATALIA, CHARÁ J,
Descontaminación productiva de aguas utilizadas en labores domésticas y en
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WERNER U, STÖHR U, HEES N, Biogas plants in animal husbandry. GATE –
GTZ. Lengericher Handelsdruckerei, Lengerich, Alemania, 1989.
Summary
Biodigestores are a very valuable option for the treatment of organic agricultural
wastes as it is a system that: i) decreases the environmental pollution, ii)
increases the fertilising value of the wastes, iii) decreases the concentration of
odorous substances, and iv) produces a flammable gas called biogas which has
different uses. This paper reports the results of biogas utilisation for power
generation. The work was carried out at Iporá, Rio Preto da Eva – Amazonas.
One diesel engine-generator set was fitted for being fuelled with a biogas and
diesel fuel in a fuel operation system 65% of diesel fuel was replaced by biogas
for the Perkins engine. This work shows the economic possibility for integrating
the production of food and power in a sustainable way.
Key Words: Biodigestor, Biogas, Generation of Energy.
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