Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente ConstruídoGRUPO DE TRABALHO EM DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL

nENCONTRO NACIONAL E I ENCONTRO LATINOAMERICANO SOBRE EDIFICAÇÕES E COMUNIDADES

SUSTENTÁVEISCanela, RS, 24 a 27 de abril de 2001

" IESTRATEGIAS ENERGETICAS APLICADAS AO CENTRO EXPERIMENTAL DE

TECNOLOGIAS HABITACIONAIS SUSTENTÁVEIS: ,O uso do biogás em Nova Hartz

Clarissa Martins de Lucena Santafé Aguiar, Arq., MScLiane S. Conrad, Eng. Civi I I

Miguel Aloysio Sattler, Eng. Civil, PhD INúcleo Orientado para a Inovação da Edificação- NORIE

Universidade Federal do Rio Grande do Sul IAv. Osvaldo Aranha, 99 - 3° andar, CEP 90035-190 - Porto Alegre, RS

Te!': (51}3163900; Fax: (51) 3164054; IE-mail: cla@pobox.comlsconrad@viavale.com.brsattler@vortex.ufrgs.br

RESUMO

Este trabalho refere-se ás estratégias energéticas aplicadas ao Centro Experimental deTecnologias Habitacionais Sustentáveis - CETHS, a ser implantado em Nova Hartz. OCETHS está sendo projetado pela equipe de projetos regenerativos do Núcleo Orientadopara Inovação da Edificação, NORIEIUFRGS. Entre as estratégias enbrgéticas têm-secomo Objetivo a instalação de biodigestor, o qual processará parte dos resíduosorgânicos produzidos pela comunidade, transformando-os em energia I que poderá serutilizada na cocção de alimentos e aquecimento d'água no Centro Comunitário, assimcomo, na iluminação suplementar da área verde. O lodo resultante 'do processo debiodigestão será levado para a composteira coletiva de modo la produzir umbiofertilizante.

ABSTRACT

This paper refers the applied energy strategies to the Experimental Centh of SustainableHousing Technologies, to be implemented in the city of Nova Hartz, idesigned by theteam of regenerative projects of the Núcleo Orientado para Inovação da Edificação,NORIEIUFRGS. It aims at the installation of a biodigestor, which will process part ofthe organic residues produced by the community transforming them lin energy to beused in cooking and water heating in the Community Center, and in the supplementalillumination of the green area. The resulting fertilizer will be used in the productionarea of the settlement.

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PALAVRAS CHAVES

Sustentabilidade, edificações, estratégias energéticas, biodigestor

INTRODUÇÃO

O Centro Experimental de Tecnologias Habitacionais Sustentáveis (Costa Filho, 2000) - NovaHartz, RS. Busca-se a sustentabilidade do Centro Experimental de Tecnologias HabitacionaisSustentáveis - CETHS, situado no Municipio de Nova Hartz (RS) através de estratégias de usoregenerativo de energia, aplicando-as tanto na unidade habitacional como no conjunto' urbanizado.As estratégias energéticas a serem utilizadas se pautam no projeto de edificações segundo osprincipios da arquitetura bioclimática com o uso de materiais locais de baixo conteúdo energéticoreduzindo o impacto ambiental, a geração de energia através de fontes energéticas renováveis,manejo dos residuos sólidos, e paisagismo produtivo com a finalidade de complemento alimentar eservindo também como barreira ao sol e ao vento.

Os materiais a serem usados na construção das residências foram escolhidos segundo o baixoconteúdo energético gasto na sua produção e transporte, obedecendo a cultura e os recursos locais.Estes materiais devem apresentar também um bom desempenho térmico, propiciando ocondicionamento natural das edificações, que serão c1imatizadas por técnicas solares passivas e usoda ventilação natural, observando-se a melhor orientação solar e direção dos ventos: aberturas naface norte; telhado maior orientado para sul evitando assim, aquecimento excessivo no verão;proteção da fachada oeste no verão com vegetação de folhas caducas que terá a finalidade deabsorver a radiação solar mantendo o equilibrio térmico.A aplicação de um coletor solar de baixo custo para aquecimento de água nas unidades residenciais,está em estudo quanto à sua viabilidade econômica e energética.

O projeto de loteamento foi definido pela Prefeitura Municipal Nova Hartz, numa gleba 2,5 ha ondeserão implantadas 49 residências de baixo custo (no primeiro momento serão implantadas l3unidades) que atenderá uma população escolhida pelo próprio Município dentro de suas prioridadesAs famílias serão compostas, em média de 4 pessoas, com renda entre 1 e 3 salários mínimos.Algumas modificações quanto ao sistema viário para tomá-lo mais sustentável, priorizando o usopeatonal foram propostas pela a equipe de estudo do Norie, como o alargamento dos passeios e acriação de bolsões para estacionamento, conforme a implantação geral (figura I).

Figura 1: Implantação geral e localização do Biodigestor.

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A implantação do Centro Comunitário, na área institucional, reforçará as interações SOCIaiS,aintegração com.o ambiente natural, otimizando o uso da energia disponível. A criação de atividadese empregos em função da produção local, implantação de creche e Centro CÓmunitário, permitiráque alguns moradores do CETHS trabalhem próximo as suas residências minimizando o tempodespendido em transporte, a poluição causada pelo mesmo e racionar o consumo de energia. Estaracionalização de tempo possibilita ao individuo o aumento no convívio familiar e com a sociedadeampliando o seu tempo de lazer.

Este trabalho tem como objetivo apresentar estudo de instalação de um biodigestor, cuja produçãode biogás poderá ser utilizada como (1) fonte de energia para a cocção de alimentos, (2)aquecimento de água para banho no Centro Comunitário e (3) como ilumi~ação suplementar nointerior da área verde, localizada próximo ao playgroulld conforme a implantação geral.

o uso do biodigestor, além de utilizar o lixo orgânico da comunidade beneficiando o meioambiente, tem como resultado a produção do biogás e como residuo o lodo~que será aproveitadopara a produção de biofertilizante na composteira coletiva implantada na área de produção.

o USO DO BIOGÁS NO CETHS.

No Brasil os estudos com biogás foram iniciados de maneira mais intensa na década de 1970(Germano, 1999). Entretanto, os resultados alcançados já asseguram um bom dominio tecnológico oque possibilita o desenvolvimento de programas no âmbito nacional.

A produção do biogás é resultado das atividades metabólicas microbianas anaeróbicas, quetransformam matéria orgânica em combustível, estando o sistema diretamente relacionado aotratamento dos resíduos orgânicos. Vários fatores influenciam na quantidade de gás que se forma noprocesso de biodigestão anaeróbica, como o tipo de matéria a ser digerida e fatores ambientais.

O principal componente do biogás é o metano, que é um gás sem cheiro,1 incolor, e altamentecombustível. Na combustão sua chama é azul-lilás, com pequenas manchas vermelhas, nãodeixando fuligens. IO poder calorífico do biogás pode chegar de'S.OOOa 6.000 KcaVm3, dependendo da quantidade demetano. Pode ser usado para aquecimento de fogões, campânulas, estufas, aquecedores de água,lampiões, motores, e outros aparelhos.

Biomassa. Todo material que se decompõe pela ação de bactérias, ou seja,1por efeito biológico,pode ser considerada de biomassa. A biomassa produz biogás ao ser decomposta por bactériasmetanogênicas, porém depende de vários fatores como: tempe~atura, pR, relaçãocarbonolhidrogênio, quantidade de água presente na mistura, agentes tóxicos e inibidores dadigestão e também a qualidade das bactérias. Para a produção do biogás, las matérias orgânicasmais viáveis são: dejeto de animais, resíduos agricola, aguapé, resíduos industriais, lixos urbanos,algas marinhas, esgoto cloacal. I

Para a instalação de um biodigestor deve-se saber a disponibilidade local da quantidade debiomassa para então determinar suas dimensões. Esta comunidade terá população fixa estimada em200 pessoas, cujo volume de matéria orgânica produzido por dia será aproximadamente de 20 m3

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oriundo do uso do vaso sanitário (águas negras) que serão canalizadas diretamente das residências

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ao biodigestor. A quantidade média de esgoto produzida por pessoa é 100 litros por dia,considerando-se o uso de bacia sanitária de consumo reduzido (6 litros/descarga).O biodigestor será também alimentado pelo lixo orgânico produzido pelo Centro Comunitário eresiduos agrícola produzido na área de uso comum na proporção adequada .a promover a maioreficiência do sistema. O lixo orgânico e os residuos agrícola produzem boa quantidade de biogás,mas não são praticos em relação a coleta e abastecimento do biodigestor, que deverá ser feita porfuncionário do CETHS. As águas cinzas (chuveiros, cozinha e lavanderia) serão coletadasseparadamente para tratamento e reutilização.

Formação do Biogás. Considerando o volume de elluente coletado, pode-se estimar que aquantidade de biogás gerada será na ordem de 6 m3/dia . Esta quantia de energia gerada equivale a8,6 kg de GLP, podendo ser utilizada para 7,5 banhos aquecidos por dia, ou ainda, na cocção dealimentos para 26 pessoas diariamente. Estas equivalências podem variar conforme a quantidade demetano presente no biogás (Nogueira, 1992).

Para a aplicação deste combustível na iluminação suplementar, sabe-se que com um metro cúbicode bíogás é possível manter acesa uma lâmpada de 60 W por 6 horas, o que viabiliza a utilização de12 lâmpadas em postes de 60 centímetros no interior da área verde para identificação dos caminhosa noite (Buren,.1997).

A fermentação anaeróbica da biomassa formada por material orgânico mais água, passa por trêsetapas, sólida, líquida e gasosa. A terceira etapa é a mais importante e requer cuidados especiais. Atemperatura e a acidez devem ser adequadas para a reprodução das bactérias responsáveis pelacadeia de reações. As bactérias metonogênicas termofilicas se reproduzem a uma temperatura entre45 e 50° C e as bactérias metonogênicas mesofilicas, entre 20 e 45° C (Farret, 1999).

Biodigestor. No Brasil, a maioria dos biodigestores instalados são do tipo indiano, no qual osistema de produção de biogás é constituído, essencialmente, pelo digestor e o gasômetro. Omodelo escolhido para o CETHS de Nova Hartz será o indiano de tamanho médio, com capacidadepara produzir 6 m3 de biogás.

O biodigestor estará localizado junto a área de produção, conforme implantação geral, onde oelluente chegará, por gravidade, devido á declividade do terreno, sem necessidade de bombas. Aanálise experimental do substrato é a melhor forma pàra determinar a produtividade do biogás, teorde sólidos, condições de escoamento, tempo de retenção, etc.

O dimensíonamento do digestor está diretamente ligado à quantidade de resíduos disponíveis e seutempo de retenção. Para o volume de biomassa (esgoto c10acal e lixo orgânico do CentroComunitário) diário estimado em 240l/dia e produção de 6m3/dia de biogás, calcula-se o tempo deretenção de 50 dias e o biodigestor com a seguinte configuração: volume total de 14m3; volume útilde 12m3

; diâmetro de 2,5m altura total de 2,85m; altura útil de 2,45m; volume do gasômetro de6,3m3

; diâmetro externo do gasômetro com 2,4m; altura central do gasômetro de 1,85m; alturalateral do gasômetro de 1,40m; altura da parede divisória de 1,52m, de acordo com a figura 2(Farret, 1999) ..

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Figura 2: Desenho esquemático para o biodigestor proposto ao CETHS de Nova Hanz.Fonte: Farret,1999.

o biodigestor será construido em alvenaria, abaixo do nível do solo. A parede divisória central tema finalidade de reter e forçar a circulação da biomassa e também servir como shporte para o guia dogasômetro. Esta parede será executada em alvenaria dupla, para resistir aos movimentos provocadospelo gasômetro:

A alimentação será feita pelo tanque de carga, que poderá servir também como pré-fermentadore/ou local onde é feito a mistura do material, devendo por isto ter o volume maior que a cargadiária prevista e localizada um pouco acima do nivel do digestor ao qual é ligada por um cano. Odimensionamento do tanque de carga para acumular cerca de 300 I de biomassa deverá ser de 1,0 x1,0 x 0,80m.

O tanque de descarga será ligado ao biodigestor por outro cano que retirará o biofertilizante. Esteserá levado para o local de compostagem e utilizado como adubo natual. Os canos de entrada esaida terão 10 cm de diâmetro e com inclinação aproximada de 45°. I

O digestor deverá ser construído sobre base de concreto com espessura de 15 cm para suportar opeso da carga líquida. O reboco das paredes do biodigestor é de grande impbrtância, devendo serexecutado com cimento e areia no traço I :6, com areia fina e ter espessura superior a 10mm.

Visando o uso do biogás em equipamentos que utilizam o GLP, será precisl a adaptação destesequipamentos, observando que a pressão de fornecimento do biogás é m~nor e a relação arlcombustivel é de 7m' de ar para queimar 1m' de biogás, sendo então necessário instalar umregulador de pressão antes do consumo.

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CONCLUSÃO

o projeto CETHS -Nova Hartz está em implantação o que permite o detalhamento do sistema debiodigestão proposto para esta comunidade. Porém pode-se concluir esta etapa afirmando que:

• A utilização da biomassa nos sistemas de biodigestores para obtenção de energia representa umafonte alternativa de grande eficiência na substituição do petróleo (Farret, 1999). Além de produzirenergia com recurso próprio, eliminação do lixo orgânico, é um importante meio de estimulo aagricultura, promovendo a devolução de produtos vegetais ao solo e aumentando o volume e aqualidade de adubo orgânico.• O biofertilizante possui efeitos, tais como fito hormonal, fungistático, bacteriostático, derepelencias contra insetos, nematecida e acaricida (Germano, 1999). Agindo, portando, como umprotetor natural das plantas cultivadas, contra doenças e pragas. E o mais importante, com menosdanos ao ambiente e sem perigo para a saúde humana.• O uso do biogás na cozinha é higiênico, não desprende fumaça e não deixa resíduos nas panelas,reduzindo as tarefas domésticas, de mobilizar carvão e lenha para a cozinha.• Devido a ausência de odor, e porque estará abaixo do nível do solo, o biodigestor pouco serápercebido. Além do aspecto limpo, será projetado um jardim no terreno sobre o biodigestor,deixando-o com um agradável visual.

REFERÊNCIAS

AZEVEDO, M. H. Projeto de biodigestor. Monografia apresentada ao curso de mestrado emEngenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, 1999.

BUREN, A. V. A chinese biogas manual: popularising tecnology in the countryside. London,Intermediate Tecnology Publications. 1997. 6' edição.

COSTA FILHO, A; BONIN, L. C; SATTLER, M. A. Tecnologias Sustentáveis Em HabitaçãoDestinadas A População De Baixa Renda in: Encontro Nacional de Tecnologia do AmbienteConstruído VIII. Salvador, 2000. Anais, vol. 11.

FARRET, F. A. Aproveitamento de pequenas jontes de energia elétrica. Santa Maria, editora daUFSM.1999

GERMANO, J. O biojertilizante,www.aondevamos.eng.brlboletins/edição03.htmvirtual.

um adubo orgamco dijerente.J999.Nota: informação rede internet. Referência

NOGUEIRA, L. A. H. Biodigestão, a alternativa energética. São Paulo, Nobel. 1992.

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