Rafael adolfo

Universidade Presbiteriana Mackenzie

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GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA POR MEIO DA DIGESTÃO DE PAPEL COM O USO DE BIODIGESTORES

Rafael Adolfo de Oliveira Couto (IC) e Waldemar Alfredo Monteiro (Orientador)

Apoio: PIBIC CNPq

Resumo

Seguindo o ideal de necessidade de auto-sustentabilidade em termos energéticos, explicitada de forma cada vez mais impactante ao longo dos últimos anos através de todos os meios de acesso a informação, envolvendo dentre as principais metas, a criação e elaboração de um sistema energético cada vez mais sustentável e lucrativo, como tentativa de solução neste trabalho serão discutidos aspectos da destinação final do lixo urbano na cidade de São Paulo, analisando o “caminho do lixo” atual, com apresentação da situação em âmbito nacional e também apresentando uma discussão de reavaliação e remanejo do sistema atual juntamente com a validação do sistema proposto no mesmo. Como alternativa é apresentada a possibilidade da utilização de biodigestores em média escala minimizando em parte a destinação do lixo urbano, com definições técnicas, descrições dos tipos de sistemas possíveis, aplicações possíveis dentro da sociedade e conclusão de uma simulação estritamente teórica. Na etapa final deste trabalho trata-se exatamente desta simulação apresentando a tentativa de aplicação do sistema proposto no campo da Universidade Presbiteriana Mackenzie com a utilização de todo o papel produzido mensalmente como biomassa para biodigestores que trabalhariam juntamente com microturbinas para geração de energia elétrica, gerando um resultado um tanto impreciso com relação ao falso-positivo, porém não podendo descartar totalmente a possibilidade de implantação do sistema.

Palavras-chave: biodigestores, celulose, energia elétrica

Abstract

Following the ideal of self-sustainable energy, need to be made ever more impressive over the past few years through all means of access to information, involving among the main goals, the creation and development of an energy system increasingly sustainable and lucrative, as trial solution in this work will be discussed aspects of final disposal of urban waste in the city of São Paulo by analyzing the "junk path" current, with presentation of the situation at the national level and also presenting a discussion of reassessment and re-handling current system along with the validation of the proposed system. Alternatively presented here will discuss the possibility of the use of bio-digesters in medium scale minimizing in parts the urban garbage disposal, with technical definitions, descriptions of types of systems possible, possible applications within society and completing a simulation strictly theoretical. In the final step of this work will deal with exactly this simulation showing the attempt of implementing the proposed system in the field of Universidade Presbiteriana Mackenzie with the use of all paper consumed monthly by this institution as biomass for biodigesters which would work together with microturbines for electric power generation, generating a result somewhat inaccurate with respect to the false-positive, but not being able to discard completely the possibility of deploying the system.

Key-words: biodigesters, cellulose, electric power

VII Jornada de Iniciação Científica - 2011

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INTRODUÇÃO

Um grave problema encontrado atualmente em todas as grandes metrópoles do mundo é a

destinação final do lixo domiciliar e industrial e o que é possível de se fazer com essa massa

coletada para benefício da sociedade. As opções atuais para destino se dividem em aterros

sanitários, controlados ou não-controlados. Sendo opções que funcionam no aspecto

econômico – financeiro, mas deixam a desejar no aspecto ambiental, podendo causar

contaminação de solos, de água, do ar, através da emissão de gases poluentes, na maior

parte gás carbônico (CO2) e metano (CH4), além de não terem nenhum enfoque, na maioria

das vezes, em reutilizar o material para trazer algum benefício a sociedade.

O meio de se reverter essa situação aqui proposta é a instauração de biodigestores em

aterros juntamente com a aplicação de turbina a gás, deixando assim o sistema livre de

problemas como contaminações e poluições, e ainda com o produto da biodigestão, o

biogás, tornar possível a geração de energia elétrica para a utilização em residências e

indústrias.

No projeto inicial a intenção da pesquisa era criar um sistema de biodigestão trabalhando

como biomassa apenas o papel e a celulose, realizando o trabalho teórico nas bibliotecas da

CETESB, IEE - USP, IPEN – USP, e o da Universidade Presbiteriana Mackenzie, e

experimental no aterro LARA, localizado em Mauá - SP, porém durante a pesquisa

encontraram-se algumas dificuldades de acesso ao aterro e poucas publicações com a

mesma idéia.

Neste artigo será apresentada uma tentativa de solução aplicada a papel e celulose feita

somente através de pesquisas teóricas, identificando e descrevendo cada processo

envolvido no sistema, desde a obtenção da biomassa até a geração da energia elétrica por

meio de microturbinas, mostrando a eficiência e o rendimento do processo, apresentando o

conteúdo de modo teórico e também realizando uma análise de quantos aterros e lixões

existem no estado de São Paulo e quais deles poderiam aplicar esse processo de

conversão energética ao lixo, mostrando que é possível gerar-se energia sem agredir o meio

ambiente por meio de sistemas de fácil instalação e manutenção, com um preço ainda um

pouco elevado, porém com um processo que traz uma eficiência considerável com relação

aos métodos atuais e garante uma boa conservação do meio ambiente.

REFERENCIAL TEÓRICO

Segundo LIMA (1991) o método de aterrar o lixo como forma de destino final é

extremamente antigo, historicamente acredita-se que esse processo venha da Mesopotâmia

2500 a.C, onde os resíduos eram enterrados em trincheiras e, passado algum tempo, os


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mesopotâmicos abriam as trincheiras e retiravam a matéria decomposta para utilização

como fertilizante.

Segundo a CETESB (2006) encontram-se três tipos de aterros com suas respectivas

definições:

Aterros comuns – caracterizados pela simples descarga de lixo sem qualquer tratamento,

também conhecidos como lixões, sendo este método o mais prejudicial ao meio ambiente,

devido a poluições do solo, da água e do ar, porém, infelizmente, ainda é o mais utilizado

devido ao seu baixo custo de implantação. Na figura 1 apresenta-se um típico aterro comum

ou o chamado lixão;

Figura 1 – Aterro comum ou lixão.

Fonte: IPT (1998).

Aterros controlados – Uma variável da prática anterior com o recurso de cobertura diária de

um material que não se mistura com o lixo, onde essa cobertura não resolve

satisfatoriamente o problema da poluição onde os líquidos e gases provenientes da poluição

não são levados a termo.

Aterros sanitários – por definição é considerado um processo utilizados para a disposição de

resíduos sólidos no solo, particularmente o lixo domiciliar, que fundamentado em critérios de

engenharia e normas operacionais específicas, permite uma confinação segura, em termos

de controle da poluição ambiental e proteção ao meio ambiente, apresentando como

vantagens:

-Disposição adequada do lixo;

-Grande capacidade de absorção diária de resíduos;

-Condições para decomposição de matéria orgânica presente no lixo (condições essas que

são muito importantes para a implantação de biodigestores).


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Os problemas relacionados aos aterros sanitários incluem a possibilidade de poluição das

águas superficiais e lençóis subterrâneos pela ação do chorume, além da formação de

gases nocivos ao meio ambiente e odor desagradável. A figura 2 apresenta

esquematicamente um aterro sanitário com todos os seus setores.

Figura 2 – Aterro Sanitário com todos os setores.

Fonte: IPT (1998).

Outra opção para a destinação do lixo é a compostagem e a incineração, métodos aqui

citados, mas sem detalhes devido ao foco da proposta.

A compostagem é definida como o ato de transformar os resíduos orgânicos, através de

processos físicos, químicos e biológicos, em uma matéria biogênica mais estável e

resistente à ação das espécies consumidoras, sendo denominado como composto, o

fertilizante orgânico, resultado final do processo de compostagem.

Segundo LIMA (1991), a incineração teve origem em 1874 na cidade de Nottingham

(Inglaterra). O sistema Fryer, como ficou conhecido devido ao seu criador Alfred Fryer, tinha

uma metodologia muito simples; consistia em um forno onde o lixo era disposto

manualmente e incinerado com a utilização de carvão, a retirada de gases era natural e

controlada manualmente por meio de registros na chaminé. A incineração é definida como

um processo de redução de peso e volume do lixo através da combustão controlada. Os

gases provenientes da combustão, geralmente CO2 (gás carbônico), SO2 (dióxido de

enxofre), N2 (Nitrogênio), O2 (Oxigênio), e CO (monóxido de carbono), quando a combustão

é incompleta.

No Brasil, devido à quantidade de lixo que não é destinada aos processos corretos de

tratamento dos resíduos, como jogar em rios, em fossas, entre outras opções, acredita-se

ser necessária uma avaliação dos problemas desse tratamento incorreto, tendo uma


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priorização de medidas necessárias e a classificação das condições da disposição, abaixo

segue alguns exemplos;

• Problemas Sanitários - Os problemas encontrados são geralmente: fogo,

péssimo odor e vetores de doença (macrovetores e microvetores).

• Problemas Ambientais - Os aspectos provocados são: poluição do ar,

poluição de águas (superficiais e/ou subterrâneas), poluição do solo alem do

problema estético.

• Problemas Operacionais - São problemas que geram dificuldades para a

sociedade como vias de acesso, intransitáveis durante período de chuvas, ausência

de controle da área (falta de cercas, falta de guardas ou fiscalização, presença de

catadores, entre outros), ausência de controle de resíduos (inspeção, balança,

segregação de materiais), ausência de critérios para disposição do lixo no solo

(metodologia correta no tratamento do resíduo).

Apesar de opções legalizadas pelo Estado para a destinação final do lixo urbano, existiam

alguns lixões ou vazadouros irregulares por todo o Brasil, ou seja, sem cadastro correto na

CETESB ou na prefeitura da respectiva cidade, trabalhando de forma errônea o tratamento

do lixo, o que agravava ainda mais as condições ambientais da região com o falso

tratamento dos resíduos.

A partir daqui começa um grande problema no estado de São Paulo, cada habitante produz

uma média de 1,259 kg de resíduos por dia, quantidade considerada relativamente pequena

comparada com outros estados, por exemplo como Brasília e Rio de Janeiro, que fornecem

1,698 kg e 1,617 kg de resíduos, respectivamente. E, na normalidade, com relação à média

de lixo por habitantes na União Européia (1,2 kg). Isto fornece diariamente 17.000 toneladas

de lixo produzido na cidade de São Paulo.

No estado de São Paulo, devido a leis ambientais rigorosas que se focam no descarte

irresponsável de resíduos sendo fiscalizadas pela Companhia Ambiental do Estado de São

Paulo (CETESB) foram interditados vários lixões irregulares e alguns aterros, atitude

honrosa na qual esses lixões irregulares causavam muitos problemas ambientais. Porém,

com a atitude de melhorar o despejo de resíduos no estado, criou-se outro problema: em

2007 o estado contava com uma média de 150 lixões, atualmente só existem três em

operação; os aterros Bandeirantes e São João, juntos recebiam 320.000 toneladas por mês

em 1996, agora estão interditados, sendo o de Bandeirantes feito em 2007 e o de São João,

aterro que funcionou durante dezessete anos e acumulou aproximadamente 28 milhões de

toneladas de lixo, em 2010. Ou seja, São Paulo não tem onde colocar mais lixo urbano e a


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partir desse contexto começou-se uma pesquisa para a melhoria desta apresentando

vantagens econômicas, ambientais e energéticas.

A alternativa discutida aqui para esta situação é a prática da reciclagem terciária, que

segundo IPT/CEMPRE (2000), define-se como;

Reciclagem terciária - processo que recupera produtos químicos ou energia dos resíduos,

como por exemplo, recuperação energética a partir da incineração ou mesmo a partir de

sistemas integrados com biodigestores e recuperação de biogás.

As principais vantagens deste processo estão relacionadas à economia de energia e ao

alivio de massa de lixo destinada a aterros ou lixões. Podendo ser implantada em aterros

sanitários com o uso de biodigestores que nada mais é do que uma conversão biológica do

lixo com fins energéticos, uma vez que os resíduos urbanos passaram a ser uma fonte

inesgotável de energia alternativa, com alta eficiência na exclusão de qualquer tipo de

contaminação, seja do solo, do ar ou da água, e a captação e a utilização do biogás como

combustível energético.

Esse biogás que se gerado em aterros não controlados contribui para uma pior situação do

efeito estufa devido à grande porcentagem de metano (CH4), comprovando que a geração

do biogás sem controle é diretamente ligada às questões ambientais globais, abaixo dar-se-

á uma atenção especial ao biogás.

Em 1776, o pesquisador italiano Alessandro Volta descobriu que o metano já era conhecido,

incorporado ao “gás do pântano”, como resultado da decomposição de resíduos vegetais em

locais confinados.

Com relação à criação dos biodigestores, muitos autores citam a Índia como origem dos

mesmos, mais especificamente em Bombaim, perto do fim do século XIX, e esse projeto era

destinado a um hospital de hansenianos. Entre a década de 50 e 60 houve criação do

primeiro biodigestor de sistema contínuo e milhares de pesquisas com biodigestores.

Com a propagação da idéia do biodigestor, países como China, Inglaterra, França e

Alemanha começaram a realizar pesquisas e até algumas implantações, por exemplo, em

Exeter (Inglaterra) projetou-se em 1890 uma fossa séptica com a utilização do gás

produzido para a iluminação pública.

A idéia do biodigestor nasce na Índia por necessidade energética do país durante e depois

da Segunda Guerra Mundial, onde através da criação de dois institutos de pesquisas (o

primeiro o Instituto de Pesquisas Agrícolas em 1939 e o segundo o Gobar Gas Institute em

1950) tornou-se possível a implantação de quase meio milhão de biodigestores naquele

país.


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Devido ao mesmo contexto de desastre após a guerra é que os países europeus

começaram pesquisas envolvendo processos de biodigestão e cogeração.

Com o grande trabalho da Índia como Gobar Gas, que significa, em indiano, gás de esterco,

um vizinho próximo se interessou pela idéia e começou a incentivar trabalhos na área. Esse

vizinho era a China; devido ao alto crescimento populacional a China deveria desenvolver-

se energeticamente para suprir toda a população; a instauração começou em 1958 e já em

1972 o país contava com 7,2 milhões de biodigestores na região do Rio Amarelo, região

escolhida devido as suas características climáticas que favoreciam o processo.

Atualmente países de primeiro e terceiro mundo utilizam as técnicas dos biodigestores,

através de dois modelos principais o indiano e o chinês, o indiano criado para suprir o déficit

de energia criado com mais sofisticação e tecnologia, e o chinês criado para a geração do

biofertilizante com pouca utilização do biogás, modelo esse mais econômico e simples.

A conversão biológica do lixo com recuperação de energia pode ser definida como um

processo de decomposição ou de transformação da matéria orgânica, por ação de

microrganismos em substâncias mais estáveis, como o dióxido de carbono, água, gás

metano, gás sulfídrico, mercaptanas e outros componentes minerais.

Na definição de biodigestão é de extrema importância citar a diferença entre os tipos de

biodigestores, vantagens econômicas e energéticas antes de qualquer análise sobre o

biogás. Os modelos de biodigestores mais conhecidos são, respectivamente, o indiano, o

chinês e o de fluxo ascendente.

O modelo indiano (Fig.3) é o mais recomendado quando se trabalha com materiais que

exalam fortes odores, pois o selo d’água isola a mistura em fermentação do meio externo,

além do mais o biodigestor indiano se caracteriza por apresentarem grande capacidade de

armazenamento de biogás, facilitando seu uso em picos de consumo. A única e grande

desvantagem deste modelo está relacionada à parte financeira, pois o gasômetro requer a

confecção de uma oficina especializada e posterior transporte até o biodigestor.


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Figura 3 - Biodigestor indiano

Fonte: http://www.virtae.com/reciclagem/indiano.jpg

Outro modelo conhecido é o biodigestor chinês (Fig.4) que é mais indicado quando a

matéria-prima apresenta-se mais fibrosa, justamente pelo modelo citado não apresentar

parede divisória e possuir um tanque de descarga, facilitando muito o transporte da matéria-

prima com baixos índices de entupimentos. A desvantagem do modelo chinês é relacionada

à baixa capacidade de armazenamento de gás e requer mão-de-obra especializada para a

construção.

Figura 4 – Biodigestor chinês

Fonte:http://3.bp.blogspot.com/_wNNOKQiy6z4/S1WuskCRFPI/AAAAAAAAADU/yyOcOsOzstk/s320/Biodigestor

+2+-+Chines.JPG


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O terceiro modelo mais utilizado é o biodigestor de fluxo ascendente (Fig.5) muito favorável

quando a matéria-prima apresenta baixa porcentagem em sólido, como em esgotos por

exemplo, pois a ação da gravidade retém as partículas com maior massa e permite a

passagem das partículas com menor massa, interferindo no volume do biodigestor, sendo o

mesmo assim diminuído, reduzindo o custo de implantação.

Figura 5 – Biodigestor de fluxo ascendente

Fonte: PERAZZO NETO (2006).

Nos três tipos de biodigestores a produção do biogás se dá por meio de bactérias digestivas

metanogênicas que decompõe a matéria orgânica em condições anaeróbicas, o biogás é

constituído basicamente de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2), podendo apresentar

resquícios de nitrogênio (N), hidrogênio (H) e gás sulfídrico (H2S), e junto com o biogás

obtém-se também o que chamamos de biomassa, que nada mais é do que a matéria

orgânica que sobrou do processo da digestão da mesma, podendo ser muito bem utilizada

como fertilizante para plantações.

A produção do gás metano (CH4), a partir da matéria orgânica, se processa em 90 dias. A

produção inicia-se após 20 dias e, assim, a produção vai crescendo até chegar ao seu ponto

de máximo na terceira semana, e, a partir daí, a produção começa a decair novamente até

parar completamente, conforme o Gráfico 1.


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Gráfico 1 - Produção diária de metano por dia de digestão.

Fonte: CAEEB (1981).

A produção do biogás, como já mencionada acima, é possível através da fermentação

metagênica, que nada mais é que uma decomposição que acontece na ausência de ar,

chamado de digestão anaeróbica, processada por bactérias que obtém dos seus alimentos,

o oxigênio necessário a vida.

Essa decomposição é dividida em três partes conhecidas respectivamente por acidificação,

salificação e metanização. Em seguida será descrito como cada processo ocorre.

Acidificação - durante esta fase, os carboidratos são decompostos produzindo vários tipos

de ácidos, causando uma queda no pH e na formação de odores da matéria orgânica,

transformando as moléculas em moléculas menores e solúveis ao meio.

Salificação - durante a salificação, os ácidos são decompostos juntamente com alguns

compostos nitrogenados, tendo como produto dessa reação amônia, aminas e pequenas

quantidades de CO2, N2, H2 e CH4. Resultando também no aumento do pH da solução.

Metanização - nesta ultima fase ocorreu a destruição completa da celulose e dos compostos

nitrogenados, os ácidos orgânicos de baixo peso produzidos durante as outras fases são

decompostos em CO2 e CH4, finalizando assim o processo de digestão da matéria orgânica.

Todo esse processo é favorecido ou não por meio de alguns fatores cruciais no processo.

Segundo LIMA (1991) são eles:

Influência da temperatura – Há duas faixas de temperatura em que as bactérias anaeróbicas

podem desenvolver-se naturalmente. Estas faixas são denominadas de “estágio mesofílico”


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e “estágio termofílico”. As bactérias mesofílicas vivem no gradiente de 29 a 45 ºC e as

termofílicas na faixa de 45 a 70 ºC.

Influência do pH – O pH do meio de cultura pode afetar consideravelmente o processo de

metanização. Para evitar uma queda excessiva do pH, ou uma elevada produção de ácidos

voláteis que podem ser potencialmente tóxicos aos microrganismos, recomenda-se a

manutenção de lodo digerido no digestor, em quantidade pelo menos igual ou maior que o

volume de substâncias sólidas introduzidas. O lodo digerido tem a propriedade de balancear

a taxa de conversão dos microrganismos e de equilibrar a produção de ácidos voláteis.

Influência de substâncias tóxicas presentes nos detritos – O lixo urbano é originado das

atividades diárias do homem. Sua composição apresenta variações de difícil

equacionamento, pois o homem está sempre provocando mudanças em sua vida.

Dificilmente uma pessoa repete as mesmas ações do dia anterior. Este comportamento

aleatório se reflete na composição do lixo. Desse modo, nas análises da qualidade dos

resíduos, podem-se encontrar substâncias que inibem o processo de digestão, como

antibióticos, detergentes, ácidos, óleos, metais entre outros.

Com todos esses fatores torna-se um pouco difícil o cálculo para estabelecer a quantidade

de biogás e de CH4 puro obtido no mesmo; é o tipo de matéria orgânica usada no

biodigestor, mas é um diferencial interessante. O processo possibilita a utilização de

qualquer material rico em celulose, como o papel ou amido, sendo mais usadas as fezes

animais (Tabela 1), informando a quantidade necessária de alguns materiais necessários

para a produção de 1m3 de biogás.

Tabela 1. Material orgânico utilizado para produção de Biogás

MATÉRIA ORGÂNICA UTILIZADA. MASSA PARA A PRODUÇÃO DE 1m3 DE BIOGÁS.

Esterco fresco de vaca. 25 kg.

Esterco de suíno. 12 kg.

Esterco seco de galinha. 5 kg.

Resíduos vegetais. 25 kg.

Lixo. 20 kg.

Fonte: BARRERA (1993).

O biogás é uma mistura feita basicamente de CO2 e CH4 (metano), sendo este ultimo um

combustível que aqui será analisado e apresentado o seu valor energético; o resto da

composição do gás apresenta traços de outros compostos como apresentado na Tabela 2.


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Tabela 2. Composição química do biogás.

COMPOSTOS PORCENTAGEM NO BIOGÁS (%)

Metano (CH4). 50 a 70

Dióxido de carbono (CO2). 30 a 40

Hidrogênio (H2). 1 a 3

Azoto (N2). 0,5 a 2,5

Oxigênio (O2). 0,1 a 1

Sulfureto de hidrogênio (H2S). 0,1 a 0,5

Amoníaco (NH3). 0,1 a 0,5

Monóxido de carbono (CO). 0 a 0,1

Água (H2O). Variável

Fonte: www.biodigestor.zzl.org, 2007.

O metano, composto encontrado em maior quantidade no biogás, tem um potencial

energético extremamente poderoso com relação a outras energias, chegando a superar

algumas delas e se igualar a outras; o poder calorífico do biogás com 60% de metano é de

5.222 kcal/m3, podendo substituir derivados do petróleo, lenha, álcool, entre outros. A

Tabela 3 apresenta estes resultados.

Tabela 3. Equivalência energética de 1m3 de biogás (100 % de umidade relativa, 15°C, 150 mm coluna d’água).

COMBUSTÍVEL EQUIVALÊNCIA a 1m3 de BIOGÁS.

GLP 1,43 Kg

Óleo diesel 0,55 l

Gasolina 0,61 l

Álcool carburante 0,80 l

Lenha 3,50 Kg

Carvão vegetal 0,80 Kg

Energia elétrica 1,20 kWh

Fonte: Perazzo Neto (2006).

O metano é também conhecido como gás dos pântanos, por formar-se na putrefação das

substâncias orgânicas, especialmente celulose; é um gás com muitas referências atuais,

pois além de ser um ótimo combustível é também um dos grandes causadores do efeito

estufa, juntamente com o dióxido de carbono (CO2), vapor d’água (H2O), oxido nitroso (N2O),

ozônio (O3) e clorofluorcarbonetos (CFC´s).

MÉTODO

Após a descrição de todos os processos envolvidos no processo de destinação final do lixo,

aplicação da reciclagem terciaria com utilização de biodigestores para obtenção de biogás,

descrever-se-á como pode ser feito o processo de geração de energia elétrica.


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Esse processo é feito após a produção de biogás e através de alguns possíveis tipos de

turbinas, que funciona basicamente, através de algum gás pressurizado que faz com que ele

movimente suas turbinas, gerando energia. As turbinas se dividem em quatro tipos, sendo o

que difere uma da outra é o material usado, os tipos são: (1) turbina a vapor ou a gás,

turbina que será usada como referência no projeto; (2) turbina a jato; (3) turbina a água,

utilizada em hidrelétricas; (4) turbina a vento, também conhecida como moinho de vento.

A grande vantagem das turbinas a gás é o seu rendimento e sua área de ocupação

comparada a um motor de pistão por exemplo. Mas sua grande desvantagem é o preço, as

turbinas a gás têm um preço muito elevado devido ao seu projeto e sua construção ser

extremamente complicada, situação que piora a sua manutenção.

Figura 6 - Sistema de Cogeração com o uso de microturbinas funcionando a biogás.

Fonte: paginas.fe.up.pt/~fmb/PTE2/.../ PTE2_Microturbinas.pdf

As turbinas são compostas por três elementos, compressor, câmara de combustão e

turbina. O compressor é responsável pela admissão do ar em alta pressão, a câmara de

combustão cuida da queima do combustível e pressurização do gás produzido, e por fim a

turbina extrai a energia do gás vindo da câmara de combustão. As mais utilizadas no

processo geração de energia elétrica através do biogás são as microturbinas, motores de

combustão interna e turbinas a gás. A figura 6 ilustra um sistema de geração de energia

elétrica através de microturbinas com a utilização do biogás.

A diferenciação entre cada tipo de turbina a ser utilizada é semelhante à escolha do tipo de

biodigestor, onde melhor eficiência não combina com melhor preço. Sendo que a escolha

mais barata é a microturbina com menor eficiência entre as três e com o valor mais baixo de

manutenção, um detalhe importante é que a microturbina não precisa de um tratamento no

combustível para a utilização, ato que deve ser feito nos motores e nas turbinas a gás,

sendo a última a opção mais cara, com maior eficiência, com tamanho físico relativamente


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pequeno, porém requer alta pressão dos gases. Na tabela 4 tem-se uma descrição

detalhada de cada opção para a geração de energia elétrica.

Tabela 4. Opções possíveis para geração de energia elétrica com a utilização do biogás.

Opções Possíveis Vantagens Técnicas e

Econômicas

Desvantagens Técnicas

e Econômicas

Custos de Implantação,

Operação e Manutenção

MICROTURBINA

(25 a 75 kW)

Baixo índice de emissões.

Operação com combustível

combinado.

Equipamento com tamanho

reduzido e peso leve.

Não requer pré-tratamento

do combustível.

Custo de manutenção baixo.

Baixa eficiência.

Tem sido testado

geralmente com melhor

resultado para gás

natural.

Desempenho e tempo de

vida limitado.

Custo de implantação US$

700 a US$ 1200 por kW

instalado.

Custo de O&M < US$0,01

por kW instalado.

MOTOR A

COMBUSTÃO

INTERNA

(1 a 3 MW)

Baixo custo.

Alta eficiência.

Tecnologia muito difundida e

bastante utilizada.

Problemas devido a

particulados na estrutura

construtiva.

Corrosão de peças no

motor.

Altas emissões de NOx.

Custos de implantação:

US$ 1100 a US$ 1300 por

kW instalado.

TURBINA A GÁS

(3 a 10 MW)

Baixo custo operacional.

Resistente a corrosão.

Pequeno tamanho físico.

Baixas emissões de NOx.

Baixa eficiência em parte

de sua capacidade.

Requer alta pressão de

gases.

Custos de implantação

US$ 1200 a US$ 1700 por

kW instalado.

Fonte: Biogás: Pesquisas e Projetos no Brasil / CETESB.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A intenção deste trabalho foi promover a geração de energia elétrica através de um método

totalmente sustentável e com uma matéria-prima barata e extremamente fácil de se

encontrar.

A tentativa de aplicação seria na Universidade Presbiteriana Mackenzie com a utilização de

todo o papel descartado na universidade como biomassa para o processo de biodigestão, e

com a obtenção do biogás aplicá-lo as turbinas a gás para obtenção de energia elétrica.

A Universidade Presbiteriana Mackenzie, local de estudo do caso, forneceu a massa total

adquirida entre os meses de janeiro e abril do ano 2010, foram de aproximadamente 150

toneladas de papel em seus vários tipos, como papel milimetrado até papel toalha,

distribuindo-se em uma média de 1,3 toneladas de papel por dia, quantidade que deve ser

utilizada como biomassa juntamente com as podas de gramíneas feitas no campus da

universidade. Resulta em um volume aproximado de 1,6 m3, considerando o papel molhado,

por dia. A partir dessas informações é necessário determinar as condições do biodigestor.


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Como a produção de biogás se dá em uma média de 90 dias, vamos considerar a massa de

papel utilizada em três meses como biomassa, isso resulta em aproximadamente 117

toneladas de papel, considerando a densidade do papel de 997,05 kg/m3, que é a densidade

da água à temperatura de 25o C, devido à alta porcentagem do mesmo no papel, teremos

um volume de carga próximo de 117 m3. Para isso utilizaríamos 11 biodigestores indianos

com 11,3 m3 cada um de volume de carga e 5 m3 de carga de biogás.

A partir deste ponto torna-se difícil determinar precisamente a quantidade de microturbinas

que deveriam ser instaladas devido à ausência de testes de campo e também da

determinação exata da potência necessária para a utilização na Universidade. Pode-se

determinar como seria o sistema e a sua eficiência; isto está apresentado na figura 7.

Figura 7 - Representação de um sistema de geração de biogás com aproveitamento energértico.

A microturbina funcionaria em um ciclo aberto, que nada mais é do que um ciclo onde há a

transformação de energia mecânica em energia elétrica, sem aproveitamento da energia

térmica dos gases provenientes da turbina. Uma fabricante famosa de microturbinas é a

Capstone Turbine Corporation que fabrica microturbinas na faixa potencial de 28 a 60 kW

(Figura 8) com eficiência de 24% até 30% com baixo custo de implantação, baixa

manutenção e grande vida útil, em média 2 anos, comparado as outras opções possíveis.


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Figura 8: Microturbina “estilo” Capstone Turbine Corp.

Fonte: http://www.afinidadelectrica.com.ar/articulo.php?IdArticulo=161.

CONCLUSÃO

A partir do trabalho realizado torna-se evidente que não existe a certeza do sistema

funcionar em todos os seus aspectos. Porém também não se deve descartar totalmente a

hipótese de que possa funcionar a contento. Há necessidade da realização de testes de

avaliação e de aprimoramento.

Destaque importante também para uma possível solução da destinação final do lixo urbano,

com reutilização da matéria orgânica para geração de energia elétrica, solução possível, e

com grandes vantagens ambientais, porém com extremo custo em larga escala.

REFERÊNCIAS

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