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U N I V E R S I D AD E D O V AL E D O I T AJ AÍ
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA TERRA E DO MAR
Curso de Engenharia Ambiental
GERAÇÃO DE BIOGÁS PROVENIENTE DE RESÍDUOS SÓLIDOS
URBANOS EM CONDOMÍNIOS VERTICAIS RESIDENCIAIS:
Estudo de caso no Condomínio Marquês de Firenze
Ac: Gustavo Luiz Gartner
Orientador: George Luiz Bleyer Ferreira, Me.
Itajaí, junho/2015
U N I V E R S I D AD E D O V AL E D O I T AJ AÍ
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA TERRA E DO MAR
Curso de Engenharia Ambiental
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
GERAÇÃO DE BIOGÁS PROVENIENTE DE RESÍDUOS SÓLIDOS
URBANOS EM CONDOMÍNIOS VERTICAIS RESIDENCIAIS:
Estudo de caso no Condomínio Marquês de Firenze
Gustavo Luiz Gartner
Monografia apresentada à banca examinadora do Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Ambiental como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Ambiental.
Itajaí, junho/2015
i
AGRADECIMENTOS
Minha sincera gratidão a todos que me ajudaram de alguma forma.
Em especial agradeço aos meus pais, Jorge e Elisabete e as minhas Irmãs Lu e Ca pelo
apoio em todos os momentos.
Ao meu orientador George Bleyer Ferreira pela orientação sempre tranquila e pela palavra
certa na hora certa.
Agradeço aos engenheiros Alexandre, Bruna, Roberto e Roger pela força e parceria nesses
anos de vida acadêmica, sempre em busca do melhor resultado.
A Senhorita Natália Dartora pelo incentivo a pesquisa, desenvolvimento e superação.
As pessoas do laboratório de Remediação Ambiental e Química Orgânica que cederam o
laboratório para as análises físicas em especial a professora Albertina.
Agradeço ainda aos meus amigos e familiares.
ii
RESUMO
O presente trabalho estudou a viabilidade da geração de biogás em um condomínio vertical
residencial de Balneário Camboriú/SC, por meio da decomposição anaeróbia de resíduos
sólidos urbanos orgânicos em um biodigestor, com a finalidade de geração de energia elétrica.
Os resíduos sólidos foram coletados no Condomínio Marquês de Firenze, segregados em
sete classes e pesados, apresentando uma geração média de 43 Kg de resíduo sólido urbano
sendo que 38,2% deste representa resíduos orgânicos, 18,72% deste composto orgânico
representa sólidos totais e 92,79% desses sólidos totais representam sólidos voláteis. As
amostragens de resíduo sólido coletadas mostraram que a geração no condomínio não segue
um padrão de geração e composição, havendo dias com crescimento de massa de resíduo,
mas redução de na composição de algumas categorias. Utilizando a média de geração de
sólidos orgânicos do condomínio chegou-se ao resultado da capacidade de produção média
de 898,1 litros de biogás por dia, o que representa 5,7 KW de potência por dia, não havendo
viabilidade financeira para a implantação de um biodigestor no condomínio. No entanto, o
estudo mostra viabilidade no âmbito municipal de Balneário Camboriú – SC haja visto que o
município gera 86,480 toneladas de resíduo por dia, que pode representar uma capacidade
de geração de 11,5 MW de potência por dia.
Palavras-chaves: Biogás. Geração de biogás. Classificação de resíduos domiciliares.
Condomínio residencial.
iii
ABSTRACT
The present paper studied the viability of biogas generation in a residential condominium of
Balneário Camboriú – SC through the anaerobic decomposition of municipal organic solid
waste in a biodigester for the purpose of electricity generation. The solid waste were collected
in Marquês de Firenze condominium, separated into seven classes and weighty, presenting
an average of 43Kg of urban solid waste which was 38.2% of this solid waste was organic
waste, 18.72% of this organic compound represents total solids and 92.79% of this total solids
represents volatile solids. The collected solid waste samples showed that the solid waste
generation in the condominium does not follow a pattern of composition, there was days with
solid waste mass growth, but reducing the composition of certain categories. Using organic
solid waste generation average came to the result of the production capacity average of 898.1
liters of biogas per day, this value represents a power of 5.7KW per day, with no economic
viability for the implementation of a biodigester in the condominium. However, the study shows
viability at the municipal level of Balneário Camboriú city given the fact that the city generates
86.480 tons of solid waste per day, which may represent a capacity to generate power of
11.5MW per day.
Keywords: Biogas. Biogas generation. Household waste classification. Residential
condominium.
iv
SUMÁRIO
Agradecimentos ...................................................................................................................... i
Resumo ................................................................................................................................. ii
Abstract ................................................................................................................................. iii
Sumário ................................................................................................................................ iv
Lista de Figuras .................................................................................................................... vii
Lista de Tabelas .................................................................................................................. viii
Lista de Equações ................................................................................................................. x
Lista de Abreviaturas ............................................................................................................ xi
1 Introdução ....................................................................................................................... 1
1.1 Problema de Pesquisa ............................................................................................. 2
1.2 Objetivos ................................................................................................................. 3
1.2.1 Geral ................................................................................................................ 3
1.2.2 Específicos ....................................................................................................... 3
1.3 Justificativa .............................................................................................................. 3
1.4 Delimitação da Pesquisa ......................................................................................... 4
2 Fundamentação Teórica ................................................................................................. 5
2.1 Resíduos Sólidos ..................................................................................................... 5
2.1.1 Definição .......................................................................................................... 5
2.1.2 Classificação dos Resíduos Segundo a ABNT ................................................. 5
2.1.3 Classificação dos Resíduos Sólidos Segundo a PNRS .................................... 6
2.1.4 Geração e Caracterização dos Resíduos Sólidos Urbanos............................... 7
v
2.1.5 Coleta Seletiva ............................................................................................... 9
2.1.6 Resíduo Orgânico ............................................................................................. 9
2.1.7 Inventário Nacional de Resíduos e o Metano.................................................... 9
2.1.8 Aproveitamento Energético do Metano ........................................................... 10
2.2 Biogás ................................................................................................................... 11
2.3 Biodigestão Anaeróbia ........................................................................................... 11
2.3.1 Biologia Básica ............................................................................................... 11
2.3.2 Potencial de Geração de Biogás..................................................................... 13
2.4 Viabilidade ............................................................................................................. 14
2.4.1 Viabilidade Econômica ................................................................................... 14
3 Metodologia .................................................................................................................. 16
3.1 Classificação da Pesquisa ..................................................................................... 16
3.2 Estimativa do Volume de Resíduo Orgânico e Classificação Quantitativa dos
Resíduos Gerados ........................................................................................................... 16
3.3 Estimativa do Volume de Biogás ........................................................................... 19
3.3.1 Composição dos Dados Teóricos ................................................................... 19
3.3.2 Composição dos Dados Laboratoriais ............................................................ 19
3.3.3 Construção do Biodigestor.............................................................................. 19
3.3.4 Produção de Biogás em um Biodigestor ......................................................... 22
3.3.5 Metodologia Utilizada para Estimar a Produção de Biogás de Forma Teórica 24
3.4 Avaliação de Viabilidade do Projeto ....................................................................... 24
3.4.1 Análise Financeira .......................................................................................... 24
3.4.2 Análise Técnica .............................................................................................. 25
vi
4 Resultados e Discussão ............................................................................................. 26
4.1 Caracterização dos Resíduos ................................................................................ 26
4.1.1 Caracterização Física ..................................................................................... 28
4.1.2 Determinação de Resíduos Sólidos na Parcela Orgânica ............................... 32
4.2 Condições ideais para o Biodigestor no condomínio .............................................. 34
4.2.1 Composição do Substrato no Biodigestor ....................................................... 34
4.2.2 Estimativa de Geração de Biogás no Biodigestor ........................................... 35
4.3 Start e Operação do Sistema ................................................................................. 36
4.4 Potencial do Condomínio ....................................................................................... 38
4.5 Viabilidade ............................................................................................................. 39
4.5.1 Análise Técnica .............................................................................................. 39
4.5.2 Análise Financeira .......................................................................................... 39
4.6 Proposta de Viabilização da Geração de Energia com Biogás .............................. 43
4.6.1 Viabilização de Geração de Energia Elétrica com Biogás ............................... 43
5 Considerações Finais ................................................................................................... 46
5.1 – Conclusão........................................................................................................... 46
5.2 Recomendações para Trabalhos Futuros .............................................................. 49
6 Referências .................................................................................................................. 50
vii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Área para a segregação do resíduo .................................................................... 17
Figura 2 - Segregação do resíduo........................................................................................ 18
Figura 3 - Montagem do Biodigestor com o sistema de recirculação. .................................. 20
Figura 4 - Montagem do leito fixo do biodigestor. ................................................................. 20
Figura 5 - Manômetro da tubulação de recalque. ................................................................. 21
Figura 6 - Biodigestor finalizado e em operação. ................................................................. 21
Figura 7 - Fluxograma do Processo de Caracterização Física. ........................................... 26
Figura 8 - Fluxograma das etapas executadas até obtenção dos dados laboratoriais e dados
obtidos. ................................................................................................................................ 27
Figura 9 - Quantidade de RSU médio produzido por dia no condomínio durante as 8 amostras
feitas. ................................................................................................................................... 29
Figura 10 - Variação temporal em relação a composição do RSU do condomínio. .............. 30
Figura 11 - Representatividade média de cada categoria na composição do RSU do
condomínio. ......................................................................................................................... 31
Figura 12 - Representação gráfica da composição do RSU orgânico do condomínio. ......... 32
Figura 13 - Volume de produção de biogás por dia. ............................................................. 37
viii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Participação dos principais materiais no total de resíduos sólidos urbanos coletados
nas cidades brasileiras em 2012. ........................................................................................... 7
Tabela 2 - Comparação entre a participação dos principais RSUs do estado de SC e do Brasil.
.............................................................................................................................................. 8
Tabela 3 - Caracterização do RSU orgânico de Pirangi - SP ................................................. 8
Tabela 4 - Destinação do material reciclável coletado. .......................................................... 9
Tabela 5 - Destinação da Matéria orgânica. ........................................................................... 9
Tabela 6 - Estimativa de emissão de CH4 nos anos de 1990 e 2005. .................................. 10
Tabela 7 - Valores potenciais de geração de gás obtidos por ensaios laboratoriais. ............ 14
Tabela 8 - Datas de realização das amostragens. ............................................................... 18
Tabela 9 - Caracterização física dos resíduos do condomínio. ............................................ 28
Tabela 10 - Determinação de sólidos (peso das amostras).................................................. 32
Tabela 11 - Teor de sólidos e teor de umidade das amostras. ............................................. 33
Tabela 12 - Composição de sólidos fixos e voláteis da amostra seca. ................................. 33
Tabela 13 - Composição do substrato inserido no biodigestor. ............................................ 34
Tabela 14 - Sólidos totais e voláteis presentes no biodigestor. ............................................ 34
Tabela 15 - Potencial de geração de biogás e potencial de geração teórica de biogás no
resíduo contendo 1,879KgSV. ............................................................................................. 35
Tabela 16 - Poder calorífico do biogás e porcentagem de produção de biogás. .................. 36
Tabela 17 - Cálculo do potencial energético a ser gerado no biodigestor. ........................... 36
Tabela 18 - Dados do potencial de geração de energia no condomínio em função dos dados
coletados. ............................................................................................................................ 38
Tabela 19 - Cálculo do retorno financeiro. ........................................................................... 40
ix
Tabela 20 - Rendimento do Biogás na queima em comparação com GLP. ....................... 42
Tabela 21 - Requisitos mínimos para geração de energia. .................................................. 43
Tabela 22 – Dados de geração de biogás para todo o RSU coletado em Balneário Camboriú.
Cálculos baseados nos dados coletados no Condomínio. ................................................... 45
x
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1 - Tempo de retorno do valor investido. ............................................................... 15
Equação 2 - Teor de sólidos. ............................................................................................... 23
Equação 3 - Teor de umidade. ............................................................................................. 23
Equação 4 – Porcentagem de sólidos fixos. ........................................................................ 23
Equação 5 - Porcentagem de sólidos voláteis...................................................................... 23
Equação 6 - Equação do Tempo de Retorno Payback ......................................................... 25
Equação 7 - Tempo de Retorno do valor investido. ............................................................. 41
Equação 8 - Valor gasto pela bomba em reais..................................................................... 41
xi
LISTA DE ABREVIATURAS
°C Graus Celsius
ABNT Associação Brasileiras de Normas Técnicas
ABRELPE Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos
Especiais
ANEEL Agência nacional de energia elétrica
CH4 Metano
CO2 Dióxido de Carbono
Gg Giga Grama
GLP Gás Liquefeito de Petróleo
H2 Hidrogênio
Kg Quilograma
Kg.Hab-¹.dia-¹ Quilograma por Habitante por Dia
KVA Quilovolt Ampere
KW Quilowatt
KWh Quilowatt hora
KWh/m³ Quilowatt hora por metro cúbico
L Litro
m² Metro Quadrado
m³/h Metro Cúbico por Hora
MW Megawatt
NL Normal Litro
NL/KgSV Normal litros por Quilograma de Sólidos Voláteis (0°C, 1013hPa)
Nm³ Normal Metro cúbico (0°C, 1013hPa)
PCS Poder Calorífico Superior
pH Potencial Hidrogeniônico
PNRS Política Nacional de Resíduos Sólidos
PNRS Política Nacional de Resíduos Sólidos, os resíduos sólidos
PVC Policloreto de Vinila
RPT Rendimento por Período de Tempo
RS Resíduo sólido
RSU Resíduo Sólido Urbano
SF Sólidos Fixos
SV Sólidos Voláteis
t.dia-1 Tonelada por dia
t/ano Tonelada por Ano
UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket
VI Valor Investido
W Watt
1
1 INTRODUÇÃO
O Presente trabalho executou um estudo de viabilidade da geração de biogás em um
condomínio vertical residencial de Balneário Camboriú/SC, por meio de resíduos sólidos
orgânicos urbanos digeridos em um biodigestor, com a finalidade de geração de energia
elétrica. O foco principal foi quantificar o volume de resíduo orgânico produzido em um
condomínio, qualifica-lo, estimar o volume produzido de biogás de acordo com seu volume
gerado e avaliar sua viabilidade para a geração de energia elétrica. Pretendeu-se buscar a
viabilidade ambiental, técnica e financeira do projeto.
Com relação à problemática da geração de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) no estado de
Santa Catarina, a Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos
Especiais ABRELPE (2012) registrou uma quantidade gerada média de 4.613 [t.dia-1] em
2012. Isso representa uma geração per capita de 0,859 [Kg.Hab-1.dia-1] de RSU. Também
segundo a ABRELPE (2012), no estado de Santa Catarina, 3.112 [t.dia-1] (71,6%) do RSU são
destinados a aterros sanitários; 734 [t.dia-1] (16,9%) são destinados a aterros controlados e
500 [t.dia-1] (11,5%) são destinados a lixões. O RSU orgânico representa 51,4% da
composição gravimétrica gerada nas residências brasileiras, isso representa 2.371 [t.dia-1] de
matéria orgânica destinada a ser enterrada no estado de SC (ABRELPE, 2012). Esse recurso
tem potencial de gerar energia antes de chegar a ser enterrado, ocupando espaço e gerando
custos a população.
Com relação a geração de energia elétrica no país e segundo a Agência Nacional de Energia
Elétrica ANEEL (2014b), a matriz de energia elétrica brasileira é composta principalmente por
usinas hidroelétricas, sendo que o país possui 1.109 usinas hidráulicas em operação,
responsáveis por 63,53% da energia elétrica nacional. Esses dados são seguidos pelas
usinas movidas a gás responsáveis por 10,47% da capacidade instalada; pelas usinas
movidas a petróleo com 5,58% da capacidade instalada e das usinas movidas a biomassa
com 8,37% da capacidade instalada. Dentro das usinas a biomassa estão às usinas movidas
a biogás com 0,06% da capacidade instalada. A ANEEL não informa dados de geração de
energia elétrica devido à queima do RSU. As fontes da matriz energética nacional que utilizam
biomassa, informadas são: bagaço de cana, licor negro, madeira, biogás e casca de arroz.
A pesar do biogás possuir baixa representatividade de geração de energia frente ao cenário
nacional, percebe-se um grande potencial na sua geração. Como já informado anteriormente
estima-se que 51,4% do resíduo sólido urbano brasileiro é composto de matéria orgânica. Isso
representa 865.415 toneladas de matéria orgânica por ano no estado de Santa Catarina, que
está tendo uma disposição final antes do tempo.
2
Mesmo existindo o recurso natural, existindo a tecnologia para converter esse recurso em
energia, observa-se a falta de energia, em determinados períodos no Brasil. Dentro de um
cenário em que a matriz energética predominante é a hidráulica, e que devido a isso há a
oscilações na capacidade de geração, que a ANEEL homologa a Resolução Normativa 482
(RN482). Ela vem para regulamentar a mini e micro geração de energia elétrica, dando
subsídios para que pessoas físicas possam produzir energia elétrica introduzindo ela na rede
de distribuição por meio do sistema de compensação de energia elétrica.
O trabalho estudou a quantidade de RSU orgânico produzido no Condomínio Residencial
Marquês de Firenze, a quantidade de biogás que deveria ser gerado por meio de um
biodigestor, e sua melhor aplicação para geração de energia elétrica. Propondo medidas que
propiciem a geração de biogás e consequentemente a geração de energia, para a aplicação
em condomínios. Tem o intuito de fornecer subsídios para projetos futuros de geração,
beneficiando o meio ambiente, tanto na redução do RSU destinado a aterros, tanto na redução
do consumo de energia elétrica da rede.
1.1 PROBLEMA DE PESQUISA
O aumento do consumo residencial de energia em Santa Catarina, de 18,3% comparado a
2013, e da Resolução Normativa 482 da ANEEL que regulamenta a produção de energia em
residências e sua introdução na rede por meio do sistema do sistema de compensação de
energia elétrica. Além do crescimento da classe residencial no país de 5,3% ao ano, entre
2005 e 2010, que corresponde a um crescimento de 2,9%/ano no consumo de energia devido
à melhoria de vida (FREIRE, 2011). Aliado à tendência de crescimento econômico do país e
de sua população, observado que apenas 10,63% da matriz de energia elétrica do país,
corresponde à biomassa, eólica e solar (ANEEL, 2014a), que esta pesquisa estudou a
viabilidade da utilização de biogás em condomínios residenciais para geração de energia
elétrica. Será viável a implantação de um sistema de biodigestão de resíduos sólidos
orgânicos, como fonte de metano, para a geração de energia elétrica em condomínios
residenciais urbanos?
3
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Geral
Analisar a viabilidade da geração de energia elétrica a partir da produção de biogás, em
condomínios residenciais, proveniente de resíduos sólidos urbanos orgânicos gerados no
próprio condomínio.
1.2.2 Específicos
a) Estimar o volume médio de resíduo orgânico produzido em um condomínio residencial;
b) Classificar e qualificar os tipos de resíduos orgânicos gerados;
c) Estimar o volume de biogás produzido para alimentar o biodigestor no objeto de estudo
de caso;
d) Avaliar a viabilidade do projeto de geração de energia.
1.3 JUSTIFICATIVA
No primeiro trimestre de 2014 o consumo de energia elétrica cresceu 11,3% em relação ao
mesmo período de 2013, no estado de Santa Catarina. Destaca-se o consumo residencial
com uma alta de 18,3%, contra uma média de 3,5% registrada nos primeiros trimestres em
anos anteriores. A distribuidora afirma que o crescimento do consumo nesse ano foi 5 vezes
maior que o crescimento das unidades consumidoras no estado. Por sua vez a indústria
obteve um incremento de 8,2% nos três primeiros meses de 2014 e a comercial de 12,1% em
relação ao mesmo período de 2013 (CELESC, 2014).
Nesse contexto de crescimento indústria e consequente aumento do consumo da energia
elétrica, e altos custos ambientais e financeiros na construção de usinas geradoras de energia,
que a ANEEL, desde agosto de 2011, vem discutindo com a sociedade a melhor forma para
a regulamentação de micro e mini produção de energia elétrica no país, culminando com a
homologação, em 2012, da resolução normativa RN482 de 17/04/12, que estabelece
condições para o acesso a micro e mini geração distribuída de energia elétrica, o sistema de
compensação e outras providências (ANEEL, 2012). Para que uma empresa ou pessoa física
se enquadre na RN, deve utilizar centrais geradoras com base em energia hidráulica, solar,
eólica, biomassa ou cogeração qualificada, além de ter uma potência instalada de no máximo
1MW.
4
Apesar da resolução ter sido aprovada em 2012 para incentivar as pessoas físicas e jurídicas
a investirem em formas alternativas de produção de energia elétrica, apenas 91 registros de
micro e mini geradores de energia elétrica foram cadastrados na ANEEL até abril de 2014
(ANEEL, 2014a).
Baseado nesses dados de crescimento de consumo, interesse do governo na produção de
energia alternativa pela micro e mini geração e da utilização de um subproduto do RSU
orgânico, que foi proposto estudar a geração de energia elétrica e biogás no condomínio. O
trabalho desenvolvido estudou a quantidade de RSU orgânico produzido no condomínio
Marquês de Firenze, a quantidade de gás que deveria ser gerado por meio de um biodigestor,
e sua melhor aplicação para geração de energia elétrica. Tem o intuito de fornecer subsídios
para projetos futuros de geração, beneficiando o meio ambiente, tanto na redução do RSU
destinado a aterros, tanto na redução do consumo de energia elétrica da rede. Esse trabalho
alinha-se a RN482/12 da ANEEL, com potencial de trazer benefícios ambientais, como
redução do volume de resíduo enviado a aterros, a redução do envio de metano a atmosfera
e colaborando para a conservação dos recursos naturais.
1.4 DELIMITAÇÃO DA PESQUISA
Realizou-se a pesquisa no Condomínio Marquês de Firenze localizado no lado Norte, centro
da cidade de Balneário Camboriú – SC. O condomínio possui aproximadamente 14.000 m²
de área total, 80 apartamentos e capacidade máxima de 520 habitantes, segundo a
convenção do mesmo. É um condomínio utilizado por moradores, veranistas e turistas, sendo
que a taxa de ocupação maior se dá durante a temporada de verão, de 15 de dezembro ao
final do carnaval.
O período de coleta de dados dos resíduos sólidos se deu nos meses fora da temporada de
verão, com exceção da coleta do dia 16 de fevereiro, mostrando que a caracterização
executada reflete o período de baixa temporada, ou seja, com pouca influência da
sazonalidade de veranistas e turistas.
A abordagem, Resíduo Sólido Urbano dá-se, apesar do estudo de caso acontecer em um
condomínio, porque em sua caracterização usou-se as categorias, inorgânico, rejeito, poda,
restos de comida, casca, verdura e carne e gordura. Apesar desse resíduo caracterizar-se
também como resíduo domiciliar, optou-se por manter abordagem, resíduo sólido urbano,
para ter um comparativo com os dados da literatura sobre os resíduos sólidos urbanos
municipais, estaduais e nacionais.
5
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 RESÍDUOS SÓLIDOS
2.1.1 Definição
De acordo com a ABNT (2004a) em sua norma NBR 10004:2004, segue as definições de
resíduos sólidos.
2.1.1.1 Resíduos Sólidos
São resíduos sólidos e semissólidos os resíduos resultantes de atividades industriais,
domésticas, hospitalares, comerciais, agrícolas e de serviço de varrição. São incluídos
também nesta definição os lodos provenientes de sistemas de tratamento de água, bem como
aqueles gerados em equipamentos de controle de poluição. Líquidos cujas particularidades
tornem inviável o lançamento na rede de tratamento de esgoto, ou exijam soluções técnicas
economicamente inviáveis para seu tratamento, também são considerados resíduos sólidos,
de acordo com a norma.
2.1.2 Classificação dos Resíduos Segundo a ABNT
Ainda de acordo com a ABNT, norma NBR 10004:2004 os resíduos sólidos são classificados
em:
Resíduos Classe I – Perigosos;
Resíduos Classe II – Não Perigosos;
o Resíduos Classe II A – Não Inertes.
o Resíduos Classe II B – Inertes.
2.1.2.1 Resíduos Classe I – Perigosos
São aqueles que apresentam periculosidade em função de suas propriedades físicas,
químicas ou infectocontagiosas. Pode apresentar risco à saúde pública e/ou meio ambiente
ou possuir uma das seguintes características: inflamabilidade, corrosividade, toxicidade
reatividade e patogenicidade. Para caracterizar o resíduo classe I deve-se seguir os
procedimentos dispostos na NBR 10007:2004 (ABNT, 2004d) que trata sobre amostragem de
resíduos. Após a amostragem, deve-se seguir os procedimentos dispostos na NBR
6
10005:2004 (ABNT, 2004b) que trata sobre a obtenção do extrato lixiviado de resíduos
sólidos. Caso o lixiviado apresente algum parâmetro acima da concentração máxima
permitida (Anexo F da NBR 10004:2004), o resíduo será considerado perigoso. Caso o
resíduo não apresente parâmetros acima do permitido, deve-se proceder ao ensaio de
solubilização segundo a NBR10006:2004 (ABNT, 2014c) para a determinação da classe em
II A ou II B.
2.1.2.2 Resíduo Classe II A – Não Perigoso e Não Inerte
São resíduos que não sem enquadram na Classe I – Perigosos e apresentam propriedades
como: biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água.
2.1.2.3 Resíduo Classe II B – Não Perigoso e Inerte
São resíduos que quando submetidos a um contato dinâmico e estático com água destilada
ou deionizada, conforme a NBR 10006:2004 (ABNT, 2004c), não solubilizam nenhum dos
seus constituintes a concentrações superiores aos padrões de potabilidade de água,
excetuando-se aspecto, cor, turbidez, dureza e sabor, de acordo com a norma.
2.1.3 Classificação dos Resíduos Sólidos Segundo a PNRS
Segundo Brasil (2010a), lei 12.305/10, Política Nacional de Resíduos Sólidos, os resíduos
sólidos são classificados quanto sua origem e quanto sua periculosidade:
2.1.3.1 Quanto à Origem
Segundo Brasil (2010a) os resíduos podem ser originários de: domicílios, limpeza urbana,
estabelecimentos comerciais e prestadores de serviço, serviço público de saneamento básico,
indústrias, serviços de saúde, construção civil, agrossilvopastoris, serviços de transportes e
mineração.
Também segundo Brasil (2010a), resíduos sólidos urbanos (RSU) são resíduos originários de
atividades domésticas residenciais urbanas, resíduos de varrição e limpeza de vias públicas
e serviços de limpeza urbana.
2.1.3.2 Quanto à Periculosidade
A Política divide em duas classes de periculosidade: resíduos perigosos e não perigosos:
Perigosos: São aqueles resíduos que possuem características de inflamabilidade,
corrosividade, reatividade, toxicidade, patogenicidade, carcinogenicidade,
7
teratogenicidade e mutagenicidade, apresentam riscos à saúde e ao meio ambiente,
de acordo com a lei, regulamento ou norma técnica.
Não perigosos: São aqueles não enquadrados na categoria perigosos.
2.1.4 Geração e Caracterização dos Resíduos Sólidos Urbanos
A fração orgânica dos resíduos sólidos domésticos é tipicamente formada por materiais como
restos de comida, papéis, trapos, gomas, couro, madeira e resíduos de poda e jardins
(TCHOBANOGLOUS; THEISEN; VIRGIL, 1994 apud AMARAL, 2004).
Em seu documento, panorama dos resíduos sólidos no Brasil 2012, a ABRELPE (2012) ao
caracterizar o RSU no Brasil, expõe a porcentagem de participação dos principais materiais
na composição do resíduo sólido nas cidades brasileiras. Dentre os 6 (seis) materiais
avaliados (metais; papel, papelão e TetraPak; plásticos; vidro; matéria orgânica e outros)
51,4% da composição se refere à Matéria Orgânica, Tabela 1.
Tabela 1 - Participação dos principais materiais no total de resíduos sólidos urbanos coletados nas cidades brasileiras em 2012.
Material Coletado Participação (%) Quantidade (t/ano)
Metais 2,9 1.640.294
Papel Papelão e TretraPak 13,1 7.409.603
Plásticos 13,5 7.635.851
Vidro 2,4 1.357.484
Matéria Orgânica 51,4 29.072.794
Outros 16,7 9.445.830
TOTAL 100,0 56.561.856
Fonte: ABRELPE (2012)
Segundo a ABRELPE (2013) em 2013 a região Sul do Brasil gerou 21.922 toneladas de RSU
por dia, 2,7% a mais que no ano de 2012. Isso representa uma geração de 0,761 [Kg.hab-
1.dia-1]de RSU. Já no estado de Santa Catarina, em 2013 foram geradas 4.799 toneladas de
RSU por dia, o que representa 0,723 [Kg.hab-1.dia-1]de RSU (ABRELPE, 2013). A cidade de
Balneário Camboriú – SC apresenta pouca diferença da geração de RSU diária em relação
ao Estado de Santa Catarina, apresentando uma geração de 0,799 [Kg.hab-1.dia-1] (SANTA
CATARINA, 2012)
De acordo com o Plano Estadual de Gestão Integrada de Resíduos Sólidos do Estado de
Santa Catarina (SANTA CATARINA, 2012) a participação de cada resíduo sólido na
8
composição do total do RSU do estado se diferencia da composição nacional em alguns
aspectos. Tabela 2.
Tabela 2 - Comparação entre a participação dos principais RSUs do estado de SC e do Brasil.
Material Coletado Participação Brasil (%) Participação SC (%)
Metais 2,9 2,6
Papel Papelão e TretraPak 13,1 12,0
Plásticos 13,5 15,0
Vidro 2,4 3,4
Matéria Orgânica 51,4 37,0
Outros 16,7 30,0
TOTAL 100,0 100,0
Fonte: SANTA CATARINA (2012)
A diferença principal apresentada está no volume de matéria orgânica, rejeito e outros
materiais, que compõe o RSU do Estado e do Brasil. Enquanto a matéria orgânica representa
51,4% do volume de resíduo no país, no estado representa apenas 37%. Ainda se observa
que o rejeito e outros materiais, que compões 16,7% do volume no Brasil, no Estado compõem
30%.
Observa-se que as diferentes regiões do Brasil apresentam porcentagens de participação de
resíduos diferentes umas das outras.
No trabalho de Caramelo (2010), em caracterização do RSU da cidade de Pirangi –SP, foi
encontrado uma relação de materiais orgânicos e inorgânicos mais próximo ao encontrado
nacionalmente, com 58,27% do resíduo orgânico em sua composição, Tabela 3.
Tabela 3 - Caracterização do RSU orgânico de Pirangi - SP
Materiais Coletados %
Cascas Diversas 14,08
Verduras 9,74
Legumes 10,61
Folhagens e Podas 13,09
Restos de Comida 10,75
Total de Resíduo Orgânico 58,27
Total de Resíduo Inorgânico 41,73
Fonte: CARAMELO, 2010.
9
2.1.5 Coleta Seletiva
No município de Balneário Camboriú – SC mais de 90% do município é atendido pela coleta
seletiva (SANTA CATARINA, 2012).
No panorama Estadual a destinação do material reciclável segue os seguintes caminhos
mostrados na Tabela 4:
Tabela 4 - Destinação do material reciclável coletado.
Destino N° de municípios Percentual (%)
Unidade de triagem 40 48
Associação/ Cooperativa de catadores 12 14
Comercializado 8 10
Não informado 23 28
TOTAL 83 100
Fonte: SANTA CATARINA (2012).
2.1.6 Resíduo Orgânico
No estado de Santa Catarina a maioria dos municípios dispõe os resíduos orgânicos em
aterros sanitários ou controlados. As disposições informadas por Santa Catarina (2012) estão
na Tabela 5.
Tabela 5 - Destinação da Matéria orgânica.
Destino N° de municípios Percentual (%)
Aterro sanitário 23 57
Unidade de triagem 6 15
Compostagem 6 15
Não informado 5 13
TOTAL 40 100
Fonte: SANTA CATARINA (2012).
2.1.7 Inventário Nacional de Resíduos e o Metano
O metano (CH4) é um gás oriundo da decomposição orgânica anaeróbia e outras fontes
antropogênicas, e um dos gases considerados como gases do efeito estufa. Seu potencial de
aquecimento global é 21 vezes o potencial de aquecimento do Dióxido de Carbono (CO2)
(AMARAL, 2004).
10
De acordo com o documento Emissões de Gases de Efeito Estufa no Tratamento e
Disposição de Resíduos (BRASIL, 2010b) as emissões estimadas de CH4 (metano) devido à
disposição dos resíduos sólidos no Brasil e em Santa Catarina, no ano de 1990 e 2005 são
mostradas na Tabela 6.
Tabela 6 - Estimativa de emissão de CH4 nos anos de 1990 e 2005.
Região Emissão em 1990 (Gg) Emissão em 2005 (Gg) Aumento (%)
Brasil 791,67 1104,18 39,47
Santa Catarina 10,94 17,60 60,88
Fonte: BRASIL (2010b)
No Brasil formam estimadas emissões de 791,67 [Gg] CH4 e 1.104,18 [Gg] CH4, nos anos de
1990 e 2005, respectivamente. Um aumento de 39,47% em 15 anos. Já em Santa Catarina
as emissões de metano no ano de 1990 e 2005 foram 10,94 [Gg] CH4 e 17,60 [Gg] CH4,
respectivamente. Um aumento de 60,88% (BRASIL, 2010b).
2.1.8 Aproveitamento Energético do Metano
Como medida mitigadora do efeito estufa, o aproveitamento energético do metano do biogás
tem grande importância, uma vez que com sua combustão o metano se transforma em CO2
fazendo com que seu potencial de efeito estufa se reduza em 21 vezes (AMARAL, 2004).
Segundo Coelho (2001), o biogás é considerado uma fonte de energia renovável e sua
recuperação e seu uso energético apresentam vantagens ambientais, sociais estratégicas e
tecnológicas significativas.
Apesar do potencial de geração de energia, advindas do biogás, não suprir a demanda
energética mundial, quando direcionado o foco aos aterros sanitários, suas vantagens são
atraentes. Considerando apenas 13 grandes aterros espalhados pelo Brasil, o potencial de
geração de eletricidade é de 150 [MW], suficiente para abastecer 100 mil habitantes (ALVES;
LUCON, 2001).
Para Amaral (2004) a biodigestão anaeróbia dentro de reatores apresenta maiores taxas de
geração de metano e maior facilidade operacional e de recuperação do biogás produzido no
processo. Podendo estimular o uso desses biodigestores para o tratamento dos resíduos
sólidos orgânicos.
11
2.2 BIOGÁS
A produção de gás combustível a partir de resíduos orgânicos é antiga. Esse fenômeno já era
observado por Alessandro Volta, na Itália, em 1776, que descobriu metano no gás dos
pântanos, como resultado da decomposição de restos vegetais em ambientes anóxicos
(NOGUEIRA, 1992).
Pode-se dizer que biogás é o produto de um processo bioquímico decorrente da biodigestão
anaeróbia de resíduos orgânicos, em condições adequadas de umidade, temperatura e
acidez, onde a matéria orgânica é fracionada devido a ação microbiana e transformada em
um gás combustível, denominado biogás, composto de metano e dióxido de carbono
(NOGUEIRA, 1992).
A composição do biogás varia de acordo com o material a ser digerido, com a temperatura e
com o tempo de fermentação. Segundo Magalhães (1986) os principais gases que compõe o
biogás são o metano com 65%, e o dióxido de carbono com 35%, considerados valores médio.
Outros gases são encontrados no biogás, porém, em baixíssimas concentrações (AMARAL,
2004).
2.3 BIODIGESTÃO ANAERÓBIA
O biodigestor é o local onde se desenvolvem as reações de decomposição da matéria
orgânica, podendo operar de forma contínua, ou seja, sendo alimentado com matéria orgânica
durante o funcionamento, simultaneamente à retirada do biofertilizante (biomassa
estabilizada, produto da biodegradação da matéria orgânica, dentro do biodigestor), ou em
batelada, sendo carregado apenas no início do funcionamento e descarregado quando a
produção de biogás atingir níveis muito baixos (NOGUEIRA, 1992).
A compreensão de alguns aspectos básicos associados a biodigestão anaeróbia é de extrema
importância para a operação de um biodigestor. Aspectos como a biologia envolvida,
necessidades nutricionais das bactérias, pH, influência da temperatura e tempo de retenção
da biomassa e efeito de agentes tóxicos afetam diretamente a produção de biogás
(NOGUEIRA, 1992).
2.3.1 Biologia Básica
Existem três grupos microbianos, com comportamentos distintos, que participam da
biodigestão anaeróbia em biodigestores: bactérias fermentativas, bactérias acetogênicas e as
bactérias metanogênicas. Essas bactérias atuam em fases e a fase seguinte depende da
atuação da fase anterior (NOVAES, 1987 apud AMARAL, 2004).
12
Baseado em Amaral (2004), Nogueira (1992) e Magalhães (1986), pode-se definir os 3
grupos de bactérias e relaciona-lo em 4 fases de atuação na biodigestão anaeróbia:
2.3.1.1 Bactérias Fermentativas – Hidrólise e Acidogênese
São as duas primeiras fases da biodegradação. A hidrólise ocorre quando as moléculas
orgânicas complexas (polissacarídeos, celulose, hemicelulose, pectina, amido, carboidratos,
proteínas e lipídeos), são degradadas em moléculas mais simples (moléculas menores), que
ficam dissolvidas e disponíveis na água circundante. Essa quebra é feita devido a ação
enzimática (como celulase, amilase e protease) excretada pelas bactérias fermentativas
hidrolíticas, pois, não são capazes de absorver grandes moléculas. Após a quebra das
moléculas complexas em simples (como açucares, oligossacarídeos, glicose, aminoácidos e
peptídeos), as bactérias fermentativas podem absorver a molécula, através da parede celular
bacteriana, resultando na fermentação interna dessas moléculas menores. Os produtos
formados por essa fermentação são ácidos graxos voláteis, ácido lático, etanol, álcoois,
butirato, acetato, propionato, lactato, palmitato, hidrogênio, sulfeto de hidrogênio, amônia,
dióxido de carbono e alguns aromáticos como benzoato.
As bactérias fermentativas são anaeróbias estritas, porém 1% dessas bactérias são
facultativas, tendo a capacidade de oxidar a biomassa pela via oxidativa. São importantes
para proteger as bactérias anaeróbias estritas do oxigênio eventualmente presente no
biodigestor (CHERNICHARO, 1997).
A acidogênese ocorre logo após a hidrólise e assim como ocorre com as bactérias
fermentativas, as bactérias fermentativas acidogênicas metabolizam os produtos solúveis,
oriundos da hidrólise, dentro de suas células, excretando ácidos graxos voláteis, álcoois, ácido
lático, dióxido de carbono, hidrogênio, amônia e sulfeto de hidrogênio, além de produzir novas
bactérias.
Esse grupo microbiano é composto frequentemente por bactérias mesofílicas dos gêneros
Bacteróides, Eubacterium, Lactobacillus, Butyribio, Bifidobacterium e Clostridium. Esse último
grupo é encontrado também como termofílico (NOVAES, 1987 apud AMARAL, 2004).
2.3.1.2 Bactérias Acetogênicas – Acetogênese
É o segundo grupo bacteriano e a terceira fase da biodegradação. As bactérias acetogênicas
são um grupo de bactérias intermediárias que oxidam os produtos formados na fase
acidogênicas transformando-os em substrato apropriado para as metanogênicas. De todos os
produtos metabolizados nessa faze, apenas o hidrogênio e o acetato podem ser usados
diretamente pelas bactérias metanogênicas para a produção de metano.
13
Usualmente chamadas de bactérias acetogênicas, são produtoras de hidrogênio (H2). Elas
metabolizam os produtos resultantes da fase anterior e catabolizam propionato, ácido acético,
álcoois, etanol lactato, butirato, palmitato, aminoácidos, açucares e aromáticos como benzeno
para produzir hidrogênio (H2), Dióxido de Carbono (CO2) e Acetato (NOVAES, 1987 apud
AMARAL, 2004).
2.3.1.3 Bactérias Metanogênicas – Metanogênese
É o terceiro grupo bacteriano e a quarta fase da biodigestão. É a etapa final do processo de
biodegradação anaeróbia de compostos orgânicos em metano e dióxido de carbono. São as
bactérias metanogênicas as únicas responsáveis pela produção de metano. Fazem uso do
substrato como ácido acético, hidrogênio, dióxido de carbono, ácido fórmico, metanol e
monóxido de carbono. As bactérias metanogênicas que fazem uso do ácido acético ou
metanol para a produção de metano são chamadas de acetoclásticas, as bactérias que
produzem metano a partir do hidrogênio e dióxido de carbono são chamadas de
hidrogenotróficas.
Segundo Chernicharo (1997), praticamente todas as espécies de bactérias metanogênicas
são capazes de gerar metano a partir de dióxido de carbono e hidrogênio.
No ponto de vista do tratamento de resíduos sólidos, o processo anaeróbio é mais vantajoso
que a digestão aeróbia, pois, com menos energia disponível aos organismos envolvidos na
biodegradação, existe menor formação de biomassa microbiana por mol de substrato
consumido (QUARESMA, 1992 apud AMARAL, 2004).
2.3.2 Potencial de Geração de Biogás
A previsão do potencial produtivo de biogás é de fundamental importância para estimar o
balanço energético e econômico de instalações produtoras de biogás. Para a determinação
do potencial de geração de biogás existem formulações teóricas e experimentais, onde, as
teóricas consistem em comparar parâmetros de geração de resíduos (Geração X Biogás) da
literatura, com geração de resíduo (apenas geração) do local analisado. As formulações
experimentais consistem na medição real do resíduo gerado e do biogás medido em
experimentos próprios (ALVES, 2008). Vale ressaltar que as formulações teóricas servem de
referência para o trabalho, porém, devem ser analisadas com ressalvas, já que em reações
biológicas existem inúmeros fatores que influenciam na biodegradação anaeróbia, como
temperatura, quantidade de lipídeos, carboidratos, celulose e proteína, dentre outros (NEVES
et al., 2008).
14
Baseado nos trabalhos de Neves et al. (2008) e De Araújo Morais (2006) apud Alves (2008)
pode-se estimar a quantidade de biogás e Metano por volume de resíduo. Ambos foram
realizados em laboratório com diferentes amostras de resíduos sólidos para poder estimar o
volume de gás por volume de resíduo. A Tabela 7 expressa os resultados encontrados.
Tabela 7 - Valores potenciais de geração de gás obtidos por ensaios laboratoriais.
Referência Material Usado Potencial de Geração
De Araújo Morais, 2006. Resíduo Sólido 312,6 a 410,5 NL biogás / KgSV
Neves et al. 2008 Resíduo de Restaurante 400 a 490 NL CH4 / KgSV
Fonte: NEVES et al. (2008); DE ARAÚJO MORAIS (2006) apud ALVES (2008).
Ambos os trabalhos abordaram os resíduos sólidos urbanos, porém, Neves et al. (2008)
aborda o RSU mais especificamente domiciliar, sem galhos de podas ou varrição, apenas
resíduos alimentícios. Apesar de o trabalho ter sido feito encima de resíduos provenientes de
um restaurante ele tende a representar mais a realidade de um condomínio de Balneário
Camboriú (Cond. Ed. Marquês de Firenze), onde há pouco resíduo de poda no resíduo sólido.
2.4 VIABILIDADE
Um projeto de investimento consiste na identificação e análise das consequências em relação
à tomada de decisão para aplicar recursos de capital. A viabilidade vem para avaliar e dar
base ao tomar de decisões.
2.4.1 Viabilidade Econômica
A viabilidade econômica é um método de análise que consiste em mostrar se determinado
investimento dará lucro econômico, e em caso positivo qual será o tempo de retorno desse
investimento e seu fluxo de caixa (PENA et al., 2011).
Como exemplos de Viabilidade econômica apresentam-se os modelos de:
Valor Presente Líquido – VPL
Taxa Interna de Retorno – TIR
Valor Presente Líquido Atualizado – VPLa
Índice de Lucratividade Líquida – ILL
Retorno Adicional Sobre o Investimento – ROIA
15
Retorno do Investimento – Payback
2.4.1.1 Valor Presente Líquido – VPL
O valor presente líquido é o valor dos fluxos financeiros na data zero. O VPL se constitui no
mais importante método para tomada de decisões que envolvem fluxo monetário futuro. Ele
engloba os projetos em diferentes horizontes de tempo (curto, médio e longo prazos), também
é possível simular diferentes cenários a partir da alteração da taxa de desconto, o que estaria
associado a modificações no cenário econômico da região. Porém, existem algumas
limitações no uso da técnica, como: o projeto de investimento deve ter uma escala temporal
para que VPL seja determinado e não há critério de risco associado ao cálculo (PENA et al.,
2011).
2.4.1.2 Retorno do Investimento – Payback
O Payback é comumente utilizado na avaliação de investimentos. Segundo Gitman (2004)
apud Pena et al. (2011), payback é o tempo necessário para que a empresa recupere seu
investimento inicial, calculado com suas receitas.
Empreendimentos priorizam aplicações que sejam pagáveis no menor período de tempo. Isto
possibilita novas negociações e novos investimentos com outras taxas e prazos que
possibilitem expandir o negócio. Os ganhos do empreendimento, associados a um rápido
retorno de capital pode representar mais competitividade ao negócio, e de fato tem contribuído
para o sucesso de muitos empreendimentos. O payback é um índice de fácil manuseio e tem
grande potencial de decisão, orientando o investidor para tomar as melhores decisões (PENA
et al., 2011).
Equação 1 - Tempo de retorno do valor investido.
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 =
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑑𝑜
𝑅𝑒𝑐𝑒𝑖𝑡𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑟í𝑜𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 (1)
16
3 METODOLOGIA
3.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA
De acordo com Neves et al. (2008) a pesquisa pode ser dividida em teórica ou experimental.
Como no trabalho de Amaral (2004), um trabalho teórico, sem experimentos, que explora o
panorama de 2004 e as tecnologias existentes no âmbito da digestão anaeróbia servindo de
base para trabalhos sobre tratamento de resíduos sólidos por meio de digestores anaeróbios
e produção de biogás.
Diferentemente de Amaral (2004), Neves et al. (2008) trabalhou com uma pesquisa
experimental, utilizando resíduos de proteínas, carboidratos, gorduras e amostras de resíduos
de um restaurante, fazendo testes de biodigestão anaeróbia em laboratório. Seus resultados
refletem uma digestão em ambiente extremamente controlado e promove informações para o
entendimento da produção de biogás com resíduos sólidos urbanos orgânicos.
O presente trabalho é caracterizado pela comparação entre resultados teóricos e resultados
experimentais executados no condomínio gerador de resíduo. Trata-se de uma pesquisa
experimental, quantificadora e qualificadora, que visa compreender a produção de biogás
advindo da decomposição anaeróbia de RSU orgânico, em seu ambiente de geração para
utiliza-lo como fonte energética para a produção de energia elétrica. Ademais, objetiva-se o
cálculo teórico da viabilidade financeira para compreender a que ponto é interessante um
investimento nesse tipo de tecnologia nos dias atuais.
3.2 ESTIMATIVA DO VOLUME DE RESÍDUO ORGÂNICO E CLASSIFICAÇÃO
QUANTITATIVA DOS RESÍDUOS GERADOS
Para realizar o estudo de viabilidade foi escolhido o Edifício Condomínio Marquês de Firenze,
um condomínio de 80 apartamentos residenciais, ocupados de forma constante durante a
maior parte do ano. O condomínio possui picos de ocupação nos meses de dezembro, janeiro,
fevereiro e março, voltando a uma ocupação constante durante os demais meses.
A classificação foi feita analisando todo o resíduo gerado durante um período de um dia. Como
o resíduo é enviado as lixeiras até as 16 horas, no final da tarde se procedeu à gravimetria de
todo o resíduo. A gravimetria foi feita em uma garagem previamente definida, onde foi
estendida uma lona de aproximadamente 20 [m²] (Figura 1). Os resíduos foram despejados
na lona e separados em orgânicos e recicláveis de forma manual. A Figura 2 mostra o início
17
do processo de segregação. Usualmente é utilizada a técnica de quarteamento, onde é
amostrando uma parcela do resíduo a ser classificado, essa parcela é dividida em um
quadrado com quatro células onde se procede a classificação (dos resíduos) das células
opostas entre si, porém nesse caso todo o resíduo do período será classificado, sendo a
amostra coletada a amostra total produzida em um dia. Os resíduos orgânicos foram divididos
em 5 categorias. Quatro categorias foram baseadas no trabalho de Caramelo (2010), que são
cascas, verduras (também entrou frutas e folhas verdes nessa categoria), folhas de podas e
restos de comida (esse último refere-se a restos de comida não passiveis de separação). Uma
categoria foi baseada no trabalho de Neves et al.(2008), que é carnes e gorduras. Uma
categoria foi inserida pelo autor, a categoria rejeitos que se refere a resíduos orgânicos como
papéis de banheiro, tecidos, couros, etc. Os resíduos inorgânicos foram segregados em
apenas uma categoria (resíduos inorgânicos) para compor o total de resíduo gerado em um
dia.
Figura 1 – Área para a segregação do resíduo
18
Figura 2 - Segregação do resíduo
Durante a classificação os resíduos foram separados em categorias e pesados, atribuindo a
cada categoria seu peso.
Foram realizadas dez amostragens em dez dias diferentes, porém, apenas oito foram
finalizadas. A maior dificuldade para executar as atividades foi o calor durante período
amostrado. A rotina de amostragem consistia em preparação do local, transporte do resíduo
das lixeiras até o local, segregação de todo o resíduo em sacos plásticos, pesagem, registro
da pesagem, envio do resíduo de volta as lixeiras e limpeza do local onde foi feita a
segregação.
A Tabela 8 apresenta as datas em que as amostragens foram realizadas.
Tabela 8 - Datas de realização das amostragens.
DATA 9/12/14 16/2/15 18/3/15 20/3/15 6/4/15 14/4/15 16/4/15 22/4/15
Terça Segunda Quarta Sexta Segunda Terça Quinta Quarta
Durante os finais de semana não foram feitas coletas devido ao movimento no condomínio e
a ocupação da garagem utilizada para a segregação.
19
A única coleta dentro do período de temporada foi feita no dia 16 de fevereiro, segunda-
feira de carnaval, onde houve a segregação do maior volume de resíduo sólido. Durante a
temporada não foram executadas mais amostragens, fazendo com que a classificação
represente os meses de baixa temporada.
3.3 ESTIMATIVA DO VOLUME DE BIOGÁS
3.3.1 Composição dos Dados Teóricos
Primeiramente foi avaliado o volume de biogás que teoricamente, segundo a fundamentação,
deveria ser produzido no condomínio. Seu potencial de geração foi baseado nos dados De
Araújo Morais (2006) apud Alves (2008) por trabalhar com resíduo de restaurante.
3.3.2 Composição dos Dados Laboratoriais
Os dados laboratoriais foram obtidos nos laboratórios de Remediação Ambiental e Química
orgânica da UNIVALI no dia 8 de abril. Foi analisado uma amostra de resíduo triturado para a
obtenção dos dados de umidade, sólidos totais, sólidos fixos e sólidos voláteis de acordo com
a norma ABNT NBR10664.
3.3.3 Construção do Biodigestor
Para a condução experimental no condomínio foi construído um biodigestor, tipo batelada, de 180 [L] (
Figura 3), de leito fixo (Figura 4), sistema de recirculação com uma moto-bomba
autoescorvante Dancor, modelo AAE de 0,5 [KWh], manômetro de monitoramento de pressão
do encanamento Beamad (Figura 5) de 0 a 160 [psi] e dois medidores de gás, marca LAO,
modelo G-1 (Figura 6).
20
Figura 3 - Montagem do Biodigestor com o sistema de recirculação.
Figura 4 - Montagem do leito fixo do biodigestor.
21
Figura 5 - Manômetro da tubulação de recalque.
22
Figura 6 - Biodigestor finalizado e em operação.
O biodigestor foi montado durante o mês de março, no próprio condomínio, e logo se procedeu
ao teste hidráulico da recirculação do efluente em busca de falhas, vazamentos e aspiração
de ar pela adução da bomba. Durante os testes houve alguns episódios de vazamentos nas
conexões, assim como, aspiração de ar pelas mesmas conexões. Para solucionar esses
problemas se procedeu a selagem das conexões com silicone de vedação o que garantiu
manter o sistema de recirculação vedado.
Após o teste hidráulico o equipamento não apresentou falhas e se encontrava pronto para o
start do biodigestor.
3.3.4 Produção de Biogás em um Biodigestor
Para a produção de biogás no biodigestor foi utilizado RSU orgânico coletado no condomínio.
O resíduo foi segregado, pesado, triturado em um liquidificador e diluído em água para criação
23
de um efluente. Todo o processo de biodigestão foi feito em meio líquido similar ao
tratamento de esgoto UASB, com o diferencial que foi construído um leito fixo em tubos de
PVC para aumentar a área de fixação das bactérias.
Para a inoculação com bactérias anaeróbias foi utilizado 2Kg de estrume equino coletados e
inoculados no mesmo dia. No dia 14 de abril foi feita a inoculação, sendo que 24 horas depois
já se observava o incremento da produção de biogás.
3.3.4.1 Produção do Composto de Resíduo Orgânico
Foram coletados 10,815 [Kg] de resíduo orgânico durante a gravimetria do dia 6 de abril, estes
foram homogeneizados em um liquidificador e diluídos em 160 litros de água. A diluição não
segue o recomendado por Nogueira (1992) onde os resíduos orgânicos com alto teor de
humidade são diluídos na razão 1 [Kg] : 1 [L], pois, o tratamento dado foi um teste,
transformando o resíduo sólido em efluente.
Após a trituração e homogeneização foi retirado uma amostra do lodo (substrato) para a
análise de sólidos totais e voláteis na UNIVALI
3.3.4.2 Análise de Sólidos
A análise de sólidos foi feita seguindo a norma ABNT NBR10664 (ABNT, 1989), método J, L
e M nos laboratórios de Remediação Ambiental e Química Orgânica na UNIVALI. A amostra
foi separada em dois cadinhos calcinados, previamente tarados, pesada e seca em uma
estufa a 105 [°C] durante 12 horas. Para o cálculo do teor de sólidos usou-se a Equação 2.
Equação 2 - Teor de sólidos.
𝑇𝑒𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 =
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑠í𝑑𝑢𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 [𝑔]
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑎 𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 [𝑔] (2)
Para a obtenção do teor de umidade usou-se a Equação 3.
Equação 3 - Teor de umidade.
𝑇𝑒𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = 1 − 𝑇𝑒𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 (3)
24
Após secar a amostra em estufa seguiu-se com a calcinação da amostra seca na mufla do
laboratório de química orgânica. A amostra foi submetida a temperatura de 550 [°C] durante
uma hora, em seguida foi transferida a um dessecador e logo após pesada. Para o cálculo da
porcentagem de sólidos fixos usou-se a Equação 4.
Equação 4 – Porcentagem de sólidos fixos.
% 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑓𝑖𝑥𝑜𝑠 =
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑠í𝑑𝑢𝑜 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑖𝑛𝑎𝑑𝑜 [𝑔]
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑠í𝑑𝑢𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 [𝑔]× 100 (4)
Para a obtenção do da porcentagem de sólidos voláteis usou-se a Equação 5.
Equação 5 - Porcentagem de sólidos voláteis.
% 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑣𝑜𝑙á𝑡𝑒𝑖𝑠
=𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑠í𝑑𝑢𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 − 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑠í𝑑𝑢𝑜 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑖𝑛𝑎𝑑𝑜
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑠í𝑑𝑢𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜
× 100
(5)
3.3.4.3 Volume de Produção de Biogás
Diariamente registrou-se o volume de biogás produzido no biodigestor por meio de dois
medidores de gás da marca LAO, modelo G-1, ligados em série.
3.3.5 Metodologia Utilizada para Estimar a Produção de Biogás de Forma Teórica
A partir do momento que o biodigestor instalado no condomínio parou de funcionar, procurou-
se atender o objetivo específico “Estimar o volume de biogás produzido para alimentar o
biodigestor no objeto de estudo de caso”, relacionando os dados obtidos na gravimetria e
dados laboratoriais realizados na UNIVALI, com dados da literatura.
Para obter os dados de volume de geração de biogás no condomínio, se procedeu a utilizar
o dado de sólidos voláteis obtido em laboratório e relaciona-lo com o volume de biogás
encontrado nos trabalhos de Neves et al. (2006); Neves et al. (2008); De Araújo Morais (2006)
apud Alves (2008). Os três trabalhos possuem resultados de volume de biogás ou metano por
massa de sólidos voláteis. Dessa forma, sabendo a massa de sólidos voláteis encontra dentro
25
do biodigestor pode-se estimar o volume de biogás que deveria ser produzido por essa
massa dentro do biodigestor.
3.4 AVALIAÇÃO DE VIABILIDADE DO PROJETO
3.4.1 Análise Financeira
A análise econômica de um investimento é feita levando em conta o fluxo de caixa dos custos
e rendimentos do investimento, ou seja, mais completa. Já a análise financeira faz-se uso dos
custos envolvidos e rendimentos, sem um fluxo de caixa, ou seja, mais simplificado.
A análise financeira da implantação de um biodigestor no condomínio para a geração de
biogás foi realizada em três etapas:
A primeira etapa foi avaliar o volume médio de biogás que poderia ser gerado no condomínio
e relaciona-lo com seu potencial de geração de energia elétrica. Como resultado está o valor
médio que o condomínio poderia economizar na conta de energia elétrica por dia.
A segunda etapa foi avaliar o valor que deveria ser investido inicialmente, os custos de
operação do sistema e os custos de manutenção do sistema.
A terceira etapa foi a análise do retorno de capital (PayBack) (Equação 6), onde o somatório
do valor investido em capital, operação e manutenção é dividido pelo valor do rendimento
gerado pela geração de energia elétrica.
Equação 6 - Equação do Tempo de Retorno Payback
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 =
∑ 𝑉𝐼
𝑅𝑃𝑇 (6)
Onde:
∑ VI = Somatório do Valor investido [R$]
RPT = Rendimento acumulado no dia [R$/dia].
Tempo de Retorno = Total de dias para pagar o investimento.
26
3.4.2 Análise Técnica
Elaborou-se a análise técnica verificando a possibilidade de geração de RSU orgânico no
condomínio, da instalação de um biodigestor, da instalação de um gerador, da mão de obra
disponível para operar o sistema e da existência da tecnologia para rodar o sistema.
27
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 CARACTERIZAÇÃO DOS RESÍDUOS
Para facilitara a compreensão da discussão dos resultados elaborou-se dois fluxogramas. A
Figura 7 mostra as etapas da caracterização do resíduo e suas sequências e a Figura 8 mostra
as etapas desde as coletas até a geração dos resultados laboratoriais (dados laboratoriais) e
resultados obtidos (dados obtidos).
Figura 7 - Fluxograma do Processo de Caracterização Física.
TriagemPesagem
Coleta do Resíduo Caracterização Física Determinação de Sólidos
Planilha de
Determinação de:
Sólidos Fixos
Sólidos Voláteis
Planilha de
Classificação:
Rejeito
Poda
Restos de Comida
Carne e Gordura
Casca
Verduras
Inorgânicos
Caracterização dos
Resíduos
A Figura 7 representa o fluxograma do processo de caracterização física. Iniciou-se o
processo com a coleta do resíduo no condomínio seguido pela triagem e pesagem dando
origem a caracterização física do resíduo, registrada em planilha. Após a coleta do resíduo e
caracterização do mesmo, executou-se a coleta de amostra para a determinação de sólidos
totais e voláteis nos laboratórios da UNIVALI, essa coleta foi feita apenas no dia do start do
biodigestor. Após a classificação e a determinação de sólidos, elaborou-se a caracterização
dos resíduos.
A Figura 8 mostra o processo completo da obtenção dos dados obtidos e dados laboratoriais.
28
Figura 8 - Fluxograma das etapas executadas até obtenção dos dados laboratoriais e dados obtidos.
Ação Corretiva
COLETA DE DADOS EM 8 DIAS DIFERENTES
Biodigestor
Planilha de:
Classificação e
Pesagem
Amostragem
Monitoramento:
Temperatura
pH
Vazão de Biogás e
Operação
Ensaio de
Sólidos na
UNIVALIIdentificação e Ação nos
Problemas
Análise:
Sólidos Totais
Sólidos Fixos
Sólidos VoláteisPlanilha de
Monitoramento
Planilha de Determinação de:
Sólidos Fixos
Sólidos Voláteis
DADOS OBTIDOS e
DADOS LABORATORIAIS
Amostragem de
Resíduo para o
Biodigestor
29
A Figura 8 representa o fluxograma das etapas executadas para a obtenção dos dados
laboratoriais e obtidos. Representa as 8 coletas de resíduo e sua classificação, além de
representar o início do start no biodigestor, seu monitoramento e o registro de dados
coletados.
Após as coletas de dados se procedeu a análise dos dados e aos cálculos correspondentes
para a verificação da viabilidade da geração de energia elétrica no condomínio.
4.1.1 Caracterização Física
As caracterizações físicas dos resíduos foram realizadas entre dezembro de 2014 e abril de
2015, classificando os resíduos em diferentes categorias conforme especificado
anteriormente. A Tabela 9 apresenta os dados da caracterização realizada no condomínio
mostrando a porcentagem que cada categoria representa na amostra total diária realizada no
condomínio.
Tabela 9 - Caracterização física dos resíduos do condomínio.
DATA 9/12/14 16/2/15 18/3/15 20/3/15 6/4/15 14/4/15 16/4/15 22/4/15
Terça Segunda Quarta Sexta Segunda Terça Quinta Quarta
MATERIAL Representação de cada Parcela Média
Rejeito 28,3% 32,9% 34,0% 28,7% 33,9% 37,9% 32,7% 31,3% 32,5%
Poda 1,4% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 1,3% 0,0% 0,3%
Restos de Comida 24,8% 29,1% 20,0% 19,7% 18,2% 18,3% 15,9% 23,1% 21,1%
Carne e Gordura 2,2% 1,8% 0,5% 0,8% 2,1% 0,3% 1,0% 2,1% 1,3%
Cascas 10,9% 6,1% 8,5% 10,5% 15,2% 12,4% 9,1% 12,4% 10,6%
Verduras 4,5% 4,6% 6,3% 3,9% 6,1% 4,7% 4,4% 3,5% 4,7%
Inorgânico 27,9% 25,6% 30,7% 36,5% 24,5% 26,4% 35,6% 27,6% 29,3%
FO 43,7% 41,6% 35,3% 34,8% 41,6% 35,7% 31,7% 41,1% 38,2%
TOTAL 40,1Kg 84,6Kg 28,4Kg 45,7Kg 33,8Kg 34,7Kg 30,5Kg 48,9Kg 43,3Kg
A partir da observação dos dados da Tabela 9 nota-se que a média da FO (fração orgânica),
composta pelas categorias poda, restos de comida, carne e gordura, cascas e verduras,
coletada no condomínio está próxima a fração orgânica dos resíduos urbanos coletadas no
estado de Santa Catarina segundo a Santa Catarina (2012), em comparação encontrou-se
38,2% de matéria orgânica no RSU do condomínio contra 37% de matéria orgânica no RSU
do estado de Santa Catarina.
30
A quantidade diária média de RSU gerada no condomínio foi de 43,3 [Kg], como mostrada
na Figura 9, tendo como valor máximo registrado no dia 16 de fevereiro e o valor mínimo
registrado no dia 18 de março, sendo os valores 84,6 [Kg] e 28,4 [Kg] respectivamente.
Figura 9 - Quantidade de RSU médio produzido por dia no condomínio durante as 8 amostras feitas.
Observa-se na Figura 9 que no dia 16 de fevereiro a quantidade de RSU produzida foi o dobro
da média encontrada, isso se deve porque foi feita a coleta na segunda feira de carnaval,
onde a taxa de ocupação do condomínio foi maior devido ao feriado.
Com base na Tabela 9 gerou-se a Figura 10 para facilitar a compreensão da caracterização
física, onde nota-se que não há um padrão de geração de RSU. Cada dia de coleta há uma
representatividade diferente de cada categoria no RSU do condomínio.
40,1Kg
84,6Kg
28,4Kg
45,7Kg
33,8Kg 34,7Kg30,5Kg
48,9Kg43,3Kg
,0Kg
10,0Kg
20,0Kg
30,0Kg
40,0Kg
50,0Kg
60,0Kg
70,0Kg
80,0Kg
90,0Kg
9/12/14 16/2/15 18/3/15 20/3/15 6/4/15 14/4/15 16/4/15 22/4/15Qu
anti
dad
e d
e R
SU T
ota
l am
ost
rad
a p
or
dia
Data
TOTAL Média da Série
31
Figura 10 - Variação temporal em relação a composição do RSU do condomínio.
Essa variação da composição do RSU se deve provavelmente a variação das atividades
desenvolvidas em cada apartamento do condomínio. Nota-se no dia a dia do condomínio essa
variação, pois cada apartamento possui sua rotina, que influencia na composição do RSU.
Também foi observado que alguns apartamentos armazenam seus resíduos até completarem
determinado volume, para depois enviar ao lixeiro do condomínio. Isso se observa
principalmente com o resíduo inorgânico e rejeito.
Como pode ser observado na Figura 11, os maiores volumes encontrados no RSU do
condomínio são rejeito, inorgânico e restos de comida, compondo 32,5%; 29,3% e 21,1%
respectivamente.
0,0%
5,0%
10,0%
15,0%
20,0%
25,0%
30,0%
35,0%
40,0%
9/12/14 16/2/15 18/3/15 20/3/15 6/4/15 14/4/15 16/4/15 22/4/15
Rep
rese
nta
ção
de
cad
a ca
tego
ria
Data
Rejeito Poda Restos de Comida Carne e Gordura
Cascas Verduras Inorgânico
32
Figura 11 - Representatividade média de cada categoria na composição do RSU do condomínio.
As categorias com a menor representatividade no RSU do condomínio foram carne e gordura
e resíduos de poda com uma geração média de 1,3% e 0,3% respectivamente. Isso se deve
provavelmente ao valor caro da carne no mercado, e a que o condomínio possui recipiente
para coleta de óleo de cozinha, onde gorduras são usualmente destinadas após derretidas.
Já o baixo valor da representatividade da poda, provavelmente se deve ao condomínio ser
um edifício, havendo poucas áreas verdes. Os resíduos de poda encontrados foram
predominantemente de ramos de flores.
Durante a coleta observou-se que a maior parte da composição da categoria restos de comida
é composta por arroz, feijão e pão. Também se observou massa de bolos e tortas, macarrão
e batata. Na categoria cascas, o mais observado foi casca de cítricos, seguido de cascas de
batata e cascas de frutas. Na categoria verduras o mais observado foi folhas verdes em geral
seguido de cebola, tomate e outras frutas e verduras em estado “passado”.
Portanto, analisando apenas a fração orgânica do RSU do condomínio gera-se a
representação gráfica, Figura 12, onde a maior quantidade amostrada pertence a categoria
restos de comida, 55,3% e a menor pertence a categoria poda com 0,9%.
Rejeito32,5%
Poda0,3%
Restos de Comida21,1%
Carne e Gordura1,3%
Cascas10,6%
Verduras4,7%
Inorgânico29,3%
Rejeito
Poda
Restos deComida
Carne eGordura
Cascas
Verduras
Inorgânico
33
Figura 12 - Representação gráfica da composição do RSU orgânico do condomínio.
A partir da observação dos dados apresentados na Figura 12 e da observação do que
compõem cada categoria, afirma-se, que no caso do condomínio a maior geração de resíduos
(categoria restos de comida) provem de alimentos cereais e é causada devido ao desperdício
de alimentos.
4.1.2 Determinação de Resíduos Sólidos na Parcela Orgânica
Para a determinação do resíduo sólido fixo e do resíduo sólido volátil se procedeu a retirada
de duas amostras do RSU orgânico, já triturado e homogeneizado, antes de sua colocação
do biodigestor. Para sua determinação seguiu-se a norma ABNT NBR10664, método J, L e M
como explicado anteriormente. A Tabela 10 mostra os pesos amostrados e seus respectivos
pesos após secagem em estufa e calcinação
Tabela 10 - Determinação de sólidos (peso das amostras).
Peso das Amostras
Amostra Úmida
Amostra Seca
Amostra Calcinada
Amostra 1.2 20,43 g 3,864 g 0,269 g
Amostra 2.2 18,702 g 3,466 g 0,257 g
Média 19,566 g 3,665 g 0,263 g
34
Após os ensaios para a determinação dos pesos apresentados na Tabela 10, procedeu-se
aos cálculos do teor de sólidos e do teor de umidade, das amostras, além dos cálculos da
porcentagem de sólidos fixos (SF) e a porcentagem de sólidos voláteis (SV), seguindo as
metodologias L e M, respectivamente. A Tabela 11 mostra o teor de sólidos e umidade das
amostras coletadas.
Tabela 11 - Teor de sólidos e teor de umidade das amostras.
Composição
Teor de sólidos Teor de Umidade
Amostra 1.2 0,189 0,811
Amostra 2.2 0,185 0,815
Média 0,187 0,813
Observa-se na Tabela 11 que em média o resíduo amostrado possui 18,7% de sólidos e
81,3% de água.
Após a separação da água e do sólido se procede a calcinação do sólido amostrado a
temperatura de 550 [°C], e obtém-se os valores da Tabela 12.
Tabela 12 - Composição de sólidos fixos e voláteis da amostra seca.
Composição Orgânica
% de Sólidos Fixos % de Sólidos Voláteis
Amostra 1.2 6,96% 93,04%
Amostra 2.2 7,41% 92,59%
Média 7,19% 92,81%
O resultado da amostra mostra que em média o RSU orgânico do condomínio possui 92,81%
de sólidos voláteis, ou seja, 92,81% dos sólidos totais da amostra tem capacidade de se
transformar em biogás.
35
4.2 CONDIÇÕES IDEAIS PARA O BIODIGESTOR NO CONDOMÍNIO
4.2.1 Composição do Substrato no Biodigestor
O biodigestor foi carregado no dia 06/04/15 com o RSU orgânico, separado no condomínio.
Após ser triturado e homogeneizado, o substrato produzido foi amostrado para análise de
sólidos totais e voláteis e inserido no biodigestor.
a) Composição do substrato inserido
O substrato foi coletado e pesado no dia 06/04/15 e possui a composição informada na Tabela
13.
Tabela 13 - Composição do substrato inserido no biodigestor.
MATERIAL Volume
[Kg]
Poda 0,000
Restos de Comida 4,730
Cascas 3,965
Carne e Gordura 0,545
Verduras 1,575
TOTAL 10,815
A Tabela 13 mostra que o biodigestor foi carregado principalmente com restos de comida
(carboidratos) e cascas, totalizando uma massa úmida de 10,815 [Kg]. Após sua pesagem e
homogeneização em um liquidificador foi coletado duas amostras para o ensaio de Sólidos
totais e voláteis. O ensaio foi realizado no laboratório de Remediação Ambiental e Química
Orgânica na UNIVALI e resultou nos dados laboratoriais representados na Tabela 14 que
demonstra a quantidade de sólidos dentro do biodigestor.
Tabela 14 - Sólidos totais e voláteis presentes no biodigestor.
Massa do Material [Kg]
Massa de água [Kg]
Massa de Sólidos
Massa de SF [Kg]
Massa de SV [Kg]
10,815 8,790 2,025 0,146 1,879
Como demostrado na Tabela 14, dentro do biodigestor foi inserido 10,815Kg de RSU orgânico,
sendo que 8,79 [Kg] (81,28%) desse resíduo era água; e 2,025 [Kg] (18,72%) eram sólidos.
Após a calcinação do resíduo sólido descobriu-se que 0,146 [Kg] do total de sólidos eram
36
sólidos fixos e 1,879 [Kg] (92,79% dos sólidos totais) eram sólidos voláteis com potencial
para a geração de biogás.
4.2.2 Estimativa de Geração de Biogás no Biodigestor
Baseado em Neves et al. (2006); Neves et al. (2008); De Araújo Morais (2006) apud Alves
(2008), elaborou-se a Tabela 15 que mostra os potenciais de geração segundo suas
pesquisas e o cálculo da geração teórica a ser produzida dentro do biodigestor instalado no
condomínio.
Tabela 15 - Potencial de geração de biogás e potencial de geração teórica de biogás no resíduo contendo 1,879KgSV.
Referência Potencial de Geração Geração teórica de Biogás
De Araújo Morais, 2006. 312,6 a 410,5 NL biogás / KgSV 587,4 a 771,3 NL Biogás
Neves et al. 2008 400 a 490 NL CH4 / KgSV 751,6 a 920,7 NL CH4
Neves et al. 2006 363 NL CH4 / KgSV 682 NL CH4
Fonte: Adaptado de NEVES et al. (2006); NEVES et al. (2008); DE ARAÚJO MORAIS (2006) apud ALVES (2008).
Para cálculos futuros, utilizou-se o valor de 312,6 [NL de biogás por KgSV], por ser o valor
mais baixo encontrado na literatura que trata sobre geração de biogás através de resíduos
orgânicos provenientes de cozinhas residenciais ou restaurantes. O valor escolhido
representa o volume de biogás produzido, ao contrário dos outros valores informados, que
representam valores de metano, sem incluir outros gases produzidos no biodigestor.
Os resultados de geração de biogás apresentados nesse trabalho representam a pior situação
de geração de biogás, ou seja, levou-se em conta a taxa de conversão mais baixa encontrada
na literatura para a geração de biogás com resíduos orgânicos residenciais.
No biodigestor foram inseridos 1,879 [KgSV], sendo assim, a quantidade teórica de gás que
poderá ser gerada no biodigestor é de 312,6 [NL/KgSV] multiplicado por 1,879 [KgSV]
resultando 587,4 [NL] por dia.
a) Potencial Calórico do Biogás
Para saber qual o poder calorífico do biogás recorreu-se a literatura (Tabela 16) onde mostra
o potencial energético médio do biogás.
37
Tabela 16 - Poder calorífico do biogás e porcentagem de produção de biogás.
Referência Poder Calorífico do Biogás
[Kcal/m³] Poder Calorífico do Biogás
[KWh/m³] %
CH4
Nogueira. 1986 5500 6,4 60
Silva. 1983 apud Pecora. 2006
5500 6,4 78,7
Fonte: Adaptado de Nogueira (1992) e Silva (1983) apud Pecora (2006).
Ambos autores citados informam que o poder calorífico do biogás varia de acordo com a
porcentagem de metano em sua composição. Também ambos atribuem o valor de
5500Kcal/m³ de biogás como valor médio de potencial, o que representa 6,4 [KWh/m³]. Em
seu trabalho, Nogueira (1992), atribui a porcentagem de 60% de metano na composição do
biogás, já Pecora (2006), conseguiu análises com 78,7% de metano na composição do biogás
em seus estudos.
b) Potencial de Geração no Biodigestor
Para o cálculo da potência gerada no biodigestor diariamente, com uma carga de 10,815 [Kg]
de RSU orgânico; 1,879 [KgSV] e geração 587 [NL] de biogás por dia, criou-se a Tabela 17,
onde informa-se a potência diária máxima que o biodigestor poderia alcançar.
Tabela 17 - Cálculo do potencial energético a ser gerado no biodigestor.
Geração Teórica de Biogás [m³/dia]
Poder Calorífico do Biogás [KWh/m³]
Potencial Calorífico Diário [kWh/dia]
0,587 6,4 3,76
A Tabela 17 informa que, com os dados de resíduo inseridos no biodigestor, a potência teórica
a ser alcançada por dia no biodigestor é de 3,76 [KWh] produzidos por dia. Isso representa
0,16 [KWh] de potência.
4.3 START E OPERAÇÃO DO SISTEMA
Uma vez testado o biodigestor e com o resíduo triturado, se procedeu a carga e diluição do
resíduo no dia 6 de abril. Após a carga a tampa do biodigestor foi fechada e se procedeu a
recirculação do efluente durante um período de oito horas diárias.
Durante os sete dias seguintes foi observado uma produção de biogás de no máximo 0,8 litros
por dia. No dia 14 de abril ouve a inoculação com 2 [Kg] de esterco equino e 24 horas após a
38
inoculação já se notava um incremento na produção de biogás. Nota- se na Figura 13 que
após a inoculação o volume de biogás sobe a cada dia tendo seu pico máximo no dia 21 de
abril.
Figura 13 - Volume de produção de biogás por dia.
A partir do dia 21 de abril a produção de biogás cai mostrando que o sistema se desequilibrou.
Segundo Nogueira (1992) há um equilíbrio entre bactérias fermentativas e metanogênicas,
quando um grupo se prolifera mais que outro, há um desequilíbrio dentro do biodigestor
baixando o pH dentro do equipamento e inibindo a proliferação de bactérias metanogênicas
responsáveis pela geração do metano.
Durante os dias 24 de abril e 2 de maio esperou que as bactérias metanogênicas
consumissem os ácidos voláteis, produto pelas bactérias fermentativas, e que mostrasse
indícios que o sistema voltaria ao equilíbrio. Não havendo mudança no volume de biogás
produzido, no dia 3 de maio se procedeu a correção do pH com 54 [g] de hidróxido de sódio
em escamas, elevando o pH de 4 para 6. Essa medida foi feita para tentar voltar com um pH
que favorecesse o desenvolvimento de bactérias metanogênicas. A partir do dia 6 de maio,
além da correção do pH o sistema passou a ser inoculado diariamente com 15 [ml] de Bio Liq
WT da marca HydroBac, produto destinado a tratamento de efluentes orgânicos por meio
0 0 0 0 0 0 0,4 0,6 0,8 1,8 2,2 2,45,6
10,2
30,6
103
44
6,21,8 1,6 1,8 0
2,6 3,20,2 1,4 0,6 0 0 0 0
3,2 3 1,6 0,4 0,8 1,6 1,8 0,2
4 4
6 6 6 6
5 5
6 6 6
0
1
2
3
4
5
6
7
0
20
40
60
80
100
120
05/
04/2
015
06/
04/2
015
07/
04/2
015
08/
04/2
015
09/
04/2
015
10/
04/2
015
11/
04/2
015
12/
04/2
015
13/
04/2
015
14/
04/2
015
15/
04/2
015
16/
04/2
015
17/
04/2
015
18/
04/2
015
19/
04/2
015
20/
04/2
015
21/
04/2
015
22/
04/2
015
23/
04/2
015
24/
04/2
015
25/
04/2
015
26/
04/2
015
27/
04/2
015
28/
04/2
015
29/
04/2
015
30/
04/2
015
01/
05/2
015
02/
05/2
015
03/
05/2
015
04/
05/2
015
05/
05/2
015
06/
05/2
015
07/
05/2
015
08/
05/2
015
09/
05/2
015
10/
05/2
015
11/
05/2
015
12/
05/2
015
13/
05/2
015
14/
05/2
015
pH
Vo
lum
e d
e B
iogá
s p
rod
uzi
do
em
Lit
ros
Data
Volume [L] pH
Inoculação Parada Parada do Motor
39
anaeróbio fazendo com que a produção de biogás voltasse a ocorrer, mesmo assim o
sistema não voltou a entrar em equilíbrio.
No dia 14 de maio o selo hidráulico da moto bomba se rompeu ocasionando o vazamento de
parte do efluente e fazendo com que o sistema de recirculação parasse, causando a parada
definitiva do biodigestor e dando início a etapa de estimativa de biogás baseada na literatura.
4.4 POTENCIAL DO CONDOMÍNIO
Como base nas informações apresentadas no item 4.1 e 4.2, criou-se a Tabela 18, onde
mostra-se o potencial de geração de energia no condomínio em função dos dados de geração
média de RSU no condomínio.
Tabela 18 - Dados do potencial de geração de energia no condomínio em função dos dados coletados.
Item Valor Unidade
Dados
Geração Média 43,3 Kg
% Resíduo Orgânico 38,2%
Potência do Biogás 6,4 KWh/m³
Volume de geração 312,6 NL
biogás/KgSV
% de ST 18,72%
% de SV 92,79%
Sólidos Orgânicos
Geração média de orgânicos
16,5 Kg
Sólidos Totais 3,1 KgST
Sólidos Voláteis 2,9 KgSV
Gás Volume de Biogás 898,1 NL
Potência
Poder Calorífico por dia 5,7 KWh / dia
Poder calorífico por hora
0,24 KWh
Em um cenário com produção média de 43,3 [Kg] de RSU e com 38,2% de sua composição
resíduo orgânico, afirma-se que há a possibilidade de uma geração de 898,1 litros de biogás
40
produzidos por dia. Isso representa uma potência de 5,7 [KWh] de energia produzida em
um dia. Em outras palavras 0,24 [KWh].
Segundo Pecora (2006) o melhor sistema gerador de energia elétrica para pequenas vazões
de biogás é o motor de ciclo Otto, com rendimento de 30 a 34%, porém no mercado são
encontrados geradores de 1 [KWh] com 22% de rendimento.
Portanto, o potencial de geração de energia elétrica segundo os dados obtidos é de 0,072
[KWh] a 0,082 [KWh]. Isso representar uma lâmpada de 70 [W] ligada por 24 horas.
4.5 VIABILIDADE
4.5.1 Análise Técnica
De acordo com os registros de geração de RSU orgânico no condomínio e com as tabelas
apresentadas no Capítulo 4, o potencial de geração de energia (média diária) é de 5,7
[KWh/dia], ou seja 0,238 [KWh]. Em termos técnicos, esse valor de potência é um limitante na
geração de energia elétrica, uma vez que os geradores de energia elétrica com biogás
disponíveis no mercado (para baixas potencias) operam com eficiência em torno de 22% e
geração mínima de 1 [KWh]. Sendo assim, o condomínio tem a capacidade de transformar
22% de 5,7 [KWh/dia] em energia elétrica, ou seja, 1,254 [KWh/dia].
Tecnicamente há material para a geração de biogás, há espaço físico, há pessoal para operar
o equipamento e existe a tecnologia para rodar o sistema. Do ponto de vista técnico é viável
um projeto de biodigestão e geração de energia elétrica em condomínios.
4.5.2 Análise Financeira
A análise financeira baseia-se em fazer estimativas dos custos envolvidos na implantação e
operação do projeto, custos como: investimento inicial, manutenção, operação, custo de
combustível, assim como receitas geradas durante um determinado período de tempo.
No caso do condomínio a análise foi feita apenas levando em conta o valor do investimento
inicial em um gerador de 1 [KWh]. Nesse caso não foram atribuídos os valores de
manutenção, operação e instalação do biodigestor (Tabela 19).
41
Tabela 19 - Cálculo do retorno financeiro.
Item Valor Unidade
Dados
Potência do Gerador 1 KWh
Consumo hora 0,7 Nm³ biogás/KWh
Valor do moto gerador 2.190,0 R$
Capacidade de Geração no Condomínio
0,8981 Nm³ biogás/dia
Valor da Tarifa CELESC 0,71 R$/KWh
Potência
Potência Gerada por dia 1,283 KWh/dia
Economia Valor a ser economizado em um dia 0,91 R$/dia
Retorno do Investimento
Retorno do investido em dias 2.404 Dias
Como demonstrado na Tabela 19, o custo inicial do moto gerador modelo DF1500BG de 1Kwh
é de R$2.190,00.
O consumo de combustível pelo moto gerador segundo o fabricante Guangzhou Dingfeng
Machinery Co., Ltd. é de 0,7 [m³] de biogás por [KWh].
A Capacidade de geração de biogás no condomínio é de 0,898,1 [m³/dia].
O valor da energia elétrica cobrada ao condomínio pela CELESC no mês de abril (incluído
impostos) foi de R$0,71/[KWh]. Portanto, ao dividir a capacidade de geração de biogás
(0,8981 [m³/dia]) pelo consumo do gerador (0,7 [m³/KWh]) tem-se o valor da potência elétrica
gerada por dia, nesse caso 1,283 [KWh/dia.] Ao multiplicar valor da potência elétrica gerada
por dia (1,283 [KWh/dia]) pelo valor da tarifa elétrica (R$0,71/[KWh]) tem-se o valor que o
condomínio economizaria, resultando em R$0,91/dia. Ao dividir o valor do investimento no
gerador (R$2.190,00) pelo valor economizado (R$0,91/dia), tem-se o tempo de retorno do
valor pago em dias. Tempo de retorno de 2404 dias, ou seja, 6,59 anos. Para o cálculo usou-
se a Equação 7, Tempo de retorno.
42
Equação 7 - Tempo de Retorno do valor investido.
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 =
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑑𝑜
𝑅𝑒𝑐𝑒𝑖𝑡𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑟í𝑜𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 (7)
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 =2.190,00 [𝑅$]
0,91 [𝑅$𝑑𝑖𝑎
]
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 = 2.407 [𝑑𝑖𝑎𝑠]
Vale informar que durante a operação o sistema de biodigestão consome energia elétrica na
bomba de recirculação. No caso da utilização de uma bomba de 0,5 [KWh], como foi utilizada
nesse trabalho, o uso de 08 (oito) hora diárias da bomba superaria o valor de energia elétrica
que poderia ser gerado no condomínio por dia. A Equação 8 demonstra o valor gasto
diariamente pela bomba.
Equação 8 - Valor gasto pela bomba em reais
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑝𝑒𝑙𝑎 𝐵𝑜𝑚𝑏𝑎
= 𝑃𝑜𝑛𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑎 𝐵𝑜𝑚𝑏𝑎 × 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝐹𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
× 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑜 𝐾𝑤ℎ
(8)
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑝𝑒𝑙𝑎 𝐵𝑜𝑚𝑏𝑎 = 0,5 [𝐾𝑊ℎ] × 8 [ℎ] × 0,71 [𝑅$
𝐾𝑊ℎ]
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑝𝑒𝑙𝑎 𝐵𝑜𝑚𝑏𝑎 = 𝑅$ 2,84
Ou seja, a bomba consome 3,1 vezes mais energia do que pode ser economizado na geração
de energia elétrica no condomínio, não havendo a possibilidade de retorno financeiro.
4.5.2.1 Análise Financeira para a queima do Biogás no Condomínio
Também está sendo apresentado a análise financeira para a queima do biogás.
43
Como apresentado na Tabela 18, o poder calorífico teórico calculado do biogás produzido
no condomínio é de 5,7 [KWh/dia]. A Tabela 20 mostra o quanto esse biogás poderia render
na queima em comparação com o GLP.
Tabela 20 - Rendimento do Biogás na queima em comparação com GLP.
Item Valor Unidade
Dados
Fogão Consul
Modelo CFS50
Consumo do queimador Normal 1,7 KWh
Potência do Biogás Gerado 5,7 KWh/dia
Valor do GLP a granel 9,12 R$/m³
PCS do GLP 30,7 KWh/m³
Resultado do Consumo de
Biogás
Duração do Biogás Produzido no queimador normal
3,4 Horas
Economia Valor em R$ de GLP consumido durante
3,4h 1,69 R$/dia
Analisando a Tabela 20, onde utilizou-se para o cálculo as especificações técnicas de um
fogão marca Consul, modelo CFS50, com um consumo de 1,7 [KWh] em um queimador
normal e utilizou-se os valores de PCS médio do GLP de 30,7 [KWh/m³] segundo a Liquigás
(2008). O preço do GLP foi atribuído segundo o preço de mercado cobrado ao Condomínio
Marquês de Firenze, sendo ele de R$ 9,12/[m³]. Realizou-se os cálculos com dados teóricos
para a obtenção do valor a ser economizado utilizando o biogás em substituição ao GLP.
Como resultado (Tabela 20), obteve-se que a economia de gás é equivalente ao uso de 3,4
horas de funcionamento do fogão. Isso equivale a uma economia de 1,69 [R$/dia] em gás
GLP. Ou seja, o total de biogás gerado no condomínio pode suprir o equivalente a 3,4 horas
de consumo de GLP em um fogão Consul, modelo CFS50, em um queimador normal que
consome 1,7 [KWh] de potência. Isso representa na conta do condomínio uma economia de
R$1,69 por dia de gás GLP.
Esse valor de economia ainda é inferior ao valor de operação da bomba do biodigestor
apresentado anteriormente. Sendo que o valor consumido pela bomba é 1,7 vezes maior que
o valor economizado com o gás GLP.
44
Não há viabilidade financeira para a queima do biogás em fogões.
4.6 PROPOSTA DE VIABILIZAÇÃO DA GERAÇÃO DE ENERGIA COM BIOGÁS
4.6.1 Viabilização de Geração de Energia Elétrica com Biogás
4.6.1.1 Viabilização em Condomínios
Para a viabilização da geração de energia elétrica em condomínios há a necessidade de um
condomínio com no mínimo 11.585 habitantes que gere 0,799 [Kg] de RSU por dia. Esse é o
número de habitantes necessário para gerar energia elétrica em um moto gerador STEMAC
modelo G229-3. A Tabela 21 mostra os resultados e os parâmetros utilizados para a obtenção
desses resultados.
Tabela 21 - Requisitos mínimos para geração de energia.
Item Valor Unidade
Dados
Potência do Gerador 16 KWh
Potência do Gerador 384 KWh/dia
Consumo hora 8 Nm³ biogás/h
Consumo Dia 192 Nm³ biogás/dia
Geração de Biogás / SV 0,3126 Nm³
biogás/KgSV
Potência do Biogás 6,4 KWh/m³
Massa de RSU por Habitante dia de Balneário
Camboriú
0,799 Kg.hab-1.dia-1
% de RSU orgânico no total
38,2%
% de ST 18,72%
% de SV 92,79%
Sólidos Orgânicos
Massa de RSU orgânico necessária para gerar a
Potência Requerida 3.535,9 Kg/dia
Sólidos Totais 661,9 KgST/dia
Sólidos Voláteis 614,2 KgSV/dia
RSU Total RSU total 9.256,4 Kg/dia
Habitantes Necessários Habitantes por dia 11.585 Hab./dia
45
Para procurar a viabilização de um projeto de geração de energia elétrica com biogás
proveniente de RSU orgânico em condomínios, estabeleceu-se como ponto de partida a
potência mínima do moto gerador para a geração de energia elétrica.
Como ponto de partida procurou-se no mercado nacional o menor moto gerador movido a
biogás que possua características de geração elétrica contínua. Foi escolhido o moto gerador
Stemac, modelo G229-3, de 30 [KVA] com potência de geração contínua de 16 [KWh],
consumo de 8 [m³/h] de biogás e valor de R$39.000,00. Para análise das condições
necessárias para o atendimento das necessidades do moto gerador elaborou-se a Tabela 21,
apresentada acima, com os dados necessários.
As taxas de sólidos totais e voláteis no RSU e porcentagem de RSU orgânico, foram atribuídas
de acordo com os valores encontrados no Condomínio Marquês de Firenze. Os valores de
potência e consumo de combustível foram atribuídos de acordo com a fabricante do moto
gerador. Os valores de geração de biogás, potência do biogás e massa de RSU por habitante
de Balneário Camboriú foram retirados da literatura e já foram apresentados anteriormente.
Portanto, não há a viabilização da geração de energia elétrica em condomínios, por meio de
biogás proveniente de RSU orgânico, devido ao número de habitantes necessário para gerar
a quantidade mínima requerida para manter o moto gerador em funcionamento. O número de
habitantes necessário, 11.585 [hab.], e está mais associado a ao número de habitantes de
uma cidade que de um condomínio.
4.6.1.2 Viabilização em Cidades
Uma vez que não há viabilização para a geração de energia em grandes condomínios com
RSU orgânico, propõem-se uma alternativa em escala municipal.
Para a viabilização de um projeto de geração de energia elétrica proveniente de RSU
orgânico, propõem-se uma integralização do sistema de coleta de esgotos municipal com o
tratamento de RSU orgânico, uma vez que as estações de tratamento de esgotos possuem
efluente em abundância com baixa carga orgânica (se comparado a outros efluentes
orgânicos).
A proposta é utilizar as instalações de tratamento de esgoto, que por si já possuem função de
tratamento orgânico, para tratar mais matéria orgânica. Utilizando basicamente o mesmo
princípio utilizado nessa pesquisa, triturando o RSU orgânico e diluindo ele no afluente da
estação de esgoto. A ideia é diminuir o tempo de detenção do RSU orgânico ao máximo,
otimizando assim a produção de biogás e evitando sua destinação aos aterros sanitários.
46
Segundo Santa Catarina (2012), a cidade de Balneário Camboriú produz em média 86,47
toneladas de RSU por dia. Utilizando a mesma taxa da quantidade de RSU orgânico
amostrada no condomínio, que é aproximadamente a mesma taxa Catarinense, 38,2%, tem-
se o valor de 33,03 [ton./dia] de RSU orgânico.
A Tabela 22 foi gerada para demonstrar o potencial de geração de energia utilizando as 86,48
toneladas de RSU coletadas em Balneário Camboriú diariamente. Para o Cálculo foram
utilizados os mesmos parâmetros utilizados anteriormente como: ST, SV, porcentagem de
resíduo orgânico, volume de geração por quilograma de sólido volátil e potência do biogás.
Tabela 22 – Dados de geração de biogás para todo o RSU coletado em Balneário Camboriú. Cálculos baseados nos dados coletados no Condomínio.
Item Valor Unidade
Dados
Geração Média 86.480 Kg
% Resíduo Orgânico 38,2%
Potência do Biogás 6,4 KWh/m³
Volume de geração 0,3126 Nm³ biogás/KgSV
% de ST 18,72%
% de SV 92,79%
Sólidos Orgânicos
Geração média de orgânicos 33.035,4 Kg
Sólidos Totais 6.184,2 KgST
Sólidos Voláteis 5.738,3 KgSV
Gás Volume de Biogás 1.793,8 Nm³/dia
Potência Poder Calorífico por dia 11.480,3 KWh/dia
Poder calorífico por hora 478,3 KWh
Observa-se na Tabela 22 que o potencial de geração do RSU da cidade é de 11.480,3
[KWh/dia], a uma taxa de conversão 30%, isso corresponde a 3.444,09 [KWh/dia] em energia
elétrica produzida. Para manter a mesma escala de valores, apenas para comparação uma
vez que a o valor de energia elétrica cobrada para a indústria é diferente, e multiplicar a
potência gerada em um dia pelo valor cobrado pela CELESC ao condomínio, 0,71 [R$/KWh],
obtém-se uma economia de R$2.445,30 por dia em eletricidade.
Mais estudos devem ser feitos para validar essa proposta de viabilização, mas baseado no
que foi feito no condomínio pode-se ter uma base do resultado esperado para a viabilização
dessa proposta.
47
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A busca por fontes de energia alternativa tem sido uma constante, principalmente nos dias
atuais onde houve aumentos tarifários ocasionados pela falta de energia hidroelétrica.
Um dos grandes desafios do referido trabalho foi a montagem e operação do biodigestor.
Muito se encontra na literatura sobre digestão anaeróbia para tratar resíduos e efluentes das
mais diversas fontes, dando uma orientação para a condução e operação de um biodigestor,
mas durante a operação quando algum parâmetro sai fora do previsto, é demorado fazer com
que o sistema volte a um equilíbrio para gerar o resultado esperado. Assim houve a
necessidade de um estudo paralelo, bem como muitas horas de operação e compreensão do
experimento realizado para que se pudesse ter informações suficientes para analisar a
viabilidade do projeto
5.1 – CONCLUSÃO
Esse trabalho teve como intenção avaliar uma das inúmeras alternativas energéticas, a
proveniente de biomassa, para a geração de energia elétrica em condomínios, utilizando
resíduo sólido urbano orgânico para essa geração. A possibilidade de geração com esse tipo
de resíduo não só poderia colaborar com a oferta de energia no mercado, como reduzir o
volume de resíduo nos aterros sanitários municipais.
No início desse trabalho quando se abordou o problema de pesquisa, comentou-se do
crescimento da composição da matriz energética nacional no âmbito de energia renovável,
biomassa, solar e eólica. Esse crescimento pelo interesse nesse tipo de energia fez com
levanta-se a questão: “Será viável a implantação de um sistema de biodigestão de resíduos
sólidos orgânicos, como fonte de metano, para a geração de energia elétrica em condomínios
residenciais urbanos? ”. Objetivando a resposta a essa questão, buscou-se em campo coletar
os dados da composição desse resíduo sólido urbano orgânico, uma vez que essa é a matéria
prima (biomassa) para a geração do biogás. Executou-se oito amostragens bem-sucedidas
no condomínio, segregando e pesando todo o resíduo encontrado nas lixeiras do condomínio,
separando-os em sete categorias diferentes: Rejeito e inorgânico, como resíduos não
passiveis de geração de biogás, e restos de comida, poda, carne e gordura, cascas e verduras
como resíduos passiveis de geração de biogás. A contribuição mais importante desse trabalho
foi essa caracterização do resíduo no local de geração, pois, foi a origem de todo o
experimento e a base para a compreensão da pesquisa.
Quando os dados das oito amostragens de resíduo sólido foram processados e analisados,
as informações e os gráficos gerados mostraram que ao contrário do esperado no início da
48
pesquisa, a proporção da quantidade gerada por tipo de resíduos gerados (categorias) não
segue um padrão linear no condomínio. Talvez no cenário municipal não haja essa diferença,
mas há a necessidade de uma pesquisa mais aprofundada para poder afirmar. Essa
observação no condomínio mostra que o volume orgânico do resíduo varia
independentemente do volume de geração geral de resíduo, isso deve ser levado em conta
para qualquer tipo de tratamento a ser dado para o resíduo no condomínio. Com relação ao
tratamento anaeróbio em biodigestor observou-se que há a possibilidade de tratar essa
variação e manter o sistema operando, mas o volume de resíduo produzido no condomínio
não é suficiente para sustentar a viabilidade financeira do investimento. Com uma média de
38,2% de material orgânico na composição do resíduo sólido do condomínio e baseado nos
resultados de sólidos totais e voláteis, o teor de sólidos voláteis na composição geral do
resíduo sólido é em média 6,63%, isso significa, que de todo o resíduo do condomínio apenas
6,63% poderá se tornar biogás em um biodigestor, o resto é inorgânico, e/ou rejeito, e/ou água
e/ou minerais. Esse pequeno volume comparado ao volume total não possui capacidade de
sustentar um investimento de biodigestão no condomínio para a geração elétrica.
Agora, se mudar o cenário de um condomínio para uma cidade, como a cidade de Balneário
Camboriú, e baseando as análises nos dados encontrados no condomínio, como o volume de
sólidos voláteis, esse trabalho vem contribuir para a viabilização do uso dos resíduos sólidos
urbanos orgânicos para a geração de energia. O valor de 6,63% sobre o total de 86,480
toneladas por dia de resíduo, representam ao redor de 5.738 [Kg] de sólidos voláteis,
aproximadamente 1979 vezes mais sólidos voláteis e mais biogás que no condomínio. Esse
resíduo poderia estar sendo triturado e tratado paralelamente ao esgoto sanitário como um
sistema integrado de saneamento básico municipal, onde se utilizaria parte do esgoto
sanitário como diluente do resíduo orgânico a uma proporção ideal para a reação anaeróbia.
Pela observação no biodigestor construído no condomínio é essencial a recirculação do
efluente dentro do biodigestor para promover a biodegradação com o resíduo diluído.
Com relação ao que foi proposto nesse trabalho analisam-se os objetivos e seus resultados.
O objetivo específico de estimar o volume médio de resíduo orgânico produzido em um
condomínio residencial foi alcançado. Obteve-se uma média de geração de 38,2% de resíduo
orgânico do total de resíduo sólido produzido no condomínio. Os dados coletados nessa etapa
tiveram grande importância na compreensão dos demais resultados. Foi nessa etapa que se
obteve os valores massa do resíduo, muito importante para a análise de viabilidade.
O objetivo específico de classificar o resíduo orgânico foi alcançado. Classificou-se o resíduo
em 7 categorias sendo que a que apresentou maior massa foi a categoria rejeito com média
49
de 32,5% da composição total. A categoria orgânica mais abundante foi a categoria Restos
de Comida com média de 21,1% da composição total do resíduo. Nessa etapa foi possível
entender quais resíduos orgânicos prevalecem, mostrando que a maior parte do resíduo
jogado no lixo é carboidrato. Muito do que foi encontrado foi causado por desperdício. A
maioria do que foi encontrado na categoria restos de comida foi desperdício. A segunda maior
categoria é a categoria cascas, uma categoria que não se destaca tanto o desperdício de
alimento por se tratar de uma parte do vegetal que não é comestível. Foi nessa etapa que
foram levantados os dados de sólidos totais e voláteis, muito importantes para a obtenção do
potencial de biogás que poderia ser gerado no condomínio. Sem essa etapa o trabalho não
poderia ser feito.
O objetivo específico de estimar o volume de biogás produzido em um biodigestor no objeto
de estudo de caso foi alcançado utilizando os dados laboratoriais e dados obtidos na
classificação do resíduo mais dados teóricos obtidos na literatura. Os dados foram obtidos
dessa forma, pois, o biodigestor apresentou problemas em sua operação. Segundo Nogueira
(1992) o start da operação do biodigestor é a tarefa mais complicada na operação de um
biodigestor, sendo que algumas vezes há a necessidade em reiniciar o processo. Mesmo com
o biodigestor não gerando dados de biogás foi possível alcançar o objetivo e estimar o volume
de biogás, seu poder calorífico teórico e seu rendimento frente aos valores de sólidos voláteis.
Os objetivos específicos, avaliar o projeto de geração de energia e avaliar a viabilidade da
aplicação de um biodigestor em condomínios, foi alcançado mostrando que há viabilidade
técnica para a construção e operação do biodigestor no condomínio, porém, não há viabilidade
financeira. Uma possível viabilização da geração de energia elétrica com o resíduo seria o
tratamento desse resíduo em escala municipal. A trituração do resíduo, diluição e tratamento
como efluente na EMASA poderia ser alternativa para o aumento da taxa de geração de
biogás, evitando assim que o resíduo orgânico seja enterrado em aterro sanitário.
Embora o trabalho não apresentou viabilidade financeira pode-se observar sua contribuição
na obtenção de dados referente a geração de resíduo doméstico diretamente na fonte,
mostrando as variações dos volumes e tipos de resíduo no passar dos dias. Também contribui
para mostrar o potencial de geração de energia (não somente elétrica) do resíduo sólido
urbano orgânico doméstico no âmbito municipal, abrindo mais uma alternativa energética para
o município com possibilidade de baratear custos operativos de sistemas de saneamento
básico.
50
5.2 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Apesar deste trabalho não ter tido sucesso com uma biodigestão equilibrada em um
biodigestor que trabalha com resíduo sólido urbano orgânico triturado, esse trabalho defende
a trituração do resíduo sólido orgânico e sua transformação em um efluente para otimizar as
reações químicas. Recomenda-se utilizar esse efluente como substrato para estudos em
reatores anaeróbios para obtenção de dados de eficiência na conversão de sólidos voláteis
em biogás, redução de DQO e tempo de detenção hidráulica.
Acredita-se que o resíduo sólido urbano orgânico é mais valioso, ambientalmente, sendo
transformado o mais rápido possível em biogás, que enterrado em aterros sanitários por
décadas.
51
6 REFERÊNCIAS
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Resíduo (sólidos) – Método gravimétrico. Rio de Janeiro: ABNT, 1989. 7 p.
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Rio de Janeiro: ABNT, 2004a. 71 p.
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extrato solubilizado de resíduos sólidos. Rio de Janeiro: ABNT, 2004c. 3 p.
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Altera A Lei no 9.605, de 12 de Fevereiro de 1998; e Dá Outras Providências.. Brasília
52
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EFEITO ESTUFA NO TRATAMENTO E DISPOSIÇÃO DE RESÍDUOS:SEGUNDO INVENTÁRIO
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