CONSTRUÇÃO DE UM BIODIGESTOR DIDÁTICO PARA A ?· CONSTRUÇÃO DE UM BIODIGESTOR DIDÁTICO PARA A…

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<ul><li><p>CONSTRUO DE UM BIODIGESTOR DIDTICO PARA A ESTAO CINCIAS DO PARQUE TECNOLGICO DE ITAIPU, VI CAIM 2018 </p><p>Flvio Ferreira Freitas1, Andreia Cristina Furtado </p><p>2 y Ana Letcia Yegros Cuevas </p><p>3 </p><p>1 Grupo de Excelncia em Gerao Termoeltrica e Distribuda Universidade Federal de Itajub </p><p>Av BPS 1303, Pinheirinho, Itajub MG, 37.500-903, Brazil. E-mail: flaviofereirafreitas@gmail.com </p><p> 2,3</p><p>Instituto Latino-Americano de Tecnologia, Infraestrutura e Territrio Universidade Federal da Integrao Latino-Americana </p><p>Avenida Slvio Amrico Sasdelli, Vila Residencial A, Foz do Iguau PR, 85866000, Brasil E-mail: andreia.furtado@unila.edu.br E-mail: cuevasana5514@gmail.com </p><p>RESUMO </p><p>Este trabalho apresenta a construo de um biodigestor didtico para a produo de biogs a ser utilizado na Estao Cincias - Parque Tecnolgico de Itaipu, para alunos da educao bsica e ensino fundamental. Os biodigestores produzem biogs mediante ao de bactrias anaerbias que realizam a digesto de dejetos, tais como, resduos alimentcios, matria orgnica decomposta, etc. Alm do biogs, outro subproduto da digesto anaerbia o biofertilizante, usado na agricultura como substrato rico em nutrientes para plantas e vegetais. O objetivo final deste trabalho obter um modelo de biodigestor padronizado, o qual no ser usado para produo em larga escala, seno, como modelo experimental de bancada, fomentando o conhecimento, a tecnologia e o ensino das energias renovveis nos distintos ambientes. </p><p>Palavras-chave: Experimental; Ensino-Aprendizagem; Batelada. </p><p>Marce 02Sello</p></li><li><p>1. INTRODUO </p><p>A energia obtida da biomassa vem se destacando cada vez mais no mbito industrial e </p><p>tambm no rural. Atualmente, a maior parte da energia gerada da biomassa resultado da queima </p><p>direta de matria orgnica em usinas termeltricas, segundo [1]. </p><p>O biogs, produzido a partir da digesto anaerbia considerado um processo renovvel, </p><p>limpo e permite reutilizar a biomassa in natura para gerar energia. Alm do gs gerado no </p><p>processo, tem-se como subproduto o biofertilizante que pode ser utilizado na agricultura como </p><p>fertilizante natural. </p><p>Atualmente existem vrias tecnologias para o tratamento de dejetos e gerao de energia, </p><p>porm, uma opo que se mostra mais vantajosa e de fcil construo so os biodigestores </p><p>anaerbicos. Esses biodigestores operam atravs de um sistema natural que aproveita a digesto </p><p>anaerbica das bactrias para produzir biogs e biofertilizante a partir de resduos orgnicos. </p><p>Tanto o biogs quanto o biofertilizante tm sido muito utilizados pelas famlias das zonas </p><p>rurais, principalmente, para suprir suas necessidades energticas, onde o biogs utilizado para </p><p>aquecimento, iluminao ou at mesmo em motores para gerar eletricidade, e o biofertilizante </p><p>usado para abonar o solo, conforme [2]. </p><p>De acordo com [3], o aproveitamento do biogs para gerao de energia trmica e eltrica </p><p>a partir da biomassa residual um fator de suma importncia para a descentralizao da gerao </p><p>de energia e renda. Assim, h um forte impacto na economia local causada pelo desenvolvimento </p><p>energtico devido produo de energia atravs do biogs. </p><p>A gerao de energia deve ser medida em quilowatt hora, qualidade ambiental e </p><p>desenvolvimento microeconmico local. Com isto, h um ganho indireto com a reduo do </p><p>contedo orgnico e com isto seu potecial poluente ao passo que gera biogs com razovel </p><p>contedo energtico. </p><p>A carga orgnica proveniente da gerao de dejetos animais provocam passivos </p><p>ambientais, tanto no que diz respeito emisso de gases poluentes atmosfera, como a </p><p>contaminao do solo conforme [4]. </p><p>Logo, a produo de biogs um modo de reaproveitar os dejetos que podem contribuir de </p><p>forma positiva desta maneira, nos meios socioeconmico e ambiental, fazendo uso de toda matria </p><p>gerada dentro de nossas prprias casas para a produo de gs combustvel. </p><p>Marce 02Sello</p></li><li><p>O objetivo principal do projeto est na popularizao das cincias, atravs da dinamizao </p><p>de formas alternativas de produo de energia limpa e sustentvel. </p><p>Desta forma, construiu-se em parceria com a Estao Cincias um prottipo de um </p><p>biodigestor em escala de bancada para demonstrar essa forma alternativa de transformao de </p><p>energia. </p><p>Alm disto, uma cartilha foi desenvolvida com o intuito de facilitar o processo de ensino </p><p>aprendizagem das crianas a partir de uma histria didtica e ilustrativa. </p><p>Segundo a Lei de Diretrizes e Bases da Educao Nacional (LDB 9.394/96), em seu artigo </p><p>30, inciso I, um dos princpios do ensino garantir a igualdade de condies para o acesso e </p><p>permanncia na escolar. </p><p>De acordo com [5], uma maneira de garantir a permanncia do aluno na escola e permitir a </p><p>continuidade de seus estudos est na construo de formas de aprendizado que d o impulso </p><p>necessrio para que o aluno adquira o conhecimento de modo satisfatrio. Isto pode ser feito com </p><p>a elaborao de cartilhas. </p><p>Desta maneira, a cartilha pretende promover a divulgao da cincia, principalmente no </p><p>que diz respeito a uma forma alternativa de produo de energia atravs de biodigestores. </p><p>2. FUNDAMENTAO TERICA </p><p>Consoante [6], atualmente j existem disposio da educao diversas estratgias de </p><p>ensino que podem desencadear um melhor aproveitamento no aprendizado do aluno. Estas novas </p><p>atividades permitem que o aluno possa interagir de forma mais efetiva saindo do ambiente terico </p><p>abordado pelo professor em sala de aula e a partir de livros didticos. </p><p>Desta maneira, o aluno deixa de ter uma postura neutral para de forma crtica abordar os </p><p>novos conhecimentos, podendo ele discordar e discutir o que lhe ensinado interagindo no </p><p>somente como aluno, mas tambm como pesquisador. </p><p>A escola possui um papel de destaque na formao crtica do aluno, e isto, faz da escola </p><p>um ambiente que deve ser transdisciplinar. A educao que prepara o aluno para o futuro deve ser </p><p>problematizada e abordada criticamente possibilitando a construo de novos conhecimentos. Esta </p><p>preparao no deve ser linear e deve abordar distintas estratgias e mtodos para o melhor </p><p>desempenho do aluno no processo de ensino aprendizagem. </p><p>Este ambiente pouco inovador traz insatisfao e desmotivao, gerando um bloqueio na </p><p>aprendizagem ou mesmo o xodo de alunos das escolas. Para isto faz-se necessrio aulas </p><p>Marce 02Sello</p></li><li><p>prticas relacionadas aos contedos tericos no ensino, com o intuito principal de atrair a ateno </p><p>dos alunos e impedir que o ambiente escolar se torne montono, cansativo e de enfado em </p><p>concordncia com [7]. </p><p>Com isto, uma abordagem prtica no ambiente escolar no serve apenas para romper as </p><p>barreiras tradicionais da metodologia de ensino, mas tambm como forma de contribuir para o </p><p>desenvolvimento cientfico e tecnolgico do pas de acordo com [8]. </p><p>Outro fator de suma importncia e que deve ser destacado a interao entre a </p><p>universidade e o ambiente escolar que basicamente um dos pilares da extenso universitria. </p><p>Esta interao cria no aluno novas perspectivas e faz com que o sonho de estudar em uma </p><p>universidade no seja apenas para os mais abastados social e economicamente. </p><p>O processo de ensino-aprendizagem como j visto na histria no linear e muito menos </p><p>contnuo. Desta forma, a propiciao das prticas nos ambientes escolares permitindo ao aluno </p><p>rever a partir de outras perspectivas o contedo terico abordado em sala de aula pode auxili-lo </p><p>no completo entendimento do tema. Assim, o aluno pode relacionar as informaes, criar suas </p><p>prprias concluses e o professor pode retomar o tema j abordado a partir de um novo ngulo </p><p>conforme [9]. </p><p>Desta maneira, o projeto possui esta funo de levar ao ambiente escolar por meio de </p><p>aulas prticas a disseminao do contedo de cincias relativo formas alternativas de produo </p><p>de energia. </p><p>Com isto, uma das estratgias de ensino de cincias deve dar-se por meio de aulas </p><p>prticas como em laboratrios, ou mesmo a partir do desenvolvimento de materiais didticos que </p><p>contribuam para a concretizao do contedo. </p><p>O biogs uma cincia que possui um vasto campo de estudo e imprescindvel que os </p><p>alunos dentro do ambiente escolar, tenham contato com as formas alternativas de produo de </p><p>energia. </p><p>O biogs produzido pela degradao de resduos orgnicos em condies anaerbicas </p><p>basicamente constitudo de metano (CH4). Historicamente, os biodigestores foram desenvolvidos </p><p>na ndia, onde em 1970 j existiam em torno 2500 instalaes em uso e destinadas para a </p><p>produo de gs e tambm de adubo consoante [10]. </p><p>A intensificao do uso do biogs ocorreu particularmente durante a Segunda Guerra </p><p>Mundial na Alemanha e com o tempo em toda a Europa com a escassez de recursos energticos. </p><p>Marce 02Sello</p></li><li><p>A temperatura normal de operao das bactrias fermentativas oscila entre 30 e 60C. Em </p><p>regies de climas frios so necessrios, em muitos casos, o uso de isolantes trmicos nas cmaras </p><p>ou mesmo a utilizao de aquecedores para alcanar maiores nveis de produo. </p><p>O gs produzido pela decomposio anaerbia possui basicamente de 55 70% de </p><p>metano (CH4), 25 a 45% de gs carbnico (CO2) e pequenas quantidades de outros gases, tais </p><p>como o cido sulfdrico (H2S), que alm de possuir um odor forte caracterstico de ovo podre </p><p>possui um alto poder de corroso segundo [11]. </p><p>O poder calorfico do gs produzido varia de 5200 a 6700 kcal/m3, o que pode ser </p><p>relativamente baixo, quando comparado ao gs natural (9600 kcal/m3) ou GLP (11960 kcal/m</p><p>3), ou </p><p>consideravelmente mais alto quando comparado ao gs manufaturado de nafta (4750 kcal/m3) [12]. </p><p>A produo de biogs depende da matria orgnica inserida no biodigestor. Desta forma, </p><p>sua origem tem papel fundamental no que diz respeito produo de gs, como mostrado na </p><p>tabela abaixo: </p><p>Tabela 1. Estimativa da produo de biogs por biomassa </p><p>Origem da matria orgnica Produo de Gs (Pgas) [m3.kg</p><p>-1] </p><p>Sunos 0,35 </p><p>Aves 0,43 </p><p>Ovinos 0,25 </p><p>Resduos vacuns e cavalares </p><p>0,04 </p><p>Resduos humanos </p><p>0,45 </p><p>Fonte: [13], adaptado por [14]. </p><p>Vale ressaltar que o quilograma tratado na Tabela 1 de matria orgnica seca introduzida </p><p>no biodigestor. </p><p>Os biodigestores se classificam em duas categorias: de produo descontnua ou contnua. </p><p>Os biodigestores intermitentes, tambm chamados batelada ou descontnuos so os </p><p>mais simples e requerem basicamente um recipiente hermeticamente fechado para a digesto </p><p>anaerbia do substrato. Alm disto, normalmente possui uma campnula invertida que recolhe o </p><p>gs produzido flutuando na matria orgnica em decomposio. </p><p>2.1. NECESSIDADES ENERGTICAS </p><p>O biogs pode ser utilizado em motores de automveis com modificaes na injeo e no </p><p>carburador. A injeo deve sofrer alteraes pois, a quantidade de ar necessria para uma </p><p>combusto completa com gasolina diferente de uma mistura de biogs com ar. Porm, o biogs </p><p>deve passar por um processo de purificao para retirar parte do gs sulfdrico que no motor pode </p><p>Marce 02Sello</p></li><li><p>converter-se em cido sulfrico e prejudicar os componentes do motor devido ao alto poder de </p><p>corroso. </p><p>Por isto, o biogs produzido em pequena escala mais utilizado para fins residenciais </p><p>como, por exemplo, para aquecimento de gua para banho, cozinha, lavanderia e uso em foges </p><p>para coco de alimentos, entre outros. A quantidade de biogs necessrio para cada fim j </p><p>descrito expresso na tabela a seguir: </p><p>Tabela 2. Necessidades energticas de biogs </p><p>Necessidades energticas Taxa de consumo diria de biogs por pessoa (m</p><p>3/(dia.pessoa)) </p><p>Coco de alimentos (Fog) 0,3 </p><p>Aquecimento de gua para banho (AQban) 0,2 </p><p>Aquecimento de gua para lavagem de utenslios de cozinha (AQcoz) </p><p>0,1 </p><p>Aquecimento de gua para lavagem de roupa (AQlav_roupa) </p><p>0,3 </p><p>Fonte: [10] </p><p>Cabe ressaltar que estes valores so mdios e podem variar de acordo com o consumo </p><p>pessoal residencial. </p><p>2.2. DIMENSIONAMENTO DOS BIODIGESTORES </p><p>O dimensionamento de biodigestores realizado com base na necessidade diria do gs </p><p>produzido. </p><p>As necessidades de gs dirias (Ng) so calculadas atravs da frmula: </p><p> (1) </p><p>Sendo: </p><p>Ng: Necessidade diria de gs [m3/dia] </p><p>n: nmero de residentes; Fog: Coco de alimentos; AQban: Aquecimento de gua para banho; AQcoz: Aquecimento de gua para lavagem de utenslios de cozinha; AQlav_roupa: Aquecimento de gua para lavagem de roupa. </p><p>O volume do biodigestor ou o volume do recipiente do digestor calculado, considerando que a </p><p>cmara dever ser pelo menos, 30% maior do que o volume ocupado com o lodo em fermentao </p><p>conforme [15]. </p><p>Desta forma, a carga mssica (mbio) do biodigestor ser calculado da seguinte forma: </p></li><li><p>Onde: </p><p>: massa total do biodigestor [kg]; </p><p>: massa de resduo orgnico total [kg]; </p><p>: proporo de gua que se necessita acrescentar [%]; </p><p>: tempo de reteno da matria orgnica [dias]. </p><p>Normalmente, a proporo de gua fixa em funo da materia orgnica utilizada como </p><p>substrato. </p><p>A partir da massa total do biodigestor pode-se determinar o volume do biodigestor (Vbio). </p><p>Considerando a densidade do substrato como aproximadamente a densidade da gua a 25 C </p><p>(1000 kg/m3). </p><p>3. RESULTADOS E DISCUSSES </p><p>a) Anlise Estrutural </p><p>A quantificao da matria orgnica que alimentada no biodigestor foi determinada com </p><p>base nas dimenses do reator, apresentadas na tabela 3. </p><p>Tabela 3. Caractersticas estruturais do biodigestor </p><p>Volume [L] 20 </p><p>Peso [g] 833.5 </p><p>Altura (Hm) [cm] 43,8 </p><p>Altura do gargalo (Hg) [cm] 2,3 </p><p>Altura do gasmetro (H3) [cm] 8,7 </p><p>Dimetro D (cm) [cm] 27,6 </p><p>Dimetro int. bocal [cm] 4,0 </p><p>Dimetro ext. bocal "F" [cm] 5,2 </p><p>A altura do nvel de substrato (H) pode ser calculado a partir da equao: </p><p>Marce 02Sello</p></li><li><p> A altura do gasmetro (H3) se refere a altura livre para deslocamento da campnula. A </p><p>partir destes dados pode-se determinar o volume til da unidade digestora a partir da equao </p><p>abaixo proposta e estudada por [16]: </p><p> Devido diluio, a densidade da mistura pode ser considerada como a da gua. Desse </p><p>modo pode-se calcular a massa de substrato a ser colocado no biodigestor, a partir da equao </p><p>abaixo: </p><p> Cabe salientar que a massa encontrada no corresponde a quantidade de dejeto e sim </p><p>quantidade de substrato, sendo que este ltimo leva em conta a quantidade de matria de toda a </p><p>mistura. </p><p> Para a determinao da produo diria de biogs, foi considerado o dejeto bovino como </p><p>substrato, dado a facilidade do processo de biodigesto e disponibilidade de dados referentes ao </p><p>processo, disponveis na literatura. </p><p>De acordo com a bibliografia utilizada, o esterco fresco deve ser diludo na proporo de 4 </p><p>partes para 5 de gua. Portanto, a quantidade de Biomassa mida (Bu) deve ser encontrada </p><p>multiplicando a massa de substrado por 4/9 conforme metodologia apresentada e recomendada </p><p>por [18]. </p><p> Utilizando a tabela de converso de biomassa proposta por [13] e adaptada por [14], para o </p><p>dejeto bovino, pode-se inferir a produo total de biogs. </p><p>Esta produo se d a partir da quantidade de dejeto inserido por batelada no biodigestor. </p><p>Desta maneira, pode-se determinar a produo diria de biogs (equao 7) sabendo que o tempo </p><p>de reteno (TR) do susbstrato de 20 dias segundo [19]: </p><p>Onde: </p><p>B: produo diria de biogas [m3/dia]; </p><p>PB: produo de biogs total [m3]; </p><p>TR: tempo de reteno [dias]. </p><p>Desta forma, so apresentados os dados: </p><p>Marce 02Sello</p></li><li><p>Tabela 4. Dados Tcnicos da Produo de gs, atravs do biodigestor a batelada </p><p>Altura do nvel de substrato (H) 32,8 cm </p><p>Massa de Substrato...</p></li></ul>