curso de tecnologia em gerÊncia de manutenÇÃo...
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CURSO DE TECNOLOGIA EM GERÊNCIA DE MANUTENÇÃO
INDUSTRIAL
BIOGÁS – TRANSFORMAÇÃO DO LIXO EM ENERGIA
SILVANDO BISPO NASCIMENTO
CAMPOS DOS GOITACAZES / RJ
2009
2
SILVANDO BISPO NASCIMENTO
BIOGÁS – TRANSFORMAÇÃO DO LIXO EM ENERGIA
Monografia apresentada ao Centro Federal
de Educação Tecnológica, como requisito
parcial para conclusão do Curso Superior de
Tecnologia em Manutenção Industrial.
Orientador: Prof° Silas das Dores de Alvarenga
CAMPOS DOS GOITACAZES / RJ
2009
3
N244b Nascimento, Silvando Bispo.
Biogás – transformação do lixo em energia. / Silvando
Bispo Nascimento – Campos dos Goytacazes (RJ) : [s.n.],
2009.
46 f. ; il.
Orientador: Silas das Dores Alvarenga.
Monografia (Tecnologia em Manutenção Industrial).
Instituto Federal Fluminense. Campus Campos-Centro. Campos
dos Goytacazes, RJ, 2009.
Bibliografia: f. 45 - 46.
1. Biogás. 2. Resíduos como combustíveis. 3. Energia –
Fontes alternativas. I. Alvarenga, Silas das Dores de, orient. II.
Título.
CDD – 665.776
Dados de Catalogação na Publicação (CIP)
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SILVANDO BISPO NASCIMENTO
BIOGÁS – TRANSFORMAÇÃO DO LIXO EM ENERGIA
Monografia apresentada ao Centro Federal
de Educação Tecnológica, como requisito
parcial para conclusão do Curso Superior de
Tecnologia em Manutenção Industrial.
Banca Avaliadora:
...............................................................................................................................................
Prof° Silas das Dores Alvarenga (orientador)
Especializado em Sistemas Off-Shore
Centro Federal de Educação Tecnológica
...............................................................................................................................................
Prof° Luiz Alberto de Abreu Pupe
Mestre em Ciências de Engenharia
Universidade Federal do Rio de Janeiro
................................................................................................................................................
Prof° Sérgio Vasconcellos Martins
Doutor em Ciências de Engenharia – Engenharia de Produção
Universidade Estadual do Norte Fluminense
5
AGRADECIMENTOS
Agradeço a todos que ajudaram direta ou indiretamente na elaboração deste trabalho,
seja no fornecimento de dados ou na minha substituição, me cedendo tempo para dedicação
à pesquisa.
Agradeço à minha família pelo apoio e incentivo em todas as fases do processo
educacional em que estou.
Agradeço às empresas e funcionários que disponibilizaram parte do tempo para
fornecer informações. Agradecimento em especial à Usina Bandeirantes, por possibilitar a
visita técnica, bem como ao Eduardo e ao Marcelio, sendo o guia na presente situação.
E não menos importante, ao professor Silas, por todo apoio e orientação.
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É necessário aplicar um sistema
sustentável de desenvolvimento; caso contrário,
a sociedade se auto-destruirá.
7
DEDICATÓRIA
Dedico essa pesquisa a todas as pessoas que fazem parte da minha vida e que são
responsáveis pela minha formação como ser consciente de qual caminho seguir.
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RESUMO
Este trabalho tem como objetivo apresentar de forma resumida algumas fontes de energia
renovável, em especial o biogás. Dessa forma, são apresentadas sucintamente as energias
solar, eólica, hídrica (quando em referência às Pequenas Centrais Hidrelétricas) e energias
da biomassa. São apresentadas algumas aplicações, vantagens, desvantagens e forma de
obtenção. Dando seqüência, é apresentado o processo de geração do biogás, sua
composição química, bem como as vantagens, suas aplicações e fatores que limitam a sua
geração em larga escala. Questões sobre a geração de energia elétrica e a manutenção de
máquinas movidas a biogás é o foco deste trabalho monográfico. Este trabalho monográfico
também focará quais as peças que devem sofrer intervenção com mais freqüência, e
possíveis problemas gerados nas máquinas pelo uso do biogás como combustível, assim
como quais as peças que devem ser substituídas. Abordam-se, ainda, outros pontos de
relevância, tais como economia de combustível, e a potência gerada. Este trabalho
monográfico é finalizado com algumas perspectivas de uso do biogás, bem como alguns
pontos que certamente alavancariam a utilização do biogás como combustível,
possibilitando que motores de combustão interna transformem a energia potencial do
combustível em energia mecânica de movimento e, em seguida, possa transformá-la em
energia elétrica.
Palavras-chave: Biogás, Energia e Manutenção.
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ABSTRACT
This work has as objective to present in a summarized way some renewable sources of
energy, especially the biogas. In that way, briefly are presented the solar energies, eolic
energy, hydraulics (when in reference the Small ones Central Hydroelectric), and energies
of the biomass. Some are presented applications, advantages, disadvantages and obtaining
form. Giving sequence, the process of biogas generation, the chemical composition, is
explained as well as advantages, applications and factors borderline for your generation in
wide climbs. Subjects about electric power generation and the maintenance of moved
machines the biogas are main point of the research. What should suffer larger intervention,
possible problems that you will be found in the biogas use as fuel, pieces that you should be
substituted, and several other points of relevance are presented. The work is concluded with
some perspectives of use of the biogas, as well as some points that would leverage the use
of the biogas as fuel for machines transforms the mechanical energy of the movement in
electric power.
Keywords: Biogas, Energy, Maintenance.
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LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
CA – corrente alternada
CO2 – dióxido de carbono
CC – corrente contínua
GLP – gás liquefeito de petróleo
GW – gigawatts (109 watts)
Kcal/m³ - quilo calorias por metro cúbico
Km² - quilômetros quadrados
m³ - metros cúbicos: unidade de medida de volume
MDL – mecanismo de desenvolvimento limpo
MW/h – megawatts por hora
NBR – Norma Brasileira
Nm³ - normais metros cúbicos (unidade de medida de volume aplicando fórmula e tendo
como parâmetros de referência para medição de temperatura 20°C e pressão igual a 1
atmosfera )
PCHs – pequenas centrais hidrelétricas
W/m² - watts por metro quadrado
PROINFA - Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica
11
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Placa fotovoltaica ............................................................................................... 15
Figura 2 – Vista aérea Parque Eólico de Osório ................................................................... 17
Figura 3 – Pequena geração de energia com água ................................................................ 18
Figura 4 – Exemplos de biomassa ........................................................................................ 19
Figura 5 – Motor veicular movido a biogás, utilizado para bombeio de fertilizante ........... 29
Figura 6 – Motor Diesel CUMMINS modelo 6CT8.3 visto em corte .................................. 33
Figura 7 – Os 4 succionadores responsáveis por puxar o gás do aterro ............................... 36
Figura 8 – Os 2 queimadores existentes na usina, responsáveis por queimar o excedente de
gás ................................................................................................................................. 37
Figura 9 – Grupo gerador ..................................................................................................... 38
Figura 10 – Exaustor ............................................................................................................ 38
Figura 11 – Radiador ............................................................................................................ 39
Figura 12 – Detalhe do medidor de temperatura do cilindro ................................................ 40
Figura 13 – Detalhe das válvulas .......................................................................................... 41
Figura 14 – Detalhe de parte do cabeçote em manutenção .................................................. 41
Figura 15 – Sala de painéis dos grupos geradores, com transformadores de média tensão. 43
12
SUMÁRIO
LISTA DE ABREVIATURAS ............................................................................................. 10
LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................... 11
INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 13
1. FONTES RENOVÁVEIS DE ENERGIA E O MEIO AMBIENTE ................. 14
1.1. Energia Solar ...................................................................................................... 15
1.2. Energia Eólica..................................................................................................... 16
1.3. Energia Hídrica ................................................................................................... 18
1.4. Energia Utilizando Biomassa ............................................................................. 19
2. GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS ............................................................... 20
2.1. Aterro Sanitário .................................................................................................. 20
2.2. Incineradores ...................................................................................................... 22
3. APRESENTANDO O BIOGÁS ......................................................................... 22
3.1. Por que biogás .................................................................................................... 23
3.2. Crédito de Carbono ............................................................................................. 24
3.3. Processo de transformação do lixo em biogás .................................................... 25
3.4. Biodigestores ...................................................................................................... 26
3.5. Vantagens do biogás ........................................................................................... 27
3.6. Desvantagens do biogás ..................................................................................... 29
3.7. Utilização do biogás ........................................................................................... 29
3.8. Alterações nos motores à combustão interna para usar biogás como combustível
............................................................................................................................ 30
3.8.1. Modificações de fabricante de motores ....................................................... 31
4. MANUTENÇÃO ................................................................................................ 31
4.1. Comparativo entre manutenção de motores movidos a diesel, movidos a
gasolina e movidos a biogás ............................................................................... 33
5. CUSTOS ............................................................................................................. 34
6. VISITA TÉCNICA À USINA BANDEIRANTES ............................................ 36
7. CONCLUSÕES .................................................................................................. 44
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................... 45
13
INTRODUÇÃO
Este trabalho monográfico foi fundamentado na pesquisa que teve como objetivo
mostrar a transformação do lixo em uma fonte de energia renovável, que é o biogás. Sendo
assim, algumas questões são abordadas, esclarecidas e postas em discussão. Não há
interesse de tornar este trabalho uma verdade imutável, e sim de transmitir ao leitor a
conclusão de pesquisas sobre biogás, realizadas no escritório e no campo.
Este trabalho tem como sistemática a apresentação de algumas das fontes de energia
renováveis mais conhecidas. Além de descrever o princípio de obtenção do biogás, algumas
vantagens da utilização deste como combustível e alguns outros pontos tais como: os
equipamentos para geração e transporte do biogás, que certamente precisam ser melhorados
para permitir uma melhor viabilidade econômica desta fonte de energia em motores de
combustão interna. Faz ainda comentários sobre o gerenciamento de resíduos, e o inicio do
caminho para chegar à produção do biogás. Sabendo que o destino dado atualmente ao lixo
produzido diariamente foi o que gerou esta pesquisa, sendo informadas as características,
equivalências energéticas e locais onde pode ser produzido o biogás.
Por fim, este trabalho apresenta de forma sucinta o processo de geração do biogás,
permitindo, desta forma, a visualização de toda a transformação do lixo em biogás, e assim,
entendendo o sistema necessário para tal evento. São apresentados nessa fase do trabalho os
equipamentos que permitem o aproveitamento racional do lixo, bem como algumas formas
de utilização do biogás para geração de energia elétrica.
As projeções futuras que indicam o caminho em que o biogás pode trilhar como
fonte renovável de energia também são apresentadas. Sendo avaliadas, ainda, as questões
econômicas, sociais e ambientas, assim como alguns entraves desta forma ecologicamente
correta de gerar energia.
Espero que esta leitura fomente no leitor o desejo de buscar fontes alternativas de
energia, permitindo o desenvolvimento sustentável, um melhor aproveitamento dos
recursos naturais e uma correta destinação de todos os resíduos produzidos pela sociedade
humana.
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1. FONTES RENOVÁVEIS DE ENERGIA E O MEIO AMBIENTE
As transformações ambientais observadas atualmente direcionam a busca por uma
utilização mais racional dos recursos naturais disponíveis, ou seja, o desenvolvimento
econômico sustentável e com menor agressão ambiental. Podemos, dessa forma, entender
claramente a importância que se tem dado às fontes renováveis de energia.
As fontes renováveis de energia podem ser, por exemplo, a solar, a eólica, a hídrica,
a biomassa, entre outras, ou seja, aquelas que são facilmente fornecidas ou repostas pela
natureza, diferente daquelas como o petróleo ou urânio, que são consideradas, junto com a
energia nuclear, fontes não renováveis de energia.
É importante lembrar o grande potencial que o Brasil possui na obtenção de fontes
renováveis de energia e a necessidade de se aumentar a matriz energética nacional. Isso
possibilita resultados positivos na utilização da energia eólica, e solar e na utilização da
biomassa, exemplificando a utilização do bagaço da cana de açúcar na produção de etanol,
tendo pesquisas reconhecidas internacionalmente. Processos de decomposição também
podem ser geradores de energia, como exemplo o biogás, que é obtido do lixo e resíduos
orgânicos.
Com a intenção de ampliar a matriz energética do Brasil, o governo criou o
PROINFA – Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica.
Representando o governo, a Eletrobrás garante a compra de 3300 megawatts (MW’s ) de
energia obtida através de fontes renováveis, sendo 1100 MW’s para energia gerada com a
utilização de biomassa, 1100 MW’s geradas a partir do vento ( energia eólica ), e 1100
MW’s para energia hídrica geradas a partir de Pequenas Centrais Hidrelétricas ( as PCH’s )
Os valores pagos por MW’s são diferentes para cada fonte de energia. Para as usinas
de energia eólica, o MW/h é comprado por R$220,00 no Nordeste e R$230,00 no Sul, para
usinas de biomassa R$ 104,00 e para as PCH’s R$ 134,00.1
1 Dados obtidos no Valor Econômico – SP de 15/01/2007, escrito por Samantha Maia
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1.1. Energia Solar
O sol pode ser considerado matéria prima para energia solar através da utilização de
placas fotovoltaicas. Contudo, o sol também é matéria prima para energia eólica, pois a
alteração da temperatura do solo gera os ventos. O sol é responsável também pela
evaporação da água, ocasionando as chuvas e com isso o funcionamento das usinas
hidrelétricas.
A Terra recebe a cada movimento de translação, 1400 W/m² de energia. Somente
cerca de 19% disso é absorvido pela atmosfera e 35% é devolvido a nuvem. Privilegiado
pela posição geográfica e pela incidência de sol durante a maior parte do ano, o Brasil é
fonte abundante de energia solar.
A energia solar pode ser utilizada de forma ativa ou passiva, sendo passivamente
utilizada para aquecer e clarear ambientes devidamente projetados, e a forma ativa é a sua
transformação em energia térmica para aquecimento de água em residências, ou em energia
elétrica, para eletrodomésticos, iluminação ou outras inúmeras utilizações.
Para transformar energia solar em energia elétrica, utilizam-se placas fotovoltaicas,
ilustrada na figura 1, feitas de materiais semicondutores2. O semicondutor mais utilizado é
o silício.
Figura 1 – Placa fotovoltaica
2 Semicondutores são sólidos cristalinos de condutividade elétrica intermediária entre condutores e isolantes.
16
Em 2004, a capacidade mundial de produção de energia solar estava em 2,6GW,
tendo como maiores produtores o Japão (1,3GW), a Alemanha (794MW) e Estados Unidos
(365MW), apesar das dificuldades impostas pela localização geográfica, já que estes países
estão situados em médias e altas latitudes.
A energia solar tem como dificuldade para ser utilizada em grande escala, o custo
elevado e a baixa eficiência das placas coletoras de raios solares, em função da pouca
disponibilidade de materiais semicondutores, principal componente da placa fotovoltaica.
Pode ser citada também a dificuldade no armazenamento dessa energia, a geração durante a
noite, quando nublado, ou em locais de alta latitude nos meses de inverno.
1.2. Energia Eólica
Tipo de energia solar resultante do aquecimento da Terra e da variação da pressão
atmosférica, a energia eólica é utilizada há vários anos pela humanidade, sendo
transformada em energia mecânica ou elétrica.
Tem como princípio básico a transformação da energia cinética do vento. Quando
convertida em energia mecânica, geralmente nos moinhos, a rotação das pás gira um eixo e
através de engrenagens, possibilitam a transmissão desse movimento, executando tarefas
como moagem de grãos e bombeamento de água nas áreas rurais, ou em salinas artesanais.
A conversão de energia eólica para energia elétrica se dá com a utilização de
aerogeradores, responsáveis pela energia que será utilizada em residências ou indústrias, na
forma contínua (CC) ou alternada (CA).
A Dinamarca, em 1976, foi a precursora na utilização de turbina eólica comercial
ligada a rede elétrica pública. Em 2005, a capacidade de produção mundial foi de 59
gigawalts, capaz de abastecer um país como o Brasil.
E em setembro de 2007, o vento foi responsável por 23% da produção de energia
da Dinamarca. A Alemanha teve 6 %, e 8% em Portugal e Espanha.
O projeto pioneiro de energia eólica no Brasil foi implantado na ilha de Fernando
de Noronha, em junho de 1992, para suprir as necessidades dos que ali habitavam e só
dispunham de um gerador a diesel.
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O desenvolvimento dessa tecnologia permitiu que em 2006 o Brasil produzisse 237
MW nas suas usinas do Ceará, Rio Grande do Norte e Rio Grande do Sul, tornando-se o
país da América Latina e Caribe com maior produção de energia eólica.
Com o aumento da utilização dessa fonte energética, o custo para instalação do
projeto diminui anualmente. Na década de 90, por exemplo, o custo da energia eólica era 5
vezes maior do que em 2005. O desenvolvimento tecnológico melhora a qualidade dos
produtos e reduz os custos de produção. Assim, o ciclo se forma, ou seja, produtos mais
acessíveis permitem uma produção em maior escala, tornando-o mais barato.
No Brasil, o maior parque de geração de energia através do vento é em Osório, no
estado de Rio Grande do Sul, ilustrado na figura 2. A capacidade do parque é de 150 MW.
Contudo, as usinas do nordeste citadas anteriormente são de grande importância para os
valores totais de geração que o Brasil possui.
Figura 2 – Vista aérea Parque Eólico de Osório
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1.3. Energia Hídrica
Para se considerar energia hídrica como fonte de energia renovável e
ecologicamente ideal, é necessário salientar que se trata da energia obtida em pequenas
usinas, uma vez que as grandes hidrelétricas causam impacto ambiental, pois necessitam de
grandes áreas alagadas para controle de vazão.
O principio de funcionamento é utilizar a energia cinética contida no rio e nas
quedas d’água para fazer as pás de uma turbina girarem, acionando o eixo de um gerador
elétrico.
Utilizadas nas zonas rurais, as Pequenas Centrais Hidrelétricas, chamadas de PCH’s,
como ilustra a figura 3, geram benefícios e sua instalação é incentivada pelo governo
através de programas específicos (PROINFA). O centro-sul é uma região muito propicia
para este tipo de geração de energia no campo.
O Brasil tem as usinas hidrelétricas como principal matriz para geração de energia
elétrica. A Usina Hidrelétrica de Itaipu, por exemplo, é capaz de gerar cerca de 12600 MW.
Por outro lado, uma pequena central hidrelétrica tem como parâmetros, a geração de 1 MW
a 30 MW e ter reservatório inferior a 3 Km² de área alagada.
Figura 3 – Pequena geração de energia com água
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1.4. Energia Utilizando Biomassa
Na análise energética, biomassa, como as ilustradas na figura 4, são os derivados de
organismos vivos capazes de serem utilizados como combustível ou de participar do
processo de geração deles.
Figura 4 – Exemplos de biomassa
O fato da sua utilização não alterar a composição da atmosfera, uma vez que, apesar
de emitirem gases quando utilizados, retiram CO2 da atmosfera quando fazem fotossíntese,
representando grande vantagem ambiental. Outras vantagens são o baixo custo na aquisição
de matéria prima, menor agressividade ao meio ambiente, pois os níveis de corrosão a
quantidade de cinzas emitidas pelos biocombustíveis, quando comparadas com as emitidas
pela queima de combustível fóssil, são menores nos equipamentos onde são utilizados.
Por outro lado, seu menor poder calorífico em comparação com combustível fóssil,
diminui sua eficiência térmica. Contudo, esse fato pode ser atenuado com a utilização de
oxigênio puro durante sua produção, porém esse método encarece o produto final, bem
como aumenta o tempo de produção.
Outro ponto relevante é a cautela quanto ao desmatamento de áreas para plantio de
culturas propicias a geração de energia, para evitar a ocorrências como as verificadas entre
os anos de 1980 e 1990 com a cana de açúcar, em que varias áreas foram desmatadas para
plantio de cana, causando desequilíbrio no ecossistema.
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Temos como exemplo de utilização da biomassa líquida os biocombustíveis , como
o biodiesel obtido de óleos de mamona, dendê ou de óleos utilizados em frituras. Como
biomassa sólida, podem ser citados a lenha, resíduos de agricultura e o bagaço da cana de
açúcar. Para exemplificar a transformação da biomassa em gases, citarei o biogás, foco
desse trabalho, sendo mais aprofundado ao longo deste.
Atualmente, a principal utilização de biomassa no Brasil se da através dos
combustíveis, seja o biodiesel ou do álcool, sendo eles menos poluentes que o diesel ou a
gasolina obtidos do petróleo.
2. GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS
A produção de lixo é uma atividade inerente à existência humana. A produção total
varia basicamente em função do crescimento populacional e do nível de desenvolvimento
industrial e tecnológico de cada região. Apenas para comparação, a produção diária de lixo
por pessoa nos EUA é cerca de 1,8 quilos, no Brasil cerca de 1 quilos e na Índia, cerca de
0,2 quilos. Há resíduos sólidos, líquidos e gasosos. Eles podem ser químicos, tóxicos,
orgânicos, inorgânicos, ou seja, de uma grande diversidade.
A presença desses resíduos (ou lixo) causam grande preocupação, pois sua
decomposição, quando descontrolada, são fontes de doenças e de poluição ambiental. Faz-
se necessário, dessa forma, que o resíduo gerado tenha um destino adequado, sem causar
danos a população ou ao meio ambiente.
2.1. Aterro Sanitário
O lixo, quando depositado em grandes áreas de terra, sofre decomposição. Essa
decomposição gera gases poluidores, como o metano (cerca de 21 vezes mais poluente que
o CO2), e o chorume3, líquido capaz de contaminar rios, lagos e lençóis freáticos.
É importante ressaltar a diferença entre aterro sanitário e lixão. Embora em ambos
lugares o lixo seja jogado no solo, no primeiro caso, há um tratamento especifico do solo,
que é preparado antes do inicio das atividades do aterro sanitário, controlando-se
3 Chorume – Líquido poluente de cor escura e forte odor, é o resultado da decomposição de resíduos
orgânicos.
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diariamente a quantidade que é depositada e todo lixo é coberto no final do dia. Por outro
lado, nos lixões, os caminhões despejam o lixo sem o menor controle, favorecendo a
proliferação de bactérias e vermes danosos aos seres humanos.
Quando o aterro sanitário é devidamente preparado, é possível obter o biogás, assim
como os biofertilizantes, e desta forma, dando um melhor aproveitamento ao aterro
sanitário.
A preparação do solo para inicio das atividades de um aterro sanitário deve estar
fundamentada em critérios de engenharia ambiental, assim como as normas e operações
específicas, a fim de eliminar possíveis danos ambientais.
A preparação do solo vai desde a disposição de uma camada de polietileno de alta
densidade, e argila ou ainda, de uma lona plástica para impermeabilização do solo;
tratamento e direcionamento da água de chuva; e ações mitigadoras de riscos a saúde.
Segundo a Norma Técnica NBR 8419 (ABNT, 1984), que normatiza sobre aterros
sanitários, afirma que ele não deve ser construído em áreas sujeitas à inundação. Diz
também que entre a superfície inferior do aterro e o mais alto nível do lençol freático deve
haver uma camada de espessura mínima de 1,5 m de solo insaturado. O nível do solo deve
ser medido durante a época de maior precipitação pluviométrica da região. O solo deve ser
de baixa permeabilidade (argiloso).
O aterro deve ser localizado a uma distância mínima de 200 metros de qualquer
curso d’água. A arborização deve ser adequada nas redondezas para evitar erosões,
espalhamento da poeira e retenção dos odores.
Devem ser construídos no mínimo quatro poços de monitoramento para avaliar se
estão ocorrendo vazamentos e contaminação do lençol freático, sendo um a montante4 e três
a jusante5, no sentido do fluxo da água do lençol freático.
Outro processo é utilizado para lixos nucleares, tóxicos ou radioativos, chamado de
confinamento permanente. Nesse caso, túneis profundos são escavados e o lixo que não
pode ser destruído é depositado.
4 Montante –ponto que está antes da obstrução. 5 Jusante –ponto que está depois da obstrução.
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2.2. Incineradores
A incineração é muito utilizada para solucionar o problema do lixo hospitalar e
industrial em função dos contaminantes presentes. Esse processo elimina microorganismos
danosos a saúde, diminui o volume e o peso do lixo. Pode ser utilizado também como fonte
de calor para alguns processos industriais
Há possibilidade de uso da incineração com outros tipos de resíduos, como os
residenciais e os coletados nas ruas, porém, o impacto ambiental que a queima causa
desestimula o uso.
A queima deve ser constantemente controlada em função dos perigos que as cinzas
e a fumaça dessa queima podem gerar ao meio ambiente. Filtros eletrostáticos, lavadores de
gases e precipitadores de partículas auxiliam nas ações mitigadoras dos danos ambientais.
3. APRESENTANDO O BIOGÁS
Biogás é um tipo de mistura gasosa composta por aproximadamente 30% dióxido de
carbono (CO2), 55% de metano (CH4) e o restantes de outros gases como o nitrogênio (N2),
oxigênio (O2), hidrogênio (H2) e gás sulfidrico (H2S).
É produzido em meio anaeróbico pela ação de bactérias em matérias orgânicas, que
são fermentadas dentro de determinados limites de temperatura, teor de umidade e acidez.
Pode ser obtido do lixo, de resíduos agrícolas, de excrementos de animais e de esgoto
sanitário. O biogás é renovável, menos poluente e possui bastante materia prima para sua
geração.
O metano, principal componente do biogás, não tem cheiro, cor ou sabor, mas os
outros gases presentes lhe dão um ligeiro odor desagradável.
O poder calorífico do biogás varia de 5 000 a 7 000 Kcal/m³. Esta variação é
decorrente da menor ou maior pureza (menor ou maior quantidade de metano). O biogás
altamente purificado pode alcançar até 12 000 Kcal/m³. Como comparativo, o poder
calorífico do gás natural fóssil é 9400 Kcal/m³.
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Um metro cúbico de biogás equivale, segundo a EPA - Agência de Proteção
Ambiental dos Estados Unidos:
0,613 litro de gasolina
0,579 litro de querosene
0,553 litro de óleo diesel
0,454 litro de gás de cozinha
1,536 quilo de lenha
0,790 litro de álcool hidratado
1,428 KW de eletricidade
3.1. Por que biogás
A futura escassez do petróleo contribui para que este produto tenha o custo mais
elevado. Apesar das atuais descobertas de reservatórios de petróleo, a escassez do produto é
outra questão difícil de ser solucionada.
Pelo exposto anteriormente, o biogás surge no contexto nacional como alternativa
viável para uma nova fonte de energia renovável. Tendo o lixo ou outras matérias orgânicas
como matéria prima para obtenção desta fonte de energia considerada renovável e infinita,
tendo como tendência a diminuição do custo de produção do m³ do biogás, com o
desenvolvimento da tecnologia utilizada em todo processo produtivo do biogás.
Como já citado anteriormente, o biogás será produzido próximo ao local onde será
consumido, uma vez que o custo para comprimir e distribuir o biogás inviabilizaria o
projeto. Isso motivará a implantação de programas de melhorias nas condições atuais de
operação dos aterros sanitários. O excedente poderá ser vendido para a concessionária
responsável pela distribuição de energia elétrica, que terá uma estação geradora de energia
elétrica no local, havendo lucro também para a empresa administradora do aterro sanitário.
A população local também será beneficiada, pois o resíduo gerado diariamente terá
tratamento adequado e todo o processo aumentará a oferta de emprego, melhorando a renda
e a qualidade de vida da comunidade onde o aterro estiver instalado.
Atualmente, as empresas que seguem procedimentos ou utilizam maquinários
menos poluentes ou menos agressivos ao meio ambiente, ou que desenvolvem projetos que
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beneficiam a comunidade onde esteja inserida, obtém selos e certificações de
responsabilidade social e ambiental, melhorando a marca frente a investidores e acionistas.
Focando a manutenção, o ponto a ser observado é a possível corrosão causada pelo
biogás. A composição química o torna mais corrosivo quando comparado com o gás natural
fóssil. Porem, utilizando materiais adequados, isso pode ser contornado.
O custo para obter biogás é bem menor quando comparado com o custo de explorar
ou dissociar gás do petróleo, bem como necessita de pouca logística para seu transporte,
pois será gerada próximo do consumidor. São varias formas de se economizar optando por
utilizar o biogás na indústria.
Apesar de ter poder calorífico menor quando comparado com gás natural fóssil,
fabricantes já desenvolvem tecnologia para que máquinas como os grupos geradores
responsáveis por transformar o biogás em energia elétrica, tenham mesma eficiência, apesar
do menor poder calorífico do biogás.
3.2. Crédito de Carbono
O mercado de crédito de carbono teve inicio em 1997, com a assinatura do
Protocolo de Kyoto. Os signatários que assinaram o Tratado se comprometeram a reduzir
suas taxas de emissão de gás carbônico (CO2), e na hipótese da meta não ser alcançada,
haveria a possibilidade da compra de créditos de países em desenvolvimento que
mantivessem Mecanismos de Desenvolvimento Limpo6 (MDL).
O Brasil será beneficiado com a venda de créditos de carbono. Segundo cálculos do
Banco Mundial, o país terá participação de cerca de 10% no comércio, o que gerará algo
em torno de R$ 1,3 bilhão. Em 2005, a tonelada do carbono custava entre US$ 5 e 6
dólares.
Os projetos de geração de biogás que atenderem as exigências propostas na
convenção entram no comércio de créditos de carbono. Os projetos devem, de acordo com
a Resolução n°1 da Comissão Interministerial da Mudança do Clima, trazer benefícios no
âmbito social e ambiental, gerando emprego e renda.
6 Mecanismo de Desenvolvimento Limpo – mecanismo de flexibilização sugerido pelo Brasil na Convenção
Quatro das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas, que permite que paises que não atendam as metas de
redução de emissão de gases invistam em projetos de paises em desenvolvimento. Esses projetos devem
buscar a geração e utilização de energia menos poluente.
25
3.3. Processo de transformação do lixo em biogás
A tecnologia de biodigestores já tem pelo menos duas décadas no Brasil. Iniciou por
volta dos anos 80 com modelos provenientes da China e Índia. No entanto, o Brasil teve
algumas dificuldades na sua implantação, fazendo com que esta tecnologia caísse em
descrédito no meio rural.
Nestas duas últimas décadas houve avanços tecnológicos significativos que
possibilitaram a solução de várias dificuldades. Assim, é possível ter um modelo mais
econômico e de manejo mais simples.
O Brasil, por ser um país de clima tropical onde a temperatura é praticamente
constante, com média acima de 20°C, possui menos necessidade de sistemas adicionais
para aquecimento dos biodigestores. Isso é uma condição favorável para exploração dessa
fonte de energia.
Para a geração do biogás nos biodigestores, a temperatura, o pH e a fermentação
devem ser constantemente observados, uma vez que esses parâmetros determinam a
qualidade do biogás. A perda de controle desses parâmetros pode até matar as bactérias
responsáveis pela fermentação da matéria orgânica.
A temperatura deve ser mantida entre 20 e 65°C, sendo separada em duas fases
distintas. Se a temperatura for mantida entre 20 e 45°C, o processo ocorre na fase mesófila.
Nessa fase, as variações de temperatura podem ocorrer, desde que não sejam bruscas. É
também nessa fase que os compostos mais simples são degradados. Se a temperatura for
mantida entre 45 e 65°C, fase termófila, as variações de temperatura não são aceitáveis, por
outro lado, é possíveis se aplicar mais carga, possibilitando uma produção maior de gás
com menor tempo de retenção. Os compostos mais complexos são degradados.
Como citado anteriormente, o pH também deve ser monitorado. Em meio acido
(pH < 6,5), a atividade das enzimas das bactérias é nula. Em meio alcalino (pH > 7,5),
ocorre a produção de anidro sulforoso e hidrogênio, danosos as bactérias. Logo, o pH da
mistura deve ser mantido entre 6,6 e 7,4, ou seja, meio neutro, possibilitando a digestão e a
fermentação da mistura.
26
O tratamento de dejetos por digestão anaeróbia apresenta algumas vantagens,
como destruir organismos patogênicos e parasitas, a geração de metano (gás que
pode ser usado como uma fonte de energia) e estabilizar grande volume de dejetos
orgânicos diluídos a baixo custo.
3.4. Biodigestores
Para que seja possível a recuperação energética do biogás, um aterro sanitário
deverá contar com os seguintes sistemas:
• Sistema de impermeabilização superior: este sistema deverá evitar a fuga do
biogás para atmosfera. A cobertura superior dos aterros sanitários normalmente é feita com
argila de baixa permeabilidade compactada;
• Poços de drenagem de biogás: estes poços, escavados na massa de resíduos,
normalmente são feitos com brita e podem ser verticais ou horizontais. Alguns aterros
sanitários adotam um sistema misto.
• Rede de coleta e bombas de vácuo: a rede de coleta de biogás leva o biogás
drenado dos poços para a unidade de geração de energia elétrica. A rede coletora de biogás
normalmente é constituída por tubos de polietileno de alta densidade e deve ser aterrada
para evitar acidentes. As bombas de vácuo são importantes para compensar as perdas de
carga nas tubulações e garantir uma vazão regular de biogás para a unidade de geração de
energia elétrica.
• Grupos Geradores: estes equipamentos utilizam normalmente motores de
combustão interna desenvolvidos especialmente para trabalharem utilizando o biogás como
combustível. Também é possível a geração de energia elétrica através da utilização de
turbinas a vapor ou movidas a biogás.
A implantação de unidades de geração de energia elétrica em aterros sanitários
deverá ser precedida de estudo de viabilidade técnica e econômica. Este estudo deverá
obrigatoriamente indicar o potencial de geração de biogás no aterro sanitário, em função da
27
quantidade e da composição dos resíduos aterrados e avaliar o custo de geração de energia
elétrica comparando-o com o valor cobrado pela concessionária local.
Os objetivos dos biodigestores podem variar de localidade para localidade,
podendo ser empregados na obtenção de combustível de alta qualidade para as áreas
rurais, sendo, ao mesmo tempo, preservado o valor do efluente como adubo; pode visar
atender ao duplo objetivo de produção de energia e de tratamento de dejetos,
principalmente de animais em fazendas, o que possibilita o manuseio de um material
sem odores.
Para cada tonelada de resíduo disposto em um aterro sanitário, são gerados em
média 200 Nm³ de biogás. A geração do biogás em um aterro sanitário é iniciada alguns
meses após o início do aterramento dos resíduos e continua até cerca de 15 anos após o
encerramento da operação da unidade. Contudo, sua produção é mais estável se iniciada
após o fechamento do aterro, pois haverá menos movimentação do solo, e uma melhor
decomposição da matéria orgânica.
3.5. Vantagens do biogás
O biogás apresenta grandes vantagens sobre os aspectos econômicos e ambientais,
já que a sua produção elimina resíduos gerados diariamente e tem poder calorífico capaz de
mover motogeradores e turbinas, gerando assim a energia elétrica.
Outro ponto relevante é o uso do biogás na cozinha para cozimento dos alimentos,
em substituição ao gás tradicional (GLP – Gás Liquefeito de Petróleo). O biogás é mais
higiênico, pois não desprende fumaça e não deixa resíduos nos recipientes utilizados para
cozimento dos alimentos.
28
No meio rural, o desenvolvimento de um programa de geração e utilização do
biogás, oriundo do lixo, representa um recurso eficiente para tratar os excrementos
humanos e animais, melhorando a higiene e o padrão sanitário onde esse programa for
implantado. O lançamento de dejetos humanos e animais num digestor para produção de
biogás solucionam alguns problemas, como os ovos dos esquistossomos7 e ancilóstomos8,
bem como de bactérias, bacilos disentéricos9 e de outros parasitas.
Também no meio rural, a produção de biogás representa um avanço importante para
a solução do problema da disponibilidade de combustível.
A necessidade de reduzir o corte de árvores para obter lenha como combustível
estimula a obtenção de uma nova fonte geradora de energia. A geração de biogás e
fertilizantes obtidos a partir do lixo são exemplos da melhoria da qualidade de vida no
campo, diminuindo desta forma, o êxodo rural por falta de perspectivas econômicas.
Outras vantagens estão relacionadas à segurança. O biogás obtido do lixo, por
apresentar densidade inferior à do ar atmosférico, permite que em caso de vazamento, ele se
disperse na atmosfera com mais facilidade, tornando, desta forma, sua utilização mais
segura do que a utilização de outros gases, pela diminuição do risco de explosões e
incêndios. A característica de densidade inferior a do ar atmosférico é encontrada somente
nos gases Hélio e Hidrogênio.
O biogás possui alto índice de inflamabilidade, o que dificulta sua combustão em
contato com o ar. É necessária uma taxa de compressão alta, como as encontradas em
motores diesel, para queimar o biogás. Esse índice proporciona melhor queima de
combustível.
7 Tipo de verme parasita causador da esquistossomose, ou barriga d’água, uma doença crônica responsável
por milhares de mortes todo ano. 8 Tipo de verme parasita causador da ancilostomose, ou amarelão, doença caracterizada pela anemia e
infecção no intestino. 9 Tipo de bactéria causadora da disenteria, doença caracterizada pela infecção no intestino.
29
3.6. Desvantagens do biogás
O biogás é uma fonte de baixa densidade energética, sendo viável apenas em
grande escala e quando não existirem fontes alternativas disponíveis, mais competitivas;
além de necessitar de equipamentos adequados para sua manipulação, a fim de se evitar
impactos ambientas ou a saúde das pessoas envolvidas nas operações.
A composição química do biogás possibilita o aparecimento de corrosão, isto se
não forem usados os materiais resistentes à corrosão nas máquinas movidas a biogás.
3.7. Utilização do biogás
Por ser extremamente inflamável, o biogás oferece condições para ser usado em
diversas situações. Entre elas, algumas serão exemplificadas abaixo.
uso em fogões movidos a gás, fazendo substituição do tradicional GLP
pode ser usado em lampiões, substituindo os pequenos botijões de GLP.
utilizado como combustível em motores de combustão interna, tanto em
motores originalmente movidos a diesel, como motores movidos a gasolina
ou álcool. Como ilustra a figura 5.
em meio rural, pode ser utilizado em chocadeira, mantendo a temperatura
controlada e ideal para crescimento das aves.
em secadores de grãos.
no aquecimento e balanço calorífico de ambientes
Figura 5 – Motor veicular movido a biogás, utilizado para bombeio de fertilizante
30
A sua utilização no meio rural diminui custos com transporte do GLP, assim como
devolve ao solo em forma de adubo, a matéria orgânica.
O biogás também tem ampla utilização na industria. Pode ser combustível de fornos
e caldeira de geração de vapor. Também pode ser utilizado em motogeradores para geração
de energia elétrica. Essa geração pode ser feita no aterro onde o biogás será produzido.
3.8. Alterações nos motores à combustão interna para usar biogás como
combustível
Para utilização do biogás como combustível, é necessária a instalação de filtros, a
fim de tratar o biogás, eliminar as propriedades danosas ao sistema e aumentar o poder
calorífico. Nessa fase devem ser eliminados o gás sulfidrico (H2S) e a umidade.
No caso dos motores movidos à gasolina ou a álcool, além da instalação do kit de
cilindro, válvulas e tubulações destinadas à passagem do gás ou biogás, a central eletrônica
também deve sofrer configuração.
Nos motores movidos a diesel, duas opções são possíveis. Sendo a mais viável
aquela que é utilizando os dois combustíveis, o biogás e o diesel, sendo que a quantidade
mínima de diesel deve ser de 30%, uma vez que o gás não tem propriedade para entrar em
combustão apenas com a compressão. A outra opção é a instalação de kit completo para
transformação do motor diesel em motor do ciclo Otto (semelhante ao motor movido a
gasolina), com instalação de dutos, cabos elétricos e velas para permitir a combustão do
biogás.
A mistura de diesel com gás natural para ser utilizado como combustível nos
motores de combustão interna também é possível, porem, por ambos combustíveis serem
fósseis, poluem a natureza através da emissão de carbono. Com a utilização de
combustíveis renováveis, como biogás, essa equação de emissão e poluição se anula, uma
vez que o que é emitido para a atmosfera, a própria natureza retira durante a produção da
matéria prima do combustível.
31
3.8.1. Modificações de fabricante de motores
A seguir são citadas algumas modificações realizadas pelo fabricante de motores
Arapongas10. Tais mudanças objetivam aumentar o rendimento dos motores de combustão
interna movido a biogás, além de diminuir a emissão de poluentes, e ainda diminuir o
consumo e otimizando o rendimento térmico do motor.
Redimensionamento da câmara de combustão do motor de combustão interna, para
otimização da combustão do biogás.
Adoção de sistema de ignição elétrica com gerenciamento eletrônico, abrangendo a
adaptação de velas de ignição no cabeçote do motor de combustão interna.
Adoção de controle eletrônico de velocidade do motor de combustão interna.
Adoção de controle automático de mistura ar /combustível.
Redimensionamento do sistema de admissão e escape, para melhorar economia de
combustível e emissão de poluentes (eixo comando de válvulas, turbina e coletores).
Redimensionamento do sistema de arrefecimento, para uma maior eficiência
(intercooler, radiador e ventilador).
Substituição de componentes e peças por outras de material mais resistente à
corrosão.
4. MANUTENÇÃO
Hoje ainda fica difícil concluir toda a manutenibilidade necessária para manter um
motor movido a biogás rodando pelo mesmo tempo que motores já antigos no mercado. Os
fabricantes desses motores afirmam ser prematuro determinar o comportamento de seus
motores, uma vez que o tempo de uso é curto, o que ainda não permitiu a confecção de
histórico e experiência dos usuários.
10 Fabricante de motobomba, motores e geradores movidos a biogás.
32
Em função dos estudos realizados, pode-se afirmar:
Que o óleo lubrificante utilizado nos motores de combustão interna deve ser mais
viscoso (entenda-se como adevidade e não como índice de viscosidade) do que o
óleo utilizado normalmente. Isso é necessário pois o biogás tem mais propriedade
detergentes que o diesel, havendo necessidade de formar uma película mais
espessa, a fim de evitar desgastes maiores.
Outra alteração é realizada na sede de algumas das válvulas de admissão e
descarga, uma vez que o biogás é mais corrosivo que o fluido para o qual o motor
foi projetado. E, como todo projeto em sua fase de experiência, a manutenção
preventiva terá periodicidade menor se comparado com o motor original, tanto
para verificação de estado das peças, quanto para ajustes necessários.
O que alguns afirmam é que a manutenção não será diferente da praticada
atualmente para motores movidos a gás natural (obtido do petróleo), uma vez que são
estruturalmente parecidos.
Porem, apesar do custo de implantação ser superior aos motores disponíveis no
mercado, as vantagens ambientais e o custo com combustível (aumento do valor do barril
de petróleo) torna cada vez mais atrativo a utilização de motores que utilizem como
combustível o biogás, seja motor de combustão interna, ou gerador de energia elétrica ou
motobombas.
33
4.1. Comparativo entre manutenção de motores movidos a diesel, movidos
a gasolina e movidos a biogás
Sendo sistemas semelhantes, e utilizando como referência a manutenção de um
motor movido a diesel, como ilustra a figura 6, que pode ser adaptado e ter como
combustível único o biogás ou ser movido com mistura de biogás e diesel. Nesse motor de
combustão interna, numa manutenção preventiva normal, são verificados o estado e
desgaste de peças, como correias, eixos e acoplamentos, bem como substituição do óleo. Os
instrumentos indicativos de temperatura e pressão também são verificados a fim de se ter
leituras precisas dos parâmetros de funcionamento da máquina.
Motor Diesel CUMMINS modelo 6CT8.3 visto em corte
Figura 6 – Motor Diesel CUMMINS modelo 6CT8.3 visto em corte
Realizando contato com Branco Motores, fabricante de máquinas movidas a biogás,
foi informado que com relação a manutenções dos motores após funcionamento com
biogás, não havia resíduos.
34
O plano de manutenção preventiva para motores movidos a biogás foi baseada,
inicialmente, em planos utilizados para motores movidos a gasolina, uma vez que são
essencialmente parecidos. Porem, após a realização de algumas manutenções preventivas,
obtendo repetibilidade nos testes, foi verificado que os motores quando em funcionamento
com biogás, duram cerca de 3x mais que os movidos a gasolina.
O gás utilizado nos teste da empresa Branco Motores vem direto do biodigestor, que
era alimentado com resíduos de suínos e de gados. Antes de entrar nas máquinas, a única
filtragem a qual o gás era submetido era feita por filtro de esponja de aço, para retirada do
gás sulfídrico.
5. CUSTOS
O consumo de diesel durante a geração de energia representa cerca de 80% dos
gastos. Esse consumo é considerado ótimo quando fica em torno de 220 gramas ou 0,270
litros por KW gerado.
Para fatores de conversão, 1 m³ de biogás equivale a 0,553 litros de diesel. Seguindo
essa fórmula, esse mesmo consumo tido como ótimo, ficaria em torno de 0,75 m³ de biogás
por KW gerado.
Quando se trata de utilização do biogás para geração de energia elétrica, a pesquisa
da MSc Karina Ribeiro Salomom, para o Núcleo de Excelência em Energia Térmica e
Distribuída da UNIFEI – Universidade Federal de Itajubá, afirma que quando se utilizam
motores Otto, o custo para cada MWh gerado é de R$ 64,64. Por outro lado, quando se
utiliza turbina, esse custo sobe para R$ 157,76. Levando-se em conta que o consumo é
igual para ambos, girando em torno dos 0,46 Kg/s, a principal diferença entre os processos
de geração de energia é a maior eficiência da turbina, em torno de 32% contra 30% do
motor Otto.
O Proinfa, programa do governo federal que tem como objetivo financiar e apoiar
novas fontes de energia alternativas, fixou, em março de 2004, em R$169,08 o valor de
venda do MWh gerado em aterros sanitários. Com isso, verifica-se a vantagem da
utilização dos motores Otto quando comparados com as turbinas.
35
Nesse mesmo ano, 2004, pesquisa que Alexandre Nóbrega da Silva e Maurílio José
de Medeiros Vieira, apresentaram na Universidade Federal de Goiás, mostra cálculos que
afirmam que o custo de geração de cada MWh utilizando motores a diesel era de
R$ 423,25. Esse custo é bem superior aos valores apresentados no parágrafo anterior,
constatando a vantagem na substituição do diesel pelo biogás.
Para se fazer comparação, o governo federal, segundo dados publicados em sua
página na Internet no dia 10/12/2007, comprará energia elétrica da usina hidrelétrica de
Santo Antonio, que será a primeira das duas que farão parte do Complexo Hidrelétrico do
Rio Madeira, em Rondônia, por R$ 78,87, com inicio previsto para 2012.
Quando se trata de custo de cada equipamento, é difícil obter o preço de máquinas
grandes, que geram energia na faixa dos MWh’s. Porém, após consulta ao revendedor de
motores de pequeno porte, foi fornecida, com foco educacional, tabela comparativa de
preços de motores movidos a biogás e a diesel. Os preços são próximos, tendo como
principal atrativo o custo com combustível no momento da compra dos referidos
equipamentos.11,12
Os Preços para a Linha de Produtos Movidos a Biogás são:
Motor B4T BIO 10,0 cv R$ 1.342,67
GeradorB4T- 5000 BIO R$ 2.711,51
Motobomba B4T- 709 BIO R$ 2.173,69
Motobomba B4T- 817 Chorume BIO R$ 2.173,69
Os Preços para a Linha de Produtos Movidos a Diesel são:
Motor Diesel BD 10.0 cv R$ 1.550,00
Gerador BD 4000 CF R$ 1.968,00
Motobomba BD 709 R$ 2.240,00
Motobomba BD 817 R$ 2.480,00
11 Esses valores são para comparação didática, não representando o valor de venda ao
consumidor final. 12 Dados obtidos em 07 /04/ 2008.
36
6. VISITA TÉCNICA À USINA BANDEIRANTES
A visita a Usina Bandeirantes ocorreu no dia 09/04/08. A Usina está localizada no
bairro de Perus, na cidade de São Paulo. Ela gera energia elétrica com biogás obtido no
aterro municipal, atualmente desativado ( não recebe lixo). A geração de energia teve
iniciou em 2004, com previsão de manter a geração atual durante 15 anos, ou seja, até
2019, quando a produção de biogás começará a diminuir.
Enquanto o aterro está em funcionamento, o lixo é depositado em camadas,
intercaladas com camadas de brita. Com isso são formados bolsões de gás após a
decomposição dos resíduos depositados. Esses bolsões são succionados por Blowers (na
usina são 4). Ilustrados na figura 7.
Figura 7 – Os 4 succionadores responsáveis por puxar o gás do aterro
O gás chega aos Blowers com temperatura ambiente, sendo necessário resfriamento
para retirada de umidade. O líquido vai para depósito e em seguida para tanque de
chorume, localizado no aterro.
O gás aquece após passar pelos Blowers, sendo necessário controlar essa
temperatura de saída, já que para manter o bom funcionamento dos grupo geradores, a
temperatura deve ser inferior a 55°C, temperatura que causa desarme da máquina.
37
É necessário também a filtragem para eliminação de parte das impurezas. Toda a
vazão de gás é totabilizada, e, quando da queda de alguma máquina, o gás excedente é
direcionado para os queimadores (total de 2, como ilustra a figura 8, que são acionados de
forma independente e de acordo com a quantidade de gás a ser queimada).
Figura 8 – Os 2 queimadores existentes na usina, responsáveis por queimar o
excedente de gás
Antes de entrar para as câmaras de queima, o gás é filtrado novamente a fim de
diminuir o efeito das impurezas que ele carrega. Para comparação, o gás oriundo do
petróleo tem cerca de 90% de metano, enquanto que o gás do lixo tem apenas 50% de
metano, ou seja, metade do gás gerado no aterro é impureza.
38
Na Usina há 24 grupo geradores modelo 3016, com 16 cilindros, de ciclo Otto e
fabricação da Caterpillar. (Um exemplar pode ser observado na figura 9). o objetivo é ter
23 operando e 1 parado para manutenção. Tendo produção de 15000 NM³/h, o consumo
médio de cada uma das 23 máquinas em operação é cerca de 540 NM³/h, sendo o restante
queimado.
Figura 9 – Grupo gerador
Para diminuir os efeitos das altas temperaturas geradas pelo funcionamento dos 12
grupos geradores que cada sala possui, foram instalados exaustores, com objetivo de
melhorar a ventilação do ambiente. Um dos exaustores pode ser visto na figura 10.
Figura 10 – Exaustor
39
Os radiadores responsáveis pelo resfriamento interno das máquinas também estão
instalados no piso de cima, ficando em área descoberta e bem ventilada. Um exemplar é
ilustrado na figura 11.
Figura 11 – Radiador
40
A filosofia de manutenção adotada na Usina é a monitoração constante das
máquinas, a fim de evitar a formação de resíduos danosos ao sistema, assim como paradas
não programadas na planta de processo. O grande enfoque é na manutenção detectiva e
preventiva. A cada 250 horas, é feita coleta de óleo lubrificante para verificação do estado
do motor, sendo verificado a presença de partículas metálicas, se óleo está dentro dos
padrões normais de viscosidade, acidez, coloração e parâmetros que informam alguma
anomalia no funcionamento da máquina. Também são medidas as temperaturas do cilindro,
como ilustrado na figura 12 e de várias partes da máquina.
Figura 12 – Detalhe do medidor de temperatura do cilindro
41
A cada 1000 horas, o óleo e o filtro de óleo são trocados, é feita regulagem nas
velas, nos pontos das válvulas. Nesse ritmo, são as manutenções de 2000h, 4000h, 8000h e
todas as subseqüentes. Em algumas dessas revisões ocorre inspeção visual de partes do
motor, como ilustrado nas figuras 13 e 14, onde parte do cabeçote está em manutenção.
Figura 13 – Detalhe das válvulas
Figura 14 – Detalhe de parte do cabeçote em manutenção
42
O cronograma de manutenção preventiva é seguido e programado de acordo com
histórico mundial das máquinas. A Caterpillar possui banco de dados de todas as máquinas
produzidas. O número de série permite a rastreabilidade das máquinas, o que proporciona
um ciclo de melhoria contínua no processo de manutenção.
O óleo lubrificante utilizado na Usina é produzido pela Móbil e desenvolvido
especialmente para essas máquinas.
O programa de manutenção preventiva adotado pela Usina aumenta
significativamente a vida útil das máquinas. As medições freqüentes têm como objetivo o
aumento da disponibilidade e confiabilidade das máquinas, já que a Sotreq ( responsável
pela geração de energia, operação e manutenção das máquinas, e braço do grupo
Caterpillar) paga multa por não produção de energia.
As máquinas trabalham de forma ininterrupta, exceto quando em manutenção.
Quando a análise preliminar sinaliza a necessidade de parada, essa é programa a fim de
evitar a indisponibilidade da máquina. Tem a revisões mais completa após funcionar
100000h, na qual são substituídos componentes grandes da máquina, porém, no presente
caso, é o inicio do declínio de produção de biogás, diminuindo a necessidade de manter o
mesmo número de máquinas em funcionamento.
Todo o processo de geração de energia elétrica é monitorado por sistema
supervisório, possibilitando um melhor controle das condições das máquinas e da geração
de energia.
43
Os grupos geradores estão separados em duas barras, cada uma com disjuntor para
média tensão vinda da rede, como ilustrado na figura 15, e cada equipamento tem disjuntor
de baixa tensão. A Usina recebe energia da rede, fornecida pela Eletropaulo, e devolve o
que gera também para a rede elétrica.
Figura 15 – Sala de painéis dos grupos geradores, com transformadores de média
tensão.
A Usina é um consórcio, no qual fazem parte o Unibanco, como dono do projeto, a
Sotreq com a parte de geração de energia elétrica, bem como manutenção dos grupos
geradores, a Biogás como fornecedora do combustível (biogás) para as máquinas, a
empresa Logas, e a prefeitura de São Paulo responsável pelo aterro sanitário.
44
7. CONCLUSÕES
Conforme observado ao longo desta pesquisa, várias alterações são necessárias para
que seja possível utilizar o biogás como combustível de geradores, motores e máquinas em
geral. O custo dessas modificações ainda é alto, pois é necessária a utilização de materiais
específicos capazes de suportar a corrosividade do biogás. As alterações estruturais de
motores e máquinas requerem conhecimento e tecnologia por parte dos executantes.
Contudo, com os freqüentes aumentos de preço do barril de petróleo, e
conseqüentemente dos combustíveis ( diesel, gás natural, gás de cozinha ), outras fontes
energéticas se tornam cada vez mais atraentes aos investidores.
A necessidade brasileira de diversificar a matriz energética é cada vez maior. A
dependência das chuvas e de condições climáticas favoráveis para geração de energia deve
deixar de ser preocupação anual de toda a população, uma vez que os períodos de seca
sempre levam a possibilidade de racionamento de energia elétrica.
O biogás tem grandes perspectivas para o futuro, principalmente como substituto do
gás natural fóssil, tanto pelo custo para sua obtenção, quanto pela quantidade existente, já
que se trata de fonte renovável de energia, e também pela atual preocupação mundial com
as questões ambientais.
A comercialização do biogás como créditos de carbono também se torna um grande
atrativo para sua utilização e produção. Como dito anteriormente, o Brasil tem grande
potencial para esse mercado.
O Desenvolvimento da tecnologia de processamento de biogás seria mais
intensificado com incentivos governamentais, visto que o país busca diversidade em sua
matriz energética.
45
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Dissertação de mestrado, Universidade de São Paulo, USP, São Paulo, SP,
Brasil.
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Qualitymark. 2003.
- SALOMON, Karina Ribeiro, Apresentação sobre Avaliação técnico-econômica
da biodigestão anaeróbica de vinhaças, Universidade Federal de Itajubá,
UNIFEI, SP, Brasil.
- SILVA, Alexandre Nóbrega da; Vieira, Maurílio José de Medeiros (2004),
Autogeração com grupo de motor diesel, Monografia, Universidade Federal de
Goiás, Goiás, Brasil.
- Boletim da Escola Nacional de Serviço Urbanos do IBAM e Ministério das
Cidades – Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental.
- ARAPONGA, fabricante de motores movidos a biogás.
- BRANCO MOTORES, fabricante de motores movidos a biogás
- Visita técnica a Usina Bandeirantes, geração de energia utilizando biogás.
- Nota técnica do VI Encontro de Parcerias para o Desenvolvimento Tecnológico
e Industrial em Bioenergia (2001), Florianópolis, SC, Brasil.
46
SITES DA INTERNET
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- http://www.aondevamos.eng.br, acessado dia 10 de agosto de 2007.
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- http://www.cenbio.org.br , acessado dia 05 de fevereiro de 2008.
- http://www.cimm.com.br , acessado dia 05 de fevereiro de 2008.
- http://www.comciencia.br, acessado dia 30 de julho de 2007.
-http://www.demec.ufmg.br, acessado dia 01 de outubro de 2007.
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