ISBN

978

-85-

6085

6-07

-1

SérieEnergias Renováveis

SérieEnergias Renováveis

BIOMASSA

SérieEnergias Renováveis

SérieEnergias Renováveis

BIOMASSA

Karina Ribeiro SalomomGeraldo Lúcio Tiago Filho

Itajubá, 2007.

1º EdiçãoOrganizado por Geraldo Lúcio Tiago Filho

Sumário1.0 – Introdução

1.1 – Principais tipos de biomassa

2.0 – O biogás

2.1 – Histórico do biogás

2.2 – Características do biogás

2.3 – Composição química do biogás

2.3.1 – Diferentes biomassas e a produção de biogás

3.0 – Processos de produção do biogás

3.1 – Biodigestão anaeróbica

3.2 – Condições indispensáveis à digestão anaeróbica

4.0 – Biodigestores

4.1 – Tipos de biodigestores

4.1.1 – Processo descontínuo (batelada)

4.1.2 – Processo contínuo

4.2 – Operação e carregamento do biodigestor

4.3 – Biofertilizante

5.0 – Outras tecnologias para conversão energética

5.1 – Uso de biomassa para produção de energia

6.0 – Unidade experimental de biodigestor rural

6.1 – Descrição

6.2 – Materiais e serviços necessários

7.0 – Referências bibliográficas

04050809111313141617192122222323252731313334

Edição

Centro Nacional de Referência em Pequenas Centrais Hidrelétricas

Presidente: Ivonice Aires Campos

Secretário Executivo: Geraldo Lúcio Tiago Filho

Projeto Gráfico

Orange Design

Editoração e Arte-Final

Adriano Silva Bastos

CERPCH - Centro Nacional de Referência em Pequenas Centrais Hidrelétricas

Avenida BPS, 1303 - Bairro Pinheirinho CEP: 37500-903 - Itajubá - MG - Brasil

Tel: (+55 35) 3629-1443 Fax: (+55 35) 3629 1265

Obra publicada com o apoio do Ministério de Minas e Energia e da Fundação de Apoio

ao Ensino Pesquisa e Extensão de Itajubá

Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca Mauá -Bibliotecária Margareth Ribeiro - CRB_6/1700

S173b

Salomom, Karina Ribeiro Biomassa / Karina Ribeiro Salomom e Geraldo Lúcio Tiago Filho;organizado por Geraldo Lúcio Tiago Filho ; revisão de Ângelo StanoJúnior e Adriana Barbosa ; colaboração Camila Rocha Galhardo edi_toração e arte-final de Adriano Silva Bastos. -- Itajubá, MG : FAPEPE, 2007. 36 p. : il. -- (Série Energias Renováveis)

ISBN: 978 - 85 - 60858 - 01 - 9

1. Energias renováveis. 2. Termoeletricidade. I. Título.

ISBN: 978 - 85 - 60858 - 07 - 1

CDU 620.91

Revisão

Ângelo Stano Júnior

Organização

Prof. Dr. Geraldo Lúcio Tiago Filho

Colaboração

Camila Rocha Galhardo

Adriana Barbosa

Nesta apostila serão abordados os temas sobre biogás, bem como sua gasificação. Será apre-

sentado um pouco do histórico do biogás, suas características, o processo de produção e equipa-

mentos utilizados para isto.

Biomassa é toda a matéria de origem vegetal, existente na natureza ou gerada pelo homem

ou animal. Os materiais mais utilizados para obter energia a partir de biomassa são a lenha, o

carvão vegetal, a cana-de-açúcar e seus produtos, os óleos vegetais, entre outros. A energia dis-

ponível na biomassa tem sua origem na energia solar, dado que os vegetais, através da fotossín-

tese, absorvem uma pequena quantidade de energia da radiação visível do espetro solar, con-

forme mostrado na figura 1.1.

O exemplo mais conhecido do uso da biomassa é a madeira, a fonte de energia mais antiga

que a humanidade conhece. A madeira é composta de celulose, lignina e outros componentes.

Para produzir calor durante a combustão da madeira, é requerido oxigênio e liberado dióxido

de carbono (CO ).2

O uso da biomassa oferece grandes vantagens energéticas, ambientais e econômicas. Além

de ser uma fonte de energia renovável, não ocorrem, durante sua utilização, emissões de óxidos

de enxofre, responsáveis pelas chuvas ácidas, e nem contribuição para o aumento do efeito estu-

fa, já que o CO emitido é novamente absorvido durante a fotossíntese das plantas.2

Uma das principais fontes de energia de biomassa é o aproveitamento do excremento. Esta

biomassa, quando decomposta pela ação de bactérias em recipientes totalmente fechados, cha-

mados digestores anaeróbicos, produz gás metano, dióxido de carbono, hidrogênio, nitrogênio

e ácido sulfídrico. O metano recuperado pode ser aproveitado para diferentes aplicações, como

por exemplo para cozinhar, esquentar água e como fonte de luz artificial. Além disso, os sub-

produtos do processo, que são o nitrogênio, o fósforo e o potássio, podem ser usados como ferti-

lizantes.

A exploração agrícola e pecuária gera um grande volume de resíduos, da mesma forma que

acontece no caso de matadouros, destilarias, fábricas de lacticínios, esgotos domésticos e esta-

ções de tratamento de lixo urbano. A carga poluente assim produzida é muito elevada, e impõe

a necessidade de criação de soluções que permitam diminuir os danos provocados por essa po-

luição, uma das quais é a utilização dessa biomassa para geração de energia. A energia dessa bio-

massa pode ser aproveitada de duas formas, ou através da conversão termoquímica ou através

da conversão biológica. A primeira se refere à utilização de vegetais e rejeitos orgânicos para

produzir calor mediante a combustão (queima). O segundo tipo de conversão acontece por me-

io da fermentação anaeróbica, na qual a matéria orgânica se descompõe em presença de bactéri-

as que não necessitam de oxigênio (anaeróbias), que são chamadas metanogênicas porque pro-

duzem o chamado biogás, composto principalmente pelo gás metano.

Até há pouco tempo o biogás era simplesmente encarado como um sub-produto, obtido a

partir da decomposição anaeróbia (sem presença de oxigênio) de lixo urbano, resíduos animais

e de lodos provenientes de estações de tratamento de efluentes domésticos. No entanto, o acele-

rado desenvolvimento econômico dos últimos anos e a subida acentuada do preço dos combus-

tíveis convencionais, têm encorajado as investigações na produção de energia a partir de novas

fontes alternativas e economicamente atrativas, buscando, sempre que possível, criar novas for-

mas de produção energética que possibilitem a conservação dos recursos naturais.

1.1 - Principais Tipos de Biomassa

De forma geral, qualquer resíduo orgânico pode ser utilizado como biomassa, embora uns te-

nham características energéticas mais interessantes que outros. À seguir são listadas algumas

fontes de biomassa e suas características.

Lenha

A lenha foi a primeira fonte de energia usada pelo homem para a obtenção do fogo, que pas-

sou a ser usado para aquecer e iluminar o ambiente, para cozer alimentos e até mesmo para defe-

sa contra animais ferozes. O desenvolvimento das técnicas de combustão da lenha tornou-se a

base energética da civilização antiga, levando ao desenvolvimento de atividades importantes,

como a fabricação de vidro, a fundição de metais, a cerâmica, etc.

Pode-se obter a lenha através do extrativismo da mata nativa ou a partir de áreas refloresta-

das. A lenha continua a ser usada ainda hoje por aproximadamente metade da população da

Terra, em lareiras, fornalhas, fogões a lenha, caldeiras industriais, principalmente por ser uma

fonte energética de baixo custo.

Quando a extração é feita de modo irracional, as conseqüências para o ambiente podem ser

Capítulo 1Capítulo 1Introdução

FotossínteseResíduos agrícolas e florestais

Resíduos animais Resíduos industriais

Resíduos sólidos urbanos e águas residuais

BIOMASSA

Figura 1.1 - Processo de produção de biomassa

04 05

notáveis, como por exemplo, a destruição dos habitats de várias espécies da fauna e flora, mu-

danças climáticas e, conseqüentemente, o desequilíbrio ecológico. Sendo assim, uma das alter-

nativas para evitar que danos ambientais causados pelo desmatamento de florestas nativas

aconteçam, está em fazer o plantio de espécies apropriadas em áreas de reflorestamento para a

produção da lenha. O pinheiro é a árvore mais utilizada nos reflorestamentos porque sua made-

ira possui baixa quantidade de água em sua composição, caracterizando-se como boa produto-

ra de calor. A serragem e os cavacos que sobram das serrarias ou do corte de madeiras apresen-

tam melhor combustão porque são pequenos em relação aos troncos.

Carvão vegetal

O carvão vegetal é obtido pela queima da madeira em fornos especiais, feitos de alvenaria,

que atingem uma temperatura média de 500ºC. O Brasil é o maior produtor de carvão vegetal

do mundo, atendendo cerca de um quarto de toda energia consumida nos altos fornos brasilei-

ros. Aproximadamente 30% desse carvão é obtido a partir de reflorestamento sendo que os res-

tantes 70% vêm do desmatamento de grandes áreas do cerrado ao norte de Minas Gerais, sul da

Bahia, na região de Carajás no Pará e no Maranhão. As indústrias de fabricação de ferro e aço

consomem 85% do carvão produzido, as residências 9%, o comércio como as churrascarias, piz-

zarias e padarias 1,5%. É usado, também, nas locomotivas a vapor ainda existentes em alguns lu-

gares do Brasil.

Óleos vegetais

Dentro dos tecidos existentes nas folhas ou caule de alguns vegetais, há uma substância oleo-

sa que pode ser utilizada para queimar. Também, pode-se obter essa substância de algumas se-

mentes que, ao passar por um processo mecânico de pressão, são quebradas. Depois deste pro-

cesso mecânico, é aplicado um processo químico que usa o hexano (solvente líquido) para ex-

trair somente o óleo. Posteriormente, esse óleo vai ser refinado, clarificado e desodorizado per-

dendo, assim, o cheiro forte.

Os óleos vegetais são provenientes de

plantas oleaginosas como a soja, o algodão, o

dendê, o girassol, a mamona, a palma (figura

1.2), entre outros. A principal utilização dos

óleos vegetais, além da produção dos óleos co-

mestíveis e lubrificantes, será, no futuro, co-

mo biodiesel, que é uma alternativa ao diesel

derivado do petróleo.

Cana-de-açúcar

A cana-de-açúcar é originária da Ásia e foi introduzida na América, por Cristóvão Colombo,

em meados de 1.492. Tem grande uso na pecuária, pois serve de alimento para o gado.

Fique por dentro!

A lenha é um combustível composto de celulose, resina, água e sais minerais.

Além da Índia e do Brasil, estão entre os principais países do mundo na produção ca-navieira a Tailândia, o México, a Austrália e a África do Sul.

Os bagaços da cana, também, podem ser utilizados como ração para animais confina-dos e adubo para as lavouras.

Com o caldo extraído, através de moendas, pode-se produzir garapa, pinga, açúcar, rapadu-

ra, álcool combustível e álcool de cozinha.

Atualmente, usa-se o bagaço da cana como combustível para a geração de energia elétrica

em turbinas a vapor.

No Brasil, afirma-se que coube a Martim Afonso de Souza a instalação do primeiro engenho,

na capitania de São Vicente - SP, no ano de 1.533. O segundo foi instalado em Pernambuco, por

Jerônimo de Albuquerque, em 1.535. O Brasil é o segundo país do mundo com grandes canavi-

ais, que abrangem Estados como São Paulo, Paraná, Alagoas, Minas Gerais, Pernambuco, Mato

Grosso do Sul, Mato Grosso, Rio de Janeiro e Paraíba, ficando abaixo da Índia que ainda é o pri-

meiro produtor mundial de cana.

O processo de produção do álcool, que é um biocombustível, está apresentado na cartilha de

dendroenergia.

Resíduos Sólidos e Líquidos Urbanos

Por resíduo sólido entende-se qualquer material inútil, indesejável ou descartado, cuja com-

posição ou quantidade de líquido não permita que escoe livremente. Segundo o CONAMA são

os "resíduos nos estados sólido e semi-sólido que resultam de atividades da comunidade, de ori-

gem industrial, comercial, doméstica, hospitalar, agrícola, de serviços e de varrição. Ficam in-

cluídas nesta definição os lodos provenientes dos sistemas de tratamento de água, aqueles gera-

dos em equipamentos de controle da poluição, bem como determinados líquidos cujas particu-

laridades tornem inviável seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos d'água, ou exi-

jam para isso soluções técnica e economicamente inviáveis, em face à melhor tecnologia dispo-

nível" (Resolução nº 5, de 5.08.93, do CONAMA). Já os resíduos líquidos urbanos são os efluen-

tes domésticos e industriais.

Resíduos sólidos agrícolas

Resíduos sólidos resultantes da criação e abate de animais e do processamento da produção

das plantações e cultivos.

Figura 1.2: Plantação de palmas

06 07

Capítulo 2Capítulo 2

EXER

CÍCI

OS

Responda:

1) O que é biomassa?

2) A biomassa pode ser considerada uma fonte renovável de energia?

Para que devemos utilizar fontes renováveis de energia?

3) Quais os principais tipos de biomassa?

4) Quais as principais vantagens da utilização da biomassa?

O biogás

2.1 - Histórico do Biogás

Apesar do processo de biodigestão anaeróbia ser conhecido há muito tempo, só mais recen-

temente é que tem sido desenvolvido e difundido mundialmente. A China tem sido o país que

mais desenvolveu o biogás no âmbito rural, visando atender, principalmente, a necessidade de

energia para cozimento e iluminação doméstica (MASSOTTI, 2004). Acredita-se que haja mais

de 8 milhões de unidades no país. A Índia também tem desenvolvido uma larga propagação de

biodigestores, possuindo um total de 150 mil unidades instaladas.

No Brasil os estudos com biogás foram iniciados de maneira mais intensa em 1976. Apesar

disso, os resultados alcançados já nos asseguram um bom domínio tecnológico e podemos nos

qualificar como aptos a desenvolver um vasto programa no âmbito nacional com biogás, seja no

setor agrícola ou no setor industrial.

2.2 - Características do Biogás

"O Biogás é um gás inflamável produzido por microorganismos, quando matérias orgânicas

são fermentadas dentro de determinados limites de temperatura, teor de umidade e acidez, em

um ambiente impermeável ao ar”.

O metano, principal componente do biogás, não tem cheiro, cor ou sabor, mas os outros ga-

ses presentes conferem-lhe um ligeiro odor de alho ou de ovo podre.

A presença do gás sulfídrico (H S) no biogás, torna-o corrosivo, sendo portanto necessário 2

um tratamento antes de seu uso. Este tratamento consiste em eliminar o gás sulfídrico por meio

de uma lavagem com lixívia de Hidróxido de Potássio. O resultado será um sal que poderá ser

adicionado ao biofertilizante para enriquecê-lo com enxofre e potássio (MARTINS, 2003).

Segundo o TECPAR, 2002, outra maneira de remover o gás sulfídrico é através da utilização

de esponjas ou limalhas de ferro e resíduos de serragem da madeira, formando assim um filtro

purificador. O ferro metálico em contato com o gás sulfídrico reage formando sulfetos de ferro.

A serragem serve para absorver a umidade e evitar formação de blocos de ferro no interior do fil-

tro, os quais impediriam a circulação do biogás dentro do purificador. Após certo período, todo

o ferro é transformado em sulfeto, assim o filtro perde sua capacidade de purificação, sendo ne-

cessária a renovação da carga do purificador.

08 09

10 11

A digestão anaeróbica para produção de biogás possui vantagens e desvantagens conforme

relacionado a seguir (TECPAR, 2002).

As vantagens são:

- É um processo natural para tratamento de rejeitos orgânicos;

- Requer menos espaço que aterros sanitários;

- Diminui o volume de resíduo a ser descartado;

- Reduz significativamente a quantidade emitida de dióxido de carbono (CO ) e de meta-2

no (CH ), gases causadores do efeito estufa;4

- Apesar do custo inicial, numa perspectiva em longo prazo o processo resulta numa

grande economia, pois reduz gastos com eletricidade, transporte de botijão de gás, esgoto,

descarte dos demais resíduos, etc.

As desvantagens são:

- Formação de gás sulfídrico, gás tóxico com cheiro desagradável;

- Dependendo do tipo de resíduo a quantidade de biogás será maior ou menor, o que im-

plica numa possível etapa de tratamento do gás obtido, dependendo do uso dado ao mesmo;

- Custo extra de manutenção devido à escolha adequada do material utilizado na cons-

trução do biodigestor, pois há formação de gases corrosivos (CETTO, 2002).

O transporte do biogás para seu uso final deve ser feito por uma bomba compressora de gás,

caso o seu destino seja uma distância superior a 500 metros do local de produção. Isto é necessá-

rio uma vez que o biogás é produzido e armazenado sob baixa pressão (FERRAZ e MARRIEL,

1980). Considerando que, usualmente, o biogás é utilizado em lugar afastado do seu local de pro-

dução, o transporte por compressores evita a formação de “barrigas d'água” nas tubulações cau-

sadas pelo vapor d'água presente no gás. A água condensa pela diferença de temperatura entre

o interior da tubulação e o ar ou solo (quando estão enterradas) (TECPAR, 2002).

Quando o metano queima produz uma chama geradora de uma grande quantidade de 3energia térmica. Segundo BARNETT et al 1978, a queima de 1 m de biogás gera entre 5.200 e

5.900 kcal de energia térmica (1kcal é o suficiente para aquecer 1 kg de água em 1 °C). Esta varia-

ção decorre de sua maior ou menor pureza, ou seja, maior ou menor quantidade de metano. O 3biogás altamente purificado pode alcançar 12.000 kcal por metro (TECPAR, 2002). Apresenta-

3se, à seguir, a comparação entre o poder calorífico de 1 m de biogás e outros produtos 3(BARRERA, 1993). 1 m de biogás corresponde a:

- 0,61 litro de gasolina;

- 0,58 litro de querosene;

- 0,55 litro de diesel;

- 0,45 litro de gás de cozinha;

- 1,53 quilo de lenha;

- 0,79 litro de álcool hidratado;

- 1,43 kW.

Em uma propriedade o biogás pode ter diversas utilizações, entre as quais pode-se citar:

- no fogão a gás;

- na geladeira a gás ou querosene;

- no lampião a gás;

- no aquecimento de água;

- em motores térmicos;

A tabela a seguir mostra o consumo de biogás em algumas atividades. (CETEC, 1982)

2.3 - Composição Química do Biogás

A mistura dos gases que constituem o biogás é resultante do tipo de material orgânico

degradado biologicamente. A Tabela 2.2 mostra a composição média dos gases que formam o

biogás:

Utilização

Cozinhar

Iluminação com Lampião

Chuveiro a Gás

Incubador

Motor Combustão Interna.

Aquecedor Água a 100ºC

Gerar eletricidade (1kWh)

Consumo

30,33 m /dia/pessoa

30,12 m /hora/lampião

30,8 m /banho

3 30,71 m /m Espaço Interno/hora

30,45 m /Hp/hora

30,08 m /litro

0,62 m3

Tabela 2.1. Consumo do biogás em diferentes utilidades

2.3.1 Diferentes biomassas e a produção de biogás

A biomassa colocada dentro do biodigestor pode estar seca ou molhada. A única dife-

rença que existe entre esses dois tipos é a capacidade de produção, ou seja, a quantidade de gás

que será produzido, pois a biomassa seca apresenta maior rendimento na produção. A tabela

2.3. apresenta, aproximadamente, quanto de excremento um animal pode produzir por dia. Já a

Tabela 2.4 apresenta qual a quantidade necessária de resíduo de diferentes animais para se pro-

duzir um m3 de biogás.

Atividades:

5) Resolva:

a) Um sitiante possui 10 vacas em seu curral. Qual será a produção de 3resíduo orgânico no fim de 1 dia completo? Quantos m de biogás pode-

rão ser produzidos com essa quantidade?

b) Na fazenda Santo Antônio existem 100 cabeças de porcos. Qual será

a produção de resíduo orgânico em 1 mês (30 dias)? (OBS: considerar 2,5

kg/dia)

c) Numa fazenda de criação de gado leiteiro existem 100 cabeças de ga-

do. Qual seria a produção de biogás durante 1 dia? E durante 1 mês (30 di-

as)?

d) Para que se possa ter no final de 1 dia 50 kg de adubo orgânico,

quantas cabeças de gado tenho que possuir? Qual será a produção de bio-

gás em 1 dia?

Resíduo Unidade Suínos Frango Corte Gado Corte Gado Leite Ovinos

Líquidos %/dia (PV) 5,1 6,6 4,6 9,4 3,6

Sólidos Kg/animal/dia 2,3 – 2,5 0,12 – 0,18 10 - 15 10 - 15 0,5 – 0,9

Tabela 2.3: Produção diária de resíduos líquidos e esterco de diversos animais. (KONZEN,1980 apud OLIVEIRA, P. A. V, 1993)

Matéria -Prima

Esterco fresco de bovino

Esterco seco de galinha

Resíduos secos de vegetais

Esterco seco de suíno

Quantidade

25 Kg

2,3 Kg

2,5 Kg

2,86 Kg

3Tabela 2.4 - Quantidade de rejeitos para a produção de 1 m de biogás.(CASTANÓN, 2002). EXER

CÍCI

OS

Gases

Metano (CH )4

Dióxido de Carbono (CO )2

Nitrogênio (N)

Oxigênio (O)

Acido sulfídrico (H2S)

Amoníaco (Nh3)

Monóxido de Carbono (CO)

Hidrogênio (H)

Porcentagem (%)

40 – 75

25 – 40

0.5 – 2.5

0.1 – 1

0.1 – 0.5

0.1 – 0.5

0 – 0.1

1 - 3

Tabela 2.2: Composição do biogás processado num biodigestor: (Castanón, 2002)

12 13

3.2 Condições Indispensáveis à Digestão Anaeróbica

As condições ótimas de vida para os microorganismos anaeróbios são:

Impermeabilidade ao Ar

Nenhuma das atividades biológicas dos microorganismos, inclusive seu desenvolvimento,

reprodução e metabolismo, exigem oxigênio, a cuja presença são eles, de fato, muito sensíveis.

A decomposição de matéria orgânica na presença de oxigênio produz dióxido de carbono

(CO ); na ausência de ar (oxigênio) produz metano. Se o biodigestor não estiver perfeitamente 2

vedado a produção de biogás é inibida.

Temperatura adequada

A temperatura no interior do digestor afeta sensivelmente a produção de biogás. A ativida-

de enzimática das bactérias depende intimamente da temperatura. Ela é fraca a 10ºC e nula aci-

ma dos 65ºC. A faixa dos 20ºC a 45ºC, corresponde à fase mesofílica, enquanto que entre os 50ºC

e os 65ºC, temos a fase termofílica. A opção por uma temperatura de trabalho terá de resultar do

compromisso entre o volume de gás a produzir, o grau de fermentação e o tempo de retenção.

Na fase mesofílica, as variações de temperatura são aceitáveis desde que não sejam bruscas. O

mesmo não acontece com a fase termofílica, onde as variações não são aconselháveis. Todavia,

ela permite cargas mais elevadas e um tempo de retenção menor, com maiores taxas de produ-

ção de gás.

Nutrientes

Os principais nutrientes dos microorganismos são carbono, nitrogênio e sais orgânicos.

Uma relação específica de carbono para nitrogênio deve ser mantida entre 20:1 e 30:1. A princi-

pal fonte de nitrogênio são as dejeções humanas e de outros animais, enquanto que os políme-

ros presentes nas culturas restantes são os principais fornecedores de carbono.

Teor de Água

O teor de água deve, normalmente, situar-se em torno de 90% do peso do conteúdo total. Tan-

to o excesso, quanto a falta de água são prejudiciais. O teor de água varia de acordo com as dife-

renças apresentadas pelas matérias-primas destinadas à fermentação.

pH

Em meio ácido, a atividade enzimática das bactérias é anulada. Num meio alcalino, a fer-

mentação produz anidrido sulfuroso e hidrogênio. A digestão pode efetuar-se entre o pH de 6,6

e 7,6. Para valores abaixo de 6,5 a acidez aumenta rapidamente e a fermentação pára.

Substâncias Tóxicas

A presença de matérias tóxicas, detergentes e outros produtos químicos deve ser evitada ao

Capítulo 3Capítulo 3Processos de produção do biogás

3.1 Biodigestão Anaeróbica

A digestão anaeróbia é um processo segundo o qual algumas espécies de bactérias que atu-

am na ausência de oxigênio atacam a estrutura de materiais orgânicos complexos, para produ-

zir compostos mais simples como metano, dióxido de carbono, água, etc, extraindo, simultane-

amente, a energia e os compostos necessários para o seu próprio crescimento. A transformação

da matéria orgânica em diversas substâncias químicas, no decurso da fermentação anaeróbia,

processa-se através de uma cadeia de degradações sucessivas devidas a diferentes tipos de bac-

térias. No entanto, só as bactérias anaeróbias metanogênicas produzem gás metano. Pertencem

a quatro grupos morfológicos e são muito sensíveis a variações de temperatura, atuando numa

faixa entre 10 a 45°C. Essencialmente distinguem-se duas fases nos processos de fermentação

metanogênica. A primeira fase é uma transformação das moléculas orgânicas em ácidos graxos,

sais ou gás. A segunda é a transformação destes numa mistura gasosa essencialmente constituí-

da por metano e dióxido de carbono. O organismo anaeróbio não pode sobreviver em locais

com oxigênio, e por esse motivo no digestor não deve entrar o ar atmosférico. As reações bioquí-

micas principais que ocorrem no processo caracterizam os grupos de microorganismos predo-

minantes, podendo o mesmo ser dividido em quatro etapas: hidrólise, acidogênese, acetogêne-

se e metanogênese. A figura 3.1 a seguir apresenta o esquema do processo de biodigestão anae-

róbia.

Aminoácidos, açucares

Ácidos graxos voláteis, álcoois

Ácidos graxos de cadeia longa, Butirato, Propianato, etc

Metano, dióxido de carbono

Sulfito de hidrogênio e Dióxido de Carbono

Metanogênese Hidrogenotrópica Metanogênese Acetoclástica

Red

uçã

o S

ulf

ato

Redução SulfatoRedução Sulfato

Hidrólise Hidrólise

Acidogênese

Polímeros Complexos

(Matéria Orgânica)Proteínas, Carboidratos e Ácidos Graxos

Hidrogênio, dióxido de carbono Acetato

Figura 3.1 - Digestão anaeróbia da matéria orgânica.(adaptado de LETTINGA,1985).

14 15

Capítulo 4Capítulo 4Biodigestores

Cientificamente Biodigestão é um processo de degradação, transformação ou decomposi-

ção de substâncias vegetais e ou animais (conhecidas por Matéria Orgânica), realizado por mi-

croorganismos ou bactérias.

Segundo Magalhães, 1986, o biodigestor é uma câmara na qual ocorre um processo bio-

químico denominado digestão anaeróbica, que tem como resultado a formação de biofertilizan-

tes e produtos gasosos, principalmente o metano e o dióxido de carbono.

Genericamente, de acordo com sua utilização, os biodigestores podem ser classificados

em três tipos:

1 - Biodigestores Industriais

2 - Biodigestores Urbanos

3 - Biodigestores Agrícolas (setores rurais)

O sistema que permite o mais eficiente funcionamento do biodigestor é constituído pe-

los seguintes componentes (MAGALHÃES, 1986):

Tanque de entrada: local onde são depositados os dejetos;

Tubo de carga: conduto através do qual se faz a introdução do resíduo no digestor;

Digestor: tanque fechado onde se processa a fermentação da matéria orgânica;

Septo: parede que divide e direciona o fluxo do resíduo dentro do digestor;

Gasômetro: câmara em que se acumula o biogás gerado pela digestão anaeróbia;

Tubo de descarga: conduto pelo qual é expelido o resíduo líquido depois de fermentado;

Leito de secagem: tanque onde é recolhido o resíduo líquido, que após a perda do excesso de

água se transforma no biofertilizante;

Saída do biogás: tubulação instalada na parte superior do gasômetro para conduzir o biogás

até o ponto de consumo.

4.1 Tipos de Biodigestores

Vários foram os sistemas de digestão concebidos, sendo impressionante o número de

digestores diferentes que existem. No entanto, distinguem-se dois grandes tipos ou dois pro-

cessos de digestores: os contínuos e os descontínuos. A escolha de um sistema depende, essen-

máximo, pois basta uma concentração muito baixa destes produtos para provocar a intoxicação

e morte das bactérias. Qualquer elemento em solução no digestor, em excesso, pode provocar

sintomas de toxidez ao meio bacteriano. A definição exata da concentração em que estes ele-

mentos passam a ser nocivos é difícil, devido à complexidade do processo. A presença de hidro-

carbonetos-clorofórmio, tetra cloreto de carbono e outros usados como inseticidas ou solventes

industriais constituem fortes agentes tóxicos à digestão anaeróbia. A presença do íon amônio

em digestores com altas taxas de produção, é um significante problema.

16 17

Anotações:

cialmente, das características do substrato, das necessidades de depuração, da disponibilidade

de mão-de-obra e de condições de ordem econômica. Existem vários tipos de biodigestores, co-

mo:

a) horizontais ou verticais;

b) alvenaria ou concreto;

c) plástico ou lona;

d) metal ou fibra de vidro.

Quanto à forma de carregamento os biodigestores podem ser classificados em descon-

tínuos (batelada) e contínuos.

4.1.1 Processo descontínuo (batelada)

O biodigestor de batelada é um modelo simples, próprio para produções pequenas de

biogás. Este tipo de digestor recebe um carregamento de matéria orgânica, que só é substituído

após um período adequado à digestão de todo o lote. Trata-se de um tanque de alvenaria, metal

ou fibra de vidro, o qual é carregado, fechado e, depois de 15 a 20 dias de fermentação (isso em

função ao tamanho do biodigestor), começa a produzir biogás. Depois de usar o gás, o biodiges-

tor de batelada é aberto, descarregado, para logo ser limpo e novamente recarregado, reinician-

do o processo. É interessante e recomendável ter duas unidades. Quando um biodigestor come-

ça a produzir, o outro é carregado, e quando acaba o biogás de um, o outro já começa a produzir.

(figura 4.1)

4.1.2 Processo contínuo

Os biodigestores contínuos, do tipo mostrado na figura 4.2, são construídos de tal for-

ma que podem ser abastecidos diariamente, permitindo que a cada entrada de material orgâni-

co a ser processado exista uma saída de material já processado. Os modelos mais conhecidos de

biodigestores contínuos são o Indiano e o Chinês. Ambos são construções que possuem a sua

maior parte abaixo do nível do solo.

digestores descontínuos

estrume sólido

substrato digerido

Armazenagem e utilização do biogás

Figura 4.1 - Sistema descontínuo (batelada) de produção de biogás

edifício de criação

cuba de armazenagem e de mistura(substrato líquido)

digestor contínuo

bomba facultativa

gás

armazenagemde efluente

tanque para adubação

Figura 4.2 - Diagrama esquemático do Biodigestor tipo Contínuo

Num sistema contínuo a matéria orgânica é introduzida na cuba de fermentação com uma

determinada taxa de diluição (a qual depende do tipo de matéria orgânica a fermentar), onde fi-

ca retida durante vários dias. O tempo de retenção resulta de um compromisso entre o volume

de gás a produzir, o grau de digestão que se pretende e a temperatura de funcionamento. De-

pois de carregada a cuba e iniciada a fermentação, impõe-se a estabilização do sistema. É impor-

tante a verificação de todos os parâmetros como o pH, temperatura, qualidade do efluente, pro-

dução e qualidade do gás. É de notar que a estabilização poderá ser demorada e exigir corre-

ções. Neste tipo de fermentação, é absolutamente necessária a agitação da matéria orgânica incu-

bada, a fim de evitar a formação de crostas na superfície, bem como a deposição de matéria no

fundo, e permitindo uma homogeneização na concentração das bactérias e manutenção de uma

temperatura uniforme no interior da cuba. A produção de biogás é uniforme no tempo e a quan-

tidade produzida é função do tipo de matéria orgânica utilizada. A seguir estão alguns exem-

plos de diferentes modelos de biodigestores:

MODELO CHINÊS

Na China o estudo do biogás começou por volta de 1900, tendo sido desenvolvido o pri-

meiro processo em 1920, que só foi patenteado em 1930. A difusão do uso do biodigestor inici-

ou-se em 1929-1930 em mais de 20 distritos. Em 1931, formou-se a Primeira Companhia de bio-

gás em Xangai. A partir de 1934, iniciaram-se cursos de treinamento em escala nacional, atingin-

do maior grau de desenvolvimento na década de 70, devido ao apoio do Governo Central e a es-

cassez de lenha para a combustão. Em fins de 1970 foram construídos modelos – piloto para di-

vulgação do consumo de biogás do meio rural para a zona urbana. O rápido desenvolvimento

ou a urgência no programa de divulgação e implantação dos digestores deveu-se a falta de le-

nha, ansiedade da população para melhoria das condições de vida e amplo apoio do Governo.

Embora o carvão mineral, petróleo e o gás natural fossem abundantes, o problema de transporte

tornou inviável seu fornecimento.

No modelo chinês a cúpula é fixa, de alvenaria, guarnecida por uma espécie de válvula,

composta por uma tampa e pressionada por um deposito de água. A característica desse mode-

lo exige que se esgote o gás com mais freqüência, a fim de evitar o desperdício.

18 19

Como vantagens do digestor tipo chinês pode-se citar:

-Este modelo tem um custo mais barato em relação aos outros, pois a cúpula é feita de alve-

naria.

-O biodigestor chinês é o que ocupa menos espaço na superfície do solo.

-Como é construído completamente enterrado no solo (tanto o digestor, como o gasômetro),

sofre muito pouca variação de temperatura.

Como desvantagens podem-se citar:

-O sistema de comunicação entre a caixa de carga e o digestor, sendo feito através de tubos,

está sujeito a entupimentos.

-Tem limitação quanto ao tipo de solo. Sua construção em solos superficiais não é indicada.

Não é um biodigestor próprio para acúmulo de gás, devido a sua construção de cúpula fixa

(a área de reserva de gás é menor). É um modelo mais indicado na produção de biofertilizante.

MODELO INDIANO

As origens da produção do gás assim como sua utilização remotam ao ano de 1937. Em 1978,

a Índia já apresentava um total de 75 mil unidades implantadas, sendo o modelo mais ampla-

mente difundido o denominado GOBAR (esterco bovino). A primeira instalação em regime de

batelada para a produção de biogás foi construída em Bombaim em 1857. Intensivas pesquisas

foram mais tarde conduzidas por S.V. Desal e Mr. Biswas que patentearam, em 1946, uma uni-

dade de geração de biogás a partir da decomposição de esterco bovino, inspirada em modelo ale-

saída de gás

câmara de gás

câmara de digestão

descarga

câmara reguladora

carga

Figura 4.3 - Vista lateral do biodigestor tipo chinês

mão, sendo portanto o primeiro digestor em regime contínuo de alimentação.

No modelo indiano a cúpula vai subindo em torno de uma guia de metal à medida que

se enche de gás, funcionando como gasômetro . Seu peso acaba imprimindo certa compressão

ao gás estocado. Esta compressão pode ser aumentada por fixação de pesos na cúpula de metal.

Através desse sistema imprime-se maior pressão quando for necessário aumentar a velocidade

de saída do gás, conforme apresentado na figura 4.4.

Como vantagens do digestor tipo indiano pode-se citar.

-O digestor do modelo indiano é construído enterrado no solo e, como a temperatura do solo

é pouco variável, o processo de fermentação que ocorre em seu interior tem a vantagem de

sofrer pouca variação de temperatura. A temperatura elevada favorece a ação das bactérias

(responsáveis pelo processo de fermentação anaeróbia) e a sua queda provoca uma menor

produção de biogás.

-Ocupa pouco espaço do terreno (em relação ao da marinha), porque sua maior extensão é

vertical.

-Em termos de custos, sendo as paredes do digestor construídas dentro do solo, o modelo dis-

pensa o uso de reforços, tais com cintas de concreto, o que barateia as despesas.

Como desvantagens podem-se citar.

-Quando a cúpula for de metal, ela está sujeita ao problema de corrosão. Para evitá-lo, reco-

menda-se fazer uma boa pintura com um antioxidante.

-O sistema de comunicação entre a caixa de carga e o digestor, sendo feito através de tubos, fi-

ca sujeito a entupimentos.

-Sua construção é limitada para áreas de lençol freático alto, ou seja, não é um modelo indica-

entrada de resíduosanimais

coleta de fertilizante

tanque de fermentação

gásgás

coleta de gás

Figura 4.4 - Diagrama esquemático do biodigestor tipo Indiano

20 21

4.2 Operação e Carregamento do Biodigestor

O teor de água deve normalmente situar-se em torno de 90% do peso do conteúdo total

(www.recolast.br). Tanto o excesso quanto a falta de água são prejudiciais. O teor da água varia

de acordo com as diferenças apresentadas pelas matérias-primas destinadas à fermentação.

Independentemente do processo de decomposição da parte sólida dos dejetos, haverá necessi-

dade (pela própria legislação) de um prévio tratamento para a água usada para diluição. Se esta

“água” for ser usada para fertirrigação, deveremos eliminar os microorganismos patogênicos

para não haver contaminação dos alimentos ou do lençol freático. Esta opção permite instalar o

tanque o mais próximo possível do cultivo, permitindo um melhor manejo, com menor custo

tanto de energia elétrica como da operação.

Em hipótese alguma deve-se colocar no digestor fertilizantes fosfatados. Sob condições de to-

tal ausência de ar, este material pode produzir fosfina, extremamente tóxica, cujo contato será fa-

tal. No caso de vazamentos deixar o ar circular para que haja ventilação dentro da casa. Se al-

guém sentir cheiro forte de ovo podre, abrir as portas e janelas para expelir o gás, e evitar acen-

der cigarro ou fósforo. Na utilização do biogás, acende-se primeiro o fósforo e depois abre-se a

válvula de gás.

Como vimos anteriormente, a temperatura no interior do digestor afeta sensivelmente a pro-

dução de biogás. “Todos os microorganismos produtores de metano são muito sensíveis a alte-

rações de temperatura; qualquer mudança brusca que exceder a 30°C afeta a produção. É preci-

so assegurar uma relativa estabilidade de temperatura”.

"É arbitrário pensar que quanto maior o digestor mais gás produzirá". Já foi dito que "o su-

cesso de um digestor depende da sua operação". No caso de um grande digestor, se não for feito

abastecimento regular de matéria-prima e não houver manutenção adequada, a produção de

gás poderá ser inferior à de um digestor pequeno. A idéia de que é melhor possuir um grande di-

gestor do que um pequeno deve ser combatida. Naturalmente, o volume do digestor não deverá

ser tão pequeno que a produção de gás seja insuficiente e as necessidades não sejam atendidas.

O desenvolvimento de um programa de biogás também representa um recurso eficiente pa-

ra tratar os excrementos e melhorar a higiene e o padrão sanitário do meio rural. “O lançamento

de dejetos humanos e animais num digestor de biogás soluciona os problemas de dar fim aos

ovos dos esquistossomos e ancilóstomos, bem como de bactérias, bacilos desintéricos e paratífi-

cos e de outros parasitas”.

Para evitar que haja modificação na pressão interna do gás, o carregamento e a descarga de-

vem ser feitos ao mesmo tempo ou logo após o descarregamento da sobra da biomassa, que po-

de ser retirada utilizando uma lata de tinta, de querosene, enxada ou bomba de sucção. O biodi-

gestor deve ser limpo pelo menos duas vezes ao ano, fazendo a retirada da sobra de biomassa.

do para terrenos superficiais, pois nestes casos pode ocorrer infiltração.

As diferenças entre os modelos chinês e indiano de biodigestores não são expressivas. O de-

talhe se refere à cúpula do gasômetro, região onde fica armazenado o biogás gerado pela fer-

mentação. O biodigestor indiano tem cúpula móvel de metal, na qual o gás é retido e a partir de

onde pode ser distribuído. Já o modelo chinês tem cúpula fixa de alvenaria e uma câmara cilín-

drica para fermentação com o teto em forma de arco, onde o gás fica retido.

MODELO DA MARINHA

É um modelo do tipo horizontal, que tem a largura maior que a profundidade. Sua área

de exposição ao sol é maior, com isso é maior a produção de biogás. Sua cúpula é de plástico ma-

leável, tipo PVC, que infla com a produção de gás, como um balão. Devido a isto também é co-

nhecido como tipo lona. Pode ser construído enterrado ou não. A caixa de carga é feita em alve-

naria, por isso pode ser mais larga evitando o entupimento. A cúpula pode ser retirada, o que

ajuda na limpeza.

Como vantagens do digestor tipo chinês pode-se citar.

-A área sujeita à exposição solar é maior, facilitando a produção de gás.

-Sua construção não exige restrições a tipo de solo, não exigindo solos profundos porque é

um modelo de tipo horizontal, podendo ser construído tanto enterrado, quanto sobre a su-

perfície do solo.

-A comunicação da caixa de carga para o digestor, feita de alvenaria, é mais larga, evitando

com isso entupimento e facilitando a manutenção.

-A limpeza do digestor é mais fácil porque a cúpula pode ser retirada facilmente.

Desvantagens:

-Neste modelo, como no indiano, temos o custo da cúpula.

22 23

Fique por dentro!

Antes de fazer a limpeza deve-se certificar de que não há produção de gás para evitar o con-

tato com substâncias tóxicas. Na China costuma-se fazer um teste colocando dentro do biodi-

gestor uma galinha viva.

No caso de biodigestores em que há possibilidade da entrada de uma pessoa, torna-se neces-

sário o uso de uma mangueira que será usada como um “respirador” onde uma das extremida-

des ficará fora do aparelho e a outra na boca da pessoa.

do muitas vezes a absorção, pela raiz, da água e de nutrientes do solo como o potássio e o nitro-

gênio que influenciam na germinação e crescimento da planta.

Vale ressaltar que vários estudos apontam o uso da biomassa como importante fonte

energética do futuro, pois sua matéria-prima é renovável, ou seja, passa por ciclos. Desta forma,

torna-se imprescindível aprimorar cada vez mais os estudos sobre essa fonte.

4.3 Biofertilizante

O biofertilizante é a sobra de biomassa que fica dentro do biodigestor depois que o bio-

gás é produzido. Ao ser retirada e devidamente tratada constitui-se num excelente adubo orgâ-

nico para a fertilização do solo e, conseqüentemente, para o desenvolvimento das plantas. Cons-

titui-se em uma fonte de macro e micronutrientes, principalmente o Nitrogênio e Fósforo (prin-

cipais componentes dos adubos industrializados). Além disso tem grande facilidade de imobi-

lização pelos microorganismos no solo devido ao avançado grau de decomposição (FARIAS,

1958). Segundo PARCHEN, 1981, os principais efeitos do adubo orgânico no solo são uma me-

lhor estruturação, maior capacidade de retenção-hídrica, maior atividade microbiana, maior so-

lubilização dos nutrientes do solo e a redução nos processos de erosão. Por causa da ação das

bactérias FARIAS, 1958, cita que o adubo orgânico se apresenta rico em nutrientes e isento de

mau cheiro (com cheiro de terra limpa), possuindo excelente qualidade, não atraindo moscas e

outros insetos, sendo livre de agentes transmissores de doenças. São reconhecidos os excelentes

resultados que se obtêm pela utilização desse material como biofertilizante em culturas agríco-

las. Opcionalmente, se for da conveniência do produtor, o adubo digerido pode ser bombeado

ainda em estado fluído até o local de utilização e lançado ao solo sem nenhum inconveniente pa-

ra as plantações (MORAES, 1980).

Com base no exposto podemos citar as seguintes vantagens do uso de biofertilizante.

-não há nenhum custo, se comparado aos fertilizantes inorgânicos;

-não propaga mau cheiro;

-é rico em nitrogênio, substância muito escassa;

-a biomassa que fica dentro do biodigestor, sem contato com o ar, mata todas as bactérias ae-

róbias e germes existentes nas fezes e demais matérias orgânicas;

-está livre dos parasitas da esquistossomose, de vírus da poliomielite e bactérias como a do ti-

fo e malária;

-recupera terras agrícolas empobrecidas em nutrientes pelo excesso ou uso contínuo de ferti-

lizantes inorgânicos, ou seja, produtos químicos;

-é um agente de combate a erosão, porque mantém o equilíbrio ecológico retendo maior

quantidade de água pluvial; e

-o resíduo da matéria orgânica apresenta uma capacidade de retenção de umidade pelo solo,

permitindo que a planta se desenvolva durante o período da seca.

Por outro lado, vale destacar que a única desvantagem do uso de biofertilizante é a não eli-

minação da acidez do solo, causada pelo uso exagerado de fertilizantes inorgânicos dificultan-

24 25

Anotações:

EXER

CÍCI

OS

Atividades, responda:

a) Explique como é o processo da biodigestão anaeróbia e quais as

principais fases?

b) Quais os principais fatores que influenciam a biodigestão anaeró-

bia?

c) O que é um biodigestor?

d) Quais as partes constituintes de um biodigestor?

6) Relacione as colunas:

(1) Modelo Contínuo;

(2) Modelo descontínuo;

(3) Modelo Chinês;

(4) Modelo indiano;

(5) Modelo da Marinha

Sua cúpula é de plástico maleável, tipo PVC, que infla com a pro-

dução de gás, como um balão. Pode ser construído enterrado.

Uma cúpula fixa de alvenaria, uma câmara cilíndrica para fer-

mentação com o teto em forma de abóbora, onde o gás fica retido.

A cúpula vai subindo em torno de uma guia de metal, a medida

que se enche de gás, funcionando como gasômetro.

A biomassa é colocada dentro do biodigestor, que deve ficar fe-

chado o tempo todo, até a produção do biogás.

Capítulo 5Capítulo 5

Como foi visto anteriormente, a produção de biogás acontece a partir de processos biológi-

cos na ausência de oxigênio. Mas, existem outros processos que produzem gases a partir de bio-

massa, chamados gases pobres. Possuem este nome devido a presença de metano em menores

quantidades atribuindo a este gás um baixo poder calorífico.

As tecnologias de aproveitamento do potencial da biomassa sólida são essencialmente as uti-

lizadas em centrais térmicas com diferentes tecnologias ou centrais de cogeração para a produ-

ção de energia elétrica e calor, ou ainda a queima direta para a produção de calor. Os principais

processos referidos acima são:

Combustão ou queima direta: Transformação da energia química do combustível em calor

por meio das reações dos elementos constituintes dos combustíveis com oxigênio (o ar ou o oxi-

gênio são fornecidos além da quantidade estequiométrica).

Gaseificação: conversão termoquímica realizada a temperaturas elevadas através da oxida-

ção parcial dos elementos combustíveis da biomassa produzindo um gás utilizável em diferen-

tes tecnologias (turbinas a gás, motores de combustão interna, caldeiras, etc).

Pirólise: processo termoquímico que consiste na degradação térmica da biomassa em au-

sência de ar (total ou parcial) a temperaturas relativamente baixas, transformando-a em com-

bustível sólido (carvão vegetal), líquido (biocombustíveis) e gasoso (gás). Esta fração depende

da temperatura e do tempo de residência.

5.1 Uso de Biomassa para a Produção de Energia

Atualmente o Brasil encontra-se em situação privilegiada no que se refere a suas fontes pri-

márias de oferta de energia. Verifica-se que a maioria da energia consumida no país é proveni-

ente de fontes renováveis de energia (hidroeletricidade, biomassa em forma de lenha e deriva-

dos da madeira, como serragem, carvão vegetal, derivados da cana-de-açúcar e outras mais).

Com o "apagão" e o conseqüentemente racionamento de energia, começaram as discussões

sobre a matriz energética brasileira. A utilização de biomassa para produção de energia, tanto

elétrica como em forma de vapor, em caldeiras ou fornos, já é uma realidade no Brasil. O uso da

madeira para a geração de energia apresenta algumas vantagens e desvantagens, quando com-

parada com combustíveis à base de petróleo.

Vantagens:

- Baixo custo de aquisição;

Outras tecnologias para conversão energética

26 27

Capítulo 6Capítulo 6EX

ERCÍ

CIOS

- Não emite dióxido de enxofre;

- Menor corrosão dos equipamentos (caldeiras, fornos);

- Menor risco ambiental;

- Recurso renovável;

- Emissões não contribuem para o efeito estufa.

Desvantagens:

- Menor poder calorífico;

- Maior possibilidade de geração de material particulado para a

atmosfera. Isto significa maior custo de investimento para a caldeira

e os equipamentos para remoção de material particulado;

- Dificuldades no estoque e armazenamento.

Existem algumas vantagens indiretas, como é o caso de madeireiras

que utilizam os resíduos do processo de fabricação (serragem, cavacos

e pedaços de madeira) para a própria produção de energia, reduzindo,

desta maneira, o volume de resíduo do processo industrial e diminuin-

do seus custos de produção.

Atividades:

7) Responda:

a) Quais os principais pontos a serem considerados na operação de

um biodigestor?

b) Quais as vantagens do biofertilizante?

c) Explique os processos de gaseificação da biomassa e pirólise. Qua-

is os principais produtos obtidos de cada um deles?

8) Faça um quadro comparativo entre as vantagens e desvantagens

do uso de biomassa para a produção de energia.

Unidade experimental de biodigestor ruralA proposta para este projeto, disponível em http://www.net11.com.br/eecc/biogas/ bio-

digestor.html, é uma unidade demonstrativa de biodigestor para apresentação da simplicidade

de obtenção de biogás, a partir de esterco bovino. A idealização do modelo é empírica. A cons-

trução é feita a partir de tambores metálicos, facilmente encontrados a preços bastante reduzi-

dos, o que simplifica a montagem e garante o baixo custo final, apesar disso implicar em uma re-

lação entre as medidas de diâmetro interno e altura fora da faixa indicada como ideal. A durabi-

lidade, não sendo prioridade num modelo demonstrativo, é reduzida, em torno de pouco mais

de um ano para cargas seguidas. A expectativa para o pico de produção de biogás é de aproxi-

madamente 120 litros de gás por dia, sob uma pressão de 12 cm coluna d´agua, suficiente para a

queima em um bico de Busen por um período de 25 a 35 minutos diários. A Figura 5.10 apresen-

ta um esquema deste biodigestor.

6.1 Descrição

O modelo é constituído por duas partes distintas: câmara de fermentação e gasômetro.

Câmara de Fermentação: esta parte comporta a mistura do material orgânico com água, for-

mando um meio anaeróbio, onde as bactérias metanogênicas atuarão, resultando na produção

Figura 6.1 - Vista em corte da montagem final do biodigestor com seus componentes

28 29

do biogás. Devido à proposta do modelo, não foi previsto sistema de alimentação contínuo, tra-

tando-se de um modelo de alimentação descontínua ou batelada, no qual a alimentação é reali-

zada integralmente pela abertura superior, e após a fermentação de todo o material, o que leva

em média 35 dias. A câmara de fermentação dispõe de algumas peças descritas a seguir:

- Agitador: tem a função de evitar que o CO produzido na biodigestão forme bolhas esta-2

cionárias no afluente (material orgânico diluído). A ocorrência de tais bolhas dificulta a ação

das bactérias metanogênicas, diminuindo a velocidade do processo.

- Coroa: A coroa é o estreitamento da câmara na altura média. Sua função é evitar a perda

do biogás pela folga entre as paredes externas do gasômetro e as paredes internas da câmara. Co-

mo a trajetória ascendente descrita pelo gás no meio líquido é praticamente uma linha vertical,

tal estreitamento desvia o fluxo das bordas para a parte mais central garantindo a captação pelo

gasômetro de quase todo o gás.

- Tela de retenção de sólidos: (Uso opcional) O uso de material fibroso como capim adi-

cionado ao material orgânico diluído é recomendado, mas tende a formar aglutinações na su-

perfície, que impedem o livre fluxo do gás e atrapalha a ação das bactérias. A tela de retenção

tem a função de manter estes sólidos abaixo da altura da coroa, ao alcance do agitador, evitando

a formação de tampões flutuantes sob o gasômetro.

- Dreno para descarga: A função do dreno é permitir a descarga do material orgânico, tor-

nando a operação mais limpa e controlada.

Gasômetro: A função do gasômetro é a captação e armazenamento do gás, permitindo ainda

a manutenção de uma pressão de saída constante. Não possui muitos detalhes, a única peça

agregada é a torneira para controlar a saída do gás.

6.2 Materiais e Serviços Necessários

Materiais

- 02 Tambores metálicos de 200 litros

- 01 Tambor de 150 litros com diâmetro menor que os primeiros

- 01 Torneira de 3/4" com rosca para mangueira

- 01 Pedaço de cano galvanizado 3/4" x 20 cm

- 2,0 metros de mangueira cristal de 1"

- 2,5 metros de vergalhão de aço 3/8 galvanizado para confecção do agitador

- 04 presilhas com grampo e arruelas (opcional)

"

- Um pedaço de tela galvanizada de aproximadamente 80 x 80 cm(opcional)

- Serviços mecânicos

- Corte circular no fundo do tambor 02 para formação da coroa

- Furações e soldagens diversas

- Confecção e fixação do agitador

- Confecção das presilhas de fixação da tela de retenção de sólidos (opcional)

- Confecção da tela de retenção de sólidos (opcional)

- Soldagem dos dois tambores de 200 litros para formação da câmara de fermentação.

Montagem

Os tambores devem ser trabalhados separadamente. Para melhor visualização seguiremos a

identificação disposta na vista explodida abaixo (Figura 6.2), e descreveremos na seqüência os

trabalhos necessários para cada tambor e peças agregadas. O tambor 01 juntamente com o tam-

bor 02, ambos de 200 litros, formarão a câmara de fermentação. Enquanto o tambor 03, de 150 li-

tros, funcionará como gasômetro.

Figura 6.2 - Vista explodida em corte do biodigestor e seus componentes

30 31

Tambor 01:

Este tambor tem como única peça agregada o dreno para descarga do efluente.

Fixação com soldagem do cano de 3/4" na lateral a uns 5 cm do fundo.

Tambor 02:

Este é onde se concentra maior parte dos trabalhos mecânicos.

Fazer o corte circular no fundo, para formação da coroa. Pelas razões já mencionadas o diâ-

metro deve ser 6 cm a menos que o diâmetro do gasômetro (tambor 03)

Fazer a furação na coroa para fixação inferior do agitador

Soldar, na borda superior, em alinhamento vertical com o furo anterior, o anel para fixação

superior do agitador.

A partir do vergalhão confeccionar o agitador, sendo que inicialmente deve ser moldada a

parte inferior, e após este procedimento, a haste superior deve ser passada pelo o furo na coroa e

pelo anel de fixação, providenciando-se, em seguida, a dobra para formação da manivela de

acionamento, que também servirá para fixar o agitador junto ao anel.

Apenas no caso de optar pela adição de capim

- Confeccionar a tela de retenção de sólidos, que deve ter um diâmetro que exceda em 4

cm a medida interna da coroa.

- Fazer, na coroa 4 furações para alojamento das presilhas de sustentação da tela de re-

tenção de sólidos, usar como gabarito a própria tela. A folga lateral entre as bordas da tela e as

presilhas não deve exceder 0.5 cm.

Confecção das presilhas conforme detalhe e posterior fixação na coroa (Figura 6.3).

furo

grampo prisioneiro

arruela

Coroa em corte

Figura 6.3 - Presilha de fixação da tela de retenção de sólidos em detalhe

Montagem final da câmara de fermentação

Após a fixação das presilhas os dois tambores devem ser hermeticamente soldados. A man-

gueira cristal deve ser colocada no cano de drenagem, estando a parte da câmara de fermenta-

ção pronta para a primeira carga.

Tambor 03: O trabalho restringe-se a fixação da torneira.

Fixar a torneira no fundo do tambor, examinando cuidadosamente a vedação.

Escolha do Local

O local escolhido deve ser bastante arejado, tanto por motivo de segurança, como para evitar

odores. Deve ser ainda evitado a incidência direta da luz do sol. Em lugares muito frios deve ser

providenciado uma cobertura para a câmara de fermentação, podendo ser de isopor ou outro

material isolante térmico, para evitar perda de calor, pois a temperatura ótima para a biodiges-

tão está entre 35 e 45ºC. Choques térmicos podem prejudicar o processo.

Operação

Antes de carregar o biodigestor deve-se providenciar a lavagem do mesmo e confirmar a au-

sência de vazamentos. A mangueira do dreno deve ter sua extremidade livre e mantida numa al-

tura superior a da câmara de fermentação. O esterco fresco deve ser previamente diluído em

água na proporção de 1:1 do seu volume. Inicialmente deve ser carregado na câmara uma pe-

quena quantidade de capim picado, aproximadamente um volume de 4 litros. Sua função é me-

lhorar a movimentação do material e aumentar a produção do biogás, sendo indispensável (ao

não se usar o capim torna-se desnecessário a grade de retenção de sólidos). Após a colocação do

capim, deve-se colocar a grade e fixá-la girando as presilhas. Com a grade fixada deve-se com-

pletar a carga com a mistura de esterco e água, bem diluídos, sendo que o nível deve estar limita-

do a 25 cm abaixo da borda superior da câmara, para se evitar transbordamentos, já que com a

produção de gás, a diferença da pressão exercida sobre a superfície do afluente no interior do ga-

sômetro e a exercida sobre a área externa provoca uma elevação da última. Deve-se então abrir a

torneira do gasômetro e introduzi-lo na câmara de fermentação, com a abertura voltada para ba-

ixo, quando o mesmo encostar na coroa deve-se fechar a torneira, neste ponto o tambor deve es-

tar nivelado com a superfície da mistura, de modo que não haja mais ar dentro do gasômetro.

A partir daí, o agitador deve ser acionado pelo menos duas vezes por dia. Após uns 15 dias,

quando a produção do biogás se iniciar, o gasômetro se elevará devido a retenção do volume de

gás produzido. É importante lembrar que as duas primeiras cargas devem ser descartadas, devi-

do à possibilidade de traços de oxigênio no gasômetro e grande concentração de dióxido de car-

bono. O gás obtido pode ser utilizado em um bico de Busen ou em um pequeno fogão a gás de

uma boca, sendo necessário a retirada do giclê. Para obtenção de uma pressão adequada deve

ser colocado sobre o gasômetro peso adicional da ordem de 15 Kg.

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Referências Bibliográficas.

BARNETT, Andrew; PYLE, Leo;

SUBRAMANIAN, S. K. Biogas technology in

the Third World: a multidisciplinary review.

Ottawa: IDRC, 1978. 132p.

BARRERA, P. Biodigestores Energia, ferti-

lidade e saneamento para a zona rural. São Pa-

ulo. Ed. Ícone, 1993.

CASTANÓN, N.J.B., Biogás, originado a

partir dos rejeitos rurais, Trabalho apresenta-

do na disciplina: Biomassa como Fonte de

Energia - Conversão e utilização, Universida-

de de São Paulo, São Paulo, Dez do 2002.

CETEC, Fundação Centro Tecnológico de

Minas Gerais. Estado da arte da digestão anae-

róbia. Belo Horizonte, 1982.

CETTO, J.L. Biodigestor.Disponível:

www.agrikolinos.hpg.ig.om.br/biodigestor.

htm>. Acessado em 14 abr 2004.

COMO CONSTRUIR SEU GERADOR DE

BIOGÁS. 2. ed. Florianópolis:

FARIAS, Renato Ramos de. Gás combustí-

vel e adubo orgânico a baixo custo. Rio de Jane-

iro: Ministério de Agricultura, 1958. 11 fl. Ga-

binete de Planejamento e Coord. Geral, 1981.

28p.

Ferreira, F, E., 2003, Apostila do Curso de

Agroenergia, Universidade Federal de Itaju-

bá.

http://www.cdcc.sc.usp.br/escolas/juli

ano/biodiges.html#3

http://www.cerpch.unifei.edu.br/fontes

_renovaveis/biodigestor.htm, acesso Dez de

2005

http://www.demec.ufmg.br/disciplinas/ema003/gasosos/biogas/como.htm

http://www.geocities.com/CapeCanaveral/5534/newpage21.htm

http://www.net11.com.br/eecc/biogas/biodigestor.html

http://www.net11.com.br/eecc/biogas/digestao.html

KONZEN, E.A., Avaliação quantitativa e qualitativa dos dejetos de suínos em crescimento e

terminação, manejados em forma líquida, 1980. 56p. Dissertação de Mestrado, Universidade fe-

deral de Minas Gerais, Belo Horizonte.

LETTINGA, G. e RINZEMA, A. (1985). “Anaerobic treatment of sulfate containing waste-

water”. Bioenvironmental System.

MAGALHÃES, Agenor Portelli Teixeira. Biogás: um projeto de saneamento urbano. São Pa-

ulo: Nobel, 1986. 120 p.

MARTINS, Raul Vergueiro. O Biogás. 5p. 2003. Disponível em: <www.hydor-

.eng.br/Pagina23.htm>. Acessado em 08 mar. 2004.

MASSOTTI, Z. Viabilidade técnica e econômica do biogás em propriedade rural. Concórdia,

SC. Epagri, 2002. Disponível em: <www.cnpsa.embrapa.br/pnma/pdf_doc/10-

Massotti.pdf>. Acessado em 29 mar. 2004.

MORAES, Manfredo José de. Manual de instruções para o usuário do biogás. Recife: Secret.

dos Transp., Energ. e Comunicação, 1980. 32 p.

Nogueira, L.AH., Lora, E.S., 2002, “Dendroenergia: Fundamentos e Aplicações”, Editora

Interciência, 2ª Edição, 144 páginas.

OLIVEIRA, P. A. V. (Coord.), Manual de manejo e utilização dos dejetos de suínos. Concór-

dia: EMBRAPA-CNPSA, 188p, 1993. (EMBRAPA-CNPSA. Documentos, 27)

PARCHEN, Carlos Augusto Petersen. Algumas informações sobre manejo de esterco de bo-

vinos e suínos. [S.l.]: EMATER, 1981. 14 fl.

TECPAR – Instituto de Tecnologia do Paraná. Manual de Biossistemas Integrados na Suino-

cultura. Centro de Integração de Tecnologia do Paraná – CITPAR. Telus – Rede Paranaense de

Projetos em Desenvolvimento Sustentável. Curitiba, Paraná – 2002. p 140.

CUIDADOS!

O biogás é um combustível e

quando misturado com o ar, como to-

dos os combustíveis gasosos, torna-se

explosivo. Portanto deve-se ter todas

as precauções para evitar-se aciden-

tes, sendo importante o acompanha-

mento de um professor.

O manuseio com o esterco de-

ve ser cercado com os cuidados sani-

tários necessários, sendo imprescin-

dível o uso de luvas entre outros.

Deve-se lembrar da necessi-

dade de descarte das duas primeiras

cargas do gasômetro.

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Anotações: