Sistema de Purificação de Biogás de Esgoto para utilização em Microturbinas

Velázquez, Sílvia Maria Stortini González [1] E-mail: sgvelaz@iee.usp.br Avellar, Luís Henrique Nobre [1] E-mail:avellar@amhanet.com.br Martins, Osvaldo Stella [1] E-mail: osvaldov8@yahoo.com Costa, David Freire [1] E-mail: davidcosta@iee.usp.br Guardabassi, Patrícia Maria [1] E-mail: sma.pbassi@cetesb.sp.gov.br Varkulya, Américo Jr. [1] E-mail: americo@iee.usp.br Pecora, Vanessa [1] E-mail: vpecora@iee.usp.br

[1] USP – Universidade de São Paulo [1] CENBIO – Centro Nacional de Referência em Biomassa Av. Prof. Luciano Gualberto, 1289 CEP 05508-010 – São Paulo – SP – Brasil Fone: +55 11 3483 6983 Fax: +55 11 3091 2649 Resumo: Nesse artigo pretende-se apresentar considerações voltadas à produção de eletricidade com microturbinas utilizando biogás gerado no processo de tratamento de esgotos da SABESP – Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo, mais especificamente na Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) de Barueri. Este é um projeto conjunto com o BUN – Biomass Users Network do Brasil (proponente), em parceria com o CENBIO – Centro Nacional de Referência em Biomassa (executor), com o apoio da FINEP / CTNERG, mediante o CONVÊNIO No: 23.01.0653.00, referente ao Projeto ENERG-BIOG – “Instalação e Testes de uma Unidade de Demonstração de Geração de Energia Elétrica a partir de Biogás de Tratamento de Esgoto”. Inicialmente serão mostradas atualidades dos sistemas de tratamento de esgotos no Brasil, enfatizando o Estado de São Paulo e a região metropolitana da Grande São Paulo. Em continuidade estarão maiores detalhes sobre a produção de biogás em sistemas de tratamento de esgotos, bem como suas características físico-químicas. Para o aproveitamento desse combustível, respeitando a legislação brasileira vigente, bem como para uma maior duração dos equipamentos de produção de eletricidade, é necessário adotar sistemas de purificação de biogás. No artigo, pretende-se enfatizar principalmente os avanços na área de sistemas específicos de purificação do biogás proveniente dos esgotos produzidos na ETE de Barueri. Assim, a contribuição desse artigo estará na apresentação do desenvolvimento de um sistema de purificação do biogás de esgoto utilizado no projeto, inclusive envolvendo considerações relativas ao dimensionamento de tais equipamentos, bem como maiores detalhes sobre o sistema de geração de eletricidade propriamente dito (microturbinas a biogás). Palavras-chaves: biogás; eletricidade; esgoto; purificação. 1. Introdução A deficiência no tratamento dos efluentes líquidos residenciais, mais conhecidos como esgoto doméstico, atinge todas as áreas do País. Mesmo no Estado de São Paulo, responsável por aproximadamente 40% do PIB do país, o esgoto é coletado nas áreas urbanas e na maioria dos casos, não recebe nenhum tipo de tratamento antes de ser despejado nos cursos de água. Atualmente, além das questões de saúde da população, outro aspecto que envolve o setor de saneamento básico consiste na sua interface entre o uso racional da água e de energia elétrica, fator evidenciado pela crise energética recentemente atravessada pelo país. A situação do setor de saneamento no Brasil, no que diz respeito à energia elétrica, foi apresentada pelo Departamento de Desenvolvimento de Projetos Especiais da Eletrobrás. Para perdas da ordem de 40%,

estima-se que o potencial total de conservação de energia elétrica do setor de saneamento seja de 2,82 bilhões de kWh/ano. A realização de 15% deste potencial representaria 423 milhões de kWh/ano, o que corresponde a R$ 423 milhões/ano para uma tarifa média de R$ 1,07/m3. Em 2000, o mercado brasileiro, que correspondeu a 47 milhões de consumidores, consumiu 306 bilhões de kWh. As despesas das concessionárias do setor de saneamento com energia elétrica variam entre 5 e 20%, sendo o segundo item após as despesas com pessoal (Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 69 – Maio de 2002). Neste contexto, este paper aborda o aproveitamento energético de um resíduo derivado do processo de tratamento de efluentes líquidos, objetivando a melhoria do desempenho global do mesmo, reduzindo a emissão de gases efeito estufa, colaborando para aumentar a eficiência energética global da estação de tratamento e conseqüentemente a viabilidade do saneamento básico no País. 2. Tratamento de Esgoto no Brasil A prestação do serviço de saneamento básico no Brasil concentra-se em 27 concessionárias estaduais, responsáveis pelo atendimento de 75% da população servida por sistemas de abastecimento de água (mais de 4.000 municípios), sendo os demais municípios (cerca de 1.300) atendidos por empresas municipais autônomas. Desta parcela da população, cerca de 93% reside em áreas urbanas. Esta estrutura corresponde a uma taxa média de novas ligações de água e de esgotos de 2% ao ano, enquanto que a taxa de crescimento da população urbana varia em 1,2% ao ano. É importante também considerar o consumo per capta de água, que varia entre 71 e 278 litros/hab.dia (Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 69 – Maio de 2002). De maneira geral, apenas 39% da população brasileira é servida com rede de coleta de esgoto, sendo que somente 10% do esgoto sanitário recebem algum tipo de tratamento, situação ainda agravada quando consideradas as perdas da água tratada, correspondentes a mais de 40%. Uma visão geral do setor e tratamento de esgotos no Brasil é ilustrada na tabela 1. Tabela 1. Situação do Setor de Tratamento de Esgoto no Brasil.

4,12 %

18,80 %

57,48 %

18,22 %

1,37 %

100 %

Com tratamento

Participação Regional em relação ao Brasil (%)

0,99 % 27 (32,14%)

57 (67,86%)

84 (2,05%)

Centro -Oeste

8,88 % 241 (48,10%)

260 (51,90%)

501 (12,23%)

Sul

64,44 % 1.749 (68,75%)

795 (31,25%)

2.544 (62,09%)

Sudeste

25,09 % 681 (72,99%)

252 (27,01%)

933 (22,77%)

Nordeste

0,59 % 16 (45,71%)

19 (54,29%)

35 (0,85%)

Norte

100 % 2.714 (66,24%)

1.383 (33,76%)

4.097 (100%)

Brasil

Sem tratamento

Sem tratamento

Com tratamento

Total

Distritos com coleta de esgoto sanitário

Regiões

Fonte: IBGE, 2000. Estudos realizados pelo Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES) e pela Caixa Econômica Federal apontam para a necessidade de se investir R$ 6 bilhões por ano no setor de saneamento do país, garantindo assim, uma demanda futura até o ano de 2010. O mercado para a automação é imenso, mas, na prática, o setor de saneamento no país não investe nem metade do valor necessário. O domínio público nas concessionárias trava algumas ações que poderiam melhorar os índices de coleta de esgoto, tratamento e distribuição de água. Nesse setor pode-se dizer que, em geral, o nível tecnológico é bem maior

nas empresas autônomas ou de economia mista (Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 69 – Maio de 2002). Frente ao grande volume de resíduos provenientes das explorações agrícolas e pecuárias, assim como aqueles produzidos por matadouros, destilarias, fábricas de lacticínios, tratamentos de esgotos domésticos e aterros sanitários, a conversão energética do biogás se apresenta como uma solução que agrega ganho ambiental e redução de custos a medida em que reduz o potencial tóxico das emissões de metano ao mesmo tempo em que produz energia elétrica. 3. Produção de Biogás em Sistemas de Tratamento de Esgoto O biogás trata-se de uma mistura gasosa combustível, resultante da fermentação anaeróbia de matéria orgânica, que consiste no lodo, no caso de sistemas de tratamento de esgoto. O lodo é um sub-produto sólido, gerado no tratamento dos esgotos (junto com sólidos grosseiros, areia e escuma), representando a maior parcelas entre todos eles, sendo o substrato que deve receber maior importância em relação a seu tratamento, chamado tratamento da fase sólida, também incluindo sua disposição final. A proporção de cada gás na mistura depende de vários parâmetros, como o tipo de digestor e o substrato (matéria orgânica a digerir). De qualquer forma, esta mistura é essencialmente constituída por metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2), estando o seu poder calorífico diretamente relacionado com a quantidade de metano existente na mistura gasosa. A formação do biogás envolve, basicamente três etapas, sendo elas a fermentação, a acetogênese e a metanogênese. O processo de fermentação envolve ainda outras duas etapas, a hidrólise e a acidogênese. A primeira converte a matéria orgânica em moléculas menores pela ação de bactérias hidrolíticas, que transformam proteínas em peptídeos e aminoácidos, polissacarídeos em monossacarídeos, gorduras em ácidos graxos, pela ação de enzimas extracelulares, como a protease, a amilase e a lipase. Em seguida, durante a acidogênese, as bactérias fermentativas transformam esses produtos em ácidos solúveis (ácido propiônico, butírico e fórmico, por exemplo), álcoois e outros compostos. Também atuam as chamadas bactérias do ácido fórmico que degradam as moléculas orgânicas solúveis em dióxido de carbono (CO2), gás hidrogênio (H2) e ácido acético (CH3COOH) que serão utilizados pelas bactérias metanogênicas na última etapa do processo de formação de metano. Uma vez encerrada a fermentação tem início a acetogênese, etapa onde atuam bactérias facultativas, capazes de agir, tanto em meio aeróbio, quanto anaeróbio. O oxigênio necessário para efetuar essas transformações é retirado dos compostos que constituem o material orgânico, não necessitando estar no ar. As bactérias acetogênicas transformam os produtos obtidos na primeira etapa (ácido propiônico e butírico, por exemplo) em ácido acético (CH3COOH), hidrogênio (H2) e dióxido de carbono (CO2). A última etapa na produção do biogás, sendo esta a metanogênese, é a formação de metano, onde atuam obrigatoriamente bactérias anaeróbias e extremamente sensíveis a mudanças no meio, como temperatura e pH. As bactérias metanogênicas transformam o hidrogênio (H2), o dióxido de carbono (CO2) e o ácido acético (CH3COOH), obtidos tanto na etapa fermentativa quanto na etapa acetogênica, em metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2) (COSTA et al, 2001). Na ETE da SABESP em Barueri/SP, a maior da América Latina, encontra-se em fase de testes, um projeto piloto visando o aproveitamento do biogás como combustível, para a geração de energia elétrica, cujos primeiros levantamentos indicaram uma produção média de 22.000 m3 (tratamento secundário) por dia de biogás (chegando a 28.000m3/dia em alguns períodos), com um PCI (poder calorífico inferior, estimado) de 4.850 kcal/Nm3 (20.2 MJ/Nm3), cuja composição (%) é apresentada na tabela 2 e outras características do biogás, são apresentadas na tabela 3. Tabela 2. Composição do Biogás em %.

Composição Média da Mistura Gasosa

Metano (CH4) 62,5% Dióxido de Carbono (CO2) 31%

Oxigênio (O2) + Nitrogênio (N2) 6,5% Fonte: IPT e SABESP, 2001.

Tabela 3. Outras Características.

Outras Características Enxofre Total (como S) 3 9,369 mg/m3

P.C.I. 1 5.600 Kcal/m3 Densidade 2 0,874 g/l

Pressão 3 250 mm c.a. (Medida no Gasômetro) Volume Produzido 3 22.000 m3/dia (aprox.)

Fontes: 1 CENBIO, 2 I.P.T. e 3 SABESP,2001. 4. Tecnologias de Conversão do Biogás Existem diversas tecnologias para efetuar a conversão energética do biogás. Entende-se por conversão energética o processo que transforma um tipo de energia em outro. No caso do biogás a energia química contida em suas moléculas é convertida em energia mecânica por um processo de combustão controlada. Essa energia mecânica ativa um gerador que a converte em energia elétrica. As turbinas a gás e os motores de combustão interna do tipo “Ciclo – Otto”, são as tecnologias mais utilizadas para esse tipo de conversão energética, outras possibilidades, porém ainda não viáveis comercialmente, consistem na queima direta do biogás em caldeiras para cogeração e o uso de células combustíveis. Algumas características das tecnologias comerciais são descritas nas tabelas 4 e 5. Tabela 4. Características das Tecnologias Comerciais.

Potência Rendimento Emissões de NOx

Motores a Gás 30 kW – 20 MW 30% – 40% 250 ppm – 3.000 ppm Turbinas a Gás (Médio Porte) 500 kW – 150 MW 20% - 30% 35 ppm – 50 ppm

(gás de aterro) Microturbinas

(Pequeno Porte) 30 kW – 100 kW 24% - 28% < 9 ppm

Fonte: CENBIO, 2003.

Tabela 5. Outras Características Comerciais.

Custos O&M (não incluindo combustíveis) Preço dos Combustíveis

Custo Médio da Emergia Elétrica

Ofertados pelas Concessionárias

Tecnologia Preço (US$/MWh) Local Tipo Preço

(US$/MWh) Preço

(US$/MWh) Local

Motores Ciclo Otto (gás) 10 Espanha 51 Espanha Gás

Natural 35,40 (Espanha)

46,34 (Brasil) Motores Dual (Diesel + Biogás)

30 EUA 50 – 120 EUA

Turbinas 5 Espanha Microturbinas 4 EUA

Diesel 72,20 (Espanha) 95,32 (Brasil) 42 Brasil

Fonte: CENBIO, 2003. Outros fatores que devem ser levados em consideração, no que se refere à comparação das opções de tecnologias para biogás, dizem respeito aos aspectos técnicos e eficiência de conversão. Vale ressaltar que, embora os motores, de modo geral, possuam maior eficiência de conversão elétrica, as turbinas a gás podem apresentar um aumento de sua eficiência global de conversão, quando operadas em sistemas de cogeração (calor e eletricidade) (COSTA et al, 2001).

Com o intuito de melhor avaliar a eficiência das tecnologias acima citadas, foi instalada, em meados do mês de dezembro de 2002, uma microturbina Capstone de 30 kW de potência (ISO), em conjunto com o sistema de purificação do biogás, para testes. Os resultados serão comparados com o desempenho dos motores, em termos técnicos, econômicos e ambientais. O objetivo é, ao final dos testes, avaliar a possibilidade de uso de microturbinas para geração em municípios de pequeno porte. 5. Limpeza do Biogás A presença de substâncias não combustíveis no biogás, como água e dióxido de carbono, prejudica o processo de queima, tornando-o menos eficiente. Estas substâncias misturam-se com o combustível, absorvendo parte da energia gerada. Além destes, também há a presença de gás sulfídrico (H2S), que pode acarretar em uma corrosão precoce, diminuindo tanto o rendimento, quanto a vida útil do motor térmico utilizado. A maioria dos digestores anaeróbios produz um biogás que contém entre 0,3 e 2% de H2S e significantes quantidades de mercaptanas, observando-se também a presença de traços de nitrogênio e hidrogênio (COSTA et al, 2001). Normalmente, retiram-se os contaminantes, permanecendo CO2 e produzindo um gás de médio poder calorífico (4000 kcal/kg a 6000 kcal/kg) que alimenta os equipamentos adaptados (CENBIO, 2000). As técnicas usualmente empregadas na purificação do biogás são mostradas na tabela 6. Tabela 6. Técnicas de remoção de impurezas do biogás.

Impureza Descrição geral Detalhes

Silica gel Peneira molecular Adsorção Alumina Etileno glicol (temperatura -6,7oC) Absorção Selexol

Água1

Refrigeração Resfriamento a 2oC Adsorção Carvão ativado

Óleo leve Etileno glicol Selexol Absorção

(temperatura entre -6,7oC e -33,9oC)

Hidrocarbonetos1

Combinação Refrigeração com Etileno glicol e adsorção em carvão ativado Solventes orgânicos Selexol Flúor Rectisol Soluções de sais alcalinos Potássio quente e potássio quente inibido Alcanolaminas Mono, di - tri - etanol amina Deglicolamina

Absorção

Ucarsol-CR Peneiras moleculares Adsorção Carvão ativado

CO2 e H2S1

Separação por membranas

Membrana de fibra oca

Siloxina2 Adsorção Carvão ativado Fontes: 1 Alves,20002; Capstone, 2001. O biogás gerado na ETE da SABESP em Barueri contém certas impurezas que podem comprometer o bom funcionamento do sistema de purificação (secadores por refrigeração), de compressão (compressor de paletas) e de geração de energia elétrica (microturbina), presentes na instalação. As impurezas mais relevantes encontradas no biogás são basicamente:

• Umidade: pode comprometer o bom funcionamento das partes internas da microturbina (bicos injetores, câmara de combustão, paletas da turbina), além de provocar o empobrecimento do Poder Calorífico do biogás;

• H2S: também pode comprometer o bom funcionamento das partes internas dos secadores, do compressor e da microturbina, pelo efeito da corrosão causada pelo H2S na forma gasosa ou solubilizado na água;

• Presença de ar na tubulação: causa empobrecimento do Poder Calorífico do biogás; • CO2: gás inerte que também causa empobrecimento do Poder Calorífico do biogás, porém, a

microturbina utilizada na instalação, foi projetada para operar com níveis de CO2, entre 30% e 50%. Devido a este fato, não se tornou necessária a retirada deste elemento do biogás.

Para a retirada da umidade presente no biogás, foram utilizados ao longo da linha, filtros coalescentes e dois secadores por refrigeração, um antes e outro após o compressor. Quanto a remoção do H2S gasoso, foi utilizado um filtro de carvão ativado, operando pelo princípio de adsorção, enquanto que, para a remoção do H2S solubilizado na água, foram utilizados secadores por refrigeração e filtros coalescentes. Tendo em vista que a microturbina corresponde ao equipamento de maior custo da instalação, o sistema de purificação empregado neste projeto, piloto na América Latina, foi dimensionado de forma a garantir que as características do biogás estejam dentro das especificações requeridas pela microturbina. Os resultados das análises do biogás já realizadas demonstram que o sistema de purificação proposto atende as necessidades requeridas pelo equipamento de conversão, ou seja, a microturbina a biogás. A remoção do CO2 do biogás, quando necessária, dá-se pela adsorção física do CO2 na água, sendo este um processo antigo que utiliza a água como adsorvente, esta pode ser regenerada por despressurização. Além disso, fabricantes de microturbinas nos EUA perceberam recentemente a presença de impurezas no biogás até então desconhecida. Trata-se da siloxina, um composto de sílica proveniente de produtos de higiene pessoal e cosméticos. Sua presença, na ordem de ppb (partes por bilhão) acarreta, ao longo do tempo, problemas nos rotores de turbinas e motores pela formação de grãos de silica (areia) dentro dos equipamentos devido à elevada temperatura (CAPSTONE, 2001). Esta substância apresenta baixa solubilidade em água e se aglomera nos sólidos transferidos aos digestores das estações de tratamento de esgoto. No ambiente quente dos biodigestores, sua concentração aumenta devido à decomposição de silício e de outros polímeros que contêm esta substância, cuja fórmula estrutural é mostrada na figura 1.

Figura 1. Fórmula Estrutural da Siloxina (Capstone, 2001).

Como o biogás, que contém siloxina, é queimado, o silício reage com o oxigênio formando dióxido de silício, mais conhecido como sílica. As partículas de sílica são abrasivas e possuem elevado ponto de fusão. Quando a siloxina está presente no combustível injetado na Microturbina, finas partículas de sílica se formam na câmara de combustão. Essas partículas são carregadas pelos gases a velocidades elevadíssimas, através do rotor da turbina, e saem pelo recuperador e trocador de calor (quando instalados). Com o passar do tempo, essas partículas abrasivas causam erosão em algumas das superfícies metálicas com que entraram em contato. No caso das microturbinas Capstone, as bordas das pás são os componentes mais suscetíveis à corrosão. Quando a corrosão destas pás progride a uma condição extrema, o gerador da turbina sofre severa perda de potência e o motor deve ser reformado. Testes feitos pelo fabricante mostram que isto pode ocorrer entre algumas centenas e milhares de horas de operação, dependendo da concentração de siloxina no combustível. Em outros equipamentos geradores (motores de combustão interna e turbinas a gás) que utilizam biogás de aterro e biogás de esgoto, também foram constatados problemas relativos à deposição e erosão em decorrência da presença de sílica. Estes depósitos costumam ser encontrados na cabeça e anéis dos cilindros dos motores de combustão interna, e nos tubos do recuperador de calor das turbinas a gás. Manutenção e reforma tendem a ter custo elevado. Também devido ao modo como é gerado, o biogás contém alto teor de umidade, sendo necessário a sua desumidificação. Qualquer resfriamento ou compressão do gás durante o processo, causa condensação da fase líquida quando o gás entra no equipamento de conversão, sendo crítica a situação ao se tratar de turbinas a gás. A remoção do condensado, seguida do aquecimento do gás, produz um gás seco cuja

temperatura é superior ao seu ponto de orvalho. O mesmo efeito pode ser criado pelo uso de um dessecante. Comprimindo o gás seco, e resfriando-o em seguida, é produzida maior quantidade de condensado. Mais uma vez, o gás deve ser resfriado, separado e reaquecido, ou passado por um dessecante. O objetivo final é introduzir o gás pressurizado na microturbina na qual o biogás chegará no bloco do manifold no mínimo 10ºC acima do ponto de orvalho. Este planejamento deve levar em conta as maiores e menores temperaturas ambiente, as quais o equipamento será exposto. 6. Equipamentos Utilizados Os equipamentos empregados na ETE de Barueri, bem como suas funções, são descritos na tabela 7. Na figura 2 é apresentado um esquema das instalações do projeto. A quantidade de biogás a ser consumida pela microturbina (20 m3/h ou 480 m3/dia, em média) é bastante reduzida quando comparada com o consumo dos motores (12.430 m3/dia, segundo os estudos da SABESP), pela própria diferença de escala dos equipamentos. Tabela 7. Função dos equipamentos da instalação.

Equipamento Função

Válvula Esfera 1 Abertura e fechamento da passagem de biogás no começo da linha (bancada 1).

Manômetro Mede a pressão na entrada da linha.

Plug Reserva 1 Disponibiliza a coleta de amostra do biogás, antes do sistema de purificação, para análise em laboratório.

Sensor de Pressão 1 Disponibiliza e armazena dados sobre a pressão na linha, na bancada 1, para monitoramento pelo computador.

Sensor de Temperatura 1 Disponibiliza e armazena dados sobre a temperatura na linha, na bancada 1, para monitoramento pelo computador.

Filtro Coalescente 1 Retirada de particulados, óleo e parte da umidade presente no biogás.

Filtro de Carvão Ativado Retirada de compostos de enxofre (principalmente H2S) e siloxina, presentes no biogás.

Válvula Esfera 2 Abertura e fechamento da passagem de biogás antes do Secador por Refrigeração 1 (final da bancada 1).

Secador por Refrigeração 1 Retirada da umidade presente no biogás.

Compressor de Palhetas Eleva a pressão na linha para 80 psi, devido a pressão de trabalho exigida pela microturbina.

Válvulas Esfera 3 Abertura e fechamento da passagem de biogás depois do Compressor de Palhetas (início da bancada 2).

Separador de Líquido com Dreno Retirada do excesso de umidade presente no biogás na entrada da linha.

Filtro Coalescente 2 Retirada de particulados, óleo e parte da umidade presente no biogás após a compressão do mesmo.

Sensor de Temperatura 2 Disponibiliza e armazena dados sobre a temperatura na linha, na bancada 2, para monitoramento pelo computador.

Sensor de Pressão 2 Disponibiliza e armazena dados sobre a pressão na linha, na bancada 2, para monitoramento pelo computador.

Plug Reserva 2 Disponibiliza a coleta de amostra do biogás, após a compressão do mesmo, para análise em laboratório.

Plug Reserva 3 Reserva para futura implantação de um novo equipamento.

Válvulas Esfera 4 Abertura e fechamento da passagem de biogás antes do Secador por Refrigeração 2 (final da bancada 2).

Secador por Refrigeração 2 Retirada da umidade formada no biogás após a compressão do mesmo.

Válvula Esfera 5 Abertura e fechamento da passagem de biogás depois do Secador por Refrigeração 2 (início da bancada 3).

Filtro Coalescente 3 Retirada de particulados, óleo e parte da umidade presente no biogás após a secagem do mesmo.

Filtro de Gás Retirada de particulados presentes no biogás, antes da entrada do mesmo na microturbina.

Válvula Reguladora de Regula a pressão de entrada do biogás (entre 75 ~ 80 psi) na microturbina.

Pressão

Sensor de Temperatura 3 Disponibiliza e armazena dados sobre a pressão na linha, na bancada 3, para monitoramento pelo computador.

Sensor de Pressão 3 Disponibiliza e armazena dados sobre a pressão na linha, na bancada 3, para monitoramento pelo computador.

Plug Reserva 4 Disponibiliza a coleta de amostra do biogás, após o sistema de purificação do mesmo, para análise em laboratório.

Plug Reserva 5 Reserva para futura implantação de um novo equipamento.

Medidor de Vazão Disponibiliza e armazena dados sobre a vazão na linha, na bancada 3, para monitoramento pelo computador.

Válvula Esfera 6 Abertura e fechamento da passagem de biogás antes da entrada do mesmo na microturbina (final da bancada 3).

Microturbina Capstone Responsável pela geração de energia elétrica e térmica (pelos gases de exaustão) por meio da combustão do biogás.

Fonte: CENBIO, 2003.

Secador por

Refrigeração 1

Secador por

Refrigeração 2 Compressor

de Palhetas Válvula Esfera 2 Válvulas

Esfera 5 e 6 Filtro de Carvão Válvulas Esfera 3 e 4

Filtro

Coalescente 3 Filtro Coalescente 1 Separador de Líquido com

Plug Reserva 3 Sensor de Temperatura Saída do

Gás de Exaustão

Medidor

de Vazão Plug Reserva 2

Filtro de Gás Filtro Coalescente 2

Plug Reserva

4 e 5 Sensor de Pressão

Sensor de Pressão 2

Válvula

Reguladora de

Pressão

Sensor de Temperatura 2 Plug Reserva 1

Microturbina

Capstone Sensor de

Pressão 3 Manômetro Sensor de

Temperatura 3

Tubulação de Aço Inox Rígida

Tubulação de Aço Inox Flexível Válvula Esfera 1

Figura 2. Esquema da Instalação (CENBIO, 2003).

7. Conclusão O presente trabalho aponta a possibilidade de recuperação e uso energético do biogás gerado pelo tratamento anaeróbio de esgoto, servindo também como incentivo para a ampliação da prestação deste serviço no Brasil, integrando o uso sustentável dos recursos naturais renováveis com o uso racional e eficiente de energia. No entanto, para que isso ocorra, é necessário que o biogás produzido apresente composição e características adequadas à tecnologia de conversão empregada. Dessa forma, a tabela 8 exibe uma comparação dos resultados obtidos por meio das análises feitas no biogás da ETE da SABESP em Barueri, com as especificações do gás combustível de alimentação da microturbina (Modelo: C30 L/DG), de acordo com o fabricante Capstone. Tabela 8. Comparação dos resultados das análises do biogás com as especificações definidas pelo fabricante Capstone.

Variante Unidade Capstone Barueri Observações O2 % Volume 0 – 10 0,00 - 6,30 Aprovado N2 % Volume 0 – 50 0,22 - 23,8 Aprovado

CO2 % Volume 0 – 50 25,0 - 30,8 Aprovado CH4 % Volume 30 – 100 44,1 - 69,94 Aprovado H2S ppm em vol. 0 – 70.000 0,08 - 230 Aprovado

H2O (P.O.)* % Volume 0 – 5 0,1 - 2,8 Aprovado P.C.I. kJ/m3 13.800 – 27.605 14.715 - 23.852 Aprovado

(*) P.O.: Ponto de Orvalho. Fonte: CENBIO, 2003. Dessa forma, é possível concluir que o sistema de purificação projetado atende às especificações técnicas do combustível, exigidas pela microturbina. Vale ressaltar que a escolha e o dimensionamento dos equipamentos da linha do sistema de purificação e de compressão do biogás foram feitos de acordo com as necessidades técnicas da microturbina, ou seja, procurou-se projetar um sistema que atendesse seguramente aos parâmetros necessários para a operação do equipamento gerador. Diante disso, com as análises dos resultados de operação, poderiam ser feitas alterações significativas na configuração do projeto, de modo a otimizar o desempenho do sistema como um todo, além de propiciar o desenvolvimento de uma instalação semelhante com um menor custo.

8. Bibliografia ALVES, J.W.S “Diagnóstico Técnico Institucional da Recuperação e Uso Energético do Biogás Gerado

pela Digestão Anaeróbica de Resíduos”, Dissertação de Mestrado, PIPGE/USP, 2000. CAMPOS, J. R. et alli(1999). “Tratamento de Esgotos Sanitários por Processo Anaeróbio e Disposição

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9. Copyright Notice The author is the only responsible for the printed material included in his paper.

Biogas Purification System From Sewer For Microturbines Utilization Velázquez, Sílvia Maria Stortini González [1] E-mail: sgvelaz@iee.usp.br Avellar, Luís Henrique Nobre [1] E-mail:avellar@amhanet.com.br Martins, Osvaldo Stella [1] E-mail: osvaldov8@yahoo.com Costa, David Freire [1] E-mail: davidcosta@iee.usp.br Guardabassi, Patrícia Maria [1] E-mail: sma.pbassi@cetesb.sp.gov.br Varkulya, Américo Jr. [1] E-mail: americo@iee.usp.br Pecora, Vanessa [1] E-mail: vpecora@iee.usp.br

[1] USP – Universidade de São Paulo [1] CENBIO – Centro Nacional de Referência em Biomassa Av. Prof. Luciano Gualberto, 1289 CEP 05508-010 – São Paulo – SP – Brasil Fone: +55 11 3483 6983 Fax: +55 11 3091 2649 Abstract: This article intends to present some considerations directed to electricity generation with 30 kW (ISO) micro turbines, using biogas generated by sewage treatment process in SABESP (Basic Sanitation Company of São Paulo State), located at Barueri, Brazil. This project, pioneer in Latin America, is being accomplished together with BUN – Biomass Users Network of Brazil (proponent), in association with CENBIO – Biomass Reference National Center (executer), with patronage of FINEP / CT-ENERG (financial backer), by means of CONVENTION No: 23.01.0653.00, regarding to ENERG-BIOG Project – “Installation and Tests of an Electric Energy Generation Demonstration Unit from Biogas Sewage Treatment”. Initially will be presented some aspects about sewage treatment in Brazil, enforcizing São Paulo State, including its metropolitan region. Moreover bigger details about biogas production in sewage treatment systems will be shown, as well as its physicist-chemistries characteristics. For the exploitation of this fuel, respecting the effective Brazilian legislation, as well as for longer equipment’s useful life to electricity production, is necessary to adopt biogas purification systems. In this article, it is intended to emphasize the advances obtained in the biogas purification systems proceeding from sewers produced at the Barueri Sewer Treatment Station, São Paulo State. Thus, the contribution of this article will be in the development of biogas purification systems from sewer used in the project, also including relative aspects about the sizing of such equipment installed, as well as details about electricity generation system using micro turbines as biogas conversion technology. Keywords: biogas; electricity; swage; purification.