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Em parceria com a Professora Helena Abascal, publicamos os relatórios das pesquisas realizados por alunos da fau-Mackenzie, bolsistas PIBIC e PIVIC. O Projeto ARQUITETURA TAMBÉM É CIÊNCIA difunde trabalhos e os modos de produção científica no Mackenzie, visando fortalecer a cultura da pesquisa acadêmica. Assim é justo parabenizar os professores e colegas envolvidos e permitir que mais alunos vejam o que já se produziu e as muitas portas que ainda estão adiante no mundo da ciência, para os alunos da Arquitetura - mostrando que ARQUITETURA TAMBÉM É CIÊNCIA.

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  1. 1. Universidade Presbiteriana MackenzieGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA POR MEIO DA DIGESTÃO DE PAPEL COMO USO DE BIODIGESTORESRafael Adolfo de Oliveira Couto (IC) e Waldemar Alfredo Monteiro (Orientador)Apoio: PIBIC CNPqResumoSeguindo o ideal de necessidade de auto-sustentabilidade em termos energéticos, explicitada deforma cada vez mais impactante ao longo dos últimos anos através de todos os meios de acesso ainformação, envolvendo dentre as principais metas, a criação e elaboração de um sistema energéticocada vez mais sustentável e lucrativo, como tentativa de solução neste trabalho serão discutidosaspectos da destinação final do lixo urbano na cidade de São Paulo, analisando o “caminho do lixo”atual, com apresentação da situação em âmbito nacional e também apresentando uma discussão dereavaliação e remanejo do sistema atual juntamente com a validação do sistema proposto no mesmo.Como alternativa é apresentada a possibilidade da utilização de biodigestores em média escalaminimizando em parte a destinação do lixo urbano, com definições técnicas, descrições dos tipos desistemas possíveis, aplicações possíveis dentro da sociedade e conclusão de uma simulaçãoestritamente teórica. Na etapa final deste trabalho trata-se exatamente desta simulação apresentandoa tentativa de aplicação do sistema proposto no campo da Universidade Presbiteriana Mackenziecom a utilização de todo o papel produzido mensalmente como biomassa para biodigestores quetrabalhariam juntamente com microturbinas para geração de energia elétrica, gerando um resultadoum tanto impreciso com relação ao falso-positivo, porém não podendo descartar totalmente apossibilidade de implantação do sistema.Palavras-chave: biodigestores, celulose, energia elétricaAbstractFollowing the ideal of self-sustainable energy, need to be made ever more impressive over the pastfew years through all means of access to information, involving among the main goals, the creationand development of an energy system increasingly sustainable and lucrative, as trial solution in thiswork will be discussed aspects of final disposal of urban waste in the city of São Paulo by analyzingthe "junk path" current, with presentation of the situation at the national level and also presenting adiscussion of reassessment and re-handling current system along with the validation of the proposedsystem. Alternatively presented here will discuss the possibility of the use of bio-digesters in mediumscale minimizing in parts the urban garbage disposal, with technical definitions, descriptions of typesof systems possible, possible applications within society and completing a simulation strictlytheoretical. In the final step of this work will deal with exactly this simulation showing the attempt ofimplementing the proposed system in the field of Universidade Presbiteriana Mackenzie with the useof all paper consumed monthly by this institution as biomass for biodigesters which would worktogether with microturbines for electric power generation, generating a result somewhat inaccuratewith respect to the false-positive, but not being able to discard completely the possibility of deployingthe system.Key-words: biodigesters, cellulose, electric power 1
  2. 2. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011INTRODUÇÃOUm grave problema encontrado atualmente em todas as grandes metrópoles do mundo é adestinação final do lixo domiciliar e industrial e o que é possível de se fazer com essa massacoletada para benefício da sociedade. As opções atuais para destino se dividem em aterrossanitários, controlados ou não-controlados. Sendo opções que funcionam no aspectoeconômico – financeiro, mas deixam a desejar no aspecto ambiental, podendo causarcontaminação de solos, de água, do ar, através da emissão de gases poluentes, na maiorparte gás carbônico (CO2) e metano (CH4), além de não terem nenhum enfoque, na maioriadas vezes, em reutilizar o material para trazer algum benefício a sociedade.O meio de se reverter essa situação aqui proposta é a instauração de biodigestores ematerros juntamente com a aplicação de turbina a gás, deixando assim o sistema livre deproblemas como contaminações e poluições, e ainda com o produto da biodigestão, obiogás, tornar possível a geração de energia elétrica para a utilização em residências eindústrias.No projeto inicial a intenção da pesquisa era criar um sistema de biodigestão trabalhandocomo biomassa apenas o papel e a celulose, realizando o trabalho teórico nas bibliotecas daCETESB, IEE - USP, IPEN – USP, e o da Universidade Presbiteriana Mackenzie, eexperimental no aterro LARA, localizado em Mauá - SP, porém durante a pesquisaencontraram-se algumas dificuldades de acesso ao aterro e poucas publicações com amesma idéia.Neste artigo será apresentada uma tentativa de solução aplicada a papel e celulose feitasomente através de pesquisas teóricas, identificando e descrevendo cada processoenvolvido no sistema, desde a obtenção da biomassa até a geração da energia elétrica pormeio de microturbinas, mostrando a eficiência e o rendimento do processo, apresentando oconteúdo de modo teórico e também realizando uma análise de quantos aterros e lixõesexistem no estado de São Paulo e quais deles poderiam aplicar esse processo deconversão energética ao lixo, mostrando que é possível gerar-se energia sem agredir o meioambiente por meio de sistemas de fácil instalação e manutenção, com um preço ainda umpouco elevado, porém com um processo que traz uma eficiência considerável com relaçãoaos métodos atuais e garante uma boa conservação do meio ambiente.REFERENCIAL TEÓRICOSegundo LIMA (1991) o método de aterrar o lixo como forma de destino final éextremamente antigo, historicamente acredita-se que esse processo venha da Mesopotâmia2500 a.C, onde os resíduos eram enterrados em trincheiras e, passado algum tempo, os 2
  3. 3. Universidade Presbiteriana Mackenziemesopotâmicos abriam as trincheiras e retiravam a matéria decomposta para utilizaçãocomo fertilizante.Segundo a CETESB (2006) encontram-se três tipos de aterros com suas respectivasdefinições:Aterros comuns – caracterizados pela simples descarga de lixo sem qualquer tratamento,também conhecidos como lixões, sendo este método o mais prejudicial ao meio ambiente,devido a poluições do solo, da água e do ar, porém, infelizmente, ainda é o mais utilizadodevido ao seu baixo custo de implantação. Na figura 1 apresenta-se um típico aterro comumou o chamado lixão; Figura 1 – Aterro comum ou lixão. Fonte: IPT (1998).Aterros controlados – Uma variável da prática anterior com o recurso de cobertura diária deum material que não se mistura com o lixo, onde essa cobertura não resolvesatisfatoriamente o problema da poluição onde os líquidos e gases provenientes da poluiçãonão são levados a termo.Aterros sanitários – por definição é considerado um processo utilizados para a disposição deresíduos sólidos no solo, particularmente o lixo domiciliar, que fundamentado em critérios deengenharia e normas operacionais específicas, permite uma confinação segura, em termosde controle da poluição ambiental e proteção ao meio ambiente, apresentando comovantagens:-Disposição adequada do lixo;-Grande capacidade de absorção diária de resíduos;-Condições para decomposição de matéria orgânica presente no lixo (condições essas quesão muito importantes para a implantação de biodigestores). 3
  4. 4. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011Os problemas relacionados aos aterros sanitários incluem a possibilidade de poluição daságuas superficiais e lençóis subterrâneos pela ação do chorume, além da formação degases nocivos ao meio ambiente e odor desagradável. A figura 2 apresentaesquematicamente um aterro sanitário com todos os seus setores. Figura 2 – Aterro Sanitário com todos os setores. Fonte: IPT (1998).Outra opção para a destinação do lixo é a compostagem e a incineração, métodos aquicitados, mas sem detalhes devido ao foco da proposta.A compostagem é definida como o ato de transformar os resíduos orgânicos, através deprocessos físicos, químicos e biológicos, em uma matéria biogênica mais estável eresistente à ação das espécies consumidoras, sendo denominado como composto, ofertilizante orgânico, resultado final do processo de compostagem.Segundo LIMA (1991), a incineração teve origem em 1874 na cidade de Nottingham(Inglaterra). O sistema Fryer, como ficou conhecido devido ao seu criador Alfred Fryer, tinhauma metodologia muito simples; consistia em um forno onde o lixo era dispostomanualmente e incinerado com a utilização de carvão, a retirada de gases era natural econtrolada manualmente por meio de registros na chaminé. A incineração é definida comoum processo de redução de peso e volume do lixo através da combustão controlada. Osgases provenientes da combustão, geralmente CO2 (gás carbônico), SO2 (dióxido deenxofre), N2 (Nitrogênio), O2 (Oxigênio), e CO (monóxido de carbono), quando a combustãoé incompleta.No Brasil, devido à quantidade de lixo que não é destinada aos processos corretos detratamento dos resíduos, como jogar em rios, em fossas, entre outras opções, acredita-seser necessária uma avaliação dos problemas desse tratamento incorreto, tendo uma 4
  5. 5. Universidade Presbiteriana Mackenziepriorização de medidas necessárias e a classificação das condições da disposição, abaixosegue alguns exemplos; • Problemas Sanitários - Os problemas encontrados são geralmente: fogo, péssimo odor e vetores de doença (macrovetores e microvetores). • Problemas Ambientais - Os aspectos provocados são: poluição do ar, poluição de águas (superficiais e/ou subterrâneas), poluição do solo alem do problema estético. • Problemas Operacionais - São problemas que geram dificuldades para a sociedade como vias de acesso, intransitáveis durante período de chuvas, ausência de controle da área (falta de cercas, falta de guardas ou fiscalização, presença de catadores, entre outros), ausência de controle de resíduos (inspeção, balança, segregação de materiais), ausência de critérios para disposição do lixo no solo (metodologia correta no tratamento do resíduo).Apesar de opções legalizadas pelo Estado para a destinação final do lixo urbano, existiamalguns lixões ou vazadouros irregulares por todo o Brasil, ou seja, sem cadastro correto naCETESB ou na prefeitura da respectiva cidade, trabalhando de forma errônea o tratamentodo lixo, o que agravava ainda mais as condições ambientais da região com o falsotratamento dos resíduos.A partir daqui começa um grande problema no estado de São Paulo, cada habitante produzuma média de 1,259 kg de resíduos por dia, quantidade considerada relativamente pequenacomparada com outros estados, por exemplo como Brasília e Rio de Janeiro, que fornecem1,698 kg e 1,617 kg de resíduos, respectivamente. E, na normalidade, com relação à médiade lixo por habitantes na União Européia (1,2 kg). Isto fornece diariamente 17.000 toneladasde lixo produzido na cidade de São Paulo.No estado de São Paulo, devido a leis ambientais rigorosas que se focam no descarteirresponsável de resíduos sendo fiscalizadas pela Companhia Ambiental do Estado de SãoPaulo (CETESB) foram interditados vários lixões irregulares e alguns aterros, atitudehonrosa na qual esses lixões irregulares causavam muitos problemas ambientais. Porém,com a atitude de melhorar o despejo de resíduos no estado, criou-se outro problema: em2007 o estado contava com uma média de 150 lixões, atualmente só existem três emoperação; os aterros Bandeirantes e São João, juntos recebiam 320.000 toneladas por mêsem 1996, agora estão interditados, sendo o de Bandeirantes feito em 2007 e o de São João,aterro que funcionou durante dezessete anos e acumulou aproximadamente 28 milhões detoneladas de lixo, em 2010. Ou seja, São Paulo não tem onde colocar mais lixo urbano e a 5
  6. 6. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011partir desse contexto começou-se uma pesquisa para a melhoria desta apresentandovantagens econômicas, ambientais e energéticas.A alternativa discutida aqui para esta situação é a prática da reciclagem terciária, quesegundo IPT/CEMPRE (2000), define-se como;Reciclagem terciária - processo que recupera produtos químicos ou energia dos resíduos,como por exemplo, recuperação energética a partir da incineração ou mesmo a partir desistemas integrados com biodigestores e recuperação de biogás.As principais vantagens deste processo estão relacionadas à economia de energia e aoalivio de massa de lixo destinada a aterros ou lixões. Podendo ser implantada em aterrossanitários com o uso de biodigestores que nada mais é do que uma conversão biológica dolixo com fins energéticos, uma vez que os resíduos urbanos passaram a ser uma fonteinesgotável de energia alternativa, com alta eficiência na exclusão de qualquer tipo decontaminação, seja do solo, do ar ou da água, e a captação e a utilização do biogás comocombustível energético.Esse biogás que se gerado em aterros não controlados contribui para uma pior situação doefeito estufa devido à grande porcentagem de metano (CH4), comprovando que a geraçãodo biogás sem controle é diretamente ligada às questões ambientais globais, abaixo dar-se-á uma atenção especial ao biogás.Em 1776, o pesquisador italiano Alessandro Volta descobriu que o metano já era conhecido,incorporado ao “gás do pântano”, como resultado da decomposição de resíduos vegetais emlocais confinados.Com relação à criação dos biodigestores, muitos autores citam a Índia como origem dosmesmos, mais especificamente em Bombaim, perto do fim do século XIX, e esse projeto eradestinado a um hospital de hansenianos. Entre a década de 50 e 60 houve criação doprimeiro biodigestor de sistema contínuo e milhares de pesquisas com biodigestores.Com a propagação da idéia do biodigestor, países como China, Inglaterra, França eAlemanha começaram a realizar pesquisas e até algumas implantações, por exemplo, emExeter (Inglaterra) projetou-se em 1890 uma fossa séptica com a utilização do gásproduzido para a iluminação pública.A idéia do biodigestor nasce na Índia por necessidade energética do país durante e depoisda Segunda Guerra Mundial, onde através da criação de dois institutos de pesquisas (oprimeiro o Instituto de Pesquisas Agrícolas em 1939 e o segundo o Gobar Gas Institute em1950) tornou-se possível a implantação de quase meio milhão de biodigestores naquelepaís. 6
  7. 7. Universidade Presbiteriana MackenzieDevido ao mesmo contexto de desastre após a guerra é que os países europeuscomeçaram pesquisas envolvendo processos de biodigestão e cogeração.Com o grande trabalho da Índia como Gobar Gas, que significa, em indiano, gás de esterco,um vizinho próximo se interessou pela idéia e começou a incentivar trabalhos na área. Essevizinho era a China; devido ao alto crescimento populacional a China deveria desenvolver-se energeticamente para suprir toda a população; a instauração começou em 1958 e já em1972 o país contava com 7,2 milhões de biodigestores na região do Rio Amarelo, regiãoescolhida devido as suas características climáticas que favoreciam o processo.Atualmente países de primeiro e terceiro mundo utilizam as técnicas dos biodigestores,através de dois modelos principais o indiano e o chinês, o indiano criado para suprir o déficitde energia criado com mais sofisticação e tecnologia, e o chinês criado para a geração dobiofertilizante com pouca utilização do biogás, modelo esse mais econômico e simples.A conversão biológica do lixo com recuperação de energia pode ser definida como umprocesso de decomposição ou de transformação da matéria orgânica, por ação demicrorganismos em substâncias mais estáveis, como o dióxido de carbono, água, gásmetano, gás sulfídrico, mercaptanas e outros componentes minerais.Na definição de biodigestão é de extrema importância citar a diferença entre os tipos debiodigestores, vantagens econômicas e energéticas antes de qualquer análise sobre obiogás. Os modelos de biodigestores mais conhecidos são, respectivamente, o indiano, ochinês e o de fluxo ascendente.O modelo indiano (Fig.3) é o mais recomendado quando se trabalha com materiais queexalam fortes odores, pois o selo d’água isola a mistura em fermentação do meio externo,além do mais o biodigestor indiano se caracteriza por apresentarem grande capacidade dearmazenamento de biogás, facilitando seu uso em picos de consumo. A única e grandedesvantagem deste modelo está relacionada à parte financeira, pois o gasômetro requer aconfecção de uma oficina especializada e posterior transporte até o biodigestor. 7
  8. 8. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011 Figura 3 - Biodigestor indiano Fonte: http://www.virtae.com/reciclagem/indiano.jpgOutro modelo conhecido é o biodigestor chinês (Fig.4) que é mais indicado quando amatéria-prima apresenta-se mais fibrosa, justamente pelo modelo citado não apresentarparede divisória e possuir um tanque de descarga, facilitando muito o transporte da matéria-prima com baixos índices de entupimentos. A desvantagem do modelo chinês é relacionadaà baixa capacidade de armazenamento de gás e requer mão-de-obra especializada para aconstrução. Figura 4 – Biodigestor chinêsFonte:http://3.bp.blogspot.com/_wNNOKQiy6z4/S1WuskCRFPI/AAAAAAAAADU/yyOcOsOzstk/s320/Biodigestor +2+-+Chines.JPG 8
  9. 9. Universidade Presbiteriana MackenzieO terceiro modelo mais utilizado é o biodigestor de fluxo ascendente (Fig.5) muito favorávelquando a matéria-prima apresenta baixa porcentagem em sólido, como em esgotos porexemplo, pois a ação da gravidade retém as partículas com maior massa e permite apassagem das partículas com menor massa, interferindo no volume do biodigestor, sendo omesmo assim diminuído, reduzindo o custo de implantação. Figura 5 – Biodigestor de fluxo ascendente Fonte: PERAZZO NETO (2006).Nos três tipos de biodigestores a produção do biogás se dá por meio de bactérias digestivasmetanogênicas que decompõe a matéria orgânica em condições anaeróbicas, o biogás éconstituído basicamente de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2), podendo apresentarresquícios de nitrogênio (N), hidrogênio (H) e gás sulfídrico (H2S), e junto com o biogásobtém-se também o que chamamos de biomassa, que nada mais é do que a matériaorgânica que sobrou do processo da digestão da mesma, podendo ser muito bem utilizadacomo fertilizante para plantações.A produção do gás metano (CH4), a partir da matéria orgânica, se processa em 90 dias. Aprodução inicia-se após 20 dias e, assim, a produção vai crescendo até chegar ao seu pontode máximo na terceira semana, e, a partir daí, a produção começa a decair novamente atéparar completamente, conforme o Gráfico 1. 9
  10. 10. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011 Gráfico 1 - Produção diária de metano por dia de digestão. Fonte: CAEEB (1981).A produção do biogás, como já mencionada acima, é possível através da fermentaçãometagênica, que nada mais é que uma decomposição que acontece na ausência de ar,chamado de digestão anaeróbica, processada por bactérias que obtém dos seus alimentos,o oxigênio necessário a vida.Essa decomposição é dividida em três partes conhecidas respectivamente por acidificação,salificação e metanização. Em seguida será descrito como cada processo ocorre.Acidificação - durante esta fase, os carboidratos são decompostos produzindo vários tiposde ácidos, causando uma queda no pH e na formação de odores da matéria orgânica,transformando as moléculas em moléculas menores e solúveis ao meio.Salificação - durante a salificação, os ácidos são decompostos juntamente com algunscompostos nitrogenados, tendo como produto dessa reação amônia, aminas e pequenasquantidades de CO2, N2, H2 e CH4. Resultando também no aumento do pH da solução.Metanização - nesta ultima fase ocorreu a destruição completa da celulose e dos compostosnitrogenados, os ácidos orgânicos de baixo peso produzidos durante as outras fases sãodecompostos em CO2 e CH4, finalizando assim o processo de digestão da matéria orgânica.Todo esse processo é favorecido ou não por meio de alguns fatores cruciais no processo.Segundo LIMA (1991) são eles:Influência da temperatura – Há duas faixas de temperatura em que as bactérias anaeróbicaspodem desenvolver-se naturalmente. Estas faixas são denominadas de “estágio mesofílico” 10
  11. 11. Universidade Presbiteriana Mackenziee “estágio termofílico”. As bactérias mesofílicas vivem no gradiente de 29 a 45 ºC e astermofílicas na faixa de 45 a 70 ºC.Influência do pH – O pH do meio de cultura pode afetar consideravelmente o processo demetanização. Para evitar uma queda excessiva do pH, ou uma elevada produção de ácidosvoláteis que podem ser potencialmente tóxicos aos microrganismos, recomenda-se amanutenção de lodo digerido no digestor, em quantidade pelo menos igual ou maior que ovolume de substâncias sólidas introduzidas. O lodo digerido tem a propriedade de balanceara taxa de conversão dos microrganismos e de equilibrar a produção de ácidos voláteis.Influência de substâncias tóxicas presentes nos detritos – O lixo urbano é originado dasatividades diárias do homem. Sua composição apresenta variações de difícilequacionamento, pois o homem está sempre provocando mudanças em sua vida.Dificilmente uma pessoa repete as mesmas ações do dia anterior. Este comportamentoaleatório se reflete na composição do lixo. Desse modo, nas análises da qualidade dosresíduos, podem-se encontrar substâncias que inibem o processo de digestão, comoantibióticos, detergentes, ácidos, óleos, metais entre outros.Com todos esses fatores torna-se um pouco difícil o cálculo para estabelecer a quantidadede biogás e de CH4 puro obtido no mesmo; é o tipo de matéria orgânica usada nobiodigestor, mas é um diferencial interessante. O processo possibilita a utilização dequalquer material rico em celulose, como o papel ou amido, sendo mais usadas as fezesanimais (Tabela 1), informando a quantidade necessária de alguns materiais necessáriospara a produção de 1m3 de biogás. Tabela 1. Material orgânico utilizado para produção de Biogás 3 MATÉRIA ORGÂNICA UTILIZADA. MASSA PARA A PRODUÇÃO DE 1m DE BIOGÁS. Esterco fresco de vaca. 25 kg. Esterco de suíno. 12 kg. Esterco seco de galinha. 5 kg. Resíduos vegetais. 25 kg. Lixo. 20 kg. Fonte: BARRERA (1993).O biogás é uma mistura feita basicamente de CO2 e CH4 (metano), sendo este ultimo umcombustível que aqui será analisado e apresentado o seu valor energético; o resto dacomposição do gás apresenta traços de outros compostos como apresentado na Tabela 2. 11
  12. 12. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011 Tabela 2. Composição química do biogás. COMPOSTOS PORCENTAGEM NO BIOGÁS (%) Metano (CH4). 50 a 70 Dióxido de carbono (CO2). 30 a 40 Hidrogênio (H2). 1a3 Azoto (N2). 0,5 a 2,5 Oxigênio (O2). 0,1 a 1 Sulfureto de hidrogênio (H2S). 0,1 a 0,5 Amoníaco (NH3). 0,1 a 0,5 Monóxido de carbono (CO). 0 a 0,1 Água (H2O). Variável Fonte: www.biodigestor.zzl.org, 2007.O metano, composto encontrado em maior quantidade no biogás, tem um potencialenergético extremamente poderoso com relação a outras energias, chegando a superaralgumas delas e se igualar a outras; o poder calorífico do biogás com 60% de metano é de5.222 kcal/m3, podendo substituir derivados do petróleo, lenha, álcool, entre outros. ATabela 3 apresenta estes resultados. 3Tabela 3. Equivalência energética de 1m de biogás (100 % de umidade relativa, 15° 150 mm coluna d’água). C, 3 COMBUSTÍVEL EQUIVALÊNCIA a 1m de BIOGÁS. GLP 1,43 Kg Óleo diesel 0,55 l Gasolina 0,61 l Álcool carburante 0,80 l Lenha 3,50 Kg Carvão vegetal 0,80 Kg Energia elétrica 1,20 kWh Fonte: Perazzo Neto (2006).O metano é também conhecido como gás dos pântanos, por formar-se na putrefação dassubstâncias orgânicas, especialmente celulose; é um gás com muitas referências atuais,pois além de ser um ótimo combustível é também um dos grandes causadores do efeitoestufa, juntamente com o dióxido de carbono (CO2), vapor d’água (H2O), oxido nitroso (N2O),ozônio (O3) e clorofluorcarbonetos (CFC´s).MÉTODOApós a descrição de todos os processos envolvidos no processo de destinação final do lixo,aplicação da reciclagem terciaria com utilização de biodigestores para obtenção de biogás,descrever-se-á como pode ser feito o processo de geração de energia elétrica. 12
  13. 13. Universidade Presbiteriana MackenzieEsse processo é feito após a produção de biogás e através de alguns possíveis tipos deturbinas, que funciona basicamente, através de algum gás pressurizado que faz com que elemovimente suas turbinas, gerando energia. As turbinas se dividem em quatro tipos, sendo oque difere uma da outra é o material usado, os tipos são: (1) turbina a vapor ou a gás,turbina que será usada como referência no projeto; (2) turbina a jato; (3) turbina a água,utilizada em hidrelétricas; (4) turbina a vento, também conhecida como moinho de vento.A grande vantagem das turbinas a gás é o seu rendimento e sua área de ocupaçãocomparada a um motor de pistão por exemplo. Mas sua grande desvantagem é o preço, asturbinas a gás têm um preço muito elevado devido ao seu projeto e sua construção serextremamente complicada, situação que piora a sua manutenção. Figura 6 - Sistema de Cogeração com o uso de microturbinas funcionando a biogás. Fonte: paginas.fe.up.pt/~fmb/PTE2/.../ PTE2_Microturbinas.pdfAs turbinas são compostas por três elementos, compressor, câmara de combustão eturbina. O compressor é responsável pela admissão do ar em alta pressão, a câmara decombustão cuida da queima do combustível e pressurização do gás produzido, e por fim aturbina extrai a energia do gás vindo da câmara de combustão. As mais utilizadas noprocesso geração de energia elétrica através do biogás são as microturbinas, motores decombustão interna e turbinas a gás. A figura 6 ilustra um sistema de geração de energiaelétrica através de microturbinas com a utilização do biogás.A diferenciação entre cada tipo de turbina a ser utilizada é semelhante à escolha do tipo debiodigestor, onde melhor eficiência não combina com melhor preço. Sendo que a escolhamais barata é a microturbina com menor eficiência entre as três e com o valor mais baixo demanutenção, um detalhe importante é que a microturbina não precisa de um tratamento nocombustível para a utilização, ato que deve ser feito nos motores e nas turbinas a gás,sendo a última a opção mais cara, com maior eficiência, com tamanho físico relativamente 13
  14. 14. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011pequeno, porém requer alta pressão dos gases. Na tabela 4 tem-se uma descriçãodetalhada de cada opção para a geração de energia elétrica. Tabela 4. Opções possíveis para geração de energia elétrica com a utilização do biogás. Vantagens Técnicas e Desvantagens Técnicas Custos de Implantação, Opções Possíveis Econômicas e Econômicas Operação e Manutenção Baixo índice de emissões. Baixa eficiência. Operação com combustível Tem sido testado Custo de implantação US$ combinado. geralmente com melhor 700 a US$ 1200 por kW MICROTURBINA Equipamento com tamanho resultado para gás instalado. (25 a 75 kW) reduzido e peso leve. natural. Custo de O&M < US$0,01 Não requer pré-tratamento Desempenho e tempo de por kW instalado. do combustível. vida limitado. Custo de manutenção baixo. Problemas devido a MOTOR A Baixo custo. particulados na estrutura Custos de implantação: COMBUSTÃO Alta eficiência. construtiva. US$ 1100 a US$ 1300 por INTERNA Tecnologia muito difundida e Corrosão de peças no kW instalado. (1 a 3 MW) bastante utilizada. motor. Altas emissões de NOx. Baixo custo operacional. Baixa eficiência em parte Custos de implantação TURBINA A GÁS Resistente a corrosão. de sua capacidade. US$ 1200 a US$ 1700 por (3 a 10 MW) Pequeno tamanho físico. Requer alta pressão de kW instalado. Baixas emissões de NOx. gases. Fonte: Biogás: Pesquisas e Projetos no Brasil / CETESB.RESULTADOS E DISCUSSÃOA intenção deste trabalho foi promover a geração de energia elétrica através de um métodototalmente sustentável e com uma matéria-prima barata e extremamente fácil de seencontrar.A tentativa de aplicação seria na Universidade Presbiteriana Mackenzie com a utilização detodo o papel descartado na universidade como biomassa para o processo de biodigestão, ecom a obtenção do biogás aplicá-lo as turbinas a gás para obtenção de energia elétrica.A Universidade Presbiteriana Mackenzie, local de estudo do caso, forneceu a massa totaladquirida entre os meses de janeiro e abril do ano 2010, foram de aproximadamente 150toneladas de papel em seus vários tipos, como papel milimetrado até papel toalha,distribuindo-se em uma média de 1,3 toneladas de papel por dia, quantidade que deve serutilizada como biomassa juntamente com as podas de gramíneas feitas no campus dauniversidade. Resulta em um volume aproximado de 1,6 m3, considerando o papel molhado,por dia. A partir dessas informações é necessário determinar as condições do biodigestor. 14
  15. 15. Universidade Presbiteriana MackenzieComo a produção de biogás se dá em uma média de 90 dias, vamos considerar a massa depapel utilizada em três meses como biomassa, isso resulta em aproximadamente 117toneladas de papel, considerando a densidade do papel de 997,05 kg/m3, que é a densidadeda água à temperatura de 25o C, devido à alta porcentagem do mesmo no papel, teremosum volume de carga próximo de 117 m3. Para isso utilizaríamos 11 biodigestores indianoscom 11,3 m3 cada um de volume de carga e 5 m3 de carga de biogás.A partir deste ponto torna-se difícil determinar precisamente a quantidade de microturbinasque deveriam ser instaladas devido à ausência de testes de campo e também dadeterminação exata da potência necessária para a utilização na Universidade. Pode-sedeterminar como seria o sistema e a sua eficiência; isto está apresentado na figura 7. Figura 7 - Representação de um sistema de geração de biogás com aproveitamento energértico.A microturbina funcionaria em um ciclo aberto, que nada mais é do que um ciclo onde há atransformação de energia mecânica em energia elétrica, sem aproveitamento da energiatérmica dos gases provenientes da turbina. Uma fabricante famosa de microturbinas é aCapstone Turbine Corporation que fabrica microturbinas na faixa potencial de 28 a 60 kW(Figura 8) com eficiência de 24% até 30% com baixo custo de implantação, baixamanutenção e grande vida útil, em média 2 anos, comparado as outras opções possíveis. 15
  16. 16. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011 Figura 8: Microturbina “estilo” Capstone Turbine Corp. Fonte: http://www.afinidadelectrica.com.ar/articulo.php?IdArticulo=161.CONCLUSÃOA partir do trabalho realizado torna-se evidente que não existe a certeza do sistemafuncionar em todos os seus aspectos. Porém também não se deve descartar totalmente ahipótese de que possa funcionar a contento. Há necessidade da realização de testes deavaliação e de aprimoramento.Destaque importante também para uma possível solução da destinação final do lixo urbano,com reutilização da matéria orgânica para geração de energia elétrica, solução possível, ecom grandes vantagens ambientais, porém com extremo custo em larga escala.REFERÊNCIASBARRERA, P. Biodigestores: energia, fertilidade e saneamento para a zona rural. SãoPaulo: Ícone, 1993, p. 11.CAEEB – Diretoria técnica. O biogás e sua tecnologia, Rio de Janeiro, 1981, Anexo 1.CARVALHO, P. C. M., SILVEIRA, N. J. W., CANAFÍSTULA, F. J. F., DINIZ, M. M. N.Biodigestor para validação do sistema produtivo auto-sustentável no semi-árido, Ceará,2005.CETESB, Biogás pesquisas e projetos no Brasil, São Paulo, 2006. 16
  17. 17. Universidade Presbiteriana MackenzieCETESB, Emissões de metano no tratamento e na disposição de resíduos, São Paulo,2006.COELHO, S. T. Avaliação da cogeração de eletricidade a partir de bagaço de cana emsistemas de gaseificador turbina a gás, São Paulo, 1992.COELHO, S. T. Cogeração de Eletricidade nas Indústrias de Papel e Celulose, São Paulo,1993.COSTA, D. F. Geração de energia elétrica a partir do biogás do tratamento de esgoto, SãoPaulo, 2006.CPFL. Manual de Cogeração, Campinas, 1997.ENSINAS, A. V. Estudo de geração do biogás no aterro sanitário Delta em Campinas – SP,Campinas, 2003.GASPAR, R. M. B. L. Utilização de pequenas e médias propriedades rurais com ênfase naagregação de valor: um estudo de caso na região de Toledo-PR, Florianópolis, 2003.GORGATI, C. Q. Fração orgânica de lixo urbano como substrato para biodigestor, Botucatu,2000IPT, Lixo municipal: Manual de Gerenciamento Integrado, São Paulo, 1998.JUCÁ, J. F. T. Destinação final dos resíduos sólidos no Brasil: situação atual e perspectivas,Pernambuco, 2002.LIMA, L. M. Q. Tratamento do Lixo 2°edição, Ed. Hemus, São Paulo, 1991.LINDEMEYER, R. M. Análise da viabilidade econômico-financeira do uso do biogás comofonte de energia elétrica, Florianópolis, 2008.PERAZZO NETO, A. Biodigestor: uma alternativa energética, Paraíba, 2006.SANTOS, G. O. Estudo de geração de biogás no aterro sanitário metropolitano oeste deCaucaia – Asmoc / CE: considerações sobre o projeto de pesquisa, Fortaleza, 2004.VELÁSQUEZ, S. M. S. G. A cogeração de energia no segmento de papel e celulose:contribuição à matriz energética do Brasil, São Paulo, 2000Contato: adolfo_oliveiracouto@yahoo.com.br; adolfo_couto191@hotmail.com etecnologia@mackenzie.br 17

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