Biodigestor

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FACULDADE DO SUL MANTIDA PELA UNIC EDUCACIONAL
UNIME - ITABUNA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
BRENO REMOS
GENIVALDO ASSIS
KELVISON CANÁRIO
 IMPLANTAÇÃO DE 
BIODIGESTOR ANAERÓBIO DE RESÍDUOS 
ALIMENTARES NO CAMPUS II DA UNIME ITABUNA - BA E GERAÇÃO DE ENERGIA LIMPA SUSTENTÁVEL
Itabuna
2019
BRENO REMOS
GENIVALDO ASSIS
KELVISON CANÁRIO
 IMPLANTAÇÃO DE 
BIODIGESTOR ANAERÓBIO DE RESÍDUOS 
ALIMENTARES NO CAMPUS II DA UNIME ITABUNA - BA E GERAÇÃO DE ENERGIA LIMPA SUSTENTÁVEL
	Trabalho apresentado à professora Isabela Barreta como pré-requisito para obtenção de nota parcial do I bimestre no curso de Engenharia Civil 10º semestre.
	
Itabuna
2019
SUMÁRIO
3
INTRODUÇÃO
A Revolução Industrial trouxe para o Brasil e para o mundo um período industrialização graças, primeiramente, ao aumento da capacidade de fornecimento de energia, sem a preocupação com sua origem ou impactos. Porém, uma mudança de mentalidade vem sendo observada com o passar dos anos. 
É possível notar uma preocupação cada vez maior com a necessidade de um crescimento sustentável, que permita a utilização dos recursos naturais 
sem comprometer o meio ambiente e as futuras gerações. O uso dos Biodigestor nas cantinas do Campus II da Faculdade Unime, na cidade de Itabuna – Ba, trará benefícios, a redução do consumo de energia elétrica fornecida pela concessionária, utilizada para abastecer o polo. 
Nesse sentido, os sistemas de geração de energia utilizando resíduos alimentares, vêm ganhando espaço no mercado, porém a sua instalação depende de um pequeno espaços e demandam um pequeno investimento. Portanto o seguinte problema tem que ser respondido: Grandes imóveis ou instituições que possuem áreas de alimentos propiciam a implantação de um Biodigestor anaeróbio de resíduos alimentares, as quais irão gerar energia viável e suficiente para suprir a sua demanda? 
Este trabalho tem como principal objetivo avaliar o potencial, bem como a viabilidade técnica, da implantação de um digestor anaeróbio para tratamento dos resíduos sólidos orgânicos do campus II da faculdade UNIME em Itabuna visando o aproveitamento energético do biogás gerado. Nesse contexto faz-se necessário salientar acerca da composição deste trabalho quanto aos seus objetivos específicos e respectivos capítulos, no primeiro momento demonstrar o processo de instalação e os tipos de biodigestor conhecido, evidenciar a importância da utilização de um sistema biodigestor, apresentar a oportunidade que a implantação desse sistema biodigestor pode gerar para o universo Acadêmico. 
	Para tal, a metodologia empregada foram a pesquisa de campo, laboratório, exploratória, descritiva, qualitativa, quantitativa. E como suporte teórico, fez-se necessário a pesquisa bibliográfica na qual se utilizou de obras publicadas em livros, revistas e artigos científicos, com conteúdos referentes ao tema proposto, entre os principais autores vale ressaltar Magda Lima (2011), Gonçalves et al, PECORA (2006) e COELHO, et al (2008).
 Este trabalho que teve como tema a implantação de biodigestor anaeróbio de resíduos alimentares no campus II da Unime Itabuna-Ba e geração de energia sustentável, se fundamenta em três capítulos, estes que serão abordados posteriormente e simultaneamente com as considerações finais. 
Faz-se necessário salientar que este trabalho busca aplicar a multidisciplinaridade dos conteúdos das disciplinas de Projeto Multidisciplinar III, Projeto Multidisciplinar IV, Técnicas de Planejamento e Gestão da Produção na Construção Civil, tendo como o primeiro capítulo apresentar o sistema biodigestor em pequenas empresas, o segundo o demonstrar o processo de instalação e os tipos de biodigestor e terceiro o quanto essa alternativa pode gerar de economia a médio longo prazo e ainda contribuir para o meio ambiente.
1 Processo de Funcionamento do Biodigestor
A biodigestor é um processo natural de degradação da matéria orgânica realizado por atividade biológica. Ele pode ocorrer de forma aeróbia (presença do oxigênio) ou anaeróbica (ausência de oxigênio). Trata-se de uma reciclagem natural, onde as moléculas maiores serão quebradas até se tornarem moléculas menores. Como resultado, é obtido o biofertilizante (rico em nutrientes) e o metano (alto poder energético).
Uma das partes essenciais para a efetiva produção de biogás é o fermentador, onde ocorre a digestão anaeróbica. A figura a seguir representa os principais componentes de um biodigestor de um modo simplificado.
Legenda 1-Matéria Orgânica; 2-Tanque de Alimentação; 3-Fermentador; 3.1-Biogás; 3.1.1-Gasômetro;3.1.2-Energia Térmica; 3.2.1-Motor Gerador; 3.2.2-Energia Elétrica; 3.2-Chorume; 3.3-Reservatório- 3.4-Biofertilizantes (Imagem: Gleysson B. Machado)
A decomposição da matéria orgânica é um processo bioquímico muito complexo realizado por milhares de bactérias. A concentração dos produtos resultantes dessa decomposição depende não só do substrato utilizado como também da tecnologia escolhida. 
Devido à imensa quantidade de tipos de substratos e diferentes possibilidades de misturas entre eles, existem inúmeras tecnologias de biodigestores. A tecnologia ideal é aquela que melhor se encaixa no objetivo do empreendedor. Enquanto alguns empreendedores querem comercializar biogás ou energia elétrica, outros só buscam o tratamento ideal de resíduos sólidos orgânicos.
Por serem seres vivos as bactérias precisam de condições ideais de temperatura, acidez, homogeneidade, para produzir melhor. Considerando as variações de temperaturas de acordo com as estações do ano assim como os tipos de substratos utilizados e pretendendo-se obter o máximo de biogás possível. Com isso a automação do processo de biodigestão torna-se indispensável em biodigestores modernos. Estes controlam efetivamente as variáveis como temperatura, acidez e homogeneidade do substrato.
Na escolha do substrato a ser utilizado, deve-se considerar o seguinte:
Diferentes tipos de matéria orgânica produzem diferentes quantidades de biogás (m³/ton ou l/kg)
Diferentes tipos de matéria orgânica produzem biogás com diferentes concentrações de metano e gás carbônico
Podemos calcular o potencial máximo de geração de biogás de uma mistura através da análise química da matéria orgânica usada. Contudo, a quantidade que será gerada no processo depende do tipo de tecnologia usada.
Na figura acima, os resíduos orgânicos de diferentes origens são colocados em um tanque de coleta. Nesses tanques, eles passam por um tratamento mecânico para a homogeneização do substrato. O sistema de automação mede entre outras coisas, a temperatura e a acidez do substrato. As mesmas se encontram no interior do fermentador para calcular exatamente a quantidade de substrato que pode ser extraída do tanque de coleta para o fermentador.
A alimentação do fermentador é outro fator importante. Ela precisa ser adaptada aos diversos tipos de matéria orgânica que se pretende utilizar como substrato. Um segredo de biodigestores modernos é ter a sua alimentação de forma controlada e completamente automatizada. O próprio fermentador é quem determina a quantidade e o momento certo de se introduzir substrato.
Após a introdução do substrato no fermentador, este sofre a biodigestão gerando o biogás e resíduos líquidos que podem com o devido tratamento, serem convertidos em biofertilizantes. A decisão de construir ou não um biodigestor para o tratamento de resíduos sólidos orgânicos depende de um Plano de Negócio de qualidade que vai levantar todos os dados básicos para o cálculo do tamanho e do tipo de tecnologia a ser usado e as economias e ganhos que a implantação dessa central pode causar. O fermentador é o ponto central de um projeto com biodigestor anaeróbio. 
A depender da finalidade do projeto, após o fermentador existem outras unidades como, por exemplo, um motor de combustão acoplado a um gerador para conversão da energia mecânica em elétrica.Assim temos que o modelo mais comum de biodigestor é composto basicamente de alimentação, fermentador e bloco para geração de energia.
O biogás produzido pode ser utilizado para fazer funcionar motor, geladeira, lampião, chocadeira, secadores diversos; pode ainda substituir o gás de cozinha para cocção e a energia elétrica em aparelhos cujo funcionamento é determinado, como televisão, rádio e ferro de passar.
O biofertilizante pode ser usado como adubo orgânico para fortalecer o solo e para o desenvolvimento das plantas. Não apresenta mau cheiro, é rico em nitrogênio (substância muito carente no solo), e o processo de digestão anaeróbia mata todas as bactérias aeróbicas existentes nas fezes.
Em diversos países o biogás dos resíduos sólidos orgânicos urbanos é utilizado para a geração de energia renovável contribuindo para a diversificação da matriz energética do país e diminuição na emissão dos gases do efeito estufa.
 2. Demonstrar o processo de instalação e os tipos de biodigestor.
A preocupação com o meio ambiente e rigor da legislação vigente aumentam cada vez mais o interesse em diminuir os custos com descarte de resíduos e efluentes. Assim, a busca por sistemas que possam suprir essas necessidades é constante. Dentre as opções existentes no mercado, cada tipo de biodigestor aparece como uma das melhores alternativas, tendo um ótimo custo-benefício.
Biodigestor é um equipamento que tem como objetivo acelerar o processo de decomposição da matéria orgânica, gerando como subprodutos biogás e material digerido. Dessa forma, podem ser reaproveitados na forma de calor ou eletricidade, ou mesmo como fertilizantes. Para entender melhor o funcionamento e os benefícios dos biodigestores.
Esquema de biodigestor
Porém, para que você obtenha os melhores resultados, é necessário saber qual dos tipos melhores se adapta a sua situação. Por isso, neste texto, mostraremos as características e funcionamento de cada tipo de biodigestor para você saber qual é o mais indicado para você!
Principais tipos: Batelada x Contínuo
Com relação à frequência de operação, ou seja, os intervalos em que o sistema funciona, podemos encontrar dois tipos de biodigestores: em batelada (fluxo não contínuo) e anaeróbio tubular (fluxo contínuo).
2.1 Tipo de biodigestor batelada
Funcionamento
Estes biodigestores operam de forma descontínua, ou seja, durante apenas certos intervalos de tempo. Assim, a alimentação do sistema ocorre de uma vez só a cada ciclo, com uma grande quantidade de matéria orgânica. Posteriormente, o sistema é fechado hermeticamente, ou seja, não permitindo a entrada de oxigênio, por um período de 40 a 60 dias.
A determinação deste período se dá pois, após este tempo, quase a totalidade da matéria orgânica já foi decomposta. Isso faz com que a produção de biogás diminua. Além disso, possibilita a retirada de parte do fertilizante. O ideal é deixar, ainda, 20% do material no biodigestor para garantir que, na próxima batelada, tenha biomassa suficiente a ser decomposta. Sendo assim, um novo ciclo se inicia após nova alimentação.
Recomendações
Em virtude dos biodigestores tipo batelada serem formados apenas pela estrutura em si da câmara de biodigestão (feita de alvenaria) e pelo medidor de gás (gasômetro), eles são considerados um sistema simples e de fácil manutenção. Entretanto, devido a esse tipo de biodigestor não ter uma alimentação contínua, ele costuma ser utilizado apenas em locais onde há uma sazonalidade na produção de biomassa. Por exemplo as granjas avícolas de corte, na qual o esterco é retirado apenas quando acontece a higienização.
Foto de biodigestor em uma granja.
Crédito: Cibiogás
2.2Tipo de biodigestor contínuo
 Funcionamento
Diferentemente dos biodigestores em batelada, o modelo de biodigestor contínuo é alimentado sucessivamente por meio de dutos de alimentação. O biogás é removido através de tubulação localizada na parte superior, e o biofertilizante é retirado por meio de dutos de saída.
Posição no solo
Os biodigestores contínuos podem ter diferentes posicionamentos no solo. Em um sistema vertical a alimentação é feita pela parte inferior e a saída do gás na parte superior. Costuma ficar enterrado no solo requerendo maiores cuidados com a escavação, com o projeto e riscos de contaminação. Já os sistemas horizontais, cuja alimentação e saída são laterais, têm a possibilidade de serem ou não submersos. Assim, são bastante utilizados em áreas onde há a presença de lençóis freáticos, devido ao menor risco de contaminação.
Recomendações
 Mostrando substrato
Para esse tipo de biodigestor, a matéria orgânica deve ser de fácil degradação. Dessa forma, é aconselhável a trituração (se possível) e diluição desse substrato. Isso evita a ocorrência de entupimento na tubulação do biodigestor e formação de crostas na parte interna do sistema.
E quais são os modelos existentes?
Ainda dentro dos biodigestores contínuos, é possível encontrar diferentes modelos. Atualmente, entre os mais utilizados destacam-se três: o Indiano, o Chinês e o Canadense.
 2.3 Biodigestor modelo Indiano
Características
Esse modelo apresenta como uma das suas características principais a campânula móvel, uma espécie de redoma, como medidor de gás. Ela pode estar submersa na biomassa em decomposição ou em um selo d´água externo. Além disso, ela é a responsável pela manutenção da pressão interna do sistema, podendo se expandir quando o biogás produzido não for consumido. O modelo também possui uma parede em seu centro, com o objetivo de dividir o tanque de fermentação em duas câmaras. Essa disposição que proporciona a movimentação do substrato por todo o biodigestor.
Recomendações
Apesar desse modelo ser de fácil construção, o gasômetro de metal encarece consideravelmente o custo final do equipamento. Isso pode, em alguns casos, inviabilizar sua instalação. Além disso, a matéria orgânica utilizada na alimentação desse sistema deve ter concentração de sólidos totais (ST) de no máximo 8%, para que não ocorra entupimentos na tubulação de entrada e saída do substrato.
Esquema de biodigestor indiano Esquema funcionamento biodigestor modelo Indiano.
Crédito: FONSECA et al, 2009
2.4 Biodigestor modelo Chinês
Características
Este biodigestor foi inspirado no modelo Indiano, entretanto para torná-lo mais viável economicamente, foram feitas algumas modificações. Uma delas é a não utilização da campânula de metal. Assim, o sistema é construído quase totalmente em alvenaria, com teto impermeável para garantir o armazenamento do biogás.
O modelo Chinês funciona com base no princípio de prensa hidráulica, o que leva a pressão nesse biodigestor a ser variável, diferentemente do modelo Indiano. Dessa forma, o aumento de pressão no interior, em virtude do armazenamento de biogás, levará o efluente a se deslocar da câmara de fermentação para a caixa de saída.
Recomendações
Apesar dos custos com a construção desse tipo de biodigestor serem menores do que o modelo Indiano, caso a vedação da estrutura desse sistema não seja bem projetada, poderá ocorrer vazamento de biogás para a atmosfera. Além disso, como uma parte do biogás gerado na caixa de saída é liberado para a atmosfera, o biodigestor do tipo Chinês não é utilizado em casos de instalações de grande porte.
Esquema biodigestor chinês Esquema funcionamento biodigestor modelo Chinês.
Crédito: FONSECA et al, 2009
 2.4 Biodigestor modelo Canadense
Este modelo é característico por apresentar uma tecnologia mais moderna, em comparação com os anteriores. Mesmo assim, apresenta simples construção, uma vez que é praticamente todo construído utilizando material plástico.
Trata-se de um sistema horizontal, composto por uma caixa de entrada em alvenaria com a profundidade menor que a largura. Consequentemente, a matéria orgânica tem maior exposição à radiação solar. Por isso gera um aumento na produção de biogás e redução no risco de entupimento do duto de entrada.
Recomendações
Este modelo utilizamateriais mais simples, como lona de PVC ao invés de campânulas metálicas. Dessa forma, aumenta sua facilidade construtiva e diminui o custo de implantação. Por esses motivos, ele acaba sendo o modelo mais aplicado no Brasil, sendo amplamente utilizado em propriedades rurais.
Esquema de um tipo de biodigestor: canadense Esquema funcionamento biodigestor modelo Canadense. Crédito: Manual de Treinamento em Biodigestor, 2008.
Os biodigestores têm duas principais vantagens: rentabilidade econômica e tratamento adequado dos resíduos. Sendo assim, ao reaproveitar o biogás como energia e o fertilizante como adubo, ele se torna uma boa forma de complementar a renda do produtor. O sistema apresenta, ainda, um ótimo custo-benefício, pois possui um custo de implantação relativamente pequeno frente às outras opções e diminui consideravelmente a carga orgânica dos dejetos gerados.
Assim, é essencial analisar qual o melhor tipo para cada realidade, de forma a garantir que esses benefícios ocorram. Além disso, é importante ter apoio técnico de um profissional da área que projete e execute corretamente o projeto. Dessa forma, evita-se vazamentos e contaminação, além de garantir a boa operação do sistema.
3.BIOGÁS E POTENCIAL ENERGÉTICO
A digestão anaeróbia é um processo de tratamento de materiais orgânicos que se desenvolve na ausência de oxigênio e, simultaneamente, é uma opção energética com reconhecidas vantagens ambientais. 
O biogás é resultante da ação digestiva das bactérias metanogênicas de matérias orgânicas, gerando uma mistura gasosa, composta majoritariamente, por metano (CH4) e gás carbônico (CO2) e traços de nitrogênio (N), hidrogênio (H) e gás sulfúrico (H2S) (SILVA, 2010).
A decomposição anaeróbia, é composta por três etapas. A primeira fase, chamada de hidrólise enzimática, caracteriza-se pela liberação de enzimas, pelas bactérias, para que ocorra a hidrólise de compostos orgânicos complexos, como polissacarídio e gorduras. 
Na segunda, definida como fase ácida, as bactérias produtoras de ácidos transformam moléculas de proteínas, gorduras e carboidratos em ácidos (ácido láctico e ácido butílicos), etanol, hidrogênio, amônia e dióxido de carbono, entre outros Na terceira fase, chamada de metanogênese, as bactérias metanogênicas hidrogenotróficas e metilotróficas, atuam sobre o hidrogênio e o dióxido de carbono, transformando-os em metano (KORTHALS, GRONAUER, LEBUHN, 2008). Nesta fase, a velocidade da cadeia de reação limita-se, principalmente, devido a formação de microbolhas de CH4e CO2 em torno da bactéria metano gênica, isolando-a do contato direto com a mistura. Esta agitação ocorre normalmente, por meio de movimentos giatórios do gasômetro ou por pás no biodigestor, o que provoca o desprendimento destas bolhas em direção à câmara do gás, liberando as bactérias para a continuidade de seu trabalho de degradação orgânica (SEIXAS, 1980).
A composição do biogás varia com o tipo e a quantidade da biomassa colocada dentro do biodigestor e das condições favoráveis às atividades bacterianas anaeróbias. Outro fator determinante da composição é a temperatura de operação do biodigestor, sendo este um fator importante para que os microrganismos possam desempenhar suas atividades, pois as bactérias predominantes que atuam no processo de digestão anaeróbia são mesofílicas, e, portanto, a temperatura ideal para o desenvolvimento fica entre 20 a 45 ºC (BARBOSA & LANGER, 2011). 
Como mencionado anteriormente, a composição do biogás consta basicamente com gás metano, em torno de 50 a 65 %, e gás carbônico, em torno de 35 a 40 %. Esta porcentagem de metano confere um alto poder calorífico, o qual varia de 5.000 a 7.000 kcal/m3, e que, submetido a um alto índice de purificação por dissolução em água, eliminando o CO2, pode gerar um índice de até 12.000 kcal/m3 (ARRUDA et al., 2002).
 O uso do biogás como alternativa energética, considerando uma composição de metano em torno de 50% e que pode chegar a 80%, em função da dieta administrada para os suínos, terá um poder calorífico entre 4,95 e 7,92 KWh/m3
 (CORDEBELLA, et. al., 2006). 
A utilização dessa energia produzida pode ser aproveitada para aquecimento, refrigeração, iluminação, cozimento, geradores de energia elétrica, misturadores de ração, entre outras utilidades. 
3. 2 VANDAGEM DE UM BIODIGESTOR EM CONSUMOS DE ENERGIA.
Sabendo que, 1 MWh (1000 kWh) equivalem a 94,962 m3 de CH4, então cada kWh vale 94,962/1000 = 0,094962 m3de CH4. Ou seja, 1 m3 de CH4 é igual 1000/94,962 = 10,5305 kWh. Sendo assim, estimando a produção de energia em kWh a partir dos valores obtidos anteriormente para metano, observa-se que poderia, considerando a população de suínos em 2016, chegar a uma produção total de 7,78.108kWh mês-1 de energia.
Uma residência com sala, cozinha, dois quartos, área de serviço e um banheiro, consome em média de 100 a 150 kWh mes-1, aproximadamente. Considerando uma média de 150 kWh, a produção de biogás brasileira em 2016, calculada acima, poderia suprir um total de 5.190.255 de casas por mês, aproximadamente. Estas estimativas apontam para o potencial do aproveitamento do metano gerado em biodigestores como matriz energética significativa, particularmente no ambiente rural.
Desta forma, o uso de biodigestores, capazes de fornecer energia para o meio rural, 
mediante o biogás, além de produzir adubo por meio dos biofertilizantes, demonstra a importância desta tecnologia não somente pelo potencial energético, mas como alternativa de redução do poder poluente e do nível patógenos dos dejetos.
 Do ponto de vista tecnológico, a energia produzida pode movimentar geradores e alimentar os equipamentos elétricos e a gás de uma propriedade rural, desde a casa, seus aparelhos elétricos e bocais de luz, e também a própria granja, alimentando os diversos aparelhos elétricos e os terminais de luz. Ou seja, sua utilização produz energia limpa e renovável, o que garante uma tecnologia benéfica, econômica e sustentável (SANTOS & JUNIOR, 2013).
Referencias
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2013
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