BIODIGESTORES RURAIS: MODELO INDIANO, CHINÊS EBATELADA

Dr. Roberto Deganutti1, Drª Maria do Carmo Jampaulo Plácido Palhaci2, Ms. Marco ª Rossi3,Bel. Roberto Tavares4, Bel. Claudemilson dos Santos5

Departamento de Artes e Representação Gráfica, FAAC - Faculdade de Arquitetura, Artes eComunicação, UNESP - Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho, CEP 17033360, Bauru,

SP, tel: 221-6058, Fax: 221-6054

RESUMO

Este trabalho tem como objetivo mostrar odesenvolvimento de três projetos de biodigestoresrurais, onde apresenta a relação comparativa deequivalência de 1 metro cúbico de biogás com oscombustíveis usuais, em termos de uso caseiro dobiogás para uma família de 5 (cinco) pessoas e todoprojeto gráfico dos três modelos. Espera-se,portanto que este trabalho conscientize a populaçãoda necessidade de conservação e que fazendeirosfaçam investimentos em biodigestores podendoproporcionar maior conforto para os rurícolas,contribuindo para a economia de petróleo,produzindo biofertilizante rico em humos enutrientes para fertilização do solo e contribuampara a preservação do meio ambiente.

Palavras ChavesEnergia, biogás, biodigestor.

ABSTRACT

This work has as objective to show the developmentof three projects of rural bio gestors, where itpresents the comparative relationship ofequivalence of 1 cubic meter of bio gas with theusual fuels, in terms of the home use of the bio gasfor a family with 5 peoples and graphic project ofthe three models. It is waited therefore that thiswork makes the population aware of the needconservation and that farmers make investments inbio gestors that can provide larger comfort to thefarmers, to contribute to the economy of petroleum,to produce rich bio fertilizer humus and nutrient tofertilize the soil and contributi to the preservation ofthe environment.

Key wordsEnergy, bio gás, bio gestors.

INTRODUÇÃO

A partir da crise do petróleo da décadade 70, a economia das nações dependentesdesse energético vem sofrendo profundasmodificações na busca da substituição daqueleproduto.

No Brasil esforços foramdesenvolvidos no sentido de se substituir opetróleo e, dentre as fontes substitutivas desseenergético foram pesquisados o álcool, xisto,metanol, etc.

Uma das opções para a produção deenergia, a baixo custo que vem apresentandoresultados favoráveis e já difundido em váriospaíses é o biogás. Apesar de ser conhecido amuito tempo, só mais recentemente osprocessos de obtenção de biogás vêm sedesenvolvendo sem objetivos práticos emmaior amplitude, objetivando sua utilizaçãocomo energético. Dessa forma a partir de 1976os estudos relativos ao seu aproveitamentoforam intensificados.

A idéia da produção de biogás naspropriedades rurais, indiferentemente de suasdimensões, em última análise, se associa aoatingimento de um quádruplo objetivo, ou seja:a) Proporcionar maior conforto ao rurícola

permitindo-lhe dispor de um combustívelprático e barato que tanto poderá ser usadopara fins de calefação e iluminação, comoainda para acionar pequenos motoresestacionários de combustão interna.

b) Contribuir para a economia do consumo depetróleo, pois o biogás é um combustívelproveniente de fontes alternativas.

c) Produzir biofertilizante que é um resíduorico em húmus e nutrientes, utilizado nafertilização do solo, para aumentar aprodutividade dos cultivos face ao seubaixo custo de obtenção.

d) Contribuir para a preservação do meioambiente pela produção de biogás, o queconsiste na reciclagem de dejetos eresíduos orgânicos poluentes.

O BIOGÁS

O biogás basicamente é composto deuma mistura de gases contendoprincipalmente metano e dióxido de carbono,encontrando-se ainda em menores proporçõesgás sulfídrico e nitrogênio.

A formação do biogás é comum nanatureza. Assim, ele pode ser encontrado empântanos, lamas escuras, locais onde acelulose sofre naturalmente a decomposição.

O biogás é um produto resultante dafermentação, na ausência do ar, de dejetosanimais, resíduos vegetais e de lixo orgânicoindustrial ou residencial, em condiçõesadequadas de umidade. A reação destanatureza é denominada digestão anaeróbica.

O principal componente do biogás é ometano representando cerca de 60 a 80% nacomposição do total de mistura. O metano éum gás incolor, altamente combustível,queimado com chama azul lilás, sem deixarfuligem e com um mínimo de poluição.

Em função da porcentagem com que ometano participa na composição do biogás, opoder calorífico deste pode variar de 5.000 a7.000 kcal por metro cúbico. Esse podercalorífico pode chegar a 12.000 kcal por metrocúbico uma vez eliminado todo o gáscarbônico da mistura.

Traduzindo em termos práticos,apresentamos uma relação comparativa deequivalência de 1 metro cúbico de biogás comos combustíveis usuais:

1 m3 de biogás corresponde0,61 litros de gasolina0,57 litros de querosene0,55 litros de óleo diesel0,45 kg de gás liquefeito0,79 litros de álcool combustível1,538 kg de lenha1,428 kwh de energia elétrica

Para uma família de 5 (cinco) pessoasem termos de uso caseiro temos:

Para a cozinha 2,10 m3

Para iluminação 0,63 m3

Para geladeira 2,20 m3

Para banho quente 4,00 m3

Total de biogás necessário 8,93 m3 (pordia)

Essa quantidade de gás corresponde a¼ de um bujão de gás de 13 kg e pode serobtida com a produção de esterco de 20 a 24bovinos.

O BIODIGESTOR

Na prática a produção de biogás épossível com a utilização de um equipamentodenominado de biodigestor. O biodigestorconstitui-se de uma câmara fechada onde écolocado o material orgânico, em soluçãoaquosa, onde sofre decomposição, gerando obiogás que irá se acumular na parte superiorda referida câmara.

A decomposição que o material sofreno interior do biodigestor, com a conseqüentegeração de biogás, chama-se digestãoanaeróbica. Com base nos consumos médiosde biogás das diversas utilidades que sedeseja instalar em uma propriedade, podemosdeterminar o volume de biogás diário suficientepara suprir as necessidades da propriedade.

Existem, atualmente uma gama muitogrande de modelos de biodigestores, sendocada um adaptado a uma realidade e umanecessidade de biogás, neste trabalhotrataremos exclusivamente de biodigestoresutilizados em pequenas propriedades no meiorural.

BIODIGESTORES RURAIS

BIODIGESTOR MODELOINDIANO

Este modelo de biodigestorcaracteriza-se por possuir uma campânulacomo gasômetro, a qual pode estarmergulhada sobre a biomassa emfermentação, ou em um selo d’água externo, euma parede central que divide o tanque defermentação em duas câmaras. A função daparede divisória faz com que o material circulepor todo o interior da câmara de fermentação.

O modelo indiano possui pressão deoperação constante, ou seja, à medida que ovolume de gás produzido não é consumido deimediato, o gasômetro tende a deslocar-severticalmente, aumentando o volume deste,portanto, mantendo a pressão no interior desteconstante.

O fato de o gasômetro estar dispostoou sobre o substrato ou sobre o selo d’água,reduz as perdas durante o processo deprodução do gás.

O resíduo a ser utilizado paraalimentar o biodigestor indiano, deveráapresentar uma concentração de sólidos totais(ST) não superior a 8%, para facilitar acirculação do resíduo pelo interior da câmarade fermentação e evitar entupimentos doscanos de entrada e saída do material. Oabastecimento também deverá ser contínuo,ou seja, geralmente é alimentado por dejetos

bovinos e/ou suínos, que apresentam umacerta regularidade no fornecimento de dejetos.

Do ponto de vista construtivo,apresenta-se de fácil construção, contudo ogasômetro de metal pode encarecer o custofinal, e também à distância da propriedadepode dificultar e encarecer o transporteinviabilizando a implantação deste modelo debiodigestor. A figura 01, mostra a vista frontalem corte do biodigestor, realçando oselementos fundamentais para sua construção.A figura 2 mostra a representaçãotridimensional em corte mostrando todo ointerior do biodigestor.

Figura 01: Biodigestor modelo Indiano.

Observando a figura 1 podemos definir:

H - é a altura do nível do substrato;Di - é o diâmetro interno do biodigestor;Dg - é o diâmetro do gasômetro;Ds - é o diâmetro interno da parede superior;h1 - é a altura ociosa (reservatório do biogás);h2 - é a altura útil do gasômetro.a - é a altura da caixa de entrada.e - é a altura de entrada do cano com o

afluente.

Figura 2 – Representação tridimensional em corte dobiodigestor modelo indiano

BIODIGESTOR MODELO CHINÊS

Formado por uma câmara cilíndricaem alvenaria (tijolo) para a fermentação, comteto abobado, impermeável, destinado aoarmazenamento do biogás. Este biodigestorfunciona com base no princípio de prensahidráulica, de modo que aumentos de pressãoem seu interior resultantes do acúmulo debiogás resultarão em deslocamentos doefluente da câmara de fermentação para acaixa de saída, e em sentido contrário quandoocorre descompressão.

O modelo Chinês é constituído quaseque totalmente em alvenaria, dispensando ouso de gasômetro em chapa de aço, reduzindoos custos, contudo pode ocorrer problemascom vazamento do biogás caso a estruturanão seja bem vedada e impermeabilizada.

Neste tipo de biodigestor uma parcelado gás formado na caixa de saída é libertadopara a atmosfera, reduzindo parcialmente apressão interna do gás, por este motivo asconstruções de biodigestor tipo chinês não sãoutilizadas para instalações de grande porte.

Semelhante ao modelo indiano, osubstrato deverá ser fornecido continuamente,com a concentração de sólidos totais em tornode 8%, para evitar entupimentos do sistema deentrada e facilitar a circulação do material. Afigura 03, mostra a vista frontal em corte dobiodigestor, realçando os elementosfundamentais para sua construção. Na figura 4a representação tridimensional em corte, temse a noção exata de todo o interior dobiodigestor.

Figura 03: Biodigestor modelo Chinês.

Da mesma forma que o anterior,podemos definir:

D - é o diâmetro do corpo cilíndrico;

H - é a altura do corpo cilíndrico;Hg - é a altura da calota do gasômetro;hf - é a altura da calota do fundo;Of - é o centro da calota esférica do fundo;Og - é o centro da calota esférica do

gasômetro;he - é a altura da caixa de entrada;De - é o diâmetro da caixa de entrada;hs - é a altura da caixa de saída;Ds - é o diâmetro da caixa de saída;A - é o afundamento do gasômetro;

Figura 4 – Representação tridimensional em corte dobiodigestor modelo chinês.

Em termos comparativos, os modelosChinês e Indiano, apresentam desempenhosemelhante, apesar do modelo Indiano terapresentado em determinados experimentos,ter sido ligeiramente mais eficiente quanto aprodução de biogás e redução de sólidos nosubstrato, conforme podemos visualizar natabela a seguir.

Tabela 01: Resultados preliminares do desempenho debiodigestores modelo Indiano e Chinês, comcapacidade de 5,5 m3 de biomassa, operadoscom esterco bovino.

BiodigestorChinês Indiano

Redução deSólidos (%)

37 38

Produção média(m3. dia-1)

2,7 3,0

Produção média(l.m-3 de substrato)

489 538

Fonte: Lucas Júnior (1984).

BIODIGESTOR MODELO BATELADA

Trata-se de um sistema bastantesimples e de pequena exigência operacional.

Sua instalação poderá ser apenas um tanqueanaeróbio, ou vários tanques em série. Essetipo de biodigestor é abastecido de uma únicavez, portanto não é um biodigestor contínuo,mantendo-se em fermentação por um períodoconveniente, sendo o material descarregadoposteriormente após o término do períodoefetivo de produção de biogás.

Enquanto, os modelos chinês eindiano prestam-se para atender propriedadesem que a disponibilidade de biomassa ocorreem períodos curtos, como exemplo aquelasque recolhem o gado duas vezes ao dia paraordenha, permitindo coleta diária de biomassa,que deve ser encaminhada ao biodigestor, omodelo em batelada adapta-se melhor quandoessa disponibilidade ocorre em períodos maislongos, como ocorre em granjas avícolas decorte, cuja a biomassa fica a disposição apósa venda dos animais e limpeza do galpão. Afigura 05, mostra a vista frontal em corte dobiodigestor, realçando os elementosfundamentais para sua construção. A figura 2mostra a representação tridimensional emcorte mostrando todo o interior do biodigestor.

Figura 05: Biodigestor modelo Batelada.

Observando a figura 3, temos:

Di é o diâmetro interno do biodigestor;Ds é o diâmetro interno da parede

superior;Dg é o diâmetro do gasômetroH é a altura do nível do substrato;h1 é a altura ociosa do gasômetro;h2 é a altura útil do gasômetro;h3 é a altura útil para deslocamento do

gasômetro;b é a altura da parede do biodigestor

acima do nível do substrato;c é a altura do gasômetro acima da

parede do biodigestor.

Figura 6 – Representação tridimensional em corte dobiodigestor modelo batelada.

PALAVRAS CHAVES

Energia, biogás, biodigestor.

REFERÊNCIAS

[1] ALVES, S. M.; MELO, C.F.M.;WISNIEWISKI, A. Biogás: uma alternativade energia no meio rural. Belém,EMBRAPA/CPATU. (Miscelânea, 4), 1980.

[2] BENINCASA, M.; ORTOLANI, A.F.; LUCASJUNIOR, J. Biodigestores convencionais.Jaboticabal, FUNEP, 1991. 25p.

[3] LAGRANGE, B. Biomethane: principes-techniques, utilisations. La Calade,EDISUD/energias alternatives, 1979. 249p.

[4] LUCAS JÚNIOR, J. Estudo comparativode biodigestores modelos Indiano eChinês. Botucatu, 1987, 114p. (Tese deDoutorado), Universidade Estadual Paulista.

[5] ORTOLANI, A.F.; BENINCASA, M.; LUCASJUNIOR, J. Biodigestores rurais: modelosIndiano, Chinês e Batelada. Jaboticabal,FUNEP, 1991. 3p.