UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITRIA E AMBIENTAL

Projeto 1 - Dimensionamento de um sistema de compostagem de resduos

orgnicos ESA125 - Controle da Poluio do Solo e das guas Subterrneas

Luiza Nunes Rocha - 2010073163

Professor: Antnio Matos

Belo Horizonte, abril de 2015

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SUMRIO

1. INTRODUO 3

2. DIMENSIONAMENTO DO PTIO 3

2.1. Nmero de leiras concomitantes 3

2.2. Dimenses das leiras 4

2.3. rea total do ptio 5

2.4. Ventilador 6

3. DIMENSIONAMENTO DO RESERVATRIO/ LAGOA DE ARMAZENAMENTO 7

3.1. Volume acumulado pelo escoamento superficial 7

3.2. Dimensionamento da lagoa 8

4. TABELAS DE DIMENSIONAMENTO DO PROJETO 10

5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 12

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1. INTRODUO

O projeto se trata de um dimensionamento de um sistema de compostagem de resduos

orgnicos, incluindo o dimensionamento da rea do ptio, da lagoa de

armazenamento/tratamento do escoamento superficial gerado em rea de compostagem e

do ventilador para a compostagem com aerao forada. A localizao do empreendimento

ser o municpio de Arax, em Minas Gerais no qual sero compostados 400 toneladas de

resduo por ms, recebidos da Central de Abastecimento de Hortifrutigranjeiros.

2. DIMENSIONAMENTO DO PTIO

O sistema de compostagem ser constitudo por leiras. Por critrios prticos, o material

recebido, semanalmente, dever constituir uma leira. As leiras a ser construdas tero 2 m

de altura e seo triangular com 4 m de base. A massa especfica fresca considerada para o

projeto foi de 750 kg.m-3. A relao C/N do material vegetal de 35:1, sendo adequada

para compostagem sem a necessidade de adio de outros materiais. O contedo de gua

inicial de 75 dag.kg-1, valor adequado para incio do processo. A vazo especfica

mssica (Qm) utilizada foi de 1200 m3.h-1 por tonelada de matria seca de material.

O ptio de compostagem a rea impermeabilizada, com rede de drenagem e

armazenamento de guas pluviais misturadas com percolados, onde as leiras sero

formadas (MATOS, 2014).

2.1. NMERO DE LEIRAS CONCOMITANTES

Primeiramente calculou-se a quantidade de leiras que devem existir concomitantemente em

um ms. Sabe-se a quantidade de resduo a ser recebida em um ms de 400 toneladas.

Assim, temos que: 400 / = 400 /30 = 13,334 / 13,334 / 7 / = 93,334 / Como, na especificao do projeto foi definido que haver a construo de uma leira por

semana, essa leira dever conter as 93,334 toneladas calculadas acima. Assim, temos que:

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n = 400 t/ 93,334 t = 4,28 leiras em um ms Para esse projeto considerou-se que o tempo de aerao forada da leira ser de 30 dias e

aps esse perodo haver a etapa de maturao de durao de 61 dias. Assim, o processo

total ter durao de 90 dias.

Logo, para calcular o nmero de leiras concomitantes no ptio, tem-se que: 91 / 7 = 13 Ou seja, as leiras demoram 13 semanas at sua finalizao, portanto havero 13 leiras

concomitantes no ptio.

2.2. DIMENSES DAS LEIRAS

Sabe-se que as leiras a ser construdas tero 2 m de altura e seo triangular com 4 m de

base. Assim, calculou-se o comprimento das mesmas. O volume de uma leira dado por

sua massa, dividido pela massa especfica fresca do resduo. ! = /! Em que m a massa do resduo, em kg; ! a massa especfica fresca do resduo, em kg/m3; e ! o volume de resduo da leira, em m3. Assim, = 93.334/750 = 124,44 ! O comprimento da leira pode ser obtida atravs da equao abaixo. Temos que: ! = !/! Em que ! o comprimento da leira, em m; ! a rea da seo triangular da leira, em m2. Sabe-se ainda que a rea da seo triangular da leira dada por:

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! = . 2 Onde b a base da leira, em m; h a altura da leira, em m.

Assim, tem-se que:

! = 4.22 ! = 4! Com isso, calcula-se o comprimento (LL) da leira:

! = 124,444 = 31,1 2.3. REA TOTAL DO PTIO

Por fim, calcula-se a rea total do ptio (AT), que dada por: ! = ! .. Em que ! a rea total do ptio, em m2; ! a rea da base de uma leira, em m2; N o nmero de leiras; f a folga que se deve ter, como margem de segurana do espao do

local para o projeto. Considerou-se uma folga de 10%.

Sabe-se ainda que: ! = 4. ! ! = 4.31,1 = 124,44 ! Logo, ! = 124,44.13.1,1 ! = 1779,5 ! Para facilitar a configurao do ptio, a rea total de projeto considerada ser de 1972m2, o

desenho esquemtico do ptio est mostrado na Figura 1.

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Figura 1: Desenho esquemtico do patio

2.4. VENTILADOR

Para o clculo da ventilao utilizou-se a vazo especfica mssica (Qm) de 1200 m3/h por

tonelada de matria seca de material. Primeiramente calculou-se a massa seca de material

contido em uma leira por meio da equao abaixo: ! = ! (1 !") Em que ! a massa seca contida em uma leira, em t; ! a massa fresca da leira, em t; e !" a frao do contedo de gua inicial do composto. ! = 93,34 (1 0,75) ! = 23,34 Em seguida, calculou-se a vazo de ar (Q), sabendo que: = !.! = 28008 !/ = 7,78 !/ Com esse valor possvel encontrar a vazo especfica de ar (Qa) dividindo-o pela rea da

base da leira. Temos que:

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! = /! ! = 0,0625 !/.! O gradiente de presso esttica P pode ser obtido atravs da equao abaixo: = 6154,245.!!,!"# = 164,66 / A presso total fornecida pelo ventilador (P) dada por: P = . P = 329,32 Pa Por fim, a potncia eltrica absorvida pelo ventilador (Pot) foi calculada segundo a

equao abaixo: = ./ Onde o rendimento da bomba, considerado 0,6 para esse projeto. = 4270,18 = 5,8 3. DIMENSIONAMENTO DO RESERVATRIO/ LAGOA DE

ARMAZENAMENTO

Haver um reservatrio no ptio concretado destinado compostagem do resduo

destinado ao armazenamento do escoamento superficial do local.

3.1. VOLUME ACUMULADO PELO ESCOAMENTO SUPERFICIAL

Neste projeto, o tempo de concentrao (tc) foi considerado igual ao tempo de ocorrncia

da precipitao, e sua estimativa foi feita por meio da equao de Kirpich, considerando L

o comprimento maior do ptio igual a 58 m e H a diferena de nvel do canal de drenagem

do escoamento superficial calculada com base numa declividade de 1%, ou seja 0,58 m.

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! = 57. (!)!,!"# onde ! o tempo de concentrao, em min; L o comprimento maior do ptio, em km; H a diferena de nvel do canal de drenagem, em km. ! = 37,47 Posteriormente, calculou-se uma estimativa da intensidade mxima de precipitao, obtida

utilizando a equao de intensidade-durao-frequncia com parmetros K, a, b e c de

acordo com o municpio de Arax, considerando um perodo de retorno (T) de 10 anos.

! = !.!!(!!!)! Assim, tem-se que: ! = 84,17 A vazo mxima foi estimada pelo mtodo racional, considerando um coeficiente de

escoamento superficial de 0,95 para o ptio de concreto. A equao do mtodo racional

est representada abaixo:

! = !.!!.!!"# ! = 0,044 !/ ! = 2,64 !/ Por fim, o volume acumulado foi estimado considerando, novamente, o tempo de durao

da chuva igual ao do tempo de concentrao. = !. ! = 98,48 ! 3.2. DIMENSIONAMENTO DA LAGOA

O reservatrio/ lagoa facultativa foi dimensionado para a captao do escoamento

superficial do ptio, a ser escavado em solo e lonado, com talude de 1:1.

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O dimensionamento foi feito por meio do clculo do volume do prisma de base trapezoidal

da lagoa. Para isso, encontrou-se uma largura fictcia que a lagoa teria se fosse retangular.

A largura fictcia a largura de meia altura do reservatrio. Um desenho esquemtico da

lagoa pode ser visto na Figura 2.

Figura 2 - Desenho esquemtico da lagoa facultativa

Em que z o valor da componente horizontal na inclinao do talude 1:1, igual a 1 neste

projeto; h a profundidade do lquido na lagoa igual a 2 m; b a base menor do trapzio,

em m; e B a base maior do trapzio, em m. Para o clculo em favor da segurana, ser

includo um valor de folga f igual 0,5 m.

Sabe-se ainda que existem as relaes abaixo: = '+ . + 2. . = ' . O volume de uma lagoa retangular seria dado por: = 2. '. Esse volume igual ao volume acumulado calculado previamente no tem 3.1. Assim, tem-se que: = 2. '. 2 = 98,48 ! = . ' = 24,62 ! Substituindo os valores na equao da base maior B, obtm-se: = '+ 1.2+ 2.1.0,5 = '+ 3 = '+ 3

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' = 3 Posteriormente, substitui-se b na equao do volume, e obtm-se: = 3 = 24,62 ! 3 24,62 = 0 Resolvendo a equao do segundo grau, obtm-se o seguinte resultado positivo: = 6,68 Por fim, substituindo o valor de B encontrado na equao da base menor, temos que: = ' 2 = 2 3 = 5 Logo, tem-se que: = 6,68 5 = 1,68 Para encontrar o comprimento da lagoa, temos a seguinte relao: = 2 = 2.6,68 = 13,37

4. TABELAS DE DIMENSIONAMENTO DO PROJETO

Tabela 1 - Dados iniciais do projeto

DADOS INICIAIS Parmetro Valor

fresca (kg/m3) 750 quantidade (t/ms) 400

quantidade (t/semana) 93,33 n Leiras 4,28

n Leiras concomitantes 13

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Tabela 2 - Dimensionamento das leiras

LEIRA Parmetro Valor Massa (kg) 93333,33

Densidade (kg/m3) 750 Volume (m3) 124,44 Largura (m) 31,11

Tringulo rea (m2) 4 rea base (m2) 124,44 rea total (m2) 1779,5

Tabela 3 - Dimensionamento do ptio

PTIO Parmetro Valor Largura (km) 0,058 Comprimento (km) 0,034 rea final (m2) 1972 rea final (km2) 0,001972 rea final (ha) 0,1972

Tabela 4 - Dimensionamento do ventilador

VENTILADOR Parmetro Valor Vazo especfica mssica Qm (m3/h.t) 1200 massa total (t) 23,34 Vazo de ar Q (m3/h) 28008 Vazo de ar Q (m3/s) 7,78 rea da base (m2) 124,44 Qar (m3/s.m2) 0,0625 P (Pa/m) 164,72 P (Pa) 329,45 Potncia eltrica absorvida (W) 4271,83 Potncia eltrica absorvida (KW) 4,28 Potncia eltrica absorvida (CV) 5,81

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Tabela 5 - Dimensionamento do volume da lagoa

VOLUME ACUMULADO DA LAGOA Parmetro Valor Tempo de Concentrao

tc Kirpich (min) 37,47 Equao Intensidade Mxima Mdia De Precipitao Tempo de retorno (anos) 10 K 2998,67 a 0,163 b 32,009 c 0,931 Im (mm) 84,168 Vazo Mxima

Qm (m3/s) 0,0438 Volume Acumulado

V (m3) 98,48

Tabela 6 - Dimenses da lagoa facultativa

DIMENSES DA LAGOA Parmetro Valor z (m) 1 h (m) 2 f (m) 0,5 B (m) 6,68 b (m) 1,68 L (m) 13,37

5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

Matos, A. et al. BARRAGENS DE TERRA DE PEQUENO PORTE. 1. ed. Srie Didtica. Viosa - UFV, 2012.