TRABALHO INTERDISCILINAR DIRIGIDO II

TRABALHO INTERDISCILINAR DIRIGIDO IIINSTITUTO POLITCNICO Centro Universitrio UNAgerao de energia ELTRICA A partir do biogs proveniente do tratamento de efluentesCurso: Engenharia Civil

Professor Tidir: AgostinhoCaroline Eugenia, Csar Stalone, Daniel Felipe, Deise Cristina, Erika Patrcio, Lucas Paulo, Stela Maris, Warley Daniel.1. TEMA: Introduo cincia2. SUBTEMA: Fontes alternativas de energia e sistema de proteo eltrica3. IDENTIFICAO DO PROBLEMA

A busca por fontes de energia renovveis vem se destacando muito e o biogs uma opo vantajosa na obteno energia alternativa, partir da biomassa que deixaria de contribuir para poluio e passaria a ser usado na produo de energia e reduo do volume dos dejetos em estado slido e a reduo dos gases causadores do efeito estufa (ALVES,2000).

A obteno de energia eltrica por biogs nas estaes de tratamento de esgoto permite, alm de uma autossuficincia energtica, a gerao de um excedente de energia que pode ser vendida para a rede eltrica local, a utilizao do biogs produzido no processo de digesto anaerbica para a gerao de energia eltrica, permite uma reduo do consumo de eletricidade em mdia de 20% (ALVES,2000).4. OBJETIVO

Apresentar o biogs como uma fonte de energia alternativa para a atualidade, descrevendo suas vantagens, aplicaes e sua eficincia.

5. REVISO BIBLIOGRFICA

O biogs uma mistura composta principalmente de gs carbnico e metano gerado partir da degradao anaerbia de materiais orgnicos. O material abordado neste estudo o lodo que um sub-produto slido, gerado no tratamento dos esgotos. O Brasil possui um enorme potencial para produo de biogs, porm so poucas as usinas termeltricas movidas a biogs no pas (MAGALHES,1998).

Louis Pasteur sugeriu no sculo XIX sua utilizao para uso no aquecimento e na iluminao pblica. No Brasil, os biodigestores so instalados majoritariamente na zona rural, mas h inteno de implant-los em grandes cidades. A utilizao desse tipo de fonte energtica favorvel para contribuir com a questo do lixo, j que alguns resduos orgnicos so matrias-primas, e quanto mais finas as partculas e ricas em microrganismos melhor ser para a formao de gs metano e um biogs com maior poder calorfico, logo, o lodo uma tima opo para gerao do biogs (BARREIRA, 1993).

A formao do biogs acontece durante a decomposio da matria viva por bactrias microscpicas. Durante este processo, as bactrias retiram da biomassa parte das substncias de que necessitam para continuarem vivas, e lanam na atmosfera gases e calor (MAGALHES,1998).

Existem trs tecnologias para efetuar a converso deste gs em energia eltrica, uma delas, a mais simples e disseminada, a combusto direta dos resduos slidos, gaseificao por meio da termoqumica, produo de calor por meio de reaes qumicas, e a reproduo do processo natural em que a ao de micro-organismos em um ambiente anaerbico produz a decomposio da matria orgnica e, em consequncia, a emisso do biogs (ALVES,2000).

A variao do poder calorfico do biogs vai de 5000 a 7000 Kcal/m3 depende da quantidade mxima de CH4 presente que definido pelo teste de atividade metanognica especfica (Anexo I), quanto mais elevada, maior ser a pureza do biogs e seu poder calorfico (COELHO, ET AL 2006).Tabela 1 Relao comparativa do poder calorifico de 1m do biogs com os combustveis usuais.Tipo de combustvelQuantidade

Gasolina0,6 L

Querosene0,57 L

leo diesel0,55 L

Gs Liquefeito0,45 Kg

Etanol0,79 L

Lenha1,538 Kg

Energia eltrica1,428 kwh

Fonte: COELHO, ET AL 2006O biogs pode ser utilizado no funcionamento de motores, geradores, moto picadeiras, resfriadores de leite, aquecedor de gua, fogo, lampio, lana-chamas. Pode ainda substituir o gs liquefeito de petrleo na cozinha, porm o biogs no compete com a produo de alimentos (SOUZA,1982).

6. DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO

6.1. ESTUDO DE CASO COPASA A Copasa (Companhia de Saneamento de Minas Gerais),utiliza do gs proveniente do tratamento de esgoto na unidade de tratamento de esgoto Arrudas, tem chamado a ateno de especialistas em todo o pas, a economia no consumo de energia eltrica da planta chegara aos 90% (GAIO, 2013).

Utiliza-se um biodigestor para separar o gs gerado no fundo do compartimento por sedimentao. O resduo lquido gerado pelo tratamento se localiza no fundo do biodigestor de onde liberado o gs, que ento captado e transferido para uma outra cmara onde ser queimado, de forma utilizar a energia qumica da combusto de suas molculas, energia essa que ativa uma turbina de um motor capaz de gerar energia eltrica em um processo muito semelhante ao que acontece em hidreltricas (GAIO, 2013).

Turbinas acrescentam ao sistema do oxignio necessrio para a queima, o processo ser mais eficiente quando maior for a temperatura e presso de entrada, e menor for a temperatura de exausto (GAIO, 2013).

Esta unidade de tratamento em Janeiro 2013 teve um consumo de energia de 37,4 MWh e uma produo de 19,9 MWh, o que corresponde a uma economia de 53% de energia eltrica (GAIO, 2013).

6.2. PROTOTIPO GERADOR DE ENERGIA ELETRICA

Para comprovao de nossos estudos, foi montado um gerador de energia, que ir converter a energia trmica vinda da combusto do biogs gerado a partir de um biodigestor (Anexo II), em energia eltrica, utilizando um dnamo de 6V para acender uma lmpada de LED.

Tabela 2- Relao entre gerador e uma termo eltrica

TermoeltricaProttipoDescrio

FornalhaBiogsFornece calor a caldeira

CaldeiraLataLocal onde a gua aquecida em alta presso

TurbinaVentoinhaFornece energia mecnica, atravs do vapor de alta presso

GeradorDnamoOnde ocorre a transformao da energia mecnica em energia eltrica

As transformaes sero de energia qumica pra combusto, em trmica usada para evaporar a gua na latinha, essa transformada em energia mecnica na ventoinha, e ao girar o motor, a energia mecnica transformada em eltrica.O princpio de funcionamento do dnamo vem da induo eletromagnticanum quadro plano que gira emum campo magnticouniforme.Esta transformao explicado pelaLei de Lenz, onde sentido da corrente induzida oposto da variao do campo magntico que geraa corrente eltrica.Figura 01- Prottipo gerador

Fonte: MEC,2012LR: Latinha de refrigerante > Energia TrmicaLA: Biogs em Combusto > Energia Qumica

VA: Ventoinha > Energia Cintica

M: Motor Dnamo > Energia Eltrica

G: VoltmetroA partir de dados como dimetro e raio do biodigestor dados pela equao geral de circunferncia que a sua base.

Figura 2 Representao da base do biodigestor no espao

Fonte: Acervo Pessoal

possvel obter a quantidade de gs produzido que de cerca de 3m (Anexo III), suficiente para gerar 4,284 kwh de energia eltrica.

7. CONCLUSO

A utilizao do biogs para gerao de energia utilizando o lodo sustentvel, renovvel e reduz a emisso de agentes poluentes, preservando o meio ambiente, alm de economia na utilizao de recursos fsseis. O Brasil dispe de condies climticas favorveis para explorar a imensa energia produzida pelos biodigestores. Existem na China mais de 7,2 milhes de biodigestores instalados, o valor energtico foi equivalente a 5 Itaipus ou 48 milhes de toneladas de carvo mineral.

Biogs pode figurar entre as principais fontes de energia, em virtude da disponibilidade excessiva de biomassa disponvel e de fcil acesso.

8. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

[1]ALVES, J.W.S. "Diagnstico Tcnico Institucional da Recuperao e Uso Energtico do Biogs Gerado pela Digesto Anaerbica de Resduos", Dissertao de Mestrado, PIPGE/USP, So Paulo, 2000.[2]CCEE (Cmera de Comercializao de Energia Eletrica) visualizado em 18/09/13 09:50PM[3]COELHO S.T, STORTINI S.M, PECORA V, ABREU F.C. Gerao De Energia Eltrica A Partir Do (Cbe), Rio De Janeiro, 2006[4]COPEL(Publicado em 18.08.08) visualizado em 18/09/13 08:31AM[5]GAIO.M.M. A Experincia da COPASA MG no aproveitamento energtico do BIOGS na ETE Arrudas Belo Horizonte, 2013.

[6]MAGALHES, AGENOR P. T BIOGS, um projeto de saneamento urbano Ed.Nobel, Engenharia, Energia, So Paulo, 1998[7]MEC (Ministrio da Educao) Tcnicas de obteno de energia eltrica , Viosa, 2012[8]SOUZA, M. E., Fatores que Influenciam a Digesto Anaerbia, Viosa, 1982.

ANEXO I

Montagem de Biodigestor

Atualmente

Teste de existncia do biogs

ANEXO II

Teste de Atividade Metanognica Especfica (AME)(Soares e Hirata, 1997)Onde calculada a produo mxima de metano na biomassa.Obtida a partir da derivada:

Onde:dV/dt = Derivada do Volume em relao ao tempo

SSV = Biomassa;

V = volume do meio de Reao;

ANEXO III

Clculo da Produo do Biogs(Arruda, 2002) O volume do Reservatrio de Biogs:

Altura: 0,83 m (h)

Dimetro: 0,58 m (raio= 0,29m)

V= p R. h

V= 3,14. (0.29).0,83

V= 0,219 mMetade do volume do digestor ser ocupado pela biomassa, portanto, um tambor de 0,2m ter aproximadamente 0,1m de material. O outro 1m ser ocupado com Biogs processado pela biomassa.

Considerando:

1m de biomassa produz 30m de CH4.

Portanto: 1m-------30m

0,1 -------- x

x = 3m1