cp1solucao biogas

8/18/2019 CP1Solucao Biogas

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SoluçãoCaso Prático 1O Biogás


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Caso Prático 1O Biogás

SOLUÇÃO

A seguir se responderá razoavelmente as perguntas propostas

1. Dimensionamento e desenho do digestor para tratar os resíduos gerados

pelos animais (considerar o modelo tubular de polietileno por ser mais

econômico e simples de construir)

Para responder a esta pergunta os seguintes passos devem ser seguidos:

A. Cálculo do esterco disponível:

Em primeiro lugar deve-se determinar quanto matéria-prima se produz ao dia, isso é, épreciso calcular o esterco diariamente disponível. Para tanto, em primeiro lugar, deve-seconsiderar como estão os animais, se estão pastando durante o dia ou na granja. Oenunciado diz que as vacas pastam durante o dia e são fechadas a noite, de modo que seestima que a quantidade de esterco que pode ser coletada corresponde a 25% do totalproduzido ao longo do dia. Sabendo-se qual é o peso dos animais, pode-se aplicar ainformação fornecida na Tabela 22 do texto, isso é:

Em função do numero de animais disponíveis, seu tamanho e se os animais pastam, pode-se calcular o esterco disponível por dia:

5 vacas x (365 kg peso / vaca) x (8 kg esterco/100kg peso) x 0,25 = 36,5 kg/d4 porcos x (70 kg peso/cerdo) x (4 kg esterco/100 kg peso) = 11,2 kg/d

Total esterco = 36,5 + 11,2 = 47,7 kg/d.

Diariamente são produzidos 47,7 kg de esterco

AnimalEsterco

(kg/100 kg de peso vivo)

Vaca 8

Porco 4


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B. Matéria a digerir:

O mais apropriado é caracterizar o resíduo para preparar a mescla mais conveniente a serintroduzida no digestor. Não sendo possível, e devido as características destes resíduos,

considera-se adequado fazer uma diluição esterco/água de 1:4. Portanto, o volume a digerirserá de:

47,5 kg esterco/d + 4 x 47,7 kg agua/d = 238,5 kg de mescla/d.

Considerando uma densidade de 1 kg/l, teríamos 238,5 l de matéria a digerir a cadadia.

C. Tempo de retenção (TRH):

A velocidade da degradação está diretamente relacionada com a temperatura em que serealiza o processo, porque quanto maior a temperatura, menor será o tempo de retenção.Neste caso, a temperatura do processo será a temperatura ambiente, e esta oscila entre 20e 26ºC. Deve-se considerar os valores da Tabela 23 do texto:

Para 20ºC é possível considerar um TRH de 25 dias. Ainda que a temperatura possa oscilar

entre 20 e 26ºC, será considerado para assumir um fator de segurança um TRH de 25dias.

D. Volume do digestor:

O volume do digestor deve alojar uma parte liquida (mescla de esterco e água) e umagasosa para o biogás que é formado. Pode-se considerar que o volume da parte liquida (V L)corresponde a 75% do volume total e o da parte gasosa (VG), a 25% restante.

Para calcular o volume da parte liquida deve-se considerar o volume diário disponível (carga

diária) e multiplica-lo pelo tempo que deve permanecer no digestor, isso é, o TRH.

VL = carga diária x TRH

VL = 238,5 l/d x 25 d = 5.962,5 l

Neste caso, o volume da parte liquida do digestor será de 5.962,5 l

Considerando que o volume de gás corresponde a 25% do volume total:

VG = VL /3 = 5.962,5 l /3 = 1.987,5 l

Região característica Temperatura (ºC) TRH (dias)

Planalto 10 55

Vale 20 25

Trópico 30 10


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Neste caso, o volume da parte do biogás será de 1.987,5 l

Portanto, o volume total será:

VT = VL + VG = 5.962,5 l + 1.987,5 l = 7.950 l

O volume do digestor será de, aproximadamente, 7.950 litros

E. Dimensões do Digestor

O digestor tem forma cilíndrica, portanto: VT = π x r2 x L,

Sendo: r = raio de secção, L = longitude e π= 3,1416 (número pi).

No mercado existem diferentes larguras de rolos de polietileno para fazer o corpo dodigestor, especificamente dispõe-se de rolos de 1m, 1,25 m, 1,50 m, 1,75 m e 2,00 m delargura. Deve-se comprar o mais adequado, conforme o volume do digestor. O maisconveniente será o que tenha uma relação Longitude/Diâmetro compreendida dentre 5 e10, estando a relação ideal compreendida entre 7 e 8.

Com os dados disponíveis, passa-se a determinar as dimensões mais adequadas de umdigestor, isso é, a que mais se aproxima à relação Longitude/Diâmetro ideal.

Para tanto, elabora-se uma tabela com todas as possibilidades em função da largura do rolo

e determina-se a relação Longitude/Diâmetro em cada caso.

Determinação do diâmetro: A largura do rolo x 2 = longitude da circunferência do cilindro, logo:2 x largura do rolo = 2 x π x r, desta forma se determina r, e o diâmetro que é igual a 2r.

Determinação da longitude: Volume do cilindro = secção x longitude = π x r2 x longitude; conhecidos o volume e o raiose determina a longitude.

Desta maneira, constrói-se a seguinte tabela:

Largurado rolo

(m)

Raio(m)

Diâmetro(m)

SecçãoΠxr

2 (m2)Longitude

(m)Relação

Longitude/Diâmetro

1 0,32 0,64 0,32 24,8 38,7

1,25 0,40 0,80 0,50 15,9 19,9

1,50 0,48 0,96 0,72 11,0 11,5

1,75 0,56 1,12 0,97 8,2 7,3

2 0,64 1,28 1,27 6,8 5,3


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Como é possível ver, existem duas dimensões que cumprem uma relaçãolongitude/diâmetro compreendida entre 5 e 10, que corresponderiam às larguras do rolo de2m e 1,75m, respectivamente. No entanto, somente uma estaria na margem ideal, entre 7 e8, que é o caso de uma largura de rolo de 1,75m.

2. Dimensionamento e Construção da estrutura para o digestor

A. Dimensionamento da vala

Sabendo-se qual é a largura da vala, deve-se utilizar a longitude requerida de digestor, poisé possível saber quais são as dimensões da vala. De forma geral, pode-se utilizar asdimensões expostas na Tabela 26 do texto, em função da largura do rolo. Isso é:

Portanto, as dimensões serão:

B. Construção da vala

Para construir a estrutura do digestor deve-se seguir os seguintes passos:

- Cavar um buraco com as mesmas dimensões determinadas na seção anterior com a baseem forma de “U” o de “V”.

- Será considerado que na estrutura existem suportes de segurança a cada trechodeterminado, por ter uma longitude superior a 7 metros.

- Deve-se fazer duas valas, uma para o tubo de entrada e outra para o tubo de saída. A vala de entrada terá um ângulo de, aproximadamente, 45°, e entrará o mais

Largura do

rolo (m)

a (m) b (m) P (m)

1 0,3 0,5 0,6

1,25 0,4 0,6 0,7

1,50 0,5 0,7 0,8

1,75 0,6 0,8 0,9

2 0,7 0,9 1,0

a = 0,60 m

b= 0,80 m

p= 0,90 m


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próximo possível do fundo, deixando não mais do que 30 cm entre o ponto daentrada e o fundo do tanque. O tubo de entrada deve estar pelo menos 40cm acimado tanque. O tubo de saída deve ter um ângulo de 30º.

3. Realização da primeira e segunda cargas

Uma vez instalado o biodigestor, procede-se às cargas. A primeira carga deverá serrealizada com água até a quarta parte do sistema. Posteriormente, é introduzida a carga deesterco correspondente.

A segunda carga será realizada respeitando a equivalência 1:4, isso é, uma de esterco paraquatro de água. Será enchido até que as bocas interiores dos tubos de entrada e saídafiquem tapadas pelo lodo, para que não entre ar ao digestor e esteja em condiçõesanaeróbicas.

4. Estimação da produção de Biogás

A produção diária de biogás depende da quantidade de sólidos voláteis existente na cargade esterco e purinas, já que os sólidos voláteis representam a parte de sólidos totaissuscetíveis de sofrer biodegradação e converte-se em biogás. Assim, para saber qual é aprodução teórica de biogás é preciso conhecer previamente a quantidade de esterco epurinas que será introduzida diariamente no biodigestor e, partir destes valores, determinaro conteúdo de sólidos totais e sólidos voláteis.

Determinação do conteúdo de sólidos totais

Existe uma ampla bibliografia em que o conteúdo de sólidos totais dos estercos e purinaspode ser consultado. De acordo com a tabela em anexo (Tabela 3 do texto):

Resíduo ST (%) SV (%)

Chorume deporco

3-81 70-80

Esterco 5-12 1 75-851 De acordo com a diluição. Fonte: Steffen, R. et al (1998).

A porcentagem de sólidos totais no esterco e purinas é de 12% e 8%, respectivamente(sem diluição).

A quantidade de sólidos totais é:

Kg ST = carga diária (kg resíduo/d) x %ST

Segundo isto, os sólidos totais serão:

Esterco: 36,5 kg esterco/d x 0,12 kg ST/kg esterco= 4,38 kg ST/d


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Purinas: 11,2 kg chorume /d x 0,08 kg ST/kg chorume = 0,90 kg ST/d

Determinação dos sólidos voláteis

Na tabela anterior o mesmo autor indica que o conteúdo de sólidos voláteis nos sólidostotais é de 80% e 75% para os estercos e purinas, respectivamente (considerando osvalores médios).

Segundo estes dados, os sólidos voláteis serão:

- Esterco: 4,38 kg ST/d x 0,80 Kg SV/kg ST = 3,50 kg SV/d.

- Purinas: 0,90 kg ST/d x 0,75 kg SV/kg ST= 0,67 kg SV/d

Produção de biogás

A produção de biogás depende do tipo de esterco, como indica a tabela anexa (Tabla 10 dotexto).

Segundo esta tabela, a produção de biogás por kg de sólido volátil está compreendida entre0,20 e 0,30 m3biogás/kg SV para o esterco bovino e entre 0,25 e 0,50 m3biogás/kg SV parao chorume de porco. Considerando valores padrão para o esterco e o chorume de 0,25 y0,38, respectivamente, a produção de biogás será:

Esterco bovino: 3,50 kg SV/d x 0,25 m3 biogás/kg SV = 0,875 m3 biogás/dChorume de porco: 0,67 kg SV/d x 0,38 m3 biogás/kg SV = 0,255 m3 biogás/d

Total: 0,875 + 0,255 = 1,130 m3 biogás/d

A produção de biogás por m3 de volume do liquido será:1,130 m3biogás/d / 5,962 m3 VL = 0,190 m

3 biogás / m3 VL.d.

5. Utilização da energia obtida:

O biogás tem muitas aplicações. Como comentou-se no texto, um metro cúbico de biogásem combustão total ´r suficiente para (CEDECAP, 2007):

- Gerar 1.25 kW/h de eletricidade.- Gerar 6 horas de luz equivalente a uma lâmpada de 60 watt.

ResíduoProd. biogás(m3kg-1 SV)

Chorume de porco 0,25-0,50

Esterco 0,20-0,30


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- Fazer funcionar um refrigerador de 1 m3 de capacidade durante 1 hora.- Fazer funcionar uma incubadora de 1 m3 de capacidade durante 30 minutos.- Fazer funcionar um motor de 1 HP durante 2 horas

Contudo, talvez as mais necessárias sejam a produção de luz e de calor. Conforme oindicado na tabela anexa (correspondente à Tabela 36 do texto):

Aparelho Consumo Rendimento

Queimador de cozinha 300-600 l/h 50-60%

Lampião (60 W) 120-170 l/h 30-50%

Um queimador de cozinha consome entre 300 y 600 l/h de biogás e um lampião (60w) entre120 y 170 l/h. Considerando que se dispõe de 1.130 l de biogás por dia, uma famíliapoderia:

-

Cozinhar durante mais de duas horas e meia.- Ter luz durante aproximadamente 8 horas.- Uma combinação das duas coisas.

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