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How to cite this paperAn. 4. Enc. Energ. Meio Rural 2002
4º Encontro de energia no meio rural - eficientização energética da Fazenda Exp. PUC-Minas - biodigestor de baixo custo
Fernanda Araújo de Almeida; Ricardo José Silva Melo; Rafael Celestino Vidigal; Profª. Elizabeth Marques Duarte Pereira
Green Solar , Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais 30535-610 Belo Horizonte - Minas Gerais - telefax: (31) 3319-4387
RESUMO
As recentes modificações nos preços dos combustíveis, o maior controle da emissão de gases poluentes na atmosfera e os constantes problemas no fornecimento de energia elétrica têm motivado uma procura por alternativas energéticas no meio rural. Dentre essas, destaca-se a reciclagem energética de resíduos como forma de geração de calor ou gás combustível.
Além disso, a crescente preocupação com o destino dos dejetos produzidos na suinocultura e bovinocultura despertou o interesse dos técnicos da fazenda mobilizando alunos e professores do laboratório GREEN Solar da PUC-Minas.
Elaborou-se, então, o projeto "Aquecimento solar e Biogás - Utilização de Energia Solar em Agroindústrias" com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG).
Seu principal objetivo é analisar a relação custo benefício de várias fontes alternativas de energia já disponíveis no meio rural, buscando a auto suficiência da propriedade rural.
Um biodigestor, em escala piloto, foi construído na Fazenda Experimental PUC-Minas, utilizando dejetos de suínos e bovinos. O biogás e o biofertilizante serão utilizados na própria fazenda.
Palavras chaves: Biodigestor; biogás; biofertilizante; biodigestão; biomassa; gasômetro; digestor; agroindustrial; suinocultura; bovinocultura
ABSTRACT
The recent modifications in the prices of fuels, the increasing emissions of pollutant gases in the atmosphere and the constant problems in the supply of electric energy in the rural area have motivated a search for alternative energy sources in the agricultural sector. Amongst these, the recycling of residues to generate combustible gas and biofertilizer.
The increasing concern with the destination of the manure produced in the pigsties and dairies called the attention of technicians of the farm and mobilized students and professors of The Solar Energy Laboratory, GREEN Solar. Thus, the project "Solar Heating and Biogas - The use of Solar Energy in Agroindustries" became a reality.
With the support of the Foundation of Support of Research in the State of Minas Gerais (FAPEMIG), the work was developed with the objective to analyze the cost benefit relation of using alternative energy sources already available in the agricultural area. A biodigestor in experimental scale will be built in PUC-Minas' Farm using manure of swine. Biogas and biofertilizer will be used in the farm.
TEXTO PRINCIPAL
Com a crise do petróleo na década de 70 foi trazido para o Brasil a tecnologia de biodigestores, sendo os principais modelos implantados o Chinês e o Indiano. Na região nordeste do Estado de Minas Gerais foram implantados programas de difusão dessa tecnologia.
A expectativa era muito grande, mas os benefícios do biogás e do biofertilizante obtidos não foram suficientes para dar continuidade a estes programas e os resultados não foram satisfatórios. (fonte: EMATER-MG, ano:2001)
Atribui-se esta insatisfação às dificuldades operacionais do biodigestor, a expectativa de que o biodigestor forneceria o biogás imediatamente após sua instalação, a omissão das vantagens do biofertilizante, a interrupção do crédito rural específico em 1985, a falta de seriedade de algumas das empresas fabricantes, e a ineficiência na assistência técnica ao usuário. (fonte: hPg www.biodigestores.hpg.ig.com.br)
A constante preocupação das suinoculturas, atualmente, é a busca de melhores índices de produtividade e solução para problemas de saneamento. Com isso, a prática de criações confinadas torna-se uma tendência no meio agropecuário, aumentando a concentração de estrumes por unidade de área. Em média, cada suíno produz 5,8kg/dia de dejetos. Este dejeto alia elevado potencial de poluição, alternativa energética, biofertilizante, além de ser opção alimentar para outras espécies. O manejo dotado, quando bem escolhido e conduzido, permite o aproveitamento integral dos dejetos dentro das condições estabelecidas em cada propriedade. O manejo de confinamento é, pois, recomendado para o melhor aproveitamento dos dejetos, pois sua coleta neste sistema é mais simplificada. Para aumentar a eficiência e diminuir a carga de trabalho relacionado à manutenção do biodigestor, o mais indicado seria utilizar uma tubulação que levasse os dejetos diretamente ao biodigestor. Por outro lado, a utilização de uma caixa de entrada como é visto no modelo escolhido pela equipe, auxilia no processo de biodigestão do dejeto, pois o mesmo é adicionado ao biodigestor em forma mais estável.
O treinamento do pessoal de operação e manutenção do biodigestor tem se mostrado como condição necessária ao uso do biodigestor.
Além disso, serão discutidos os fatores de segurança que devem ser implementados para garantir um ambiente de trabalho saudável e livre de riscos para o ser humano e para os animais.
O BIODIGESTOR
O biodigestor possui uma caixa para entrada de dejetos e uma caixa de saída de biofertilizante. As características básicas do biodigestor projetado são: Digestor de alvenaria, revestido com manta atóxica de vinil para impedir infiltrações e vedação completa do gás e dejetos. O gasômetro é do mesmo material, permite acompanhar a produção de gás, além de aproveitar a radiação solar incidente sobre o biodigestor. O dimensionamento do biodigestor objetiva a produção diária de 5m3 de biogás.
O digestor possui uma parede divisória que tem como objetivo a uniformização dejeto, de modo a aproveitar o máximo potencial energético decorrente de sua decomposição.
Esta parede é feita de tijolos e também deve ser revestida com a manta atóxica. A altura desta parede depende da altura do biodigestor. Normalmente usamos a altura da parede igual a 70% da altura do digestor. (Archibald, ano: 1954)
Como o digestor não deve possuir quina viva, devido ao surgimento de tensão, que podem causar fissuras e rachaduras que comprometeriam o bom funcionamento do biodigestor. Caso ocorram rachaduras, a infiltração de dejetos no solo pode causar a contaminação de lençóis freáticos, o que minimizaria os benefícios do biodigestor perto do grande prejuízo causado por esta contaminação.
Na figura 1, mostramos o poço de 2,8 metros de profundidade e 2 metros de diâmetro. Dimensões estabelecidas em função do volume de dejeto a ser armazenado e da quantidade diária desejada de gás produzido. Esta relação consta no "Manual de Construção e Operação de Biodigestores", desenvolvido pelo GREEN Solar.
A estrutura de alvenaria (Figura 2) deve ser perfeitamente lisa para garantir vida útil longa para a manta de PVC que irá encobri-la. Deve-se planejar tampas para a caixa de entrada e saída para garantir segurança de pessoas e animais que circulam pela área. Ao fundo da Figura 2, podemos ver a creche que produzirá o dejeto a ser inserido no biodigestor.
Na figura 3 temos a manta ainda fora do digestor,
tendo a aparência de uma 'calça', cuja colocação de ser cuidadosa para evitar qualquer dano físico, figura 4.
Recomenda-se deixar uma folga na manta, para que esta não ceda quando for inserido o dejeto.
Deve-se garantir ainda, que o dejeto permaneça somente dentro da bolsa do digestor. Foi feito uma extensão da tubulação de PVC (figura 6) para a entrada e saída de dejetos. Utilizou-se cola de PVC (figura 7) para garantir completa estanqueidade ao digestor.
A utilização da manta de PVC é uma inovação para este tipo de aplicação. Outras formas de impermeabilizar o digestor são mais demoradas e caras. O estado da manta será avaliado constantemente.
Para realizar o teste de estanqueidade (figura 8) foi respeitado um intervalo de tempo de 24 horas. O teste de estanqueidade consiste no enchimento do digestor com água para verificar possíveis vazamentos.
DIMENSIONAMENTO
Para desenvolvimento de biodigestores, é necessário conhecimento prévio do volume de dejetos produzidos e da futura aplicação do biogás.
A dimensão da planta do biodigestor depende da quantidade, origem e análise do dejeto disponível, e a temperatura média de digestão.
Constam desta análise os tipos de bactérias presentes no dejeto, pois cada bactéria possui uma temperatura ideal para a digestão. Deve ser também observado a presença de bactérias anaeróbias, pois o uso excessivo de antibióticos nos leitões pode comprometer sua presença.
De modo geral, tem-se que a temperatura ideal para o interior do digestor é da ordem de 35ºC. Nesta temperatura, atende-se as necessidades da maioria da bactérias anaeróbias, garantindo uma maior produção de biogás. Os biodigestores construídos abaixo do nível do solo atendem muito bem as exigências de temperatura pois as perdas térmicas são minimizadas.
Para a construção do biodigestor, uma equipe interdisciplinar experiente deve ser contratada para minimizar as possibilidades de erro do projeto. Seria ideal que o mesmo tivesse conhecimentos de instalação de gás para que o projeto de alimentação do gás para os pontos de consumo seja também bem feita.
O croqui utilizado para a construção do biodigestor pode ser visto na figura 9.
O projeto do biodigestor de baixo custo se encontra em fase final. A primeira produção de biogás não poderá ser aproveitada devido ao alto teor de gás carbônico.
As tubulações de distribuição de biogás deverão ser instaladas em breve.
O BIOGÁS
O biogás é um gás inflamável produzido por microorganismos quando matérias orgânicas são fermentadas dentro de determinados limites de temperatura, teor de umidade e acidez, em um ambiente impermeável ao ar.
O biogás produz em média 55% à 65% de gás metano, 25% à 35% de gás carbônico e traços de gases sulfídricos. Por ser extremamente inflamável, o biogás oferece condições para uso em fogão doméstico, lampião, como combustível para motores de combustão interna, geladeiras; chocadeiras; secadores de grãos ou secadores diversos; e geração de energia elétrica (princípio de cogeração).
O biogás pode substituir o GLP, desde que sejam feitas adpatações na válvula de gás do equipamento em questão, já que o biogás primário não apresenta o mesmo poder calorífico do GLP.
São inúmeras as vantagens e possibilidades de uso do biogás, mas no meio rural acrescenta-se a autonomia na produção de energia, podendo utilizar a concessionária de energia elétrica como uma fonte auxiliar de energia caso algo venha a ocorrer deficit ou problema com a produção do biogás.
O nosso objetivo é obter reduções significativas nas contas de energia elétrica da fazenda.
O BIOFERTILIZANTE
Depois de passarem no digestor, os resíduos apresentam alta qualidade para uso como fertilizante agrícola, devido principalmente à diminuição no teor de carbono do material, pois a matéria orgânica ao ser digerida perde exclusivamente carbono na forma de CH4 e CO2. Cita-se ainda as seguintes vantagens ao utilizar o biofertilizante:
- aumento no teor de nitrogênio e demais nutrientes, em conseqüência da perda do carbono;
- diminuição na relação C/N ( Carbono / Nitrogênio ) da matéria orgânica, o que melhora as condições do material para fins agrícola;
- maiores facilidades de imobilização do biofertilizante pelos microrganismos do solo, devido ao material já se encontrar em grau avançado de decomposição, aumentando a eficiência do biofertilizante;
- solubilização parcial de alguns nutrientes.
O USO FINAL DO BIOGÁS E BIOFERTILIZANTE
Neste projeto, o biogás produzido será utilizado em campânulas à gás para aquecimento dos leitões nas maternidades e creches de suinoculturas.
O biofertilizante será usado na lavoura de milho na própria fazenda. O milho colhido será utilizado na fabricação de ração para os leitões.
A utilização do biogás e do biofertilizante proporcionará diminuição nos gastos com a concessionária de energia e com fornecedores de produtos químicos fertilizantes para a lavoura de forma geral, além de contribuir com o saneamento da propriedade.
Devemos levar em conta os problemas ambientais decorrentes de um tratamento inadequado do dejeto. Inclusive, para os grandes exportadores de carne de animais começa a ser exigido o histórico dos animais, com inclusão dos cuidados na higiene do animal. Em que o biodigestor e o tratamento do dejeto proporcionam condições otimizadas.
SEGURANÇA
Alguns itens devem ser considerados para garantir a segurança de todos que lidam direta ou indiretamente com o biodigestor.
Como os biodigestores são projetados para operar na ausência de oxigênio, caso haja necessidade de entrar dentro do biodigestor vazio, isso deve ser feito com equipamento de segurança pois a morte por asfixia pode ocorrer em poucos segundos dentro de uma câmara anaeróbia.
Este alto risco se deve ao fato dos gases tóxicos produzidos na biodigestão permanecerem dentro da câmara mesmo depois do esvaziamento do biodigestor. Para que a entrada na câmara seja segura, deve ser feito um teste de detecção de gases tóxicos, uso de máscaras de oxigênio, ventilação forçada, além de se contar com um operador de prontidão no exterior do biodigestor para qualquer eventualidade.
É importante saber que como o biogás é um gás inflamável, a sua mistura de 5% a 15% com o oxigênio pode causar explosões e linhas de gás com vazamentos podem provocar incêndios. As instalações devem seguir rigidamente as normas da ABNT para instalações à gás e deve ser solicitado a vistoria pelo Corpo de Bombeiros. Outro controle necessário é o de pressão.
Para prevenir acidentes que podem colocar em riscos todos os envolvidos na fazenda, podemos fazer uso de vários equipamentos que nos auxiliam a detectar presença de gás no ambiente e aliviar altas pressões no biodigestor e na tubulação. Os equipamentos são fáceis de serem encontrados e sua instalação é bastante simples.
- Válvula de alívio de pressão;
- Detetores de gás para ambientes fechados próximos ao digestor;
Devem também ser utilizados tubulações e registros próprios para gás para controlar o volume de gás dentro do gasômetro.
ANÁLISE ECONÔMICA
Substituindo-se as 105 lâmpadas de 150W que são hoje utilizadas na climatização da maternidade e creche, prevê-se uma economia de R$2192,00 reais na conta da concessionária de energia elétrica.
Os gastos com fertilizantes também são reduzidos com o uso do biofertilizante, que além de mais barato e menos nocivo à lavoura e ao solo.
AGREDECIMENTOS
Agradecemos todo apoio fornecido pela FAPEMIG, sem o qual o projeto não existiria.
À todos os monitores do GREEN Solar que apoiaram com idéias e com trabalho sempre entusiasta. Aos professores do GREEN Solar que continuamente incentivaram e acrescentaram muito a toda equipe. Aos funcionários da fazenda Experimental da PUC-Minas por mostrarem muita disposição ao nos ajudar.
REFERÊNCIAS
■ Archibald Joseph Macintyre - Instalações hidraulicas - 2. ed.
■ Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais - Manual para construção e operação de biodigestores
■ Barrera, Paulo - Biodigestores : Energia, Fertilidade e Saneamento Para a Zona Rural
■ HPg, ( www.biodigestores.hpg.ig.com.br)
■ EMATER - Empresa de Assistência Técnica e Extensão Rural do Estado de Minas Gerais - visita em 16 de Maio/2001