Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2
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BIODIGESTORES
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE TECNOLOGIA – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
IT 136 E 137 ENERGIA NA AGRICULTURA I E II
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Definição
� Tanque protegido do contato com o ar atmosférico, onde a matéria orgânica contida nos efluentes émetabolizada por bactérias anaeróbicas.
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Composição
� Em geral, todos os tipos são compostos de duas partes:
� Recipiente para abrigar e permitir a digestão da biomassa (tanque);
� Gasômetro para armazenar o biogás (campânula).
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Função
� Fornecer as condições propícias para degradação da material orgânico por bactérias metanogênicas.
� Como resultado da fermentação também ocorre a liberação de biogás e a produção de biofertilizante.
� De acordo com LUCAS JUNIOR & SILVA, (1998):� A digestão anaeróbia é um processo biológico natural.� Pode ser usada para tratamento de dejetos sólidos e
líquidos.� Relaciona-se aos aspectos de saneamento e energia
alternativa (biogás).� Estimula a reciclagem orgânica e de nutrientes, na forma
do biofertilizante.
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Histórico� O interesse no Brasil � décadas de 70 e 80,
principalmente entre os suinocultores.� Fatores responsáveis pelo insucesso dos programas
de biodigestores:� falta de conhecimento técnico sobre a construção e
operação dos biodigestores;� o custo de implantação e manutenção elevado;� equipamentos de distribuição do biofertilizante na
forma líquida com custo elevados (aquisição, transporte e distribuição);
� falta de equipamentos desenvolvidos exclusivamente para o uso de biogás,
� e baixa durabilidade dos equipamentos adaptados;
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Histórico� ausência de condensadores para água e de filtros para
os gases corrosivos gerados no processo de biodigestão;
� disponibilidade e baixo custo da energia elétrica e do GLP;
� e não resolução da questão ambiental, � os reatores não são considerados como um sistema
completo de tratamento.� O ressurgimento se deve a utilização das mantas
plásticas na construção dos biodigestores.� material de alta versatilidade e baixo custo.
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Situação� Programas oficiais, lançados em 2005.
� Estímulo à implantação para geração de energia;� Possibilidade de participação do mercado de
carbono.� Diminuição do impacto ambiental e agregação de
valor.� Redução a dependência de adubos químicos� Redução a dependência de energia térmica para os
diversos usos;� Redução da poluição causada por armazenamento
/tratamentos dos dejetos em esterqueiras e lagoas.
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Abastecimento
� Contínuo� ¾ do abastecimento diário de biomassa, com descarga
proporcional à entrada de biomassa; � não param o fornecimento de gás.� Ex.: Indiano, chinês e canadense.
� Intermitente� quando utiliza sua capacidade máxima de armazenamento de
biomassa, retendo-a até a completa biodigestão. � São retirados os restos da digestão e faz-se nova recarga.� param o fornecimento de gás para a retirada do material
decomposto.� Ex.: Batelada.
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Modelos de Biodigestor
� Figura 1 – Representaçãotridimensional em corte do biodigestor modelo indiano
� Figura 2 – Representaçãotridimensional em corte do biodigestor modelo chinês.
� Figura 3 – Representaçãotridimensional em corte do biodigestor modelo batelada.
� Figuras 1, 2 e 3 fonte: Deganutti, R. et all. (2002)
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Constituição
� Caixa Descarga: � feita em alvenaria;� local onde os dejetos diluídos em água serão
colocados para serem introduzidos no sistema; � Tubo de Carga:
� serve para conduzir o material, por gravidade, desde a caixa de carga até o interior do biodigestor.
� normalmente utiliza-se um tubo em PVC com 150 mm de diâmetro;
� Câmara de biodigestão:� local onde ocorrerá a fermentação do material e a
conseqüente liberação do biogás.� deverá ser construída em alvenaria;
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Constituição
Gasômetro:� elemento responsável por armazenar o biogás
produzido, permitindo o seu fornecimento com pressão constante.
� no caso do modelo Indiano:� Movimenta-se para cima ou para baixo, de acordo com o
volume de biogás acumulado ou retirado.� geralmente é feito de chapa de aço numero 14, a qual
deverá ser soldada em uma estrutura metálica, feita de cantoneiras de aço carbono ¾”. Deverá ter formato cilíndrico,
� cobertura superior abaulada (em forma de cone), para evitar a deposição de impurezas e água na parte externa do mesmo;
� ter um tubo-guia com função de guiar o gasômetro, quando este se movimentar para cima ou para baixo.
� o tubo-guia deve ser obtido a partir de um tubo galvanizado com duas e meia polegadas de diâmetro.
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Constituição
� Tubo de descarga:� servirá para fazer a retirada do material fermentado
(sólidos e líquidos) de dentro do biodigestor.� deve-se utilizar também tubo PVC com 150 mm de
diâmetro; � Caixa ou caneleta de descarga:
� local para onde será encaminhado o material retirado de dentro do biodigestor até ser conduzido para outro local.
� deverá ser construída em alvenaria;� Saída de biogás:
� dispositivo que deverá se localizar na parte superior do gasômetro para saída de biogás e condução até os pontos de consumo.
� Para o modelo indiano recomenda-se que esse dispositivo seja de mangueira flexível, para acompanhar os movimentos do gasômetro.
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Modelo Chinês
Modelo Indiano
Modelo em Batelada
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Material� A biomassa geralmente composta por detritos de
animais.� Pode-se usar para esse tipo de fermentação:
� esterco bovino, suíno, eqüino, caprino, de aves, esgoto doméstico, vinhoto, plantas herbáceas, rejeitos agrícolas e capim em geral.
� Para materiais orgânicos de decomposição lenta como palha ou forragem, indica-se o modelo intermitente.
� Resíduos vegetais fibrosos ou que contenham lignina (palhas, casca de arroz, etc) requerem um pré-tratamento.
� Consiste em triturar o material, ou utilizar substâncias químicas, como NaOH para facilitar a decomposição antes da entrada no biodigestor.
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Subprodutos� Gás �Biogás;
� Parte sólida que decanta no fundo do tanque �Biofertilizante;
� Parte líquida� efluente mineralizado (tratado).
� Os biodigestores são capazes de produzir biofertilizanteisento de patógenos,
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Biofertilizante� Diminuição do teor de carbono do material;� Aumento no teor de nitrogênio e demais nutrientes, em
conseqüência da perda do carbono; � Alta qualidade para uso como fertilizante agrícola; � Maior facilidade de imobilização do biofertilizante pelos
microorganismos do solo, devido ao material já se encontrar em grau avançado de decomposição
� Solubilização parcial de alguns nutrientes;� Melhora as qualidades físicas, químicas e biológicas do
solo.
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Biogás� É um gás inflamável produzido por microorganismos em
fermentação de matérias orgânicas a determinados limites de temperatura, teor de umidade e acidez, em um ambiente impermeável ao ar.
� Poder calorífico de 5.000 a 7.000 kcal/m3;� Equivalente a 0,55L de óleo diesel, 0,45L de gás de
cozinha ou 1,5kg de lenha.� Pode ser usado em fogões domésticos, combustível para
motores de combustão interna, chocadeiras, secadores diversos, geração de energia elétrica, aquecimento.
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Fases da decomposição
� A decomposição sob condições anaeróbias é feita em 3 fases:
� HIDRÓLISE ENZIMÁTICA ou redução do tamanho das moléculas;
� FASE ÁCIDA, produção de ácidos orgânicos;� FASE METANOGÊNICA, produção de metano.
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HIDRÓLISE ENZIMÁTICA
• Conversão da matéria orgânica biodegradável em estadoinsolúvel (ex.: celulose) em solúvel;
• Liberação de enzimas pelas bactérias especificamentepara fazer o desdobramento das moléculas.
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FASE ÁCIDA
• As proteínas, gorduras e os carboidratos solúveis são transformados em ácidos orgânicos
• Ácido acético;• Lático;• Butílico;• Propiônico;• Álcool;• Hidrogênio;• e CO2.• As bactérias formadoras de ácidos asseguram que o meio
esteja livre de oxigênio, e produzem o alimento básico para as bactérias metanogênicas.
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FASE METANOGÊNICA
• O acetato, hidrogênio e o CO2 são transformados em gás metano pelas bactérias metanogênicas.
• Sem essas bactérias o meio se tornaria tão ácido que morreriam inclusive as formadoras de ácidos.
• A velocidade da cadeia de reações é limitada pela formação de microbolhas de metano e dióxido de carbono em torno das bactéria.
• A agitação é recomendável para favorecer o contato direto com a mistura em digestão.
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Condições de fermentação� IMPERMEABILIDADE AO AR:
� Nenhuma das atividades biológicas (reprodução, metabolismo, etc.) dos microorganismos exigem oxigênio;
� A decomposição de matéria orgânica na presença de O2 produz CO2 (dióxido de carbono), e na ausência do ar (O2) produz CH4 (metano).
� O Biodigestor deve ser perfeitamente vedado para a produção de metano não ser inibida.
� TEMPERATURA ADEQUADA:� 30°C, pesquisas revelam valores de temperatura
acima dessa faixa favorecem a produção de biogás.� mudanças bruscas de temperatura afetam a produção.
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Condições de fermentação� NUTRIENTES ESSENCIAIS:
� Nitrogênio, sais orgânicos e principalmente Carbono.� A relação Carbono/Nitrogênio (C/N) deve ser mantida
entre 20:1 e 30:1.� TEOR DE ÁGUA:
� Deve situar normalmente em torno de 90% do peso conteúdo total (1:1 ou 1:1,5).
� Tanto o excesso quanto a falta de água são prejudiciais.
� SUBSTÂNCIAS PREJUDICIAIS:� NaCl, Cu, Cr, NH3, K, Mg, Ni.� São elementos conciliáveis se mantidas abaixo de
certas concentrações.� TEMPO DE RETENÇÃO:
� 35 a 45 dias em geral.
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Materiais tóxicos� Materiais de limpeza, detergentes, sabões, desinfetantes,
pesticidas, antibióticos, água com cloro, não devem estar presentes no material a ser digerido.
� Sais inorgânicos como sódio também podem comprometer a produção de gás.
� Deve-se empregar hidróxido de cálcio quando for necessário neutralizar a acidez do biodigestor, no lugar de hidróxido de sódio, pois o cálcio é menos solúvel que o sódio, vindo a precipitar deixando de ser tóxico.
![Page 25: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/25.jpg)
Diluição� Os dejetos colocados na caixa de entrada do sistema
devem ter cerca de 8% de material sólido;� Isto evita o entupimento de tubulações;� E contribui para que o processo de fermentação se
desenvolva corretamente.� Para isso, o esterco é misturado com água e muito bem
homogeneizado, evitando a formação de "pelotas".
1:3 Aves
1:2 Suínos
1:1 Bovinos
Diluiçãodejeto:água
Origem do dejeto
![Page 26: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/26.jpg)
Construção� Geralmente constrói-se os biodigestores
subsuperficialmente.� As bactérias metanogênicas são sensíveis a variação da
temperatura durante o dia.� A temperatura do solo é praticamente constante durante
o dia, oscilações grandes de temperatura podem afetar a produção do gás.
![Page 27: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/27.jpg)
Tempo de Retenção
� É o intervalo de tempo necessário para que a matéria orgânica seja toda fermentada no biodigestor. Corresponde ao tempo necessário para que toda carga no interior do biodigestor seja substituída.
)/.(/..
).(..3
3
diamdiaadicionadoVolume
mrbiodigestodoVolumeTRH =
30 Produção de biogás e biofertilizante
50 a 60 Produção de biofertilizante
10 a 20 Produção de biogás
TRH, diasFinalidade
![Page 28: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/28.jpg)
Características
Composição média do biogás obtido de estrume
até 1,5 Gás sulfídrico
20 a 40 Gás carbônico
0,5 a 1 Oxigênio
1 a 3 Hidrogênio
60 a 80 Metano
Proporção (%)Gases
700°CTemperatura de Igni ção
4 a 7.5 quilowatts�h/m³;Energia calor ífica
1.2 kg/m³;Densidade
![Page 29: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/29.jpg)
Produção de Biogás
Produção de biogás segundo o tipo de matéria orgânica
28 0,4 Homem
78 2,25 kg Esterco seco de suíno
62 0,18 kg Esterco seco de galinha
36 10 kg Esterco fresco de bovino
Litros/kg de esterco
Produçãodiária/animal
Matéria orgânica
Obs.: Em média 1 kg de peso VIVO produz 18 g de esterco em 24 horas.
![Page 30: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/30.jpg)
Produção de Biogás
Quantidade de material para produzir 1 m3 de biogás
20 Lixo
25 Resíduos agrícolas
12 Esterco de suíno
16 Esterco seco de galinha
25 Esterco fresco de vaca
Quantidade (kg) Material
![Page 31: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/31.jpg)
ProduProduProduProduççççãoãoãoão� A produção do metano começa a se processar depois
de 20 dias;� Cresce até chegar ao máximo na terceira semana, a
partir de quando decresce lentamente durante o período de fermentação de cerca de 90 dias.
� Na prática costuma-se dimensionar para um período de produção de 5 a 6 semanas.
� A produção diária para 1m³ de câmara de fermentação é de cerca de 0,6m³ de gás.
� O material utilizado deve apresentar relação C/N em torno de 30 (30 vezes mais carbono do que nitrogênio).
� Havendo excesso de carbono (material celulósico, principalmente serragem), o Biogás tende a possuir elevado teor de CO2 e pouco metano.
� O mesmo ocorre se a matéria-prima é muito rica em nitrogenados (urina, sangue, etc.).
![Page 32: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/32.jpg)
Produção
� Os excrementos de aves são mais ricos em nitrogênio que os de bovinos.
� Ao excretarem as aves eliminam junto a urina, que enriquece as fezes com nitrogênio.
� As fezes dos bovinos possuem baixo teor de nitrogênio porque parte dele é metabolizado no próprio rúmen do gado.
� Esterco de ruminantes podem ser utilizados como inoculantes por possuírem as bactérias metanogênicas, junto com resíduos vegetais.
![Page 33: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/33.jpg)
Agitação
A eficiência da digestão é melhorada quando se usa um sistema de agitação pelas seguintes razões:
� o substrato fica em contato direto com as bactérias, evitando a formação de bolhas isolantes em torno das bactérias;
� distribui uniformemente a temperatura no interior da câmara de digestão;
� reduz a formação de lodo na parte superior do digestor e deposição de matéria no fundo;
� distribui uniformemente os produtos intermediários e finais da digestão.
![Page 34: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/34.jpg)
pH
� Para que a digestão seja eficiente, é necessário que o pH esteja em torno de 7 e 8 ou seja, que o meio seja neutro ou ligeiramente alcalino.
� Caso o meio se torne muito ácido, deve-se suspender sua alimentação por alguns dias, para que as bactérias metanogênicas reduzam a concentração dos ácidos.
1. Reduzir a carga2. Estabilizar a temperatura3. Verificar possíveis causas 4. Remover crosta
1.Carga/dia excessiva2.Substâncias tóxicas 3.Formação de crosta
Meio ácidoph < 6
Meio alcalinoph > 9
Tempo Carga inicial demasiadamen-tealcalina
SoluçõesCausas possíveisCondição existente
![Page 35: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/35.jpg)
Segurança� Uso do MANÔMETRO: medir a pressão interna, calcular
a quantidade aproximada de gás armazenado e zelar pela segurança contra alta pressão.
� Não colocar fertilizantes fosfatados, sob condições de ausência de ar (pressurizado) esse material pode produzir fosfina, tóxico e cujo contato é letal.
� Na utilização de Biogás para queima, acende-se primeiro o fósforo para depois abrir a válvula.
![Page 36: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/36.jpg)
A queimaA queimaA queimaA queima� Emprego do Biogás como combustível; � Transformação da energia do gás em energia
térmica;� A relação entre o gás e o ar deve permitir a
combustão integral; � Quando esta se dá, a chama é forte, de coloração
azul claro e o gás emite um assobio.� Se a chama tremer há insuficiência de ar e
combustão incompleta.� Se for curta, amarela e piscante, indica Biogás
insuficiente e ar excessivo.
![Page 37: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/37.jpg)
Modelo Chinês� Não é um biodigestor próprio para acúmulo de gás,
devido a sua construção de cúpula fixa (a área de reserva de gás é menor), sendo mais indicado para produção de biofertilizante.
EsquemáticoBiodigestor ModeloChinês (PORTES e FLORENTINO, 2006)
![Page 38: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/38.jpg)
Modelo em Batelada
![Page 39: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/39.jpg)
Modelo em Batelada
Bateria de Biodigestores em Batelada
![Page 40: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/40.jpg)
Biodigestores de Vinil� São biodigestores do tipo contínuo;� Modelo canadense;� Campânula de material plástico;� Baixo custo para instalação do biodigestor, já que não
precisa ser feito em alvenaria.
BIODIGESTOR COM CAMPÂNULA DE VINIL
![Page 41: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/41.jpg)
Biodigestores de Vinil
![Page 42: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/42.jpg)
Dimensionamento� O projeto consiste em dimensionar um biodigestor para
uma família de 5 pessoas numa zona rural no interior do Estado do ES, onde a utilização do biogás será em:
� Cozimento de alimentos:0,33 m3.pessoa-1.dia-1;
� Uso de 5 lampiões, ligados 4 horas por dia:0,13 m3.hora-1 ;
� Geladeira a gás ligada o dia todo:2,2 m3.dia-1.
![Page 43: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/43.jpg)
Dimensionamento� (0,33 x 5) + (5 x 4 x 0,13) + (2,2) == 6,45 m³ de biogás.+ 10% (margem de segurança):= 7,095 ≈ 7,1 m³ de biogás.� Quantidade de animais necessários para produção dessa
quantidade de biogás:� 1 animal bovino produz 10kg de esterco fresco por dia, e
para cada 1kg de esterco produz-se 36L de biogás, ou 0,036m³.
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Dimensionamento� 1kg de esterco ------ 0,036m³
X ------ 7,1 m³X = 197,22kg de esterco bovino.
� 1 animal ------- 10kg de estercoY ------- 197,22kg de esterco
Y = 19,72 animais
� Deve se ter na propriedade 20 animais que irão produzir 200kg de esterco por dia, gerando 7,2 m³ de biogás, que supri a quantidade necessária com a margem de segurança. E como a razão de diluição é 1:1, gastaremos, também, 200L de água, o que nos dá 400L de solução (esterco + água)
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Dimensionamento� TRH – Tempo de Retenção Hidráulica.
� Para um TRH de 35 dias, tem-se:
35 = (Vol.biodigestor) / (0,4 m³ de solução)
Vol.biodigestor = 14 m³ .Valor R$ 15.000,00 (Dez.2008)
)diam³( Diária Carga
(m³)r biodigesto do Volume=TRH
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Dimensionamento� De acordo com as tabelas:
Fonte: www.winrock.org.br
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Dimensionamento� Deve-se construir um reservatório com as medidas:
� 5,50 metros de comprimento;� 1,80 metros de largura; e,� 1,40 metros de profundidade.
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Dimensionamento� Relação do preço da manta e laminado de PVC flexível
de 1 mm de espessura:
� Para o nosso projeto devemos escolher a manta com área total de 99 m², cujo preço é igual a R$ 1.640,00.
Fonte: www.winrock.org.br
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Dimensionamento� Outros materiais necessários:
� Tonel de plástico (volume igual ao da Carga Diária);
� Manta plástica de revestimento PVC flexível com 0,8 mm de espessura;
� Tubulação PVC 150 mm para esgoto (branca) para entrada de dejetos e saída do biofertilizante;
� Tubulação e conexões PVC de 40 mm para água, para condução do biogás;
� Caixa de alvenaria ou fibra para armazenamento do biofertilizante.
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Modelo Indiano
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Modelo Indiano
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Modelo Indiano
A pressão de 15 cm.c.a. deve ser medida no ponto de consumo mais distante;
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Dimensionamento de Biodigestor modelo Indiano
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Dimensionar um biodigestor modelo indiano, em alvenaria de tijolos maciços, com campânula de chapa preta número 14, para suprir as seguintes necessidades de uma família com 4 pessoas para cocção de alimentos, banho, 2 lampiões tipo arandela 2horas/dia, geladeira, acionamento de um motor de 2 hp 1hora/dia.
Dados:
Matéria prima disponível: esterco de suíno.
TRH : 40 dias.
Produção de biogás de esterco suíno: 78 litros por kg.
Relação de diluição 1:2
Margem de segurança: 10%.
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Consumo dos equipamentos
Cocção de alimentos 0,33 m3 gás/pessoa/dia
Chuveiro 0,80 m3/dia/pessoa
Motor de combustão interna 0,45 m3/hp/hora
Lampião 0,13 m3/h/lampião
Geladeira 2,3 m3/dia
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1- Cálculo do consumo diário:
•Cocção de Alimentos = 0,33m3pessoa-1dia-1 x 4 pessoas = 1,32m3 /dia
•Banho= 0,8m3 pessoa-1.banho-1 .4pessoas.1 banho.dia-1= 3,2m3 /dia
•Lampiões = 0,13m3 .h-1.lampião-1.2 lamp. 2h.dia-1 = 0,52m3 /dia
•Geladeira a gás = 2,3m3 /dia
•Motor= 0,45m3 hp-1.h-1. 2 hp.1h.dia-1 = 0,9m3 /dia
Consumo diário total (V2):
1,32 +3,2 +0,52 +2,3+0,9= 8,24m3 /dia
Mais 10% = 8,24 x 1,10 = 9,064 m3 /dia
Total: 9,064 m3 de biogás por dia.
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2-Necessidade de Matéria Prima:
1 suíno produz 2,25 kg de esterco.dia-1 .0,078 m3 biogás.kg-1= Então 1 suíno produz em média 0,1755 m3.dia-1. Logo para produzir 9,064 m3 serão necessários 52 animas, ou 52 x 2,25 = 117 kg de dejetos por dia.
3-Cálculo da mistura água + esterco:
1 kg de esterco – 2 litros de água (kg)
117 kg - x = 234 litros
4-Cálculo do volume útil estimado (VUE) do biodigestor:
(dias) xTRH1000
)a(litros.di diária carga )(m Vue
-13 =
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5-Determinação do diâmetro interno (Di) do biodigestor:
Relação a ser observada: 0,66<Di/H<1 e 3<H<6.
Seja Di = 2,5m
3-1
3 m 14,04 dias 401000
litros.dia 351 )(m Vue ==
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6 - Cálculo da altura útil do biodigestor.
É calculado com base no volume Bruto do Biodigestor (Vb)
então H = [π x (2,5)2 x 3]/4 = 14,73m3
Vb ≥ 1,1VUE (o Vb deve ser 10 % maior que o VUE para compensar o volume da parede.7) Cálculo do diâmetro do gasômetro (Dg):Dg = Di + 0,10 Dg = 2,5 + 0,10 = 2,6m
8) Diâmetro interno superiorDis = Dg + 0,10 (folga)Dis = 2,6 + 0,10 = 2,7m
9) Diâmetro externo superiorDes = Dis + 0,40 (0,20 + 0,20 de cada tijolo maciço)Des = 2,7 + 0,40 = 3,1m
HD
vb i
4
)( 2π=
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10) Diâmetro externo inferior (Dei):Dei = Di + 0,40 (0,20 + 0,20 de cada tijolo maciço)Dei = 2,5 + 0,40 = 2,9m
11) Diâmetro da base (Db):Db = Dei + 0,20 (0,10 de folga de cada lado)
Db = 2,9 + 0,20 = 3,1m
12) Altura útil do gasômetro (h2):Suponha que 50 % do volume de gás produzido será armazenado durante à noite e o restante consumido durante o dia. Sendo assim, v’2= 50 % de v2, então v’2 = 50 % de 9m3 /dia= 4,5m3/dia
2
2
2 4
)(' h
Dv gπ
= 2
2
4
)6,2(5,4 h
π== mh 85,02 ==
Acrescentando 10%=h2 =0,85x1,10 = 0,94m
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13) Altura ociosa (h1)Deve ser igual a pressão solicitada pelos equipamentos:10 a 20 cm c. de água.Adotaremos 16cm.c.a.
14) Altura do gasômetro (Hg):Hg = h1 + h2Hg = 0,16 + 0,94 = 1,1m
15) Verificação do volume útil do biodigestor.É necessário verificar se os cálculos levam a um volume útil real que comporte o volume útil estimado mais o volume da parede divisória interna.Hp = H- h2 = 3 – 0,94 = 2,06mVp= Hp x Di x espessura = 2,06 x 0,24= 1,28m3
Volume útil real do biodigestor (Vur)Vur= Vb – Vp = 14,73 – 1,28= 13,45m3 (Vur deve ser aprox.Vue)
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16) Dimensões da caixa de carga e descarga
(1,15 folga para evitar transbordamento)
108 + 216 = 324L = 0,324m3
0,324m3 + 1,15m3 = 1,5m3
Se tirarmos a raíz cúbica de 1,5 encontraremos as medidas dos lados das caixas de entrada e saída.
Serão1,15m x 1,15m x 1,15m.
15,1TRH
vbV =
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Construção Modelo Indiano
![Page 65: Biodigestores Aplicabilidade e Dimensionamento k2](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022020111/55cf9ceb550346d033ab89a4/html5/thumbnails/65.jpg)
Construção Modelo Indiano
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Cálculo Relação C/N
� Tem-se: � 5 T de material A – 62/1� 4 T de material B – 19/1 � 3 T de material C – 15/1
Equivalente % - 100 x Peso do materialPeso total
� Quantidade de C x (Equivalente %/100) = contribuição de C daquele material
� ∑ da contribuição de C será o total de C/N do material
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Relação C/N
25:1 0,29 7,3 Estrume fresco bovino
29:1 0,55 16 Estrume fresco ovino
24:1 0,42 10 Estrume fresco eqüino
19: 1 0,59 11 Haste de amendoim
27:1 0,54 14 Capim
32:1 1,30 41 Haste de soja
41: 1 1,00 41 Folhas caídas
53: 1 0,75 40 Haste de milho
67:1 0,63 42 Palha seca de arroz
87:1 0,53 46 Palha seca
C/N %N %C Matéria Prima
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Armazenamento� Função de garantir oferta deste quando o consumo for
maior que a rendimento do biodigestor.� Baixa pressão
� É armazenado em balões de manta plástica a uma pressão de, aproximadamente, 2 atm,
� Menor custo quando comparado com os outros dois métodos.
� Alta pressão� É comprimido a 200 atm e estocado em cilindros
especiais.� Só se justifica em grandes sistemas que necessitam
reduzir o volume e estabilizar a pressão para viabilizar a sua comercialização
� Liquefação� Custo mais alto de armazenamento,� É obtido pelo sistema de criogenia onde o metano se
liquefaz em pressão ambiente a uma temperatura de -161°C (LUCAS JUNIOR & SILVA, 2003).
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Referências� http://www.winrock.org.br/media/manualbiodigestaov2.pdf� http://www.aondevamos.eng.br/boletins/edicao15.htm� http://www.fca.unesp.br/nutrir/palestras/arquivos/Biodigestores.pps� BEZERRA, Severino Antunes. Gestão Ambiental da Propriedade Suinícula: Um model o baseado em um
Biossistema integrado. Florianópolis: 2002. 251f. Di ssertação (Mestrado em Engenharia de Produção), Programa de Pós-graduação em Engenharia de Produção. UFSC, 2002.251 p.
� LOVATTO, Paulo Alberto. Suinocultura Geral. UFSM – Universidade Federal de S anta Maria – Setor de Suinocultura – Departamento de Zootecnia da Universidade Federal de Santa Maria – 2004. Disponível em: <www.ufsm.br/suinos/>. Acessado em: 15 ago. 2005.
� MEISTER, Rodrigo. Estudo de modelo em escala piloto de Reator UASB. C uritiba, 2005. Monografia (Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia Ambiental) – Universidade Católica do Paraná.
� Notas de aula do professor Roberto Precci Lopes, da disciplina em questão, Energia na Agricultura II.� Galvão, J.M. ; Martins, F.A.C; Ruiz, A.A.; Neto, R. Gestão Ambiental: Aplicação dos Biodigestores XIII SIMPEP
– Bauru, SP, Brasil, 06 a 08 de novembro de 2006.� ARRUDA,M. H.; AMARAL, L.P.; PIRES, O. P.J.; BARUFI, C. R.V. Dimensionamento de Biodigestor para Geração
de Energia Alternativa REVISTA CIENTÍFICA ELETRÔNICA DE AGRONOMIA PERIODICIDADE SEMESTRAL –ANO I – NÚMERO 2 – dezembro de 2002
� Dr. Roberto Deganutti1, Drª Maria do Carmo Jampaulo Plácido Palhaci2, Ms. Marco ª Rossi3, Bel. Roberto Tavares4, Bel. Claudemilson dos Santos5 BIODIGESTORES RURAIS: MODELO INDIANO, CHINÊS E BATE LADA Anais doCongresso Internacional sobre Geração Distrubuída e Energia no Meio Rural, 2002
� LUCAS Jr., J.; SILVA, F.M. Aproveitamento de resíduos agrícolas para a geração de energia. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA AGRICOLA, 27., 1998, Poços de Caldas. Anais...Lavras/ MG:UFLA/SBEA, 1998. p.63-67.