PROCESSOS DE PRODUÇÃO DE ENERGIA POR MEIO DA DECOMPOSIÇÃO DE RESÍDUOS SÓLIDOS

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O biogás é uma mistura gasosa produzida através da digestão anaeróbica da matéria orgânica, formado por aproximadamente 35% de CO2 (dióxido de carbono), 60% de CH4 (metano), que é possível de ser coletado e utilizado como fonte de energia, e 5% de uma mistura de outros gases como hidrogênio, nitrogênio, gás sulfídrico, monóxido de carbono, amônia, oxigênio e aminas voláteis (PECORA, 2006). Um sistema padrão de coleta do biogás em aterros possui três componentes básicas: poços de coleta e tubos condutores, compressores e sistema de purificação do biogás. A impermeabilização da base e da cobertura do aterro possibilita condições adequadas para a degradação da matéria orgânica, aumentando, a produção do gás. Além disso, é uma maneira de minimizar contaminações no solo e lençóis freáticos (ENSINAS; BIZZO, 2003).

A coleta de gás normalmente começa após uma porção do aterro ser fechada. Os poços do aterro são ligados a tubos que são ligados a um tubo principal que percorre o aterro. Quando o biogás (quente) produzido pelo aterro passa pela tubulação, acaba resfriando formando então um condensado. Após a coleta e antes da sua utilização no processo de conversão de energia, o biogás é tratado para a remoção de algum condensado que não foi coletado, assim como particulados e impurezas no geral. Pecora (2006) diz que a conversão energética do biogás é o processo de transformação da energia química das moléculas do biogás, por meio de uma combustão controlada, em energia mecânica, que por sua vez será convertida em energia elétrica.

Foi desenvolvido um desenho esquemático, sem escala baseado no autor BRASMETANO (2007), para representar as etapas de captação e conversão do biogás em energia. As etapas podem ser observadas através da figura 1.

Figura 1: Sistema integrado de captação e conversão do biogás em energia

[pic 1]

Fonte: PRÓPRIO AUTOR, 2014.

Segundo Silva (2012), um dos modelos matemáticos utilizados para determinar a quantidade de biogás gerado em aterros é o LAndGEM (Landfill Gas Emissions Model – Modelo de Emissão de Gases em Aterros Sanitários). O modelo utiliza a seguinte a equação 1 para estimar as emissões.

- [pic 2][pic 3]

Onde:

QCH4= geração anual de metano para o ano calculado (m3/ano);

i= 1-acréscimo por ano;

n= ano do cálculo (ano inicial de abertura do aterro);

j= 0,1 – acréscimo por ano;

k= taxa de geração de metano (ano-1);

L0= potencial de geração de metano (m3/t.);

Mi= massa de resíduos recebidos no ano em cada seção (t.);

tij= ano, em cada seção, de recebimento da massa de resíduos (tempo, com precisão de decimais).

Ainda segundo Silva (2012) os parâmetros mais importantes da equação 1 são as constantes k e L0, pois refletem variações de acordo com o local e o tipo de resíduos.

Segundo Pecora (2008), e possível determinar a potência elétrica útil disponível para a geração de energia elétrica gerada a partir do metano. Para determinar a potência e a energia disponível são utilizadas as equações 2 e 3 respectivamente:

- [pic 4]

Onde:

Px: potência disponível a cada ano (kW)

Qx: vazão de metano a cada ano (m³CH4/ano)

Pc: poder calorífico do metano = 8.500 kcal/m³CH4

ƞ: eficiência do motor = 0,28

- [pic 5]

Onde:

Edisp: energia disponível (kW)

Px: potência disponível (kW)

365: dias/ano

24: h/dia

- Materiais e Métodos ou Metodologia

Para o desenvolvimento bibliográfico deste trabalho, foram realizados estudos baseados em pesquisas utilizando livros, artigos, reportagens, citações, materiais da internet, dentre outras fontes. Através destas pesquisas foi possível ter um maior embasamento teórico e argumentativo sobre o tema.

Por meio de um estudo descritivo, serão exploradas as características do fenômeno (produção de energia a partir do biogás) como a quantidade de biogás a ser obtido a partir de determinada quantidade de resíduos. Para realizar o cálculo foi usada a integral dupla para estimar a média da produção de carbono por ano de um belo-horizontino segundo o modelo LandGEM, possibilitando o cálculo da energia gerada por pessoa ao ano.

Para a apresentação do produto físico optou-se pela maquete, que será feita de modo a representar o aterro com o seu sistema de captação de gases, além da representação do seu armazenamento e o sistema de distribuição de energia. O uso da maquete possibilita associar o trabalho teórico à representação prática, facilitando a visualização do processo.

- Resultados Experimentais

Para Figueiredo (2011), é necessário analisar a quantidade de resíduos sólidos produzidos por habitante. Dessa forma, foi possível desenvolver um gráfico á partir da regressão linear dos dados da Tabela 1, no qual está disposto o crescimento da produção de resíduos para cada habitante de Belo Horizonte de 1997 á 2003.

Tabela 1: Produção de Biogás

n Ano Produção Diária (kg) Produção Anual (kg)

1 1997 1,53 558,45

2 1998 1,37 500,05

3 1999 1,34 489,10

4 2000 1,35 492,75

5 2001 1,54 562,10

6 2002 1,44 525,60

7 2003 1,69 616,85

Fonte: Próprio Autor

Gráfico