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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARAN

LISANDRO PRATI

GERAO DE ENERGIA ELTRICA A PARTIR DO BIOGS GERADO POR BIODIGESTORES

CURITIBA 2010

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LISANDRO PRATI

GERAO DE ENERGIA ELTRICA A PARTIR DO BIOGS GERADO POR BIODIGESTORES

Monografia apresentada disciplina Projeto de Concluso de Curso como requisito parcial concluso do Curso de Graduao de Engenharia Eltrica , Setor de Tecnologia, Departamento de Engenharia Eltrica, Universidade Federal do Paran.

Orientador: Prof. Dr. Alexandre Rasi Aoki.

CURITIBA 2010

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RESUMO

Este trabalho tem por objetivo analisar aspectos tcnicos e econmicos relacionados com a gerao de energia eltrica utilizando o biogs gerado por biodigestores. No aspecto tcnico, o trabalho aponta a possibilidade de recuperao do biogs gerado atravs do tratamento anaerbico de resduos. Em relao ao aspecto econmico, estudou-se a viabilidade do projeto de gerao de energia de forma a conciliar a gerao prpria e a fornecida pela concessionria, alm da possibilidade de comercializao do biofertilizante e dos crditos de carbonos, sendo esses produtos secundrios do processo. Do ponto de vista ambiental, destaca-se o tratamento de resduos poluentes, gerados em diferentes atividades, contribuindo para a no emisso de carbono na atmosfera.

Palavras-Chaves: Biogs. Biodigestor. Gerao de Energia. Mecanismo de Desenvolvimento Limpo.

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ABSTRACT

This study aims to examine technical and economic aspects related to power generation using biogas generated from digesters. On the technical side, this work shows the possibility of recovering the biogas produced by anaerobic waste treatment. Regarding the economic aspect, we studied the feasibility of the project to generate energy in order to reconcile its own generation and that provided by the concessionaire, and the marketability of the fertilizer and carbon credits, which are byproducts of the process. From an environmental standpoint, there is the treatment of wastewaters generated in different activities, contributing to non-carbon in the atmosphere.

Key Words: Biogas. Biodigestor. Power Generation. Clean Development Mechanism.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Relao entre poder calorfico do biogs e a porcentagem em volume do metano ..................................................................................................... 19 Figura 2 Peso especfico do biogs em relao a concentrao do metano ............. 20 Figura 3 Fases da produo do biogs ...................................................................... 24 Figura 4 - Vista frontal, em corte, do biodigestor modelo Indiano ................................. 26 Figura 5 - Vista tridimensional do biodigestor modelo Indiano ...................................... 27 Figura 6 - Vista frontal, em corte, do biodigestor modelo Chins .................................. 28 Figura 7 - Vista tridimensional do biodigestor modelo Chins ....................................... 29 Figura 8 Representao em corte de um biodigestor do modelo desenvolvido pela Marinha do Brasil ................................................................................... 30 Figura 9 Representao em corte de um biodigestor simplificado do modelo desenvolvido pela Marinha do Brasil. ............................................... 31 Figura 10 Fluxograma de uma planta com gerao de energia eltrica a partir do

biogs ............................................................................................................ 37 Figura 11 Representao do VLP .............................................................................. 52

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Fontes de resduos ...................................................................................... 15 Tabela 2 Percentagem de gases no biogs ............................................................... 18 Tabela 3 - Produo diria de dejetos de sunos de acordo com o sistema de produo (litros/dia). ...................................................................................... 39 Tabela 4 - Estimativa dos teores da MS, Ntot.,P2O5 e K2O, nos dejetos de sunos em funo da sua densidade ........................................................................ 42 Tabela 5 - Produo diria de dejetos para bovinocultura ............................................ 46 Tabela 6 - Estimativa da mdia de consumo de energia eltrica na propriedade ......... 58 Tabela 7 - Dados para clculos relacionados ao biofertilizante..................................... 62 Tabela 8 - Estudo de viabilidade da instalao da planta completa .............................. 66 Tabela 9 - Estudo de viabilidade apenas da parte de gerao de energia eltrica ....... 67

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

PCS - Poder Calorfico Superior PCI - Poder Calorfico Inferior ST - Slidos Totais IPQM - Instituto de Pesquisa da Marinha do Brasil PVC - Policloreto de Vinila SV - Slidos Volteis MS - Matria Seca RCE - Redues Certificadas de Emisses MDL - Mecanismo de Desenvolvimento Limpo PDD - Documento de Concepo de Projeto TMA - Taxa Mnima de Atratividade VPL - Valor Presente Lquido TIR - Taxa Interna de Retorno VP - Valor Presente TR - Tempo de Retorno ANEEL - Agncia Nacional de Energia Eltrica PRODUSA - Programa de Estmulo Produo Agropecuria Sustentvel COPOM - Conselho de Polticas Monetrias COPEL - Companhia Paranaense de Energia Eltrica GET - Global Energy Telecom ITAI - Instituto de Tecnologia Aplicada e Inovao

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SUMRIO

1. INTRODUO ........................................................................................................ 10 1.1 CONTEXTO ..................................................................................................... 10 1.2 OBJETIVO E JUSTIFICATIVA ......................................................................... 11 1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO ......................................................................... 12

2. GERAO DE ENERGIA A PARTIR DO BIOGS ................................................. 13 2.1 BIOGS ........................................................................................................... 13

2.1.1 Histrico do Biogs ..................................................................................... 13 2.1.2 Formao ................................................................................................... 15

2.1.2.1 Fatores que influenciam na formao do biogs .................................. 16 2.1.3 Composio ................................................................................................ 18 2.1.4 Filtragem ..................................................................................................... 19

2.1.4.1 Retirada do gs sulfdrico por xido de ferro ........................................ 20 2.1.5 Poder calorfico ........................................................................................... 22 2.1.6 Riscos ......................................................................................................... 22

2.2 BIODIGESTOR ................................................................................................ 23 2.2.1 Funcionamento ........................................................................................ 23 2.2.2 Modelos ................................................................................................... 25

2.2.2.1 Modelo Indiano .................................................................................. 25 2.2.2.2 Modelo Chins ................................................................................... 27 2.2.2.3 Modelo da Marinha Brasileira ............................................................ 29

2.2.3 Biofertilizante ........................................................................................... 32 2.3 BIOGS GERADO EM ATERROS SANITRIOS ......................................... 33

2.4 CONVERSO ENERGTICA DE BIOGS EM ENERGIA ELTRICA ............. 34 2.5 CONSIDERAES FINAIS DO CAPTULO .................................................... 35

3. METODOLOGIAS PARA ANLISE TCNICO-ECONMICA ................................ 36 3.1 FLUXOGRAMA DE UMA PLANTA COM GERAO DE ENERGIA ELTRICA A PARTIR DO BIOGS ............................................................................................... 36 3.2 PLANEJAMENTO DE UMA PLANTA COM GERAO DE ENERGIA ELTRICA A PARTIR DE UM BIODIGESTOR ANAERBIO ..................................... 38

3.2.1 Estimao da quantidade de dejetos .......................................................... 38 3.2.1.1 Anlise e correo da qualidade dos dejetos ....................................... 41

3.2.2 Escolha do tipo de biodigestor a ser implantado ........................................ 42 3.2.2.1 Dimensionamento do biodigestor ......................................................... 43

3.2.3 Estimao da quantidade de biogs gerada ............................................... 44 3.2.3.1 Anlise da qualidade do biogs ........................................................... 46

3.2.4 Tipo de converso de energia a ser implantada ......................................... 46 3.2.5 Estimao da quantidade de energia eltrica a ser gerada ........................ 46 3.2.6 Anlise do destino da energia eltrica ........................................................ 47 3.2.7 Destinao do biofertilizante ....................................................................... 48 3.2.8 Possibilidade de Renda com Crditos de Redues de Emisses............. 48

3.3 AVALIAO DOS RISCOS DO PROJETO ...................................................... 49 3.4 ANLISE DE VIABILIDADE ECONMICA ...................................................... 50

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3.4.1 Introduo ................................................................................................... 50 3.4.2 Fluxo de Caixa ............................................................................................ 50 3.4.3 Taxa Mnima de Atratividade (TMA) ........................................................... 51 3.4.4 Valor Presente Lquido (VPL) ..................................................................... 51 3.4.5 Taxa Interna de Retorno (TIR) .................................................................... 51 3.4.6 Payback ...................................................................................................... 52 3.4.7 Definies de Indicadores de Viabilidade Econmica ................................ 52

3.5 CONSIDERAES FINAIS DO CAPTULO .................................................... 54 4. ESTUDO DE CASO ................................................................................................ 55

4.1 FAZENDA PRATI ............................................................................................. 55 4.1.1 Projeto ........................................................................................................ 55 4.1.2 Estudos ....................................................................................................... 56 4.1.3 Concluso e anlise ................................................................................... 67

4.2 GRANJA COLOMBARI .................................................................................... 68 4.2.1 Planta ......................................................................................................... 68 4.2.2 Equipamentos, Produo e Parceiros ........................................................ 68 4.2.3 Problemas e Operao ............................................................................... 70 4.2.4 Concluso ................................................................................................... 71

5. CONCLUSES E SUGESTES DE TRABALHOS FUTUROS .............................. 72 REFERNCIAS: ............................................................................................................. 73 ANEXO 1 ........................................................................................................................ 79 ANEXO 2 ........................................................................................................................ 81 ANEXO 3 ........................................................................................................................ 82

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1. INTRODUO

1.1 CONTEXTO

Para o desenvolvimento sustentvel so necessrios a busca, desenvolvimento e incentivo em tecnologias que utilizem fontes renovveis de gerao de energia eltrica, possibilitando a criao de fontes de suprimentos descentralizadas e em pequena escala (COLDEBELLA; SOUZA, M; SOUZA, J; KOHELER, 2006). A produo de energia eltrica atravs da queima de combustveis fsseis, considerada a mais poluente, gera resduos como xidos de enxofre, xidos de nitrognio, dixido de carbono, metano, monxido de carbono, dentre outros. J, usinas hidroeltricas necessitam da formao de grandes lagos que interferem no fluxo dos rios, realocao da populao, configurando muitas vezes em problemas sociais e entraves judiciais (CLASSEN; LIER; STAMRS, 1999). Diante do aumento da demanda energtica e da dificuldade para esse atendimento, necessrio o investimento em novas fontes energticas alternativas para auxiliar no desenvolvimento sustentvel.

As tecnologias a base de fontes renovveis so atrativas no s devido s vantagens ambientais, mas tambm sociais e econmicas. A possibilidade de criao de fontes de suprimento descentralizadas e em pequena escala fundamental para o desenvolvimento sustentvel, tanto em pases desenvolvidos como em pases em desenvolvimento. No interesse desses ltimos, sobressaem as centrais que utilizam fontes renovveis e no requerem alta tecnologia para instalao ou tcnicos especializados para sua operao.

No Brasil pode-se citar o exemplo do aproveitamento de resduos da cana de acar e de resduos rurais, em que temos a possibilidade de gerao de energia para o sistema eltrico e principalmente para o consumo local. Os resduos rurais incluem todos os tipos gerados pelas atividades produtivas nas zonas rurais, qual seja: os resduos agrcolas, florestais e pecurios. Os resduos da pecuria so constitudos por dejetos e outros produtos resultantes da atividade biolgica do gado bovino, suno,

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caprino e outros, cuja relevncia local justifica seu aproveitamento energtico. Esse tipo de resduo importante matria-prima para a produo de biogs.

O biogs composto por uma mistura de gases, cujo tipo e percentagem variam de acordo com as caractersticas dos resduos e as condies de funcionamento do processo de digesto. Os principais constituintes do biogs so o metano e o dixido de carbono, no qual biogs composto em mdia de 65% de metano, sendo o restante basicamente de dixido de carbono. Outros gases, como sulfeto de hidrognio, o nitrognio, hidrognio e monxido de carbono tambm compe o biogs em menores concentraes.

A utilizao do biogs como combustvel contempla vrias formas de uso, desde motores a combusto interna, passando por aquecimento de caldeiras e fornos e ainda podendo ser utilizado em turbinas a gs ou em microturbinas. Mas para que esses usos possam ocorrer necessrio identificar a vazo, composio e poder calorfico do biogs utilizado. Sendo eses os parmetros que determinam o potencial de gerao de energia, tanto na forma de energia eltrica, calor ou trabalho. Esses parmetros tambm so fundamentais para o dimensionamento do processo de tratamento do biogs, como a remoo do dixido de carbono, umidade e do cido sulfdrico.

1.2 OBJETIVO E JUSTIFICATIVA

Este trabalho tem como objetivo analisar e comprovar da viabilidade tcnica e econmica da gerao de energia eltrica a partir do biogs e apontar alguns dos ganhos ambientais de uma planta.

Os estudos sobre gerao de energia eltrica a partir do biogs se justificam devido ao crescimento do agronegcio, ou seja, aumentando o nmero de granjas e consequentemente a quantidade de dejetos gerados, sendo que esses necessitam de tratamento para um crescimento sustentvel. Outro fator que justifica o projeto o aumento da demanda de energia eltrica na zona rural, sendo que em inmeras vezes

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essa carga est no fim de cada ramal alimentador o que acarreta em perdas de distribuio, quedas de tenso e instabilidade no sistema. Tambm um fator justificador a possibilidade de economia com energia eltrica ou uma renda extra para o caso de comercializao com uma concessionria de energia eltrica.

1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO

No segundo captulo apresentado o histrico do biogs, o processo de formao junto com fatores que influenciam na produo, a composio, os processos de filtragem para retirada do gs sulfdrico e do dixido de carbono, o seu poder calorfico e seus riscos. Na segunda parte do capitulo apresentado o funcionamento do biodigestor, os modelos e o biofertilizante. J, na terceira parte informa sobre a gerao de biogs em aterros sanitrios, posteriormente destacada a converso energtica do biogs em energia eltrica e finalmente temos as consideraes finais.

No terceiro captulo so apresentadas as metodologias para as anlises tcnico econmicas da gerao de energia eltrica a partir do biogs. Na primeira parte do captulo apresentado um fluxograma de todos os processos da planta. Na segunda parte apresentada uma das formas de planejamento da planta. Nesse capitulo tambm so apresentados dados para clculos referentes ao projeto, os riscos, ndices para anlise econmica e finalmente apresenta-se as consideraes finais do capitulo.

No quarto captulo sero apresentados dois estudos de caso. Na primeira parte est o projeto da Fazenda Prati e seus estudos, j na segunda parte do captulo uma anlise da planta instalada da Granja Colombari.

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2. GERAO DE ENERGIA A PARTIR DO BIOGS

2.1 BIOGS

2.1.1 Histrico do Biogs

Na Natureza existem vrios ambientes favorveis ao desenvolvimento da digesto anaerbica, sendo representados pelos pntanos, esturios, mares e lagos, usinas de carvo e jazidas petrolferas. Esses sistemas anaerbios possuem concentraes baixas de oxignio, facilitando a ocorrncia da gerao do biogs. Da observao casual da combusto natural desse gs na superfcie de regies pantanosas, o ser humano tomou cincia da possibilidade de produzir gs combustvel, partindo de resduos orgnicos (GRYSCHEK; BELO, 1983).

A data de descoberta do biogs, ou "gs dos pntanos" do ano de 1667 e s um sculo mais tarde que se volta a reconhecer a presena de metano no gs dos pntanos, atribudo a Alessandro Volta, em 1776 (CLASSEN; LIER; STAMRS, 1999). J no sculo XIX, Ulysse Grayon, aluno de Louis Pasteur, realizou a fermentao anaerbica de uma mistura de estrume e gua, a 35 C, conseguindo obter 100 litros de gs por metro cbico de matria. Em 1884, Louis Pasteur, ao apresentar os trabalhos do seu aluno Academia das Cincias, considerou que essa fermentao podia constituir uma fonte de aquecimento e iluminao (NOGUEIRA, 1986).

Os primeiros pases a utilizarem o processo de biodigesto, de forma mais intensa e com finalidade energtica foram a ndia e a China, nas dcadas de 50 e 60, sendo que esses pases e outros, geralmente do terceiro mundo, desenvolveram seus prprios modelos de biodigestores (NOGUEIRA, 1986).

Com a crise do petrleo na dcada de 70 foi trazida para o Brasil a tecnologia da digesto anaerbia. Na regio nordeste, foram implantados vrios programas de difuso dos biodigestores e a expectativa era grande, porm os

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benefcios obtidos a partir do biogs e do biofertilizante no foram suficientes para dar continuidade aos programas e os resultados no foram muito satisfatrios (BOLETIM ENFOQUE, 1999).

Atualmente, esse processo vem se difundindo por vrios pases. A recuperao de energia gerada pelos processos de tratamento anaerbio teve grande impulso com a crise do petrleo, quando diversos pases buscaram alternativas para a sua substituio. Entretanto, as solues para os problemas de desenvolvimento devem ser apropriadas s necessidades, s capacidades, os recursos humanos e financeiros e cultura. Assim, o impulso recebido no perodo de crise no chegou a constituir um slido movimento de substituio dos recursos no renovveis por outras fontes renovveis (NOGUEIRA, 1986).

At pouco tempo, o biogs era simplesmente conhecido como um subproduto obtido a partir da decomposio anaerbia de lixo urbano, resduos animais e de estaes de tratamento de efluentes domsticos. No entanto, o acelerado desenvolvimento econmico dos ltimos anos e a alta acentuada do preo dos combustveis convencionais tem encorajado as investigaes na produo de energia a partir de novas fontes renovveis e economicamente atrativas, tentando sempre que possvel, criar novas formas de produo energtica que possibilitem a poupana dos recursos naturais esgotveis (VILLELA; SILVEIRA, 2005).

O primeiro documento relatando a coleta de biogs de um processo de digesto anaerbia ocorreu em uma estao de tratamento de efluentes municipal da Inglaterra, em 1895, sendo que o primeiro estudo de aproveitamento em uma pequena planta, com uso de estrume e outros materiais, remontam de 1941, na ndia. Desde ento, o processo anaerbio tem evoludo e se expandido ao tratamento de resduos industriais, agrcolas e municipais (VILLEN; et al).

Posteriormente, passou-se a desenvolver e utilizar esse processo fermentativo para o tratamento de esgoto domstico, objetivando, principalmente, a destruio da matria orgnica. Isso ocorreu na metade do sculo XIX e o gs produzido era destinado iluminao. No comeo do sculo XX, ocorreu na ndia e na China, o incio do desenvolvimento de biodigestores para a produo de gs metano a partir de esterco de animais, principalmente bovinos (PECORA, 2006).

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Somente a partir de 1960, a digesto anaerbia passou a ser pesquisada com carter mais cientfico, havendo ento, grandes progressos quanto compreenso dos fundamentos do processo e tambm de projetos de biodigestores e equipamentos auxiliares (PECORA, 2006).

2.1.2 Formao

O biogs uma mistura gasosa combustvel, produzida atravs da digesto anaerbia, processo fermentativo que tem como finalidade remoo de matria orgnica, a formao de biogs e a produo de biofertilizantes ricos em nutrientes (PECORA, 2006).

Quando a digesto anaerbia realizada em biodigestores especialmente planejados, a mistura gasosa produzida pode ser usada como combustvel, o qual, alm de seu alto poder calorfico, de no produzir gases txicos durante a queima e de ser uma tima alternativa para o aproveitamento do lixo orgnico, ainda deixa como resduo um lodo que um excelente biofertilizante (PECORA, 2006).

A tabela 1 apresenta algumas matrias primas com potencial de produo de biogs quando submetidas ao processo de biodigesto natural ou artificial.

Tabela 1 Fontes de resduos Matrias primas capazes de produzir biogs

Fezes de sunos Fezes de bovinos

Fezes de aves Resduos orgnicos

Resduos de abatedouros Esgoto

Resduos de cervejarias e vincolas Soro do queijo

Fonte: GRYSCHEK; BELO, 1983.

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O material ou resduo do qual o biogs retirado, um substrato devidamente equilibrado com diluio em gua, o qual um meio para instalao e desenvolvimento de varias espcies de microorganismos (bactrias) envolvidos no processo de fermentao (GRYSCHEK; BELO, 1983).

Cada matria prima ou fonte de resduo possui um potencial de gerao de biogs. Resduos altamente fibrosos, como bagao de cana e casca de arroz, considerados de baixa digestibilidade apresentam um menor potencial para a produo do biogs. J matrias ricas em amidos, protenas, celulose e carboidratos, como gros, gramneas, restos de abatedouros e fezes, apresentam alto potencial de produo de biogs (GRYSCHEK; BELO, 1983).

2.1.2.1 Fatores que influenciam na formao do biogs

Resumem-se abaixo os principais parmetros da digesto anaerbia relacionada gerao de biogs:

Impermeabilidade ao ar: As bactrias metanognicas so essencialmente anaerbias. A decomposio de matria orgnica na presena de ar (oxignio) ir produzir apenas dixido de carbono (CO2) (JUNIOR, 2000).

Natureza do substrato: Os substratos nutritivos devem prover as fontes de alimento aos microrganismos, elementos qumicos constituindo o material celular e os necessrios s atividades enzimticas, particularmente os oligo-elementos, como o clcio, magnsio, potssio, sdio, zinco, ferro, cobalto, cobre, molibdnio e mangans. Em fortes concentraes, esses elementos tm um efeito inibidor sobre o processo de fermentao. Por outro lado, os elementos majoritrios como o carbono, nitrognio, oxignio, fsforo e enxofre, tm uma importncia fundamental no rendimento dos gases de fermentao (PECORA, 2006).

Composio dos resduos: Quanto maior a porcentagem de material orgnico no resduo, maior o potencial de gerao de metano e vazo de biogs. Os principais nutrientes dos microorganismos so carbono, nitrognio e sais orgnicos.

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Uma relao especfica de carbono para nitrognio deve ser mantida entre 20:1 e 30:1. A principal fonte de nitrognio est nas dejees humanas e de animais, enquanto os polmeros presentes nos restos de culturas representam o principal fornecedor de carbono. A produo de biogs no bem sucedida, se apenas uma fonte de material for utilizada (JUNIOR, 2000).

Teor de gua: O teor de gua dentro do biodigestor deve variar de 60 a 90% do peso do contedo total (JUNIOR, 2000).

Temperatura: A atividade enzimtica das bactrias depende estritamente da temperatura, visto que conhecido que alteraes bruscas de temperatura causam desequilbrio nas culturas envolvidas, principalmente nas bactrias formadoras de metano. Em torno de 10 C essa atividade muito re duzida e acima de 65 C as enzimas so destrudas pelo calor. Portanto, a faixa ideal para a produo de biogs de 32 C a 37 C (bactrias mesoflicas) e de 50 C a 60 C (bactrias termoflicas) (JUNIOR, 2000).

PH: A concentrao em ons OH- no meio exterior tem uma grande influncia sobre o crescimento dos microrganismos. Na digesto anaerbia, observam-se duas fases sucessivas: a primeira se caracteriza por uma diminuio do pH em patamares prximos de 5,0 e a segunda por um aumento do pH e sua estabilizao em valores prximos da neutralidade. A reduo do pH devida ao das bactrias acidognicas, as quais liberam rapidamente cidos graxos volteis. As bactrias metanognicas, que tm taxas de crescimento mais fracas que as primeiras, se instalam progressivamente e induzem a elevao do pH atravs da catlise do cido actico. No caso de tratamento anaerbio em biodigestores de processos contnuos, o pH permanece neutro, aproximadamente 7 (JUNIOR, 2000).

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2.1.3 Composio

A composio tpica do biogs cerca de 60% de metano, 35% de dixido de carbono e 5% de uma mistura de hidrognio, nitrognio, amnia, cido sulfdrico, monxido de carbono, aminas volteis e oxignio (WEREKO-BROBBY, 2000).

O biogs tem seu poder calorfico diretamente relacionado com a quantidade de metano existente na mistura. O biogs, por possuir o gs metano como principal componente, incolor e inodoro (PARCHEN, 1981). Apesar de ser essencialmente formado por metano e dixido de carbono outros gases tambm so encontrados em propores menores, como mostra a tabela 2:

Tabela 2 Percentagem de gases no biogs Gases Percentagem Metano 55 65

Gs Carbnico 35 45 Nitrognio 0 3 Hidrognio 0 1 Oxignio 0 1

Gs Sulfdrico 0 1 Fonte : MAGALHES, 1986.

Dos gases que compem o biogs, o gs carbnico e o gs sulfdrico devem receber ateno especial. So considerados como o principal problema na viabilizao de seu armazenamento e na produo de energia, interferindo principalmente na qualidade do biogs, acarretando problemas de corroso no sistema de conduo do biogs at sua transformao como fonte de energia eltrica ou trmica, necessitando de processos de tratamento (MAGALHES, 1986).

O gs sulfdrico, aparece em uma concentrao aproximada de 10g/m no biogs. Portanto, existe a necessidade do mesmo passar por um filtro purificador para evitar o mau cheiro gerado, mas principalmente para retirar seu efeito corrosivo, devendo aparecer com uma concentrao abaixo de 1,5g/m (OLIVEIRAS, 1993).

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2.1.4 Filtragem

Para aumentar o poder calorfico, rendimento trmico e eliminar a caracterstica corrosiva devido presena de gs sulfdrico e gua, preciso tratar e purificar o biogs produzido (OLIVEIRA, 2005). A presena de substncias no combustveis no biogs, como gua e dixido de carbono, prejudica o processo de queima tornando-o menos eficiente uma vez que, presentes na combusto absorvem parte da energia gerada. Na medida em que se eleva a concentrao de impurezas, o poder calorfico do biogs torna-se menor. A Figura 1 mostra a relao entre o poder calorfico do biogs e a porcentagem em volume de metano presente nele (ALVES, 2000).

Figura 1 Relao entre poder calorfico do biogs e a porcentagem em volume do metano (ALVES, 2000).

Assim como os gases puros, as caractersticas do biogs dependem da temperatura e da presso, variando com elas e com o teor de umidade. O fundamental, quando se trata de gases para fins de gerao de energia conhecer seu volume, seu poder calorfico e a prpria umidade (COELHO; SILVA; VARKULYA; AVELLAR; FERLING, 2001).

Alm da umidade, o volume de biogs, representado pelo peso especfico, que a relao entre a sua densidade e a densidade do ar, outro parmetro importante quando se deseja manipular o gs para armazenamento. A Figura 2 mostra

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o peso especfico do biogs numa faixa de concentrao de 40 a 100% de metano que o constitui (ROSS, 1996).

Figura 2 Peso especfico do biogs em relao a concentrao do metano (ROSS, 1996).

2.1.4.1 Retirada do gs sulfdrico por xido de ferro

Consiste em passar a mistura gasosa por uma torre com preenchimento de xido de ferro (Fe2O3) e aparas de madeira. O gs injetado pela base da torre e conforme vai circulando pela mesma vai perdendo o gs sulfdrico que fica retido ao reagir com o xido de ferro (CRAVEIRO, 1982). Esse possivelmente o processo mais simples e barato. A reao qumica apresentada na equao 1:

Fe2O3 + 3H2S Fe2S3 + 3H2O (1)

Para regenerar o xido de ferro basta expor ao oxignio, como apresentado pela reao qumica da equao 2:

2Fe2S3 + 3O2 2Fe2O3 + 3S2 (2)

Em vez de ser utilizado xido de ferro tambm pode ser usado xido de zinco, porm esse mais caro.

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2.1.4.2 Remoo do gs sulfdrico e do dixido de carbono por hidrxido de sdio, potssio ou clcio

Quando o gs carbnico entra em contato com a soluo de hidrxido de sdio, potssio ou clcio ocorre formao de bicarbonato, sendo essa formao irreversvel conforme as equaes 3 e 4. Se houver tempo suficiente o gs sulfdrico tambm ser absorvido conforme a equao 5 (CRAVEIRO, 1982).

2 NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O (3)

Na2CO3 + CO2 + H2O 2NaHCO3 (4)

H2S + Na2CO3 NaHS + NaHCO3 (5)

Entre os hidrxidos, o de clcio o mais barato. Porm existe um problema na sua utilizao, h a precipitao do carbonato de clcio, o que pode provocar o entupimento de tubulaes, bombas e os demais equipamentos utilizados, o que pode gerar transtornos (CRAVEIRO, 1982).

Podem ser utilizados outros dois processos para a remoo do dixido de carbono e do gs sulfdrico. Um utilizar solventes orgnicos, mas devido corroso e perdas elevadas por constiturem substncias muito volteis, e por periculosidade em geral este processo deve ser evitado. Outro processo utilizando carbonato de potssio a quente, mas como exige aquecimento e operao a 110C, demandando energia para esse aquecimento, tambm deve ser evitado objetivando assim a eficincia energtica (OLIVEIRA, 2009).

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2.1.5 Poder calorfico

Uma das caractersticas mais importante de um gs e que apresenta a quantidade de energia liberada na combusto completa de uma unidade de massa ou volume no caso de gases denominada de poder calorfico, tambm conhecido como poder de queima, calor de combusto ou potncia calorfica (COSTA, 2006).

Quando se determina a composio de um combustvel, verifica-se que o mesmo geralmente composto por carbono, hidrognio e oxignio. Quando h a combusto do mesmo, h a formao de gua como produto dessa reao devido presena de hidrognio, essa gua pode estar no estado lquido, gasoso ou ainda em ambos. Caso a gua formada na combusto se condense obtido o poder calorfico do combustvel superior (PCS), mas se a gua estiver no estado gasoso obtido o poder calorfico inferior (PCI), em conseqncia disso o biogs tambm ter ambos os poderes calorficos. De acordo com a concentrao de metano no biogs o poder calorfico pode variar entre 4,95 a 7,92 Kwh/m para o pode calorfico inferior e superior, respectivamente (COSTA, 2006), aps o devido tratamento o biogs pode atingir um poder calorfico prximo a 10.000 kcal/m (COSTA, 2006).

2.1.6 Riscos

O gs metano queima com uma chama luminosa quando puro, mas para o biogs a chama no to luminosa. O biogs no txico, mas atua sobre o organismo humano diluindo o oxignio e como conseqncia, pode provocar a morte por asfixia. Como muito estvel no solvel em gua (PECORA, 2006).

O biogs mais denso que o ar, possuindo uma relao de densidade de 0,55 (PARCHEN, 1979). Portanto, possui tendncia de ficar mais prximo ao solo facilitando sua inalao.

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2.2 BIODIGESTOR

O biodigestor uma cmara na qual ocorre um processo bioqumico denominado digesto anaerbia, que tem como resultado a formao de biofertilizantes e produtos gasosos, principalmente o metano e o dixido de carbono (biogs) (MAGALHES, 1986).

2.2.1 Funcionamento

No tanque de entrada, ou lagoa de sedimentao, o esterco exposto a uma pr-fermentao aerbia, ou seja, a digesto do resduo na presena do ar, no qual somente proliferam bactrias aerbias. Neste processo a maior parte do oxignio dissolvido na mistura liberado para o meio ou consumido pelas bactrias aerbias, viabilizando assim, o posterior desenvolvimento das bactrias anaerbias (MORAES, 1980).

Pelo tubo de carga, o resduo introduzido no digestor em que ser submetido a uma digesto anaerbia para a produo do biogs. A digesto anaerbia uma reao bioqumica realizada por bactrias na ausncia de oxignio e com bastante umidade. Essas bactrias so encontradas, naturalmente, no estmago e nos intestinos dos animais. O grupo de bactrias mais importante no processo so as denominadas bactrias metanognicas, e so elas que formam o gs metano (MORAES, 1980).

Esse processo realizado basicamente em trs etapas, como exposto na figura 3 (SOSA;CHAO; RIO, 2004):

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Figura 3 Fases da produo do biogs

Na primeira, a matria orgnica convertida em molculas menores pela ao de bactrias hidrolticas e fermentativas. As primeiras transformam protenas em peptdeos e aminocidos, polissacardeos em monossacardeos, gorduras em cidos graxos, pela ao de enzimas extracelulares, como a protease, a amilase e a lpase. As bactrias fermentativas transformam esses produtos em cidos solveis (cido propinico e butrico), alcois e outros compostos (SOSA;CHAO; RIO, 2004).

Na segunda fase, as bactrias acetognicas transformam os produtos obtidos na primeira etapa em cido actico (CH3COOH), hidrognio e dixido de carbono. Essas bactrias so facultativas, ou seja, elas podem atuar tanto em meio aerbio como anaerbio. O oxignio do material orgnico no aproveitado no processo aerbio do sistema utilizado para efetuar essas transformaes (SOSA;CHAO; RIO, 2004).

O metano formado na ltima etapa da produo do biogs. As bactrias metanognicas, que formam o metano, transformam o hidrognio, o dixido de carbono e o cido actico (CH3COOH) em metano e dixido de carbono. Estas bactrias anaerbias so extremamente sensveis a mudanas no meio, como temperatura e pH. As bactrias produtoras do biogs so mesoflicas, vivem entre 35 a 45 C e so

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sensveis a alteraes de temperatura. Variaes bruscas de temperatura fariam com que as bactrias metanognicas no sobrevivessem, o que acarretaria na diminuio considervel da produo de biogs (SOSA;CHAO; RIO, 2004).

Outro fator considervel a acidez do processo, uma vez que as bactrias produtoras do metano sobrevivem numa faixa varivel de pH entre 6,5 e 8,0. Assim, enquanto as bactrias constantes dos estgios um e dois da digesto anaerbia produzem cidos, as bactrias produtoras de metano consomem esses cidos, mantendo o meio neutro (SOSA;CHAO; RIO, 2004).

O biogs liberado pelas bactrias anaerbias acumulado no gasmetro. Aps um perodo da carga inicial, a produo de gs estar estabilizada e ento se procede recarga peridica do biodigestor (MORAES, 1980).

2.2.2 Modelos

2.2.2.1 Modelo Indiano

Este modelo de biodigestor caracteriza-se por possuir uma campnula como gasmetro, a qual pode estar mergulhada sobre a biomassa em fermentao ou em um selo dgua externo, e uma parede central que divide o tanque de fermentao em duas cmaras. A funo da parede divisria faz com que o material circule por todo o interior da cmara de fermentao.

O modelo Indiano possui presso de operao constante, ou seja, medida que o volume de gs produzido no consumido de imediato, o gasmetro tende a deslocar-se verticalmente, aumentando o volume deste, portanto, mantm a presso em seu interior constante (DEGANUTTI; PALHACI; ROSSI; TAVARES, 2002).

O fato de o gasmetro estar disposto ou sobre o substrato ou sobre o selo dgua reduz as perdas durante o processo de produo de gs.

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O resduo utilizado para alimentar o biodigestor Indiano deve apresentar uma concentrao de ST (slidos totais) no superior a 8%, para facilitar a circulao do resduo pelo interior da cmara de fermentao e evitar entupimentos dos canos de entrada e sada do material (DEGANUTTI; et al).O abastecimento deve ser contnuo, ou seja, geralmente alimentado por dejetos bovinos e/ou sunos, que apresentam uma certa regularidade no seu fornecimento.

Do ponto de vista construtivo, apresenta-se de fcil construo, contudo o gasmetro de metal pode encarecer o custo final, e tambm distncia da propriedade onde o resduo se forma pode dificultar e encarecer o transporte ao biodigestor, inviabilizando a implantao deste modelo de biodigestor.

A Figura 4 mostra a vista frontal em corte do biodigestor modelo Indiano. A figura 5 representa o biodigestor tridimensionalmente, em corte, mostrando todo seu interior.

Figura 4 - Vista frontal, em corte, do biodigestor modelo Indiano (BENINCASA; ORTLANI; LUCAS JUNIOR, 1990).

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Figura 5 - Vista tridimensional do biodigestor modelo Indiano (DEGANUTTI; PALHACI; ROSSI; TAVARES, 2002).

2.2.2.2 Modelo Chins

O biodigestor modelo chins formado por uma cmara cilndrica em alvenaria para fermentao, com teto impermevel, destinado ao armazenamento do biogs. Este biodigestor funciona com base no princpio de prensa hidrulica, de modo que aumentos de presso em seu interior, devido ao acmulo de biogs, resultaro em deslocamentos do efluente da cmara de fermentao para a caixa de sada, e em sentido contrario quando ocorre descompresso (DEGANUTTI; PALHACI; ROSSI; TAVARES, 2002).

O modelo Chins constitudo quase que totalmente em alvenaria, dispensando o uso de gasmetro em chapa de ao, reduzindo os custos, contudo pode ocorrer problemas com vazamento de biogs caso a estrutura no seja bem vedada e impermeabilizada. Neste tipo de biodigestor, uma parcela de gs formado na caixa de sada libertada para a atmosfera, reduzindo parcialmente a presso interna do gs.

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Por este motivo s construes de biodigestores modelo Chins no so utilizadas para instalaes de grande porte (DEGANUTTI; PALHACI; ROSSI; TAVARES, 2002).

Semelhante ao modelo Indiano, o substrato deve ser fornecido continuamente, com a concentrao de ST em torno de 8%, para evitar entupimentos do sistema de entrada e facilitar a circulao do material (DEGANUTTI; PALHACI; ROSSI; TAVARES, 2002).

A Figura 6 mostra a vista frontal, em corte, do biodigestor modelo Chins. Na figura 7, a representao tridimensional mostra todo o interior do biodigestor.

Figura 6 - Vista frontal, em corte, do biodigestor modelo Chins (DEGANUTTI; PALHACI; ROSSI; TAVARES, 2002).

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Figura 7 - Vista tridimensional do biodigestor modelo Chins (DEGANUTTI; PALHACI; ROSSI; TAVARES, 2002).

2.2.2.3 Modelo da Marinha Brasileira

Na dcada de 70, o Instituto de Pesquisa da Marinha do Brasil (IPQM) realizou estudos sobre biodigestores e acabou desenvolvendo o modelo conhecido como Biodigestor da Marinha do Brasil.

O biodigestor desenvolvido pela Marinha do Brasil apresenta uma base quadrangular, com paredes revestidas por lona impermevel e uma cpula de lona preta tambm impermevel. um modelo mais raso e longo, o que lhe garante uma maior produtividade de gs por massa fermentada (SOUZA; PEIXOTO; TOLEDO, 1995) (BARRERA, 2003). Sua utilizao encontra maior barreira no que diz respeito ao espao fsico disponvel para a instalao. Por ter uma profundidade pequena, necessita de uma grande rea superficial para que consiga armazenar uma grande quantidade de resduos.

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Esse modelo o mais indicado para projetos industriais e agroindustriais por ser verstil ao uso de diferentes resduos orgnicos e ser capaz de armazenar grande quantidade de resduos passiveis a sobre fermentao anaerbica, produzindo assim uma grande quantidade de biogs e estabilizando os dejetos que podem ser utilizados como biofertilizantes (OLIVEIRA; HIGARASHI, 2006).

Atualmente esse modelo de biodigestor o mais difundido no Brasil devido ao aperfeioamento da manta impermevel que passou a ser confeccionada em Policloreto de Vinila (PVC), o que confere um menor custo e maior facilidade de instalao quando comparado com modelos antigos, como o Indiano e o Chins, alm de apresentar maior resistncia corroso provocada pela gua e pelo cido sulfdrico presente na mistura gasosa. Outra vantagem que o mesmo pode ser utilizado em pequenos como em grandes projetos (MANUAL DE BIODIGESTO).

Figura 8 Representao em corte de um biodigestor do modelo desenvolvido pela Marinha do Brasil (BARRERA, 2003).

Outra variao do modelo desenvolvido pela Marinha do Brasil somente a construo de um reservatrio sem paredes divisrias, simplificando sua construo, como pode ser observado na figura 9 (OLIVEIRA; HIGARASHI, 2006).

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Figura 9 Representao em corte de um biodigestor simplificado do modelo desenvolvido pela Marinha do Brasil (O BIODIGESTOR).

Para este modelo tambm recomendada a construo abaixo do nvel do solo para evitar bruscas variaes de temperatura que possam ocorrer, alm de aproveitar o calor da terra e o calor absorvido pela manta preta exposta ao sol, j que 90% do aquecimento do biodigestor obtido com raios solares incidentes na lona preta, o que acaba garantindo uma melhor temperatura de funcionamento e conseqentemente uma maior produo de biogs com maior concentrao de metano (OLIVEIRA; HIGARASHI, 2006) (O BIODIGESTOR).

Devido utilizao da manta como gasmetro, que confere uma baixa presso mistura gasosa, a distncia mxima do ponto de consumo no deve ser superior a 50 metros, sendo que se for necessrio uma maior presso recomendado o uso de um compressor (OLIVEIRA; HIGARASHI, 2006).

O biogs s apresenta risco de exploso se misturado com oxignio dentro do biodigestor. Essa situao acontece no inicio da operao quando ocorre o recebimento das primeiras cargas de dejetos. Para evitar esse problema recomendada a liberao da primeira produo de biogs, evitando assim sua queima e consequentemente uma possvel exploso. No incio da operao os registros de sada do biogs devem estar fechados at que a manta que retm o biogs esteja completamente inflada. Em seguida libera-se todo o biogs contido at a manta

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retornar a sua posio inicial, aps fecha-se os registros de sadas para que novamente a manta se infle, a partir deste momento o biodigestor pode ser usado normalmente. Mesmo que exista vazamento no biodigestor, o ar no entrar no biodigestor, pois a presso interna da manta maior que a presso atmosfrica, mas assim que o vazamento seja detectado o mesmo deve ser reparado para evitar quaisquer futuros problemas (MANUAL DE BIODIGESTO).

2.2.3 Biofertilizante

Biofertilizante a denominao dada ao resduo aquoso de natureza orgnica, que pode ser utilizado na fertilizao do solo, que tem origem da fermentao de resduos vegetais e animais em biodigestores com finalidade de se obter o biogs (SOUZA; PEIXOTO; TOLEDO, 1995).

Pelo processo de fermentao, o material orgnico utilizado para produzir o biogs transforma-se em fertilizante orgnico. Este material isento de causadores de doenas e pragas s plantas, no apresenta odor e por isso no atrai moscas, insetos e roedores, agentes proliferadores e causadores de doenas. Caso isso ocorra, necessrio aumentar o tempo de reteno hidrulica do material (PARCHEN, 1979; SOUZA;PEIXOTO;TOLEDO, 1995; FILHO, 1981).

O biofertilizante contribui para aumentar o teor de hmus no solo, melhorando as propriedades fsicas e qumicas, alm de ajudar a melhoras as atividades microbianas do solo, podendo ser aplicado diretamente na forma liquida ou desidratada, dependendo das condies locais de infraestrutura (FILHO, 1981).

O biofertilizante apresenta maior concentrao de nutrientes do que o resduo original, devido as grandes perdas de carbono, hidrognio e oxignio (SOUZA; PEIXOTO; TOLEDO, 1995). A composio mdia do biofertilizante de 1,5 a 4,0% de nitrognio, 1,0 a 5,0% de fsforo e 0,5 a 3,0% de potssio, alm de apresentar vrios nutrientes como clcio, magnsio, enxofre, boro, cobre, ferro, mangans, molibdnio e zinco, o que lhe garante inegveis vantagens para utilizao como complemento ou

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substitutos de adubos nitrogenados qumicos (PARCHEN, 1979; SOUZA; PEIXOTO; TOLEDO, 1995; FILHO, 1981). Alm disso, apresenta um pH entre 7,0 a 8,0, ou seja, levemente alcalino, propiciando o crescimento de microorganismos teis a terra, que restabelecem a vida do solo, levando ao equilbrio do pH ( SOUZA; PEIXOTO; TOLEDO, 1995; BARRERA, 2003). Caso o efluente do biodigestor apresente o pH menor que 7,0, afluente cido, deve-se avaliar o processo, uma vez que este valor indica digesto incompleta ou sobrecarga do biodigestor. J se o afluente apresentar pH superior a 8,0, afluente alcalino, novamente deve-se avaliar a operao, uma vez que este valor indica um excesso de reteno hidrulica (SOUZA; PEIXOTO; TOLEDO, 1995).

2.3 BIOGS GERADO EM ATERROS SANITRIOS

A qualidade do gs de aterro ou biogs depende do sistema microbiolgico, do substrato (resduo) sendo decomposto e das variveis especficas do aterro como acesso a oxignio para o aterro e o teor de. O gs gerado tipicamente descrito como consistindo de aproximadamente 50% de metano e 50% de dixido de carbono com menos de 1% de outros componentes gasosos, inclusive sulfetos de hidrognio (H2S) e mercaptanos. H quatro fases de produo do gs e elas ocorrem durante a existncia do aterro. A durao de cada uma dessas fases dependente de numerosos fatores, incluindo o tipo de resduo, teor de umidade, nutrientes, tipos de bactrias e nvel de pH (McBEAM; ROVERS; FARQUHAR, 1995).

A primeira fase, decomposio aerbica, ocorre imediatamente depois do resduo orgnico ter sido colocado, enquanto o oxignio est presente nele. A decomposio aerbica produz dixido de carbono, gua e calor. O prximo estgio a fase anxica, no metanognica em que compostos cidos e gs hidrognio so formados enquanto h continuada produo de dixido de carbono. A terceira fase a instvel metanogenicida. Durante essa fase, a produo de dixido de carbono comea a declinar porque a decomposio do resduo muda da decomposio aerbica para a

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decomposio anaerbica. A decomposio anaerbica produz calor e gua, mas, diferentemente, da decomposio aerbica, tambm produz metano. Durante a quarta fase, o metano gerado na faixa entre 40% e 70% do volume total (McBEAM; ROVERS; FARQUHAR, 1995).

Tipicamente, o resduo na maior parte dos aterros atingir a fase metanognica estabelecida dentro de menos de 2 anos aps a sua decomposio. Dependendo da profundidade da massa de resduo, e de seu teor de umidade, a fase metanognica pode ser alcanada to rapidamente quanto seis meses aps a disposio no solo. O gs gerado pode ser produzido num aterro durante numerosas dcadas mantendo-se em nveis declinantes com emisses de at 100 anos aps a data de disposio (McBEAM; ROVERS; FARQUHAR, 1995).

2.4 CONVERSO ENERGTICA DE BIOGS EM ENERGIA ELTRICA

A converso energtica de biogs em energia eltrica pode ser realizada de diversas formas devido aos atuais avanos tecnolgicos. As tecnologias mais utilizadas so as microturbinas a gs e os motores de combusto interna de ciclo Otto. A utilizao de microturbinas ainda apresenta custos elevados e o seu tempo de vida til operando com biogs ainda baixo (SOUZA; et al).

J os motores de combusto interna de ciclo Otto necessitam de pequenas modificaes para poderem utilizar o biogs como combustvel. Porm, os motores de ciclo Otto no so os mais indicados para gerao de eletricidade. O mais apropriado o motor de ciclo Diesel, pela sua maior robustez e menor custo para uma mesma potncia, comparada ao de ciclo Otto. A introduo de biogs em motores de ciclo Diesel pode ser obtida mediante duas tecnologias: a ottolizao e a converso bicombustvel diesel/gs (PEREIRA, 2005).

Na ottolizao, grandes modificaes nos motores so necessrias. Todo o sistema de injeo de Diesel retirado e, em seu lugar, instala-se um sistema de carburao do gs ao ar de admisso e o sistema eltrico com velas para a ignio,

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que passa a ser feita por centelha. Tambm so necessrias modificaes nos cabeotes dos motores para a adequao de sua taxa de compresso, j que motores do ciclo Otto trabalham com taxas de compresso inferiores aos motores Diesel. No so raras perdas de potncia e performance de um motor ottolizado (SOUZA; et al).

Na operao bicombustvel (diesel e biogs) em motores de ciclo Diesel, o gs introduzido juntamente com o ar na fase de admisso, e a ignio efetuada por uma pequena injeo-piloto de diesel para proporcionar a ignio por compresso, dando incio combusto do gs que admitido no cilindro pelo coletor de admisso. Esse sistema apresenta a vantagem de no exigir modificaes no motor (OBERT, 1971).

2.5 CONSIDERAES FINAIS DO CAPTULO

Este capitulo trouxe informaes sobre o biogs como sua formao, composio, processos de filtragem, poder calorfico e riscos. Tambm apresentou informaes sobre biodigestor como seu funcionamento, modelos e produto secundrio. Alm de apresentar uma breve explicao da gerao de gs em aterros sanitrios. A partir deste conhecimento possvel realizar uma analise tcnico-econmica da gerao de energia a partir do biogs, e isto que ser apresentado no prximo capitulo.

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3. METODOLOGIAS PARA ANLISE TCNICO-ECONMICA

Nesse captulo ser abordada a anlise tcnica para comprovao da viabilidade da gerao de energia a partir do biogs de biodigestores, analisando desde a produo de dejetos at a gerao de energia eltrica. Esse captulo tambm possui a anlise econmica de uma possvel planta assim como benefcios ambientais.

3.1 FLUXOGRAMA DE UMA PLANTA COM GERAO DE ENERGIA ELTRICA A PARTIR DO BIOGS

O fluxograma apresentado na figura 10 apresenta o passo a passo de uma planta com gerao de energia eltrica a partir de dejetos gerados por uma granja de suinocultura ou bovinocultura.

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Figura 10 Fluxograma de uma planta com gerao de energia eltrica a partir do biogs.

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3.2 PLANEJAMENTO DE UMA PLANTA COM GERAO DE ENERGIA ELTRICA A PARTIR DE UM BIODIGESTOR ANAERBIO

Para o dimensionamento de uma planta de gerao de energia eltrica a partir do biogs deve-se analisar os seguintes procedimentos:

Estimao da quantidade de dejetos, para o caso de biodigestores; Analise e correo da qualidade dos dejetos

Escolha do biodigestor a ser implantado; Dimensionamento do biodigestor;

Estimao da quantidade de biogs gerada; Analise da qualidade do biogs produzido;

Tipo de converso de energia a ser implantado; Estimao da quantidade de energia eltrica gerada; Analise do destino da energia eltrica produzida; Analise do destino do biofertilizante;

3.2.1 Estimao da quantidade de dejetos

a) Suinocultura

Para se estimar a quantidade de dejetos produzidos na suinocultura em um ano deve-se analisar a quantidade de animais presentes, a mortalidade dos mesmos, a quantidade de dias de confinamento e a quantidade de dejetos gerados por cada animal em um dia conforme a tabela 3.

Portanto:

Dpa = Na * (1 - Mo) * Dda * Ndc * Fc

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Para o ciclo de terminao encontra-se o nmero de dias de confinamento no ano atravs do nmero de dias de confinamento por lote e o nmero de lotes anuais.

Ndc = Ndl * La

J para o sistema de produo de ciclo completo ou de produo de leites usa-se 365 dias por ano.

Onde: Dpa Dejetos produzidos por ano (m) Na Nmero de animais por lote Mo Mortalidade (%) Dda Dejetos produzidos por dia por animais (m) Ndc Nmero de dias de confinamento no ano (dias) Ndl Nmero de dias de alojamento por lote (dias) La Nmero de lotes anuais Fc Fator de correo para incertezas

Tabela 3 - Produo diria de dejetos de sunos de acordo com o sistema de produo (litros/dia).

Tipo de Sistema de produo Produo Diria de Dejetos (Litros/Dia) Ciclo Completo (CC) 85,0 Unidade de Produo de Leites (UPL) 45,0 Unidade de Crescimento e Terminao (UCT)

7,0

Fonte: Oliveira, 1993; Bipers Embrapa/Emater RS, 1998.

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b) Bovinocultura Leiteira

Para o caso da bovinocultura leiteira leva-se em considerao para a estimativa de dejetos gerados o nmero de vacas, a porcentagem de vacas em lactao, a quantidade dejetos gerados por animais ao dia e o tempo de permanncia no estbulo.

Portanto:

Dpa = Na * Tpe * Dda * Pvl * Fc * 365/24

Onde: Tpe Tempo de permanncia no estbulo (hr) Pvl Porcentagem de vacas em lactao

c) Confinamento de bovinos de corte

Para o caso de confinamento de bovinos de corte leva-se em considerao para a estimativa de dejetos gerados o nmero de animais e a quantidade dejetos gerados por animais ao dia. Portanto temos:

Dpa = Na * Dda * Fc * 365

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3.2.1.1 Anlise e correo da qualidade dos dejetos

A fim de se obter uma maior eficincia no biodigestor deve-se analisar a composio dos dejetos produzidos, sendo que estes influenciam diretamente no processo de gerao de biogs, esta analise ser feita abaixo.

Filtragem: Nos dejetos providos da granja esto presentes inmeros tipos de materiais que podem prejudicar a produo de biogs, para filtrar estes materiais indesejados necessrio realizar filtragens atravs de peneiras, sendo estas dimensionadas de acordo com a necessidade observada na analise dos dejetos. Tambm se faz necessrio o uso de uma lagoa de sedimentao, a qual dimensionada para que os dejetos providos da granja permaneam na lagoa pelo perodo de um dia, neste intervalo de tempo os resduos de maior densidade como a areia, restos metlicos e o cimento devem sedimentar, evitando assim o seu acumulo dentro do biodigestor.

Concentrao: Outro fator a ser considerado a diluio dos dejetos, pelo desperdcio de gua utilizado na limpeza das baias dos animais, pelos vazamentos existentes nos bebedouros, entrada de gua da chuva nos sistemas de manejo dos dejetos e no caso da suinocultura pelo uso de lamina dgua nos sistemas de produo. O grau de diluio pode ser determinado pela observao da Matria Seca (MS) ou Slidos Totais (ST) presentes nos dejetos, sendo que os Slidos Volteis (SV), que so os substratos para as bactrias metanognicas, representam entre 70% a 75% dos Slidos Totais, para o caso dos dejetos dos sunos. Os SV so os responsveis diretos pela produo de biogs (La Farge, 1995; CCE, 2000).

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Tabela 4 - Estimativa dos teores da MS, Ntot.,P2O5 e K2O, nos dejetos de sunos em funo da sua densidade

Densidade (kg/m3)

Matria Seca MS - (%)

Ntot. (kg / m3)

P2O5 (kg / m3)

K2O (kg / m3)

1008 1,24 1,60 1,14 1,00 1012 2,14 2,21 1,75 1,25 1016 3,04 2,83 2,37 1,50 1020 3,93 3,44 2,99 1,75 1024 4,83 4,06 3,60 2,00 1028 5,73 4,67 4,22 2,25 1032 6,63 5,28 4,84 2,50 1040 8,42 6,51 6,07 3,00

Fonte: SCHERER, 1996.

3.2.2 Escolha do tipo de biodigestor a ser implantado

A escolha do modelo de biodigestor a ser implantado se deve principalmente ao fluxo de dejetos fornecidos pela fonte, para a utilizao do biogs gerado pelo biodigestor como fonte de energia para a gerao de energia eltrica ser necessrio um fluxo de biogs dirio capaz de tornar vivel esta gerao. Os modelos de biodigestores Indiano e Chins so indicados para um pequeno fluxo de dejetos, pois um alto fluxo tornaria o custo de instalao biodigestor invivel, sendo assim, o modelo canadense se torna o mais apropriado para este tipo de aplicao, pelo seu custo de implantao e de manuteno, alm da sua durabilidade, conforme o item 2.2.2.3.

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3.2.2.1 Dimensionamento do biodigestor

A implantao de uma planta de gerao de energia eltrica a partir de biogs gerado por biodigestor requer espao fsico para instalao dos mesmos.

Lagoa de sedimentao: A lagoa de sedimentao deve reter os dejetos de um dia, como citado no item 3.2.1.1. Para o clculo do volume da lagoa utilizada a frmula abaixo:

Vls = Trh * Dpa/365

Onde: Vls Volume da Lagoa de sedimentao (m) Trh Tempo de reteno hdrico da lagoa de sedimentao (dias)

Para este clculo ser desconsiderada a mortalidade dos animais, pois este no ter influencia significativa no valor final.

Lagoa anaerbia: Para o dimensionamento da lagoa anaerbica deve-se levar em considerao o tempo de reteno hdrico que ser utilizado na planta e o volume dirio de dejetos gerados, portanto:

Vbd = Trh * Dpa/365

Onde: Vbd Volume da lagoa anaerbia do biodigestor (m)

A lagoa anaerbica do biodigestor no deve ser muito profunda, pois quanto maior a rea de exposio ao sol maior ser a energia trmica absorvida e, portanto maior o aquecimento da lagoa, aumentando assim sua capacidade produtiva.

Lagoa secundria: O dimensionamento leva em conta os mesmo fatores utilizados para o dimensionamento da lagoa anaerbica, portanto:

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Vlse = Trh * Dpa/365

Onde: Vlse Volume da lagoa secundria (m)

3.2.3 Estimao da quantidade de biogs gerada

a) Suinocultura

A produo de biogs, em biodigestores Modelo Canadense, como o caso dos modelos existente no Brasil, pode ser estimada em funo da alimentao diria de Slidos Volteis (SV), pois para o caso da produo de sunos, a produo especifica de biogs de 0,45 m3/kg de SV, para temperaturas da biomassa variando entre 30C e 35C (La Farge, 1995; CCE, 2000).

Segundo os estudos e analises realizadas por Paulo Armando V. de Oliveira, Eng Agrcola, PhD e Pesquisador da Embrapa Sunos e Aves na rea de construes rurais/engenharia de meio ambiente, o biodigestor tem sua maior produo com um tempo de reteno hdrica (TRH) de 22 dias, uma temperatura de operao de 35C e uma concentrao de 55 a 65 kg de slidos volteis por m de dejetos afluentes no biodigestor.

Portanto:

Vbg = Vsv * Bsv

Vsv = Dpd * Vst * Psv

Dpd = Dpa / 365

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Onde: Vsv Slidos volteis presentes nos dejetos (kg) Dpd Dejetos produzidos diariamente (m) Vst Slidos totais presentes nos dejetos (kg/m) Psv Porcentagem de slidos volteis presentes nos slidos totais (%) Bsv Biogs gerado por kg de Slidos volteis (m/kg)

b) Bovinocultura

O melhor fator utilizado para refletir o potencial de determinada biomassa aquele que expressa a produo de biogs por kg de slidos totais adicionados, pois elimina a interferncia do teor de gua presente na biomassa. Os valores normalmente encontrados esto entre 0,10 e 0,12m por kg de slidos totais. J a produo de biogs por kg de slidos volteis esteve entre 0,12 e 0,15m (OLIVEIRA,1993; SALOMON, 2007).

Portanto: Vbg = Vst * Bst

Vst = Na * Sta

Onde: Sta Slidos totais gerado por animal por dia (kg) Bst Biogs gerado por kg de Slidos totais (m/kg)

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Tabela 5 - Produo diria de dejetos para bovinocultura Resduo Unidade Gado de

Corte Gado de

Leite Slidos Totais

Kg/animal/dia 10-15 10-15

Fonte: OLIVEIRA, 1993; SALOMON, 2007.

3.2.3.1 Anlise da qualidade do biogs

A analise do biogs gerado pelo biodigestor de fundamental importncia para a possvel gerao de energia utilizando, este como fonte de energia, a partir desta analise ser possvel avaliao da necessidade de filtragem do gs, esta filtragem pode ser realizada como citado no item 2.1.4.

3.2.4 Tipo de converso de energia a ser implantada

A converso de energia deve ser analisada a cada caso, sendo que esta normalmente ser pelo ciclo de Otto, como citado no item 2.3, utilizando motores ottolizados ou motores a gasolina convertidos para biogs.

3.2.5 Estimao da quantidade de energia eltrica a ser gerada

A estimativa de energia eltrica produzida pela planta deve ser estimada para que seja realizado o estudo de viabilidade econmica da planta, esta estimao

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pode ser feita de varias formas, dentre elas esto a estimativa pela converso de energia e a estimativa pelo rendimento do grupo motor gerador. a) Estimativa por rendimento do grupo motor gerador

Pge = Red * Vbg * Fc

Onde: Pge Potencial de gerao de energia eltrica gerada no ano (kWh) Red Rendimento do grupo gerador (kWh/m de biogs)

b) Estimativa por converso de energia

Pge = Vbg * Pcb * Rmt * Rge * Fc / Ckw

Onde: Pcb Poder calorfico do biogs (kcal) Rmt Rendimento do motor (%) Rge Rendimento do gerador (%) Ckw Converso de kcal para kwh

3.2.6 Anlise do destino da energia eltrica

O destino dado energia eltrica produzida na planta tambm de fundamental importncia, pois atravs deste dado possvel uma avaliao mais precisa de receitas, economia e despesas fornecidas pela planta. No caso de venda de energia eltrica para a concessionria de energia eltrica, ser necessria a instalao de equipamentos de proteo e sincronismo entre a rede da concessionria e o grupo gerador, o que pode elevar o custo da planta a um patamar que torne a mesma invivel

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economicamente. Desta forma torna-se o consumo interno a melhor opo para a energia eltrica gerada, visto que alm do custo deste equipamento temos tambm a diferena entre o valor da compra e venda da energia eltrica, o que certamente ir influenciar nos clculos de viabilidade.

3.2.7 Destinao do biofertilizante

O biofertilizante gerado pelo biodigestor pode ser utilizado para a adubao da prpria propriedade na produo de gros e gramneas possibilitando o aumento de produo de outro empreendimento. Tambm pode ser utilizado, aps desidratado, para dar volume composio de raes animais.

3.2.8 Possibilidade de Renda com Crditos de Redues de Emisses

No tratamento anaerbio ou mesmo na destinao final em aterros sanitrios existe um potencial de emisso de gases de efeito estufa, causados principalmente pela gerao de gs metano (CENTRO DE GESTO E ESTUDOS ESTRATGICO, 2008). Cada tonelada de gs carbnico deixada de ser emitida, ou retirada da atmosfera por um pas em desenvolvimento poder ser negociada no mercado mundial, criando um novo atrativo para reduo das emisses globais. Os pases desenvolvidos ao estabelecerem cotas em seus territrios para reduo de dixido de carbono impulsionaro as empresas a escolherem entre adotar aes prprias de reduo/resgate de emisses ou comprar RCEs no mercado internacional, usando-os para cumprir suas obrigaes.

Os projetos de MDL somente estaro aptos a gerarem Certificados de Emisso Reduzida, se a reduo for efetivamente certificada por rgos competentes, o que significa que os projetos de MDL devero ser submetidos a um processo de

49

aferio e verificao de critrios tcnicos rigorosos por meio de procedimentos estabelecidos na COP-7 (Conferncia Internacional das Partes n 7).

Explicativo das fases do projeto de validao do RCE e prazo mdio de execuo (Lopes, 2009):

1 Elaborao da metodologia 2 Aprovao da metodologia 3 Elaborao do documento de concepo de projeto (PDD) 4 Comentrios das partes interessadas 5 Aprovao pela autoridade nacional designada 6 Validao do projeto 7 Registro do projeto 8 Monitoramento do projeto 9 Verificao e certificao Aps a execuo dos passos apresentados acima possivel a obteno de

uma nova receita, atravs da comercializao das redues de emisses.

3.3 AVALIAO DOS RISCOS DO PROJETO

Assim como todo empreendimento, a gerao de energia eltrica a partir do biogs tambm possui alguns ricos, sendo estes citados abaixo: Licenciamento ambiental para instalao e operao do biodigestor, gasodutos e central geradora a biogs. Preos de equipamentos incompatveis com os oramentos dos projetos. Recursos financeiros no suficientes para o desenvolvimento global do projeto. Materiais, equipamentos e acessrios indisponveis no mercado. Operao e manuteno dos equipamentos de forma inadequada, levando ao sucateamento de forma acelerada.

50

3.4 ANLISE DE VIABILIDADE ECONMICA

3.4.1 Introduo

Para se racionalizar o uso dos recursos de capital, se faz necessria uma anlise prvia dos investimentos. O conhecimento das tcnicas especiais para soluo de um problema de anlise de investimentos estudado pela Engenharia Econmica, a qual se baseia na matemtica financeira.

3.4.2 Fluxo de Caixa

A base de todas as tcnicas de anlise de investimentos o fluxo de caixa. O fluxo de caixa se trata de uma representao grfica de entradas e sadas

de recursos monetrios ao longo de um determinado perodo, ou seja, uma demonstrao visual de receitas e despesas distribudas pela linha do tempo futuro (MADEIRA, 2008).

O fluxo de caixa tem grande importncia, pois facilita aos administradores tomarem decises importantes de investimentos com base em uma viso futura dos recursos financeiros de uma empresa (MADEIRA, 2008).

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3.4.3 Taxa Mnima de Atratividade (TMA)

um custo de oportunidade de capital, que varia de investidor para investidor, representado sob a forma de taxa de juros onde se pode considerar um investimento atrativo quando este, no mnimo, render o equivalente a esta taxa de juros (PAMPLONA, 2006).

3.4.4 Valor Presente Lquido (VPL)

um mtodo de anlise de investimentos onde se compara na data de inicio do projeto, todas as receitas e despesas esperadas e projetadas no fluxo de caixa utilizando a taxa mnima de atratividade imposta pelo investidor (PAMPLONA, 2006, 2005).

Um investimento considerado economicamente atrativo neste mtodo quando o valor presente lquido for positivo, significando assim que o valor presente nas entradas de caixa maior que o valor presente nas sadas de caixa. Quanto maior for o valor presente, mais atrativo considerado o investimento.

3.4.5 Taxa Interna de Retorno (TIR)

a taxa de juros onde o valor presente de todos os fluxos de entrada igual ao valor presente de todos os fluxos de sada, ou seja, a TIR a taxa que torna nulo o VPL de um investimento. A taxa interna de retorno deve ser comparada a taxa mnima de atratividade para verificar a rentabilidade do investimento. Para que um investimento seja considerado atrativo neste mtodo preciso que a TIR seja maior que a TMA (PAMPLONA, 2006, 2005).

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3.4.6 Payback

Payback ou mtodo do tempo de recuperao do investimento o mtodo mais simples e popular para anlise de um investimento. Este mtodo consiste simplesmente em quantificar, atravs do fluxo de caixa, o perodo necessrio para recuperar o investimento feito inicialmente, ou seja, o momento em que o lucro lquido alcanado ao longo do tempo determinado se torna igual ao investimento inicial (PAMPLONA, 2006).

3.4.7 Definies de Indicadores de Viabilidade Econmica

Taxa Mnima de Atratividade (TMA): valor mnimo que a rentabilidade de um dado empreendimento deve alcanar para que este projeto seja vivel do ponto de vista do empreendedor. Projetos que apresentem indicadores de viabilidade positivos, mas que no forneam esta taxa mnima de retorno no so considerados aplicaes interessantes.

Valor Presente dado um Valor Futuro (VP):

( )= +1 nFVPr

Onde: F: valor futuro; r: taxa de juros; n: perodo.

Valor Presente Lquido (VPL): valor que o balano de um projeto teria se todos seus custos e benefcios fossem trazidos para o momento inicial, ou seja, se

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fosse calculado o valor presente de cada uma das parcelas que compem o fluxo de caixa deste projeto ao longo de sua vida til. Podemos equacionar o VPL da seguinte maneira:

=

= ++

01 (1 )

ni

ni

CVPL Cr

Onde:

0C : montante a ser aplicado na data zero;

iC : fluxo de caixa na data i ; r : taxa de juros; n: n de perodo em anos.

feita a suposio de que o fluxo de caixa inicial, 0C , negativo, porque representa um investimento (ROSS, 1995).

Figura 11 Representao do VPL

Taxa Interna de Retorno (TIR): a taxa intrnseca de juros que teoricamente tornaria nulo o valor presente lquido de um dado investimento. Esse indicador comparado taxa mnima de atratividade para determinar a viabilidade do projeto.

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=

= ++

01

0 (1 )n

ii

i

CCr

Tempo de Retorno (TR): o valor que expressa em quanto tempo ter-se-ia de volta o valor investido no projeto. Pode ser descontado, quando se considera a taxa de juros, ou no-descontado, quando no considera o efeito da taxa de juros. O mtodo no-descontado, apesar de possuir uma srie de restries sua utilizao, um dos mtodos mais difundidos.

=

CIVTTRBEN

Onde: TR: tempo de retorno simples; CIVT: custo de investimento; BEN: benefcio.

3.5 CONSIDERAES FINAIS DO CAPTULO

Partindo dos dados, analises e consideraes vistas neste capitulo possvel avaliar a possibilidade da implantao da planta de gerao de energia eltrica a partir do biogs em qualquer fonte de biogs, sendo que mesmo com variaes entre diferentes dados ou fontes possvel a adaptao deste dados ao mtodo utilizado e consequentemente a realizao da analise de viabilidade.

A partir destes dados ser possvel a realizao da analise econmica da implantao de uma planta deste modelo.

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4. ESTUDO DE CASO

4.1 FAZENDA PRATI

4.1.1 Projeto

A fazenda Prati tem o projeto e est estudando a viabilidade da instalao de uma planta com gerao de energia eltrica a partir do biogs gerado por um biodigestor para tratamento de dejetos providos da suinocultura.

No projeto esto previstas as construes de: 4 granjas para suinocultura, com capacidade de alojamento para 500

animais por granja em cada lote, sendo que a granja ir trabalhar apenas com o ciclo de terminao.

2 avirios para frango de corte com capacidade para 18.000 aves por granja. Atualmente a propriedade j possui duas granjas de frango de corte com capacidade de 18.000 cada.

1 sistema de distribuio do biofertilizante gerado pelo biodigestor, sendo este uma irrigao de pastagem com capacidade para 60 animais.

Instalao de um grupo motor gerador de 100kVA (80kW) para atendimento de toda a propriedade. E fornecimento de biogs para aquecimento das duas novas granjas de produo de frangos de corte.

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4.1.2 Estudos

Segundos os passos apresentados no item 3.2, tabelas do anexo 2 e tabelas apresentadas no item, pode-se definir:

a) Quantidade de dejetos produzidos pela granja ao longo do ano

Dpa = Na * (1 - Mo) * Dda * Ndc * Fc Dpa = 2.000 * (1 - 0,03) * 0,010 * Ndc * 0,94

Dpa = 2.000 * (1 - 0,03) * 0,010 * 348 * 0,94 = 6.346

Ndc = Ndl * La Ndc = 120 * 2,9 = 348

Onde: Dpa Dejetos produzidos por ano (m) = 6.346 Na Nmero de animais por lote = 2.000 Mo Mortalidade (%) = 3 Dda Dejetos produzidos por dia por animais (m) = 0,010 Ndc Nmero de dias de confinamento no ano (dias) = 348 Ndl Nmero de dias de alojamento por lote (dias) = 120 La Nmero de lotes anuais = 2,9 Fc Fator de correo = 0,94

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b) Estimar a quantidade de biogs a ser gerada

Vbg = Vsv * Bsv Vbg = 670 * 0,45 = 301

Vsv = Dpd . Vst . Psv Vsv = 17,40 * 55 * 70% = 670

Dpd = Dpa / 365 Dpd = 6.346 / 365 = 17,40

Onde: Vbg Volume de biogs gerado por dia (m) = 301 Vsv Slidos volteis totais ao dia presente nos dejetos (kg) = 670 Dpd Mdia de dejetos produzidos diariamente (m) = 17,4 Vst Slidos totais presente nos dejetos (kg/m) = 55 Dpa Dejetos produzidos anualmente (m) = 6.346 Psv Percentagem de Slidos Volteis nos Slidos Totais (%) = 70 Bsv Biogs gerado por kg de Slidos volteis (m) = 0,45

c) Consumo de energia eltrica da propriedade ao longo do ano

A partir da analise das contas de energia eltrica foi possvel obteno do consumo mdio mensal da propriedade, sendo que este esta exposto na tabela abaixo.

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Tabela 6 - Estimativa da mdia de consumo de energia eltrica na propriedade Local Consumo

Granjas de avicultura de corte 2.000 kWh/ms Granjas de suinocultura de corte 300 kWh/ms Sede 900 kWh/ms Casa dos funcionrios 150 kWh/ms Consumo total mdio mensal 10.400 kWh Consumo total mdio anual 124.800 kWh

d) Consumo de biogs

Para estimar o consumo de biogs ser utilizado o mtodo de converso de energia exposto no item 3.2.5-b. Primeiro ser calculado o potencial de gerao de energia eltrica da planta e posteriormente analisado a porcentagem que ser utilizada e apresentado a margem de folga do projeto.

Pge = Vbg * Pcb * Rmt * Rge * Fc / Ckw Pge = 109.865 * 6.500 * 0,30 * 0,90 * 0, 94 / 859

Pge = 210.000 kWh

Onde: Pge Potencial de gerao de energia eltrica gerada

no ano (kWh) = 210.000 Vbg Volume de biogs gerado na planta ao longo do ano (m) = 109.865 Pcb Poder calorfico do biogs (kcal/m) = 6.500 Rmt Rendimento do motor (%) = 0,30 Rge Rendimento do gerador (%) = 0,90 Fc Fator de correo para possveis erros de clculo = 0, 94 Ckw Converso de kcal para kwh (kcall/kWh) = 859

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Como o consumo interno anual de aproximadamente 125.000 kWh, o que corresponde a 60% do potencial de produo, a propriedade ter um excedente de gerao de energia eltrica de 85.000 kWh, ou aproximadamente 45.000 m de biogs, que podem ser utilizados para o sistema de aquecimento das granjas de frango de corte.

e) Custo e dimensionamento das lagoas e do biodigestor

Clculo do volume da lagoa de sedimentao:

Vls = Na * Dda Vls = 2.000 *10 / 1.000 = 20

Onde: Vls Volume da Lagoa de sedimentao (m) = 20 Na Nmeros de animais na(s) granja(s) = 2.000 Dda Dejetos produzidos por dia por animais (l) = 10

O custo de instalao da lagoa de sedimentao estimado em R$ 75,00 por m da lagoa, portanto temos:

Cls = 75 * Vls Cls = 75 * 20 = 1.500

Onde: Vls Volume da Lagoa de sedimentao (m) = 20 Cls Custo da lagoa de sedimentao = R$ 1.500,00

60

Clculo do volume do biodigestor:

Vbd = Trh / 1.000 * Dda * (1 Mo) * Na Vbd = 22 * 10 / 1.000 * (1 - 0,03) * 2.000 = 426,8

Onde: Vbd Volume da lagoa anaerbia do biodigestor (m) = 426,8 Trh Tempo de reteno hdrico da lagoa anaerbia (dias) = 22 Dda Dejetos produzidos por dia por animais (l) = 10 Mo Mortalidade dos animais em confinamento (%) = 3% Na Nmero de animais em confinamento = 2.000

O custo de instalao do biodigestor estimado em R$ 150,00 por m da lagoa anaerbia, portanto temos:

Cbd = 150 * Vbd Cbd = 150 * 426,8 = 64.020

Onde: Vbd Volume da Lagoa anaerbia (m) = 485 Cbd Custo do biodigestor = R$ 64.020,00

Clculo do volume da lagoa secundria:

Vlse = Trh * Dda / 1.000 * (1 Mo) * Na Vlse = 7 * 10 / 1.000 * (1 - 0,03) * 2.000 = 136

Onde: Vlse Volume da lagoa secundria (m) = 136

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Trh Tempo de reteno hdrico da lagoa secundria (dias) = 7 Dda Dejetos produzidos por dia por animais (l) = 10 Mo Mortalidade dos animais em confinamento (%) = 3% Na Nmero de animais em confinamento = 2.000

O custo de instalao da lagoa secundria estimado em R$ 4,50 por m de lagoa, portanto temos:

Clse = 4,5 * Vlse Clse = 4,50 *135 = 612

Onde: Vlse Volume da lagoa secundria (m) = 136 Clse Custo da lagoa secundria = R$ 612,00

O custo de instalao de um gerador, prprio para a gerao de energia eltrica a partir do biogs, com potncia de 100kVA (80kW) de aproximadamente R$ 95.000,00, conforme proposta do anexo 3. Soma-se ainda o custo de infraestrutura bsica para a planta como um todo no valor de R$ 15.000,00

Portanto o custo de implantao completa de R$ 176.132,00.

f) Economia com energia eltrica

Usando o da tarifa da energia eltrica de R$ 0,17585, conforme a resoluo da ANEEL nmero 1.015 de 22 de junho de 2010, para o fornecimento convencional rural.

Eee = Eca * Cee Eee = 124 * 800 * 0,17585 = 21.946

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Onde: Eee Economia com energia eltrica (R$) = R$ 21.946,00 Eca Energia eltrica consumida no ano (kWh) = 124.800 Cee Custo da energia eltrica (R$/kWh) = R$ 0,17585

g) Economia com o biofertilizante

O biofertilizante gerado pelo biodigestor fornece uma economia na adubao para as culturas da propriedade, esta est demonstrada nos clculos abaixo:

Tabela 7 - Dados para clculos relacionados ao biofertilizante Calculo do biofertilizante

Biofertilizante aproveitado 70% Biofertilizante dos sunos

Nitrognio (N) 0,00191 t/m de efluente Fsforo (P2O5) 0,00145 t/m de efluente Potssio (K2O) 0,00080 t/m de efluente

Biofertilizante bovino Nitrognio (N) 0,00060 t/m de efluente Fsforo (P2O5) 0,00145 t/m de efluente Potssio (K2O) 0,00080 t/m de efluente

Preo dos fertilizantes Uria (45% de N) 700 R$/t Superfosfato simples (18% de P2O5) 430 R$/t Cloreto de potssio (60% de K2O) 1700 R$/t

Fonte: ITAIPU, 2009

Nit = CoN * Dpa * Bap Nit = 0,00060 * 6.346 * 0,7 = 2,66 t

Fos = CoP * Dpa * Bap Fos = 0,00145 * 6.346 * 0,7 = 6,44 t

Pok = CoK * Dpa * Bap

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Pok = 0,0008 * 6.346 * 0,7 = 3,51 t

Onde: Nit Quantidade de nitrognio presente no biofertilizante (t/ano) = 2,66 Con Concentrao de nitrognio no biofertilizante (t/m) = 0,0006 Bap Biofertilizante aproveitado (%) = 0,7 Fos Quantidade de superfosfato simples presente no biofertilizante (t/ano) = 6,44 CoP Concentrao de superfosfato simples no biofertilizante (t/m) = 0,00145 Pok Quantidade de cloreto de potssio presente no biofertilizante (t/ano) = 3,51 CoK Concentrao de cloreto de potssio no biofertilizante (t/m) = 0,0008

Economia com fertilizantes: Nitrognio (N) = 2,66 * 700 / 0,45 = 4.137 Fsforo (P2O5) = 6,44 * 430 / 0,18 = 15.384 Potssio (K2O) = 3,51 * 1.700 / 0,60 = 9.945

Portanto a economia com o biofertilizante de R$ 29.466,00 por ano.

h) Possvel receita com venda de crditos de carbono

A partir do volume de biogs produzido ao longo de um ano pode-se estivar a quantidade de toneladas de metano que deixaram de ser emitidas na atmosfera e consequentemente o seu equivalente em toneladas de dixido de carbono.

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O preo das redues certificadas de emisses (RCEs) para entrega em dezembro de 2010 de 12,98 (INSTITUTO CARBONO BRASIL). A cotao do Real em relao ao Euro de 2,3675 (UOL).

Vba = Vbg * Vbg Vba = 301 * 365 = 109.865 m

Pch4 = Vba * Cch4 Vch4 = 109.865 * 0,65 = 71.400

Tch4 = Dch4 * Vba Tch4 = 71.400 * 0,00067 = 48

Eco = Tch4 * 21 Eco = 48 * 21 = 1.010

Rcc = Vte * Eco * Cot Rcc = 1.010 * 12,98 * 2,3675 = 31.000

Onde: Vbg Volume de biogs gerado por dia (m) = 301 Vba Volume de biogs gerado por ano (m) = 109.865 Dch4 Densidade do metano (t/m) 0,00067 t/m = 0,00067 Tch4 Toneladas de CH4 (t) = 48 Cch4 Porcentagem de CH4 no biogs = 0,65 Vch4 Volume de CH4 no biogs (m) = 71.400 Eco Equivalente em toneladas de CO2 (t) = 1.010 Vte Valor da tonelada do equivalente de CO2 () = 12,98 Rcc Receita com crditos de carbono (R$) = 31.000 Cot Cotao Real Euro (R$/) = 2,3675

65

Portanto, caso validada a homologao para venda de crditos de carbono possvel obter uma receita anual de R$ 31.000,00 anuais com a comercializao de crditos de carbono.

i) Receita total anual

Energia eltrica = R$ 21.946,00 Biofertilizante = R$ 29.466,00 Crditos de carbono = R$ 31.000,00 Receita total = R$ 82.412,00

j) Viabilidade

Supondo que o projeto poder ser financiado pelo programa de estimulo produo agropecuria sustentvel PRODUSA, o qual possui como clientes produtores rurais (pessoas fsicas ou jurdicas) e suas cooperativas, inclusive para repasse a seus cooperados, possui uma taxa de juros de 6,75% a.a., como uma participao de at 100% no valor do empreendimento de at um limite de R$ 300.000,00. O prazo para pagamento de 96 meses, includa a carncia de 36 meses.

Para que a possvel receita com crdito de carbono possa ser adicionada a receita da propriedade necessrio uma serie de aprovaes e consequentemente despesas extras, esta no ser utilizada no estudo de viabilidade, pois se trata de um investimento independente dos objetivos deste trabalho.

A tabela 8 mostra as parcelas anuais, a receitas anuais com uma correo anual de 3,6% na eletricidade conforme as projees do Copom (BRASIL, 2010) e o saldo no caixa ao final de cada ano.

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Tabela 8 - Estudo de viabilidade da instalao da planta completa

Valor financiado (R$) 176.132,00 Receita com energia eltrica no ano inicial (R$) 21.946,00

Taxa de Juros a.a. (%) 6,75 Receita com biofertilizante (R$) 29.466,00

Custos de operao e manuteno anuais 4% do investimento (R$)

7.045,28 Receita total (R$) 51.412,00

Parcela Fixa

Juros anuais

Parcela total

Receita liquida total

Saldo acumulado

Saldo % do investimento

11.888,91 11.888,91 44.366,72 32.477,81 18,44 11.888,91 11.888,91 45.156,78 65.745,68 37,33 11.888,91 11.888,91 45.975,27 99.832,04 56,68

35.226,40 11.888,91 47.115,31 46.823,24 99.539,97 56,51 35.226,40 9.511,13 44.737,53 47.701,73 102.504,17 58,20 35.226,40 7.133,35 42.359,75 48.611,84 108.756,27 61,75 35.226,40 4.755,56 39.981,96 49.554,73 118.329,03 67,18 35.226,40 2.377,78 37.604,18 50.531,55 131.256,40 74,52

A tabela 8 mostra apenas o estudo de viabilidade da parte de gerao de energia eltrica, ou seja, as despesas com instalao de um grupo motor gerador a biogs e a infraestrutura eletromecnica necessria para seu funcionamento. A economia anual apresenta uma correo de 3,6% no custo da tarifa de energia eltrica conforme as projees do Copom (BRASIL, 2010).

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Tabela 9 - Estudo de viabilidade apenas da parte de gerao de energia eltrica Valor financiado (R$) 110.000,00

Taxa de Juros a.a. (%) 6,75 Receita com energia eltrica no ano inicial (R$) 21.946,00

Custos de operao e manuteno anuais 4% do investimento (R$)

4.400,00 Receita total (R$) 21.946,00

Parcela Fixa

Juros anuais

Parcela total

Receita liquida total

Saldo acumulado

Saldo % do investimento

7.425,00 7.425,00 17.546,00 10.121,00 9,20 7.425,00 7.425,00 18.336,06 21.032,06 19,12 7.425,00 7.425,00 19.154,55 32.761,61 29,78

22.000,00 7.425,00 29.425,00 20.002,52 23.339,13 21,22 22.000,00 5.940,00 27.940,00 20.881,01 16.280,14 14,80 22.000,00 4.455,00 26.455,00 21.791,12 11.616,26 10,56 22.000,00 2.970,00 24.970,00 22.734,01 9.380,27 8,53 22.000,00 1.485,00 23.485,00 23.710,83 9.606,10 8,73

4.1.3 Concluso e anlise

Atravs dos estudos tcnicos e econmicos foi possvel comprovar a viabilidade da instalao do sistema de gerao de energia eltrica a partir de biogs gerado por biodigestores mesmo a propriedade no utilizando todo o potencial de gerao de energia eltrica. O projeto torna-se ainda mais vivel com a utilizao do excedente de energia eltrica ou de biogs para atender outra necessidade da propriedade.

68

4.2 Granja Colombari

4.2.1 Planta

A primeira unidade de demonstrao da Plataforma Itaipu de Energias Renovveis foi instalada na Granja Colombari, em So Miguel do Iguau. Ali, os dejetos da criao de sunos so utilizados para fornecer eletricidade para essa propriedade que, alm de estar suprindo suas necessidades energticas, produz excedente para alimentar a rede pblica, administrada pela Companhia Paranaense de Energia (Copel).

Em janeiro de 2008, uma importante fase do projeto foi vencida com o comissionamento (aceitao) da energia excedente pela Copel. Em fevereiro de 2009, a Colombari passou a vender o excedente de energia para a Copel. Isso significa que a Granja, que tem um plantel de 3.000 cabeas de sunos, passou a atuar como unidade geradora. Para isso, a Copel desenvolveu um painel especial, que permite que a eletricidade faa o caminho inverso, ou seja, da granja para a rede pblica, com total segurana para as duas partes.

Atualmente, a concessionria paranaense conduz testes no local e tem se reunido com a Agncia Nacional de Energia Eltrica (ANEEL) para estabelecer parmetros para a implantao definitiva da Gerao Distribuda no pas. Esse estudo tambm visa a criao de uma poltica tarifria para esse modo de gerao que , por definio, a produo de energia prxima unidade consumidora.

4.2.2 Equipamentos, Produo e Parceiros

Conforme informaes passadas pelo produtor a produo diria estimada de biomassa residual neste prottipo de aproximadamente 40m, estima-se uma

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produo de 600 m dirios de biogs durante as estaes mais quentes do ano e nas estaes frias uma produo mdia de diria de 450 m.

Com base nos dados da produo de biomassa residual pode-se considerar que no final de um ms so gerados aproximadamente 1.200 m de biofertilizante.

O biodigestor empregado nesta propriedade foi fornecido em comodato pela a empresa AgCert que foi adquirida pela empresa AES, que at ento era responsvel pela comercializao dos crditos de carbono obtidos nesta propriedade. O grupo gerador foi fornecido pela empresa GET Global Energy Telecom e o painel que realiza o controle, monitoramento e proteo dos geradores de pequeno porte foi fornecido pela empresa Woodward no qual foram feitas algumas modificaes solicitadas pela Companhia Paranaense de Energia Eltrica (COPEL).

O projeto do sistema de gerao de energia eltrica de forma paralela rede da COPEL foi desenvolvido em parceria com a Itaipu Binacional, Instituto de Tecnologia Aplicada e Inovao (ITAI), Cooperativa Agroindustrial Lar e demais instituies.

O biodigestor instalado do modelo canadense operando em sistema continuo e apresenta capacidade de armazenamento de aproximadamente 1.290 m de dejetos. O gerador empregado na gerao de energia eltrica tem a capacidade de gerar 30 kW/h.

Diariamente so produzidos 360 kWh de energia eltrica, sendo que 60% da energia eltrica gerada, correspondente a 216 kWh, consumida na propriedade e os 40% de energia eltrica, 144 kWh, so vendidos para companhia eltrica.

Respeitando a proporo de consumo de 60% da quantidade gerada anualmente so economizados aproximadamente R$13.000,00 ao ano em funo da utilizao da gerao de energia eltrica na propriedade. mantendo-se a proporo de comercializao de 40% da energia gerada, ser possvel obter uma receita de aproximadamente R$ 6.800,00.

O volume de biofertilizante produzido nesta propriedade totalmente aplicado nela, no havendo excedente. Estima-se que a economia na aquisio de fertilizantes qumicos para aplicao na pastagem gira em torno de R$ 40.000, quando h o aproveitamento total do biofertilizante e aplicando-se os preos dos adubos qumicos no mercado regional.

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Como o biodigestor foi fornecido em comodato, coube ao proprietrio da granja a aquisio do gr