IMPLANTAÇÃO DE UMA UNIDADE DEMONSTRATIVA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DO BIOGÁS DE TRATAMENTO DO ESGOTO RESIDENCIAL DA USP - ESTUDO DE CASO

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO USP

Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia PIPGE

IMPLANTAÇÃO DE UMA UNIDADE DEMONSTRATIVA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DO BIOGÁS DE TRATAMENTO DO ESGOTO RESIDENCIAL DA USP – ESTUDO DE CASO

Vanessa Pecora

São Paulo 2006

VANESSA PECORA

IMPLANTAÇÃO DE UMA UNIDADE DEMONSTRATIVA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DO BIOGÁS DE TRATAMENTO DO ESGOTO RESIDENCIAL DA USP – ESTUDO DE CASO

Dissertação apresentada ao Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia da Universidade de São Paulo (Instituto de Eletrotécnica e Energia / Escola Politécnica / Instituto de Física / Faculdade de Economia e Administração) para obtenção do título de Mestre em Energia.

Orientação: Prof. Dr. José Roberto Moreira

São Paulo 2006

AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOT AL OU P ARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE .

FICHA CATALOGRÁFICA

Pecora, Vanessa.

Implementação de uma Unidade Demonstrativa de

Geração de Energia Elétrica a partir do Biogás de Tratamento do Esgoto Residencial da USP : estudo de caso /. Vanessa Pecora ; orientador José Roberto Moreira. São Paulo, 2006.

152 p. : il.; 30cm.

Dissertação (Mestrado – Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia) – EP / FEA / IEE / IF da Universidade de São Paulo.

1. Digestão anaeróbia 2.Biogás 3. fontes alternativas de energia I.Título.

DEDICA TÓRIA

Dedico este trabalho aos meus pais, pela oportunidade que me deram para chegar até aqui.

AGRADECIMENTOS

Ao meu orientador, Prof. Dr. José Roberto Moreira, pela dedicação. A Profa. Dra. Suani Teixeira Coelho, pela oportunidade.

Aos colegas do CENBIO, pela colaboração.

Aos amigos, pelo incentivo.

A minha família, pelo companheirismo, paciência e compreensão.

Tenha equilíbrio e alegria. Saiba ser reconhecido. Procure ser humilde. Saiba agradecer.

“Minutos de Sabedoria”

RESUMO

PECORA, V. Implantação de uma Unidade Demonstrativa de Geração de Energia Elétrica a partir do Biogás de Tratamento do Esgoto Residencial da USP – Estudo de Caso. 2006. 152 p. Dissertação de Mestrado – Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia da Universidade de São Paulo - PIPGE.

Alternativas energéticas por meio de fontes renováveis de energia têm sido objeto de pesquisas no mundo inteiro. Diminuir a dependência dos combustíveis fósseis, além de encontrar soluções ambientalmente sustentáveis para colaborar com a matriz energética dos países e reduzir os impactos globais provocados pela queima dos mesmos, justificam o tema deste trabalho. Foram desenvolvidas duas metas demonstrativas pertencentes ao projeto Programa de Uso Racional de Energia e Fontes Alternativas (PUREFA), que tiveram como objetivo a captação do biogás proveniente do tratamento do esgoto do Conjunto Residencial da Universidade de São Paulo (CRUSP), sua purificação e armazenamento, para posterior geração de energia elétrica, utilizando como tecnologia de conversão energética um motor ciclo Otto. Esta experiência é a base para o desenvolvimento deste trabalho incluindo a implementação da unidade piloto instalada no Centro Tecnológico de Hidráulica (CTH) da USP e a análise dos resultados.

Palavras-chaves: digestão anaeróbia, biogás, energia renovável.

ABSTRACT

PECORA, V. Implementation of a Demonstrative Unit for Power Generation Trough Biogas Derived from Residential Sewage Treatment at University of São Paulo – Case Study. 2006. 152 p. Master’s Dissertation – Interunits Post Graduation Program on Energy of the University of São Paulo - PIPGE.

Energy alternatives, by means of renewable sources of energy, has been the object of many researches all over the world. To lessen the dependence on fossil fuels, besides finding environmentally sustainable solutions to collaborate with the energy matrix of the countries and to reduce the global impacts caused by the burning of fossil fuels justify the theme of this work. This dissertation is based on 2 demonstrative goals belonging to the project Program for the Rational Use of Energy and Alternative Sources (PUREFA), which aimed at the collection of biogas deriving from the sewage treatment of the Residential Complex of Sao Paulo University - USP (CRUSP), its purification and storage, for later power generation, making use of an Otto cycle engine as energy conversion technology. This experience is the foundation for the development of this work, including the implementation of the pilot unit installed in the Hydraulics Technological Center (CTH) of USP and the results analysis.

Key-words: anaerobic digestion, biogas, renewable energy.

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Produtos finais do processo de degradação anaeróbia............................................ 25 Tabela 2. Concentrações e fator de inibição do processo de fermentação. ............................ 26 Tabela 3: Propriedades físicas do metano, gás carbônico e gás sulfídrico............................. 28 Tabela 4. Equivalência energética de 1 Nm3 de biogás ............................................................ 30 Tabela 5. Número de distritos com tratamento de esgoto sanitário por tipo de sistema de tratamento. ................................................................................................................................... 33 Tabela 6. Resultados preliminares do desempenho de biodigestores modelo indiano e chinês, com capacidade de 5,5 m3 de biomassa, operados com esterco bovino...................... 39 Tabela 7. Relação entre a vazão de biogás consumido pela microturbina e a energia elétrica gerada pela mesma. ..................................................................................................................... 56 Tabela 8. Relação entre a vazão de biogás