Trabalho Estudo do Potencial Energético de produção dos resíduos orgânicos

Estudo do potencial energético de produção dos resíduos orgânicos do RU da UFABC

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Resumo

Em vista da grande tendência do século XXI em encontrar formas alternativas e sustentáveis para produção de energia, foi realizado  um estudo de geração de biogás a partir  dos resíduos orgânicos do restaurante universitário(RU) da UFABC campus Santo André. O trabalho foi dividido em duas etapas principais, sendo uma primeira com objetivo de mensurar a quantidade de lixo que o RU produz semanalmente, que envolveu pesagens diárias do lixo orgânico total produzido em um dia, e uma segunda, que contou com o desenvolvimento de um dispositivo prático quem teve por finalidade quantificar, a partir da pressão parcial, a quantidade de biogás produzido a partir de uma amostra de 1kg do lixo recolhido. Com isso, a partir de extrapolações estatísticas, foi possível analisar quantitativamente o potencial de produção de biogás produzido pela UFABC campus Santo André.

INTRODUÇÃO

Em virtude de uma demanda crescente por energia e esforços em níveis globais para uma utilização maior de fontes renováveis. As fontes de energia alternativas, por exemplo, biogás, energia solar, eólica foram um grande foco de pesquisadores nos últimos anos.

O biogás tem um papel muito interessante entre estas fontes, pois a decomposição de resíduos orgânicos gera gás metano, que possui   um potencial de aquecimento global  21 vezes maior do que o potencial do CO2[1], ou seja, é extremamente danoso ao meio ambiente. A produção de biogás, consiste em utilizar este metano para geração de energia, portanto, além de propiciar uma utilização menor de matrizes fósseis, a utilização em larga escala do biogás possibilita uma redução significativa  no efeito estufa.

O objetivo do estudo é analisar quantitativamente o potencial de geração de energia caso o lixo do restaurante universitário(RU) fosse utilizado para produção de biogás. Espera-se, por extrapolação estatística, obter a ordem de grandeza de  mols gás produzido,  e consequentemente a quantidade  energia possível de ser gerada.

A metodologia deste trabalho consistiu em duas etapas básicas. São elas, a pesagem do lixo do RU e a construção de um biodigestor simples no qual foi colocada uma amostra de 1 kg de lixo para ocorrer a produção de biogás e servir como base para extrapolação estatística.

O lixo do RU foi pesado durante todos os dias úteis da semana, de segunda a sexta. Para controle de erro, foram realizadas duas pesagens em dias diferentes para cada dia da semana, exceto para terça e quarta feira. Isso ocorreu, pois houve dias que por conta de fatores externos ao trabalho não foi possível a realização das medições. Nestes casos específicos a análise estatística será feita com base no único valor medido.

A pesagem se dava de maneira manual, colocando os sacos de lixo, um a um, em  um suporte que ficava de uma balança simples(de banheiro). O valor medido pela balança era anotado, sempre se descontando o peso do suporte.

         

        A construção do biodigestor foi executada utilizando um galão de água de 20L, tubos e conectores, cola de PVC e durepoxi. Além disso, foi adquirido um manômetro modelo Bringer BRPI 100 63

Caixa em Aço carbono com Escala de 0 a 15 PSI (figura 1 ) para tornar possível  a medição da pressão dos gases dentro do biodigestor.

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 Figura 1: Manômetro. Fonte: autoria própria

        O Biodigestor (figura 2)  foi construído de para ser completamente vedado. A boca do galão foi um pouco cortada de forma que os conector pudesse ser encaixado e posteriormente vedado com durepoxi e cola de pvc. Após o encaixe do conector, se seguiu com a montagem dos canos que foram unidos com cola de pvc. O manômetro foi conectado nos canos com ajuda de um anel metálico que possibilitou o rosqueamento de  forma adequada. O final do cano foi tampado utilizando cola de PVC.

Além disso, foi colocado um conector(azul) em forma de T que possuía uma saída livre caso fosse necessário colocar ou tirar substâncias do biodigestor. Esta saída foi tapada com uma tampa adequada e veda-rosca.

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Figura 2: Biodigestor finalizado. Fonte autoria própria

        Foi colocado no biodigestor uma amostra de aproximadamente 1kg de comida (peixe com molho) que já se encontrava de forma pastosa. Junto com o peixe foi adicionado aproximadamente 1L de água para facilitar a decomposição. O biodigestor foi vedado no período da manhã de sexta feira dia 13/08/2016.

        O biogás é composto principalmente por metano (50% - 70% em volume) e dióxido de carbono (25% - 45% em volume). Outros gases, como sulfeto de hidrogênio (H2S), o nitrogênio (N2), hidrogênio (H2) e monóxido de carbono (CO) também compõe o biogás, porém em menores concentrações (5% em volume)[2]. Logo, a partir destas concentrações , é possível estimar o número de mols de metano utilizando a equação fundamental dos gases ideais, P.V= NRT.

Onde P representa a pressão medida pelo manômetro, V é o volume biodigestor, N é o número de mols total , R é a constante de dimensionalidade, T representa a temperatura do gás.

        A partir da concentração de metano obtida na literatura é possível calcular o número de mols de metano a partir de sua pressão parcial. Uma vez calculado o número de mols de metano produzido com 1 kg de resíduos orgânicos é possível fazer a extrapolação estatística para observar quanto gás seria produzido com todo lixo gerado pelo RU.

        Para fazer a extrapolação estatística usaremos a média das duas pesagens de cada dia da semana(quando possível). Com isso, chegaremos a uma quantidade de resíduo produzida semanalmente. Então, multiplicaremos por 4 para obter o valor mensal. Multiplicaremos o valor mensal pelo número de mols produzidos com 1kg de amostra e assim, conseguimos chegar a uma estimativa sobre o quanto de gás pode ser produzido na UFABC em um mês.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

        Com os resultados das pesagens dos resíduos produzidos pelo RU foram montadas  duas tabelas: a primeira é a  completa com peso individual e quantidade de sacos, dia da pesagem e peso total por dia. A segunda é um resumo da primeira com apenas o peso total medido por dia, média das medições e desvio padrão.  A tabela completa se encontra no final do documento. Usaremos a tabela resumida para facilitar a exposição dos resultados.

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Tabela 1: dados de pesagem  os valores se encontram em kg.