UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA 

      “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” 

FACULDADE DE ENGENHARIA 

CAMPUS DE BAURU 

 

 

 

 

MARCIO YUKIO HIRANO 

 

 

 

 

GERAÇÃO DE ENERGIA POR MICROTURBINA ALIMENTADA À 

BIOGÁS EM UMA PROPRIEDADE RURAL - ESTUDO DE CASO  

 

 

 

 

 

 

 

BAURU – SÃO PAULO 

2015 



MARCIO YUKIO HIRANO  

 

 

 

 

 

GERAÇÃO DE ENERGIA POR MICROTURBINA ALIMENTADA À 

BIOGÁS EM UMA PROPRIEDADE RURAL - ESTUDO DE CASO  

 

 

 

 

 

Dissertação apresentada à Faculdade de 
Engenharia da Universidade Estadual 
Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Campus 
de Bauru, como parte das exigências do 
Programa de Pós-Graduação da 
Engenharia Mecânica, para obtenção do 
título de Mestre em Engenharia Mecânica. 
 

 

Orientador: Prof. Dr. Celso Luiz da Silva 

 

 

 

BAURU – SÃO PAULO 

2015



  
 
 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
 

  
 
 
Hirano, Marcio Yukio. 
   Geração de energia por microturbina alimentada à 
biogás em uma propriedade rural : estudo de caso / 
Marcio Yukio Hirano, 2015 
   107 f. : il.  
 
   Orientador: Celso Luiz da Silva 
    
   Dissertação (Mestrado)–Universidade Estadual 
Paulista. Faculdade de Engenharia, Bauru, 2015 
 

1. Microturbina. 2. Biogás. 3. Aproveitamento 
Energético. I. Universidade Estadual Paulista. 
Faculdade de Engenharia. II. Título.  
 
    
 
 
  
 







I 
 

 

AGRADECIMENTOS 

 

Agradeço aos meus pais, Orlando Eiiti Hirano e Luiza H. Saruwataru 

Hirano, que estiveram sempre comigo, ensinando-me, apoiando-me, e 

acreditando em meu potencial. 

 

Agradeço também a todos os professores da Engenharia Mecânica que 

me acompanharam durante a graduação e a pós-graduação, e que 

foram tão importantes na minha vida acadêmica, em especial ao Prof. 

Dr. Celso Luiz da Silva pelo convívio, pela compreensão, pela 

paciência, pela amizade, pelos conhecimentos repassados e pelo apoio 

para a realização deste trabalho. 

 

Aos amigos e colegas, pelo incentivo e pelo apoio constante, em especial 

a minha amiga Aline A. Camargo, que também entrou nesta jornada 

conhecimentos, e sempre me apoiou nos momentos difíceis. 

 

Agradeço também aos proprietários e funcionários do Sítio Vovó Cida, 

que gentilmente permitiram conhecer a propriedade e contribuiram 

na obtenção de dados para este trabalho. 

 

Agradeço também a CAPES pelo apoio científico e financeiro que 
viabilizaram a realização deste trabalho.  



II 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

“Trabalhar com sustentabilidade é plantar um 

presente que garanta a subsistência das novas 

gerações num planeta que pede socorro e se 

aquece a cada dia. Pois melhor que plantar 

árvores, despoluir rios, proteger animais, é 

semear a consciência de que a garantia da vida é 

respeitar as fronteiras da natureza.” 

 

(Nildo Lage) 

 



III 
 

 

SUMÁRIO 

 

1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 1 

1.1 Objetivos ............................................................................................................................. 3 

1.1.1 Objetivo geral .................................................................................................................... 3 

1.1.2 Objetivos específicos ........................................................................................................ 3 

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................................. 5 

2.1 Histórico da decomposição anaeróbica e a formação do biogás. ........................................ 5 

2.1.1 Microbiologia da digestão anaeróbica .............................................................................. 6 

2.2 Fatores que influenciam a digestão anaeróbica ................................................................. 11 

2.2.1 Quantidade de oxigênio................................................................................................... 11 

2.2.2 Níveis de pH .................................................................................................................... 11 

2.2.3 Temperatura .................................................................................................................... 12 

2.2.4 Toxidade .......................................................................................................................... 13 

2.2.5 Nutrientes ........................................................................................................................ 14 

2.2.6 Teor de água .................................................................................................................... 14 

2.2.7 Agitação e manutenção ................................................................................................... 14 

2.3 Biodigestor ........................................................................................................................ 15 

2.3.1 Histórico e panorama mundial ........................................................................................ 15 

2.3.2 Disposição correta dos resíduos provindo da criação bovina em confinamento e 

vantagens da biodigestão .......................................................................................................... 18 

2.3.3 Modelos de biodigestores ................................................................................................ 23 

2.4 Biogás ................................................................................................................................ 29 

2.4.1 Propriedades e uso........................................................................................................... 29 

2.4.2 Tratamento do biogás ...................................................................................................... 32 

2.4.3 Armazenamento do biogás .............................................................................................. 36 

2.4.4 Potencial de produção do biogás ..................................................................................... 37 



IV 
 

 

2.5 Benefícios do biofertilizante e do efluente mineralizado. ................................................. 38 

2.6 Microturbina ...................................................................................................................... 40 

2.6.1 Conexão com a rede elétrica e conversores de potência ................................................. 45 

2.6.2 Aproveitamento Energético ............................................................................................ 46 

2.6.3 Panorama de Uso das Microturbinas............................................................................... 46 

2.6.4 Microturbina específica para biogás ............................................................................... 47 

2.7 Benefícios do uso do biogás em microturbinas, cogeração e trigeração. .......................... 48 

3. MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................................ 50 

3.1 Localização e Caracterização da propriedade ................................................................... 50 

3.2 Capacidade de produção de resíduos bovinos ................................................................... 59 

3.3 Capacidade de produção de biogás. .................................................................................. 59 

3.4 Poder calorífico do biogás ................................................................................................. 60 

3.5 Seleção da microturbina e a produção de energia elétrica. ............................................... 61 

3.6 Formas de aproveitamento energético – Aquecimento de água ........................................ 63 

3.7 Formas de aproveitamento energético – Efeito de refrigeração ........................................ 65 

3.8 Análise inicial de custo ...................................................................................................... 70 

4. RESULTADOS E ANÁLISE .............................................................................................. 71 

5. CONCLUSÃO ..................................................................................................................... 82 

6. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 83 

 

 

 

 

 

 

 

 



V 
 

 

LISTA DE FIGURAS 

 

FIGURA 1.1 – Fontes de energia utilizadas no Brasil .............................................................. 1 

FIGURA 2.1 - Estágios do processo de digestão anaeróbia .................................................... 10 

FIGURA 2.2 - Balanço da digestão anaeróbica ...................................................................... 10 

FIGURA 2.3– Sistema descontínuo (batelada) de produção de biogás. .................................. 23 

FIGURA 2.4– Diagrama esquemático do biodigestor tipo contínuo. ...................................... 24 

FIGURA 2.5 – Biodigestor modelo Indiano. ............................................................................ 25 

FIGURA 2.6 - Biodigestor modelo Chinês. .............................................................................. 27 

FIGURA 2.7 - Biodigestor modelo Canadense. ....................................................................... 29 

FIGURA 2.8 - Desenho esquemático de uma microturbina à gás. .......................................... 41 

FIGURA 2.9 - Microturbina Capstone C60. ............................................................................ 41 

FIGURA 2.10 - Diagrama esquemático de uma microturbina a gás. ...................................... 42 

FIGURA 2.11 - Microturbina com regenerador. ..................................................................... 43 

FIGURA 2.12 - Representação do eixo móvel de uma microturbina. ...................................... 44 

FIGURA 2.13 - Microturbina Capstone CR30 ......................................................................... 47 

FIGURA 3.1 - Barracão de confinamento. .............................................................................. 50 

FIGURA 3.2 - Sala de ordenha. ............................................................................................... 51 

FIGURA 3.3 - Tanque resfriado para armazenamento do leite. .............................................. 51 

FIGURA 3.4 - Grelhas de coleta de dejetos bovinos. .............................................................. 52 

FIGURA 3.5 - Grelhas de coleta de dejetos bovinos. .............................................................. 52 

FIGURA 3.6 - Vista da canaleta de condução de dejetos bovinos........................................... 53 

FIGURA 3.7 - Caixa de entrada para a diluição do esterco. .................................................. 53 

FIGURA 3.8 - Caixa de entrada do biodigestor, após a diluição dos dejetos. ........................ 54 

FIGURA 3.9 - Condução de dejetos pós diluição até o biodigestor ........................................ 55 

FIGURA 3.10 - Biodigestor modelo Canadense. ..................................................................... 55 

FIGURA 3.11 - Lagoa aeróbica utilizada para a fertirrigação. .............................................. 56 

FIGURA 3.12 - Conjunto motobomba utilizado para a fertirrigação. .................................... 57 

FIGURA 3.13 - Conjunto motobomba. ..................................................................................... 57 

FIGURA 3.14 - Conjunto motogerador. ................................................................................... 58 

FIGURA 3.15 - Conjunto motogerador. ................................................................................... 58 

FIGURA 3.16- Diagrama da potência elétrica e eficiência vs. temperatura ambiente. .......... 61 

FIGURA 4.1- Produtividade média de biogás para 40 kg de dejetos (um animal). ................ 71 



VI 
 

 

FIGURA 4.2- Produção de biogás em função do número de bovinos leiteiros. ...................... 72 

FIGURA 4.3- Potencial energético que pode ser obtido através da biodigestão de dejetos 

orgânicos de um bovino leiteiro. .............................................................................................. 73 

FIGURA 4.4 - Produção energética da microturbina, e consumo energético do compressor 

em função do número de bovinos leiteiros. .............................................................................. 74 

FIGURA 4.5 - Geração líquida de energia da microturbina. .................................................. 74 

FIGURA 4.6 - Quantidade de água aquecida (95 °C) produzida pelo recuperador de calor. 75 

FIGURA 4.7 - Geração líquida de energia da microturbina com aquecimento de água. ....... 76 

FIGURA 4.8  - Capacidade de refrigeração fornecida pelo resfriador de líquido (chiller). .. 77 

FIGURA 4.9 - Geração líquida de energia elétrica da microturbina com refrigeração 

(chiller). .................................................................................................................................... 78 

FIGURA 4.10 – Energia elétrica gerada pela microturbina e o consumo elétrico dos 

equipamentos utilizados para os casos de: geração direta, com o uso de aquecimento de água 

e com o uso do resfriamento de líquido, obtido por um animal (para os dados apresentados 

na tabela 4.1). ........................................................................................................................... 79 

FIGURA 4.11 – Fornecimento líquido de energia elétrica para os casos de: geração direta, 

com o uso do aquecimento de água e com o uso do resfriamento de líquido, obtido por um 

animal (para os dados apresentados na tabela 4.1). ............................................................... 79 

FIGURA 4.12 – Quantidade de energia contida no biogás, na energia elétrica gerada e no 

volume de água aquecida produzida, obtido para um animal. ................................................ 80 

FIGURA 4.18 – Quantidade de energia contida no biogás, na energia elétrica gerada e na 

capacidade de refrigeração produzido pelo resfriador de líquido, obtido para um animal. .. 80 

 



VII 
 

 

LISTA DE TABELAS 

 

TABELA 2.1– Composição típica do biogás processado num biodigestor. ............................. 30 

TABELA 2.2 – Energia equivalente produzido pelo biogás. .................................................... 31 

TABELA 2.3 – Consumo de biogás em diferentes utilidades. .................................................. 31 

TABELA 2.4 - Sistemas de armazenamento de biogás. ............................................................ 36 

TABELA 2.5 - Potencial de produção de biogás a partir de dejetos animais .......................... 37 

TABELA 2.6 - Especificações técnicas da microturbina CAPSTONE CR30. .......................... 48 

TABELA 3.1 - Dados Técnicos do Compressor Mehrer TRE 200 ........................................... 62 

TABELA 3.2 - Dados Técnicos do Recuperador de Calor ITC 1 ............................................. 64 

TABELA 3.3 - Dados Técnicos do Chiller LWM-W003 ........................................................... 67 

TABELA 3.4 - Custo aproximado dos equipamentos utilizados para geração de energia e 

aproveitamento térmico. ........................................................................................................... 70 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



VIII 
 

 

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 

 

ACRISSUL - Associação dos Criadores de Mato Grosso do Sul 

AGEITEC - Agência Embrapa de Informação Tecnológica 

ANAEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica 

ASSOCON - Associação Nacional dos Confinadores  

CENBIO - Centro Nacional de Referência em Biomassa 

CERs - Certificados de Emissões Reduzidas 

COP - Coeficiente de Performance (Rendimento) 

COPEL - Companhia Paranaense de Energia 

EEA - Empresa de Engenharia Ambiental 

EMATER - Empresa de Assistência Técnica e Extensão Rural 

ETE - Estação de Tratamento de Esgoto 

GLP - Gás Liquefeito de Petróleo 

MDL - Mecanismos de Desenvolvimento Limpo 

PCI - Poder Calorífico Inferior 

PCS - Poder Calorífico Superior 

SABESP - Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo 

TECPAR - Instituto de Tecnologia do Paraná 

TR - Tonelada de Refrigeração  

TRH - Tempo de Retenção Hidráulica 

 

 

 

 

 



IX 
 

 

LISTA DE SÍMBOLOS 

 

%��� = Quantidade (percentual) de gás metano presente no biogás 

�� ��� = vazão mássica de água de recirculação [kg/s] 

�� 	á� = Vazão mássica dos gases de exaustão da microturbina [kg/s] 

�
���� = Coeficiente de performance (rendimento) do resfriador de líquido (chiller) 

����� = Calor específico da água [kJ/kg∙K] 

��	á� = Calor específico dos gases de exaustão [kJ/kg∙K] 

���� = Energia consumida pela bomba do resfriador de líquido (chiller) [kWh] 

����� = Energia elétrica consumida pelo compressor [kWh] 

���� = Energia elétrica gerada pela microturbina [kWh] 

���� = Potencial energético fornecido pelo biogás em função do PCI do biogás [kJ] 

���� = Potencial energético fornecido pelo biogás em função do PCS do biogás [kJ] 

���� = Energia elétrica consumida pela bomba do recuperador de calor [kWh] 

���� = Potência elétrica da bomba do resfriador de líquido (chiller) [kW] 

�� ��� = Poder Calorífico Inferior do gás metano [kJ/Nm³] 

�� ���	á� = Poder Calorífico Inferior do biogás [kJ/Nm³] 

��!"#� = Poder Calorífico Superior do gás metano [kJ/Nm³] 

��!���	á� = Poder Calorífico Superior do biogás [kJ/Nm³] 

����� = Potência elétrica consumida pelo compressor [kW] 

����= Potência elétrica gerada pela microturbina nas condições ambientes de operação [kW] 

���� = Potência elétrica consumida pela bomba do recuperador de calor [kW] 

�� = Potencial de conversão da matéria orgânica em biogás [m³ de biogás/kg de esterco]  

$� = Volume produzido de água aquecida a 95 °C [m³] 

$% = Capacidade de refrigeração do resfriador de líquido (chiller) [kWh] 



X 
 

 

$&
�  =  Taxa de calor que entra no resfriador de líquido (chiller) [kW] 

'� = Temperatura da água na saída do recuperador de calor [K] 

'� = Temperatura da água na entrada do recuperador de calor [K] 

'� = Temperatura da água na entrada do resfriador de líquido (chiller) [K] 

'�( = Temperatura dos gases de exaustão na entrada do recuperador de calor [K] 

'� = Temperatura da água na saída do resfriador de líquido (chiller) [K] 

'�( = Temperatura dos gases de exaustão na saída do recuperador de calor [K] 

)� = Volume de água aquecida disponível no recuperador de calor [m³] 

)���	á� = Volume de biogás produzido [m³] 

*"+,- = Tempo de operação do compressor [h] 

*��� = Tempo de operação do resfriador de líquido (chiller) [h] 

*��� = Tempo de operação do recuperador de calor [h] 

.� = Potência elétrica consumida pela bomba do resfriador de líquido (chiller) [kW] 

*�/ = Tempo consumido para aquecer a água da temperatura ambiente até 95°C [h] 

0��� = Massa específica da água [kg/m³] 

1���� = Vazão volumétrica de compressão [m³/h] 

1��� = Fluxo energético requerida pela microturbina para operar [kJ/h] 

$ = Quantidade de matéria orgânica utilizada [kg] 

�2(34� = Custo bruto da energia elétrica produzida [R$/kW]  

��= Custo do equipamento [R$]   

��5 �7�4  = Potência elétrica instalada [kW] 

C9í:;<=+ = Custo líquido da energia elétrica produzida[R$/kW] 

P?@ AéB,<CD = Potência elétrica de origem térmica [kW] 

P?@ EDFG+ = Potência elétrica consumida pelos equipamentos [kW] 



XI 
 

 

RESUMO 

 

A crescente demanda energética e as constantes preocupações com questões ambientais, como 

o aquecimento global e a preservação de recursos naturais, tem feito a humanidade buscar 

fontes alternativas de energias limpas. Neste cenário, o uso de biodigestores em propriedades 

rurais têm significado um importante avanço sobre questões energéticas, ambientais e de 

sanitarismo, pois os resíduos provenientes da agropecuária, principalmente da criação de 

animais em confinamento podem ser dispostos de maneira correta. Ao final do processo de 

biogestão anaeróbica é possível obter três subprodutos de grande valor agregado: o 

biofertilizante, que é rico em nutrientes; o efluente mineralizado, que pode servir de base para 

a produção de ração; e o biogás, que é um gás combustível rico em metano. Este trabalho 

visou apresentar uma análise sobre a produção de biogás através de um biodigestor em uma 

propriedade rural destinada à criação de bovinos leiteiros, e o uso do biogás em microturbinas 

específicas para a geração de energia elétrica, e as formas de aproveitamento energético dos 

gases de escape da microturbina, visando à produção de calor e frio. Também realizou uma 

avaliação sobre a economia de energia elétrica que o uso do biogás agrega à propriedade. Para 

a confecção deste trabalho foram realizados levantamentos de dados sobre a produção e a 

composição do biogás comumente encontrado em biodigestores rurais, e informações técnicas 

sobre microturbina, compressor, recuperador de calor e resfriador de líquido junto aos seus 

fabricantes. Ao final do presente estudo, pôde-se verificar que é possível produzir através do 

uso do biogás em microturbinas entre 5.931 kWh/mês a 11.751 kWh/mês de energia elétrica 

com os dejetos orgânicos recolhidos de 240 bovinos leiteiros, o que representa 

aproximadamente entre 41 a 82 % da demanda energética da propriedade rural analisada. 

Além disso, através do aproveitamento térmico dos gases de escape da microturbina é 

possível obter 8,5 m³/dia de água aquecida a 95 °C que poderá ser destinada à limpeza de 

ambientes e equipamentos; ou mesmo pode-se utilizar da água aquecida proveniente do 

recuperador de calor em um resfriador de líquido, sendo possível produzir aproximadamente 

14.850 kWh/mês de capacidade de refrigeração, que poderá ser empregada para o 

resfriamento inicial do leite proveniente da ordenha.  

 

PLAVRAS – CHAVES: Biogás, Microturbina, Aproveitamento Energético. 

 



XII 
 

 

ABSTRACT 

 

The increasing energy demand and ongoing concerns with environmental issues such as 

global warming and the preservation of natural resources, has made mankind seek alternative 

sources of clean energy. In this scenario, the use of digesters on farms have meant an 

important step forward on energy, environmental and sanitarism issues, as waste from 

agriculture, mainly the creation of confinement on animals can be arranged properly. At the 

end of anaerobic biodigestion process can get three big value-added by-products: the 

biofertilizer, which is rich in nutrients; mineralized effluent, which can serve as a basis for the 

production of feed; and biogas, which is a fuel rich in methane gas. This work aims to present 

an analysis on the production of biogas through a digester on a farm intended for rearing dairy 

cattle, and the use of biogas in specific micro turbines to generate electricity, and the forms of 

energy use of gas the microturbine exhaust, in order to heat and cold. Also conducted an 

evaluation of the energy savings that the use of biogas adds to property. To prepare this 

report, data surveys have been conducted on the production and biogas composition 

commonly found in rural digesters, and technical information on microturbine, compressor, 

heat exchanger and liquid chiller with its manufacturers. At the end of this study, it was 

observed that it is possible to produce through the use of biogas microturbines in about    

5,931 kWh per month to 11,751 kWh per month of electricity from organic waste collected 

from 240 dairy cattle, which represents approximately 41-82% of the energy demand of rural 

property analyzed. Furthermore, through the use of heat of exhaust gas microturbine is 

possible to obtain 8.5 m³ per day of water at 95 ° C which can be utilized to clean 

environments and equipment; or one may use the heated water from the heat recovery in a 

liquid cooler, it is possible to produce approximately 14,850 kWh per month of cooling 

capacity which may be employed for initial cooling of the milking milk. 

 

KEY WORDS: Biogas, Microturbine, Energy Use. 

 

 

 

 



 

 

1. INTRODUÇÃO 

 

 As fontes de energias mais difundidas e empregadas atualmente provêm

principalmente de combustíveis fósseis como petróleo, carvão mineral e gás natural; de 

combustível nuclear e de hidroelétricas. 

algumas limitações e cuidados, por exemplo, 

tendem a se esgotarem, e com isso trazer instabilidades no seu preço;

exige muita cautela no processo de g

resíduos, já que estes são emissores de radiação, que é prejudicial ao ser humano; 

hidroelétricas necessitam de um regime de chuva uniforme para que seus reservatórios 

possam estar sempre com níveis

na redução de emissões de gases poluentes

aquecimento global e suas consequências como as mudanças climáticas.

preocupações, percebe-se a necess

alternativas, que possam suplement

emissões de poluentes. A F

 

FIGURA 1.1 – Fontes de energia utilizadas no Brasil
Fonte: ANAEEL, 2014

  

   

67.07%

Biomassa

As fontes de energias mais difundidas e empregadas atualmente provêm

principalmente de combustíveis fósseis como petróleo, carvão mineral e gás natural; de 

combustível nuclear e de hidroelétricas. Entretanto, os usos destas fontes de energia possuem

algumas limitações e cuidados, por exemplo, as reservas naturais de combustíveis fósseis 

, e com isso trazer instabilidades no seu preço; 

o processo de geração de energia elétrica e na disposição dos seus 

já que estes são emissores de radiação, que é prejudicial ao ser humano; 

hidroelétricas necessitam de um regime de chuva uniforme para que seus reservatórios 

com níveis adequados. Aliado a isso, existe uma preocupação mundial 

na redução de emissões de gases poluentes na atmosfera, devido principalmente ao 

aquecimento global e suas consequências como as mudanças climáticas.

se a necessidade do desenvolvimento de novas 

que possam suplementar e diversificar a matriz energética

Figura 1.1, ilustra as fontes de energia em operação no Brasil.

Fontes de energia utilizadas no Brasil 
Fonte: ANAEEL, 2014 

9.58%

2.85%

19.04%

67.07%

1.45% 0.01%

Biomassa Eólica Fóssil Hídrica Nuclear Solar

1 

As fontes de energias mais difundidas e empregadas atualmente provêm 

principalmente de combustíveis fósseis como petróleo, carvão mineral e gás natural; de 

usos destas fontes de energia possuem 

as reservas naturais de combustíveis fósseis 

 o combustível nuclear 

energia elétrica e na disposição dos seus 

já que estes são emissores de radiação, que é prejudicial ao ser humano; já as 

hidroelétricas necessitam de um regime de chuva uniforme para que seus reservatórios 

, existe uma preocupação mundial 

na atmosfera, devido principalmente ao 

aquecimento global e suas consequências como as mudanças climáticas. Devido a estas 

novas fontes de energia 

a matriz energética, além de reduzir as 

igura 1.1, ilustra as fontes de energia em operação no Brasil. 

 
Solar



2 
 

 

 Pelo panorama apresentado pela Agência Nacional de Energia Elétrica 

(ANAEEL,2014)1, percebe-se que o Brasil possui 79,5 % da energia produzida de forma 

renovável, contribuindo assim para uma geração de energia mais sustentável. Entretanto, 

verifica-se que o país fica muito dependente da geração de energia através das hidroelétricas, 

que dependem muito do regime de chuvas para encher os reservatórios. Recentemente o país 

passou por um período de forte estiagem, o que resultou em baixíssimos níveis de água nos 

reservatórios das hidroelétricas localizados próximos aos grandes centros industriais, onde há 

o maior consumo de energia. Isto forçou o governo a colocar em operação as termoelétricas 

abastecidas principalmente por gás natural e óleo diesel. Este efeito culminou no aumento dos 

custos da energia elétrica produzida, e no uso de combustíveis fósseis não renováveis e 

poluentes. Tendo isto em vista, o uso de outras fontes de energia, principalmente as formas de 

energia renováveis têm-se mostrado muito atrativas. O Brasil possui uma extensa área 

territorial, com clima bastante favorável para a exploração e o uso de energias renováveis 

provindas de diversas fontes, como a solar, a eólica, maré-motriz e a biomassa.      

 A biomassa tem se mostrado uma alternativa para a geração de energia elétrica, além 

de ser uma fonte de energia renovável, não ocorrem, durante sua utilização, emissões de 

óxidos de enxofre, responsáveis pelas chuvas ácidas, e nem a contribuição para o aumento do 

efeito estufa, já que possui o ciclo de carbono fechado. Ou seja, o CO2 emitido durante o 

processo de combustão é absorvido durante a fotossíntese das plantas. Não sendo liberado 

nenhum carbono líquido para a atmosfera.  

 O biogás pode ser obtido de maneira simples, através da decomposição anaeróbica da 

biomassa, que é toda matéria orgânica de origem animal ou vegetal. O biogás é composto 

basicamente de dióxido de carbono (CO2) e de metano (CH4), este último possui alto poder 

calorífico que pode ser aproveitado para a geração de energia elétrica e térmica. Além disso, 

ao realizar a queima do biogás, impede-se que o gás metano seja lançado diretamente para a 

atmosfera, diminuindo assim os efeitos do aquecimento global, tendo em vista que a molécula 

do gás metano possui um alto poder de absorção da radiação solar.  

 Uma maneira de obtenção desta matéria orgânica seria o aproveitamento dos resíduos 

orgânicos provindos da agropecuária, tanto do cultivo de alimentos, quanto da criação de 

animais.  

                                                 

1 http://www.anaeel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/Combustível.cfm 



3 
 

 

 Considerado um dos principais causadores de problemas ambientais no agronegócio, 

os dejetos gerados da criação de animais podem provocar danos ao próprio animal, ao homem 

que trabalha no sistema produtivo e ao meio ambiente como um todo, uma vez que pode ser 

causa de doenças nos animais e no homem ocasionando prejuízo ao próprio empreendimento.  

 Uma alternativa para a disposição adequada dos resíduos orgânicos é o uso de 

biodigestores, que consiste de uma câmara hermeticamente fechada, onde diversos grupos de 

bactérias anaeróbicas degredam a matéria orgânica, evitando assim a poluição do meio 

ambiente e a proliferação de doenças; além de produzir ao final do processo de digestão 

anaeróbica, subprodutos grandemente apreciados, como o biogás, que pode ser utilizado para 

diversas finalidades (cozimento de alimentos, iluminação, conforto térmico, produção de frio, 

geração de energia elétrica, entre outros); o biofertilizante (rico em nutrientes, e que substitui 

com facilidade os fertilizantes industriais); e o efluente mineralizado (utilizado como base 

para a confecção de rações para animais). 

 Uma opção para o uso do biogás seria sua utilização em microturbinas específicas para 

a geração de energia elétrica, pois são equipamentos que podem ser alimentados com biogás 

pobre em gás metano e com elevado grau de impurezas, tais como dióxido de carbono e 

sulfeto de hidrogênio. Além de serem equipamentos que necessitam de pouca manutenção, 

também emitem após o processo de combustão, gases com baixos níveis de poluentes. Outro 

benefício importante, é o aproveitamento dos gases de exaustão da microturbina para a 

produção de água aquecida, através do uso de um trocador de calor; ou mesmo para a 

produção de frio, por meio de um resfriador de liquido (chiller), aumentando assim a 

eficiência energética do processo.   

 

1.1 Objetivos 

1.1.1 Objetivo geral 

 O objetivo geral deste trabalho visa avaliar a utilização do biogás gerado em 

biodigestores a partir de dejetos bovinos para o acionamento de microturbinas com a 

finalidade de geração de energia elétrica.  

1.1.2 Objetivos específicos 

� Estimar o potencial energético que pode ser obtido na propriedade analisada 

através do uso do biogás de composição típica em microturbinas específicas. 



4 
 

 

� Estimar o potencial energético que pode ser obtido pela microturbina ao realizar o 

aproveitamento energético dos gases de exaustão tanto para o aquecimento de 

água, quanto para a produção de frio por meio de um resfriador de líquido 

(chiller). 

� Comparar os resultados obtidos com a demanda energética da propriedade. 

� Estimar a quantidade de água aquecida que poderá ser obtida com o uso de um 

recuperador de calor.  

� Estimar a quantidade de frio, que um resfriador de líquido pode fornecer à 

propriedade. 

� Estimar a eficiência energética para o processo de geração de energia elétrica com 

aquecimento de água, e para o processo de geração de energia elétrica com 

resfriamento de líquido.   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



5 
 

 

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA  

2.1 Histórico da decomposição anaeróbica e a formação do biogás. 

 

 A decomposição anaeróbica da matéria orgânica é um processo natural que ocorre em 

pântanos, lagos e rios. Tal processo representa a conversão microbiológica da matéria 

orgânica em metano, em um ambiente isento de oxigênio. 

 O biogás foi descoberto em 1667 por Shirley, mas foi reconhecido somente em 1776 

por Alessandro Volta, como "ar combustível", substância presente principalmente nos 

pântanos. Oitenta anos depois, Reiset detectou a formação de metano em estrumeiras e propôs 

o estudo do manejo dos resíduos para explicar o processo de decomposição anaeróbica. No 

século XIX, Ulysse Gayon, aluno de Louis Pasteur, realizou a fermentação anaeróbica de uma 

mistura de estrume e água, a 35°C, obtendo 100 litros de gás por metro cúbico de matéria.  

 Bechamp, em 1868, concluiu que o gás metano é formado por microrganismos. Sendo 

que em 1875, Popoff , investigou a formação de metano a partir  de vários substratos. Em 

1890, Van Senus verificou que a decomposição anaeróbia era feita por vários 

microrganismos, e Omelianski isolou organismos que produziam hidrogênio, ácido acético e 

ácido butanóico, a partir da celulose. Deduziu também que o metano seria produzido a partir 

da redução do gás carbônico por hidrogênio. 

 

 4 H�  +  CO�   →   CH�  +  2 H�O        (2.1)

       

 Em 1910, Sohngen verificou que a fermentação de materiais orgânicos produz 

compostos reduzidos como hidrogênio, ácido acético e gás carbônico. Demonstrou também 

que ocorre a redução de CO2 para a formação de metano e assumiu que o ácido acético é 

descarbonizado para fermentação de metano. Essa hipótese, hoje considerada correta, 

permaneceu em controvérsia por várias décadas.  

Em 1914, Thum e Reichle concluíram que o processo se dava em duas fases: ácida e 

metanogênica.  Em 1916, Imhoff, denominou de digestão ácida e a digestão metanogênica as 

fases do processo.  



6 
 

 

 Em 1940, Barker isolou a Methanobacterium omelianski, responsável pela oxidação 

do etanol a acetato (ácido acético), e posteriormente a oxidação do acetato a gás metano. Em 

1948, Buswell e Sollo, utilizando 14C provaram que o metano vindo do acetato não ocorre 

através de redução de CO2.  

 Em 1956, Jerris verificou que 70% do metano produzido vinham do acetato. Em 1967, 

Briant publicou que existem duas espécies de bactérias que convertem a metano. Uma pela 

via do acetato e outra pelo hidrogênio (EMPRESA DE ENGENHARIA AMBIENTAL - 

EEA, 2014).   

 

2.1.1 Microbiologia da digestão anaeróbica 

 

 O processo de digestão anaeróbico é uma alternativa interessante para o tratamento de 

resíduos orgânicos, obtendo-se no final do processo subprodutos de elevados valores 

comerciais.  De acordo com Buendía (2008), devido à necessidade de constantes aerações do 

efluente, o que gera um aumento do gasto energético, o sistema de biodigestão anaeróbico não 

é adequado para o tratamento de resíduos com elevado conteúdo de material orgânico, 

resíduos que são dificilmente biodegradáveis, e para os resíduos que apresentam a relação 

carbono/nitrogênio e carbono/fósforo desproporcionais, pois o desempenho do sistema fica 

muito reduzido. 

 De acordo com EEA (2014), de uma forma geral, o processo de digestão anaeróbico 

ocorre em quatro etapas principais. Na primeira etapa do processo, a matéria orgânica 

completa é transformada em compostos mais simples como ácidos graxos, aminoácidos e 

açúcares pela ação de microrganismos hidrolíticos. 

 Em uma segunda etapa, as bactérias acidogênicas transformam os ácidos e açúcares 

em compostos mais simples como ácidos graxos de cadeias menores, ácido acético, H2 e CO2. 

 Na terceira etapa, compostos simples como ácidos graxos voláteis de cadeias menores 

são transformados principalmente em ácido acético, H2 e CO2, pela ação das bactérias 

acetogênicas. 

 Por fim, na última etapa, os microrganismos metanogênicos transformam esses 

substratos em gás metano (CH4) e em dióxido de carbono (CO2).     

       As fases do processo descrito anteriormente podem ser detalhadas da seguinte forma: 



7 
 

 

� Fase da hidrólise 

 

Para Silva (2009), a hidrólise é um processo pelo qual o material orgânico 

presente no sistema é transformado em compostos dissolvidos de menor peso 

molecular. De acordo com Harris (2005), ocorre o processo propriamente denominado 

de hidrólise, o qual consiste na reação de qualquer espécie com água.  

 Segundo EEA (2014), nesta fase, ocorre a hidrólise dos polímeros de cadeia 

longa que é feita pelas bactérias hidrolíticas. Sendo hidrolisados principalmente a 

celulose, as proteínas e os lipídios. Para Feng (2008), materiais orgânicos complexos, 

carboidratos, aminoácidos, ácidos graxos de cadeia longa e alcoóis são convertidos a 

compostos orgânicos de cadeia curta, que serão metabolizados na fase seguinte.       

 A celulose é um polímero de cadeia longa, que é facilmente degradada pelas 

bactérias aeróbicas, mas devido ao processo anaeróbico estas bactérias não 

sobrevivem, tornando a hidrólise da celulose mais complicada. Além das bactérias 

celulósicas, que podem ser encontradas em fezes humanas e de animais, os 

protozoários também contribuem para a fermentação da celulose.  

 Segundo Haandel e Lettinga (1994), as proteínas são degradadas para formar 

aminoácidos, os carboidratos se transformam em açúcares solúveis e os lipídios são 

convertidos em ácidos graxos de cadeia longa (entre quinze a dezessete carbonos na 

cadeia principal) e em glicerina.  

 Além da presença de oxigênio, duas condições são essenciais para a 

manutenção deste tipo de bactéria. Sendo necessário, o pH do meio estar próximo a 

seis e a temperatura próxima a 45°C. De acordo com Veeken et al. (2000), a fase da 

hidrólise se torna limitante se o substrato se apresentar na forma particulada.  

 A lignina presente na biomassa, na razão de cerca de 20 a 30%, geralmente 

resistente à degradação anaeróbica, deve estar numa temperatura alta e presente em 

meio básico para ser solubilizado e transformado em pequenos compostos que são 

facilmente digeridos para metano e dióxido de carbono. Além desse, se fazem 

necessários às quebras da pectina, um polissacarídeo de cadeia complexa, e também 

dos lipídios, que consiste de glicerinas de cadeias longas de ácidos carbônicos.  

 A fase da hidrólise é um passo limitante para a conversão de matéria orgânica 

em metano, pois os produtos formados nesta fase são fermentados e depois 

transformados em gás metano.  



8 
 

 

 Na transição entre as fases da hidrólise para a fase da acidogênese, ocorre a 

conversão da matéria orgânica solúvel produzida pela fase da hidrólise em substrato 

para a metanogênese, através da bactéria transicional. Sendo que o acetato produzido 

por estas bactérias, pode ser metabolizado diretamente em metano pelas bactérias 

metanogênicas, sendo desnecessárias as interações catabólicas com outras bactérias.  

 

� Fase da Acidogênese 

  

 Segundo Bengtsson et al. (2008), os produtos gerados na hidrólise, como os 

açúcares e os aminoácidos, são absorvidos por bactérias acidogênicas fermentativas e 

fermentados intracelularmente em substâncias orgânicas simples como ácidos graxos 

voláteis, como ácidos acético, fórmico, propanóico, butanóico e lático, além de etanol. 

Também são sintetizados compostos minerais, além de dióxido de carbono, gás 

hidrogênio, amônia, sulfeto de hidrogênio e acetato.   

 As reações bioquímicas pelos quais os substratos são fermentados, e os 

produtos formados dependem principalmente do tipo de substrato utilizado na digestão 

anaeróbica e da pressão parcial do hidrogênio presente.  

 No processo da acidogênese a maioria das bactérias são anaeróbicas 

obrigatórias, existindo também espécies facultativas, onde metabolizam o material 

orgânico pela via oxidativa.   

 

� Fase da Acetogênese 

 

 Nesta fase, as bactérias acetogênicas convertem os ácidos graxos e o etanol em 

acetato, dióxido de carbono e gás hidrogênio, que são substratos para as bactérias 

metanogênicas. Segundo Ghosh (1981), a fermentação acetogênica possui um papel 

fundamental na conversão da matéria orgânica em metano, pois a conversão do 

substrato a acetato (principal substrato para a síntese do metano) deve ser rápida para 

que a produção de energia seja viável economicamente. Portanto, não havendo a 

síntese do acetato, não haverá a produção de gás metano.  

 Segundo Haandel e Lettinga (1994), se houver algum desequilíbrio nas taxas 

de remoção de ácidos voláteis, poderá ocorrer um aumento da produção líquida de 

ácidos, resultando na diminuição do pH do meio, e causar consequentemente uma 

redução na atividade metanogênica. O aumento da produção líquida de ácidos é 



9 
 

 

denominado acidificação, sendo a causa comum da falha operacional no processo de 

digestão anaeróbica.    

 

� Fase da Metanogênese 

 

 O último processo da digestão anaeróbica é formado pelas bactérias 

metanogênicas. Elas utilizam-se do ácido fórmico, do acetato, do metanol, da 

metilamina, do gás hidrogênio e do dióxido de carbono, para convertê-los em gás 

metano e dióxido de carbono, através de reações bioquímicas.  

 O gás metano pode ser produzido por dois grupos de bactérias, as acetotróficas, 

que se utilizam do acetato, ou as hidrogenotróficas, que se utilizam do dióxido de 

carbono e do hidrogênio. Aproximadamente 70 % do gás metano produzido é oriundo 

do acetato, e 30 % provêm da redução do dióxido de carbono e do hidrogênio. 

 As reações bioquímicas para a síntese do gás metano contribuem para a 

redução da pressão parcial do hidrogênio, viabilizando desta forma as etapas 

anteriores do processo de digestão anaeróbica. Esta fase limita o processo de digestão 

anaeróbica. Além disso, a presença dos microrganismos acetotróficos, influenciam o 

pH do meio, pois este grupo de bactérias consomem o acetato para a síntese do gás 

metano, diminuindo a acidez.   

  A formação do gás metano ao final do processo de biodigestão depende da 

existência de populações com funções distintas, e em proporções quantitativas 

corretas, permitindo assim a manutenção do fluxo de substratos e energia.  

  As Figuras 2.1 e 2.2 representam respectivamente os estágios do processo de 

digestão anaeróbica, e o balanço percentual das reações bioquímicas que ocorrem durante o 

processo de biodigestão da matéria orgânica.   



 

 

FIGURA 2.1 - Estágios do processo de digestão anaerób

Fonte: SAM-SOON (1987) 

  

 

FIGURA 2.2 - Balanço da digestão anaeróbica

Fonte: HAANDEL & LETTINGA (1994)

 

 

Estágios do processo de digestão anaeróbia 

  

Balanço da digestão anaeróbica 

Fonte: HAANDEL & LETTINGA (1994)  

10 

 

 



11 
 

 

2.2 Fatores que influenciam a digestão anaeróbica 

 

 O processo de digestão anaeróbica depende de alguns fatores que influenciam no 

equilíbrio delicado entre as populações de bactérias. O aumento repentino da carga orgânica, 

o grau de contato entre as bactérias e a matéria orgânica, a mudança de temperatura e pH, e a 

influência de composto tóxicos, são alguns fatores que podem alterar o equilíbrio entre as 

populações de bactérias. De acordo com Atkinson e Mavituna (1987), a concentração de 

oxigênio, o tipo de substrato, a concentração de nutrientes, composição do meio, tipo de 

aceptor final de elétrons, pH, temperatura e a presença de substâncias inibidoras influenciam 

no crescimento dos microrganismo. Segundo Lehninger (1976), os microrganismos são 

capazes de regularem suas reações metabólicas e a biossíntese de suas próprias enzimas, para 

atingir a máxima eficiência e economia.   

 

2.2.1 Quantidade de oxigênio 

 

 A decomposição da matéria orgânica na ausência de ar (oxigênio) estimula a formação 

de gás metano. Toda a atividade biológica dos microrganismos anaeróbicos, tal como seu 

desenvolvimento, metabolismo e reprodução não exigem a presença de oxigênio. Para 

Salomom e Filho (2007), o organismo anaeróbico não pode sobreviver em locais com 

oxigênio, e por este motivo, o digestor não deve ter entrada de ar. Portanto, se o biodigestor 

não estiver devidamente vedado, impedindo a entrada do ar, a produção de biogás será 

inibida, pois as bactérias anaeróbicas são extremamente sensíveis quanto à presença de 

oxigênio. 

    

2.2.2 Níveis de pH 

 

 Para Salomom (2007), o pH se manifesta sob diferentes formas alterando as cargas de 

sítios ativos das enzimas, modificando estruturas e consequentemente perdendo suas 

características, aumentando ou diminuindo a toxidade destes.  



12 
 

 

 O processo de biodigestão é formado por diversos grupos de bactérias convivendo ao 

mesmo tempo e no mesmo ambiente, e cada uma delas se desenvolvem numa faixa específica 

de pH. Devido a este fato, Soares (1990), recomenda buscar uma faixa de pH, no qual se 

propicie o crescimento máximo da maior parte dos microrganismo envolvidos no processo. O 

equilíbrio entre as populações de microrganismos proporcionam a estabilização do pH 

próximo à neutralidade.  

 Para que o processo de digestão anaeróbica seja mais eficiente, recomenda-se que o 

pH do meio esteja entre 6,8 a 7,5, podendo atingir limites de pH próximos a 6 e 8. Entretanto, 

quanto mais próximo for dos extremos inferior e superior do pH, o processo ocorre a uma taxa 

mais lenta. O principal fator de entrave de um biodigestor é o sistema gás 

carbônico/bicarbonato. Uma quantidade adequada de alcalinidade provindo do bicarbonato 

deveria estar sempre disponível para prevenir uma queda do pH para níveis inferiores a 6, 

causados pela rápida formação de ácidos voláteis do material orgânico complexo e devido à 

metanogênese retardada, que pode ser causada por uma diminuição da temperatura.  

 Os ácidos voláteis não dissociados, podem penetrar na membrana celular das bactérias 

e sofrer dissociação dentro delas, diminuindo assim o pH no interior delas, e por consequência 

causando sua morte.  

 Para Lettinga e Rinzema (1985), a matéria orgânica rica em compostos sulfonados 

pode gerar problemas de inibições em concentrações acima de 145 mg enxofre por litro de 

H2S não dissociado, pois este pode causar a diminuição do pH do meio. Entretanto, os autores 

ressaltam que a presença de sulfeto de hidrogênio é um nutriente essencial para a manutenção 

das bactérias metanogênicas.  

 

2.2.3 Temperatura  

 

 As bactérias metanogênicas são bastante sensíveis às variações de temperaturas, 

principalmente em temperaturas mais elevadas. O processo de metanogênese pode ocorrer na 

faixa psicrofílica (de 0°C a 20°C), ou na mesofílica (de 15°C a 45°C), sendo ideais as 

temperaturas entre 35°C e 37°. Nesta faixa, as bactérias metanogênicas aceitam pequenas 

variações de temperatura do meio, desde que não sejam bruscas. Na faixa termofílica (de 50° 

a 65°C), recomenda-se evitar variações de temperatura do meio, sendo ideais as temperaturas 



13 
 

 

entre 57°C e 62°C. Nesta faixa, permite-se trabalhar com elevadas cargas orgânicas e com 

menor tempo de retenção, proporcionando maior produção de biogás.   

 Por serem muito suscetíveis à temperatura, as bactérias metanogênicas requerem 

maior controle de temperatura, pois uma queda na temperatura do meio, poderá causar um 

aumento de ácidos voláteis e consequentemente uma queda do pH.   

 Segundo Salomom e Filho (2007), a escolha da temperatura de trabalho terá de 

resultar do compromisso entre o volume de gás a ser produzido, o grau de fermentação e o 

tempo de retenção hidráulica.     

 

2.2.4 Toxidade 

 

 A toxidade tem sido considerada uma das principais razões para baixa aplicabilidade 

dos processos anaeróbicos, como alternativa de tratamento de resíduos orgânicos, isto se deve 

ao fato das bactérias metanogênicas serem facilmente inibidas pelas toxinas. 

 De acordo com Salomom e Filho (2007), qualquer elemento em excesso no digestor 

pode provocar sintomas de toxidade ao meio bacteriano. Entretanto a definição exata da 

concentração em que estes elementos passam a ser nocivos é complicada, devido à 

complexidade do processo.  

  Os compostos tóxicos podem ou não estar presente na matéria orgânica a ser 

decomposta. Entretanto, seus efeitos sobre as populações de bactérias podem ser benéficas ou 

maléficas. Caso as populações de bactérias não se adaptem com determinadas concentrações 

de compostos tóxicos, estas podem ser bactericidas. Os compostos tóxicos podem ser 

bacteriostáticos quando as bactérias se adaptam aos compostos.  

 As populações de bactérias anaeróbicas têm grande capacidade de adaptação às cargas 

tóxicas, mas é necessário um tempo para que se estabeleça um equilíbrio no processo. Para as 

populações de bactérias não adaptadas, o tempo necessário para o processo se estabilizar 

novamente é proporcional à concentração de tóxicos adicionados.  

  Além da aclimatação, outra maneira de combater os compostos tóxicos é a anulação 

dos efeitos de toxicidade de uma substância pela presença de outra. Como por exemplo, o 

sódio e o potássio, que se anulam, e desta forma diminuem os efeitos de toxidades de ambas 

as substâncias. 



14 
 

 

2.2.5 Nutrientes  

 

 Para que os microrganismos decompositores da matéria orgânica sobrevivam, se faz 

necessário a presença de alguns compostos como carbono, nitrogênio e sais orgânicos. 

Segundo Salomom e Filho (2007), uma proporção de 20:1 até 30:1, entre carbono e nitrogênio 

deve ser mantido. Os compostos nitrogenados estão presentes principalmente nos dejetos de 

animais. 

 Para Bonturi e Dijk (2012), o excesso de carbono presente na matéria orgânica, 

quando se utiliza muito material celulósico (principalmente serragem) é prejudicial à 

produção de gás metano, pois o excesso de celulose beneficia a produção de gás carbônico. O 

mesmo ocorre quando se utiliza compostos ricos em nitrogênio, como urina, sangue, entre 

outros.  

 A presença de bicarbonato de amônia, resultante da biodegradação de compostos 

orgânicos ricos em proteínas e ureia são benéficas ao sistema de biodigestão. Tais compostos 

são utilizados como fonte de nitrogênio e como tampão para as alterações de pH 

(CHERNICHARO, 1997).   

 

2.2.6 Teor de água 

 

 A quantidade de água que deve ser acrescida à matéria orgânica depende do tipo e da 

qualidade do substrato a ser utilizado no processo. A falta ou excesso de água no substrato a 

ser fermentado são prejudiciais. Salomom e Filho (2007) recomendam que o teor de água seja 

próximo a 90 % do peso do conteúdo total.    

 

2.2.7 Agitação e manutenção 

 

 Segundo Dalmazo, Bazi e Oliveira (2009), o processo de agitação da matéria orgânica 

em decomposição se faz necessário para homogeneizar os dejetos e aumentar a produção de 

biogás. O principal objetivo deste procedimento é movimentar o lodo que está no fundo do 

biodigestor, evitando assim a deposição e formações de crostas. Além disso, a agitação 



15 
 

 

possibilita a movimentação das bactérias anaeróbicas e a uniformização da temperatura no 

interior do biodigestor.  

 A remoção de parte dos dejetos dos biodigestores é imprescindível para evitar o 

acúmulo dos materiais como: areia, calcários e sólidos no fundo do biodigestor, elementos 

que podem causar o entupimento do sistema de alimentação.  

 

2.3 Biodigestor 

2.3.1 Histórico e panorama mundial  

 

 Segundo Nishimura (2009), o biodigestor é uma câmara hermeticamente fechada onde 

ocorre o processo de digestão anaeróbica da matéria orgânica em solução aquosa, formando o 

biogás e o biofertilizante.   

 A Índia e China foram os primeiros países a desenvolverem e construírem os 

biodigestores. De acordo com Nogueira (1986) e Shih (1984), em 1857 foi construído na 

Índia o primeiro biodigestor do mundo na cidade de Bombaim, com a finalidade de se obter 

gás combustível para um hospital de hansianos. Em 1939, o Instituto Indiano de Pesquisa 

Agrícola, localizado em Kampur, desenvolveu a primeira usina de gás de esterco na cidade de 

Benagali Gobar, dando origem em 1950, à Gobar Gas Institute. Com isso, houve a difusão do 

biodigestor como forma de tratar o esterco, e obter gás combustível e fertilizante. Foram 

construídos mais de meio milhão de biodigestores no interior da Índia, ficando este conhecido 

como "modelo indiano". O modelo indiano foi o primeiro biodigestor em regime contínuo de 

alimentação.    

 Na China, o estudo com o biogás começou em 1900, sendo difundido o uso de 

biodigestores entre os anos de 1929 e 1930. Em 1930, foi fundada a Primeira Companhia de 

Biogás em Xangai. Na década de 1950, a China iniciou seu programa de instalação de 

biodigestores, voltado principalmente para produção de energia, devido á Guerra Fria e a 

escassez de lenha, utilizado como fonte de energia. Anos mais tarde, com o aumento 

populacional, aliado à crescente necessidade de aumento da produtividade agrícola, os 

chineses começaram a utilizar o biodigestor para intensificar a produção de biofertilizante. 

Em 1972, a China possuía 7,2 milhões de biodigestores implantados, sendo localizados em 

maior número ao sul do Rio Amarelo, onde as condições climáticas favoreciam a produção de 



16 
 

 

biogás. Estima-se que na década de 1980 o número de biodigestores chineses tenha alcançado 

a marca de 10 milhões de unidades, gerando uma nova concepção de biodigestor conhecido 

como "modelo chinês". Neste cenário, o uso de biodigestores na China era voltado 

principalmente para a produção de energia e sanitização da região.  

 Pelo mundo o uso de biodigestores ficou obsoletos principalmente pós Segunda 

Guerra Mundial, devido ao petróleo, que passou a ser uma fonte de energia abundante e 

barata. Entretanto com a crise do petróleo na década de 1970, que trouxe elevação e 

instabilidade no preço diário do petróleo, alguns projetos de biodigestores foram resgatados e 

outros foram redirecionados para o aumento da produção de gás, voltados para a geração de 

energia. Entretanto, devido à falta de divulgação dos conhecimentos adquiridos para as 

construções mais eficientes, houve altas taxas de insucessos com vários biodigestores. 

 Segundo Oliver et al. (2008) no Brasil a introdução de biodigestores ocorreu na 

década de 1970, incentivado também pela crise do petróleo. Em 1979, com a assinatura do 

convênio entre o Ministério de Minas e Energia e o Ministério da Agricultura, houve a criação 

da EMPRESA DE ASSISTÊNCIA TÉCNICA E EXTENSÃO RURAL (EMATER) que 

possuía um programa de incentivo ao uso do biogás em propriedades rurais. Na década de 80, 

a EMATER implantou cerca de 200 biodigestores em propriedades rurais no estado da 

Paraíba. De acordo com uma pesquisa realizada em 2008 pelo Núcleo de Energia da 

Universidade Federal da Paraíba, apenas 4,6% dos biodigestores implantados continuam em 

funcionamento.     

 De acordo com a BGS (2014) atualmente podem-se destacar no mundo alguns projetos 

de produção e utilização de biogás para a geração de energia. No estado de Saxônia-Anhalt 

(leste da Alemanha), está localizado a usina de Könnern, segunda maior do mundo, que em 

parceria com 30 agricultores e pecuaristas locais, recolhem cerca de 120 mil toneladas por ano 

de dejetos bovinos, suínos, bagaço de cana de açúcar e milho para a produção de biogás.   

Todos os dejetos são dispostos em 16 grandes biodigestores, com 6 metros de altura e 25 

metros de diâmetro. Para cada tonelada de dejetos orgânicos são produzidos 125 m³ de biogás, 

que posteriormente é tratado (eliminação de gases ácidos e demais impurezas) e distribuído 

através de redes canalizadas para casas e indústrias locais, que utilizam o gás para a produção 

de energia elétrica e para sistemas de calefação. Operando desde 2009, a usina de Könnern, 

fornece cerca de 15 milhões de m³ de biometano (biogás tratado, ou seja, livre de impurezas) 

por ano, o que corresponde a 17 MW de energia.  



17 
 

 

   Desde 2008 a empresa La Farfana, produz 60 mil m³ de biogás provindo do 

tratamento de 60 % do esgoto de Santiago (Chile). Após ser produzido pelo processo de 

biodigestão, o biogás é conduzido por um gasoduto até a central de purificação, onde o gás 

sulfídrico é removido com o uso das bactérias Thibacillus, e as demais impurezas também 

removidas. Posteriormente o biogás rico em metano é distribuído para indústrias e 

residências. Cerca de 10 % da demanda energética providas do gás natural no Chile é suprida 

pelo biogás produzido pela empresa.  

 Ainda de acordo com a BGS (2014), em Israel, a usina de Be´er Tuviya, inaugurada 

em 2012 é responsável por coletar dejetos agropecuários oriundos de propriedades rurais no 

entorno da usina e tratá-los corretamente. A região próxima da usina possui inúmeras 

propriedades rurais que destinavam incorretamente dejetos de animais e rejeitos agrícolas, 

depositando em rios ou diversos locais, o que causava problemas de poluição ambiental, de 

mau cheiro e de doenças. Os dejetos são coletados das propriedades e transportados até a 

usina através de containers, onde passam por um processo de pasteurização e posteriormente 

dispostos em tanques de concretos hermeticamente vedados, ocorrendo a biodigestão e a 

produção de biogás. O biofertilizante produzido é fornecido de volta aos proprietários rurais, 

como forma de compensação da parceria. Em 2013, estavam sendo tratados aproximadamente 

dejetos de 14 mil vacas e 15 % dos dejetos de frango produzidos na região. 

 Em 2007 entrou em operação na Austrália, a usina de Tatura, que produz biogás 

provindo do sistema de tratamento de esgoto. O biogás produzido é canalizado e tratado, com 

compostos ferrosos, e depois distribuídos para geradores de eletricidade, onde produzem cerca 

de 5 GWh de energia por ano.  

 No Quênia, os biodigestores estão sendo instalados, com o objetivo de coletar e tratar 

dejetos humanos que antes eram dispostos incorretamente. O biogás produzido por estes 

biodigestores espalhados pelo país é utilizado para o cozimento de alimentos, diminuindo 

assim, a dependência da lenha como fonte energética no preparo de alimentos. 

 Segundo a BSG (2014) na Costa Rica, em 2011, a empresa Chiquita Brands Inc., uma 

das maiores do mundo no processamento de frutas, instalou na cidade de Guapiles, um 

biodigestor que recolhe a água de lavagem da indústria e restos de frutas para a produção de 

biogás destinado à geração de energia elétrica para abastecer a própria indústria. 

 Na China, a usina de Beijing Yanqing Deqingyuan Eco-Garden 2, recebe diariamente 

212 toneladas de dejetos de aves, e produz o equivalente a 14 GWh por ano de energia 



18 
 

 

elétrica, além de fornecer biogás para diversas residências locais. O distrito de Yanqing possui 

a maior concentração de criadores de frango. A usina foi implantada pelo governo local com o 

objetivo de destinar corretamente os dejetos da criação de aves e gerar energia de maneira 

limpa. Os dejetos das aves são misturados com água provindo do próprio processo de criação 

e armazenados em duas lagoas com capacidade de 90.000 m³. Em seguida é encaminhado 

para quatro biodigestores anaeróbicos de 3.000 m³ cada, que operam a 38°C, o biogás então é 

recolhido e purificado. A usina produz cerca de 7 milhões de m³ de biogás, que são utilizados 

em dois geradores de 1.064 kW. Além da energia elétrica produzida, o calor do processo é 

reaproveitado para aquecer os biodigestores no inverno. O processo gera cerca de 180 mil 

toneladas de biofertilizante por dia, que são destinados às propriedades locais que produzem 

ração animal.  

 No início de 2013, nos estado da Califórnia (EUA), foi inaugurada a usina de 

biodigestão de Sacramento, que recebe diariamente 25 toneladas de restos de alimentos, 

vindos de supermercados, restaurantes e indústrias. Este material orgânico coletado passa pelo 

processo de biodigestão e se transforma em biogás, eletricidade e fertilizante agrícola. A 

tecnologia utilizada nos biodigestores é pioneira, pois dispensa a adição de água à matéria 

orgânica para que o processo ocorra, reduzindo assim, o tamanho do biodigestor.      

 

2.3.2 Disposição correta dos resíduos provindo da criação bovina em confinamento e 

vantagens da biodigestão 

 

 A criação de animais no sistema de confinamento tem aumentado significativamente 

no mundo, devido principalmente ao aumento populacional; refletindo na intensificação da 

demanda de alimentos, principalmente de carnes. Segundo a ASSOCIAÇÃO NACIONAL 

DOS CONFINADORES (2013, apud ACRISSUL 2013), o Brasil possui um rebanho de cerca 

de 3,5 milhões de cabeça de gado de corte criados no sistema de confinamento.  

 O confinamento consiste em criar animais distribuídos em pequenos lotes, através de 

piquetes ou currais com área restrita, onde a água e o alimento são fornecidos pelo cocho. 

Técnica comumente utilizada na fase de terminação do bovino, mas também muito utilizado 

nas épocas de seca e entressafra da produção de carne. O sistema de confinamento possui as 

seguintes vantagens: 



19 
 

 

� Aumento da eficiência produtiva do rebanho, por meio da redução da idade ao 

abate e melhor aproveitamento do animal produzido. 

� Liberação de áreas utilizadas para pastagens (recomenda-se utilizar de 15 a 30 

m² por animal). 

� Uso eficiente da mão de obra, maquinários e insumos. 

 

 Devido à quantidade de animais presentes em um pequeno espaço, a concentração de 

dejetos e resíduos oriundos deste tipo de sistema de criação é grande.  Exigindo assim, muita 

atenção, monitoramento e cuidados na disposição final dos resíduos oriundos deste sistema. 

Segundo Campos (2001), os prejuízos ambientais causados pelo manejo incorreto e a falta de 

tratamento dos dejetos da criação de animais são incalculáveis. Em muitos países, os efluentes 

provenientes da criação de animais é a principal causa de poluição de recursos e corpos 

hídricos, chegando a ser mais preocupante do que a poluição causada pelas indústrias. Quando 

dispostos corretamente, os desejos orgânicos dos animais deixam de ser poluentes e passam a 

ser um importante insumo da produção agrícola.    

 Para Oliver et al. (2008), o esterco animal quando disposto incorretamente contribui 

diretamente para a poluição do solo e da água devido aos compostos nitrogenados, na forma 

de nitratos,  além de causar a poluição do ar, com a liberação de amônia e gás metano. O 

fósforo muito presente nos desejos animais pode causar a poluição de corpos de água e de 

lençóis freáticos. 

 Já para Gelain (2011), os dejetos orgânicos de bovinos leiteiros quando levados para 

corpos d´água, reduzem o teor de oxigênio da água, causando a morte de peixes e 

microrganismos. Isto se deve à alta Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) dos dejetos. 

Além disso, pode haver o estímulo de crescimento de plantas aquáticas e a eutrofização dos 

corpos d´água, devido à presença de nitrogênio, potássio e fósforo na matéria orgânica. 

 FONSECA et al. (2014) afirma que os dejetos bovinos são compostos orgânicos com 

macro e micronutrientes, com alto teor energético, que proporcionam água, abrigo e 

temperatura. E são substratos de vários organismos, como também de micro e macrovetores 

de alta importância sanitária.   

 Para Neto (1992), os vetores presentes nos dejetos estão associados à transmissão de 

inúmeras zoonoses, e doenças respiratórias, epidêmicas e intestinais.   



20 
 

 

 As moscas domésticas (Musca domestica) e varejeiras (Chrysomya spp.) são vetores 

da febre tifoide, disenteria, poliomielite, entre outras doenças. As moscas domésticas podem 

transmitir agentes patogênicos como vírus, rickettsias, protozoários, bactérias e helmintos, 

sejam como hospedeiro intermediário ou transportadores mecânicos. A mastite também pode 

ser transmitida pelas moscas, causando a queda na produção e qualidade do leite.   

 De acordo com Amaral et al. (2004), as fezes bovinas têm sido identificado como 

principal reservatório de Escherichia coli e de moscas domésticas, sendo esta última um vetor 

de grande potencial de risco de contaminação para o ambiente, para o gado e para os 

alimentos. A Escherichia coli é uma bactéria simbiótica com a grande maioria dos seres 

vivos, presente principalmente nas fezes e nos intestinos destes animais. Esta bactéria quando 

presente em reservatórios de água e em alimentos, que podem ser consumidos por animais e 

seres humanos, pode causar diversas doenças tais como a mastite em gados; as gastroenterites, 

meningites, entre outras nos seres humanos. 

 Alem disso, Gelain (2011), afirma que a contaminação da água pode ocorrer por 

organismos patogênicos, como a Salmonella sp., que são liberados pela urina e fezes de 

animais contaminados. 

 Segundo Downey e Moore (1977), a simples aspersão dos dejetos bovinos em 

pastagens ou capineiras, possibilita a continuidade do ciclo biológico de nematódeos 

gastrointestinais, aumentando o potencial de contaminação e colocando em risco a saúde dos 

animais e dos seres humanos.    

  Para Sadiyama et al. (2008), o esterco fresco, quando aplicado ao solo sem prévia 

estabilização,  pode sofrer aquecimento e inibir a germinação de sementes e o alongamento 

das raízes vegetais.    

 Campos (2001) recomenda coletar as fezes de animais criados em confinamento e 

dispô-los em esterqueiras, ou em biodigestores, ou mesmo em lagoas aeróbicas. A água de 

lavagem também deverá ser depositada corretamente, e posteriormente utilizada para a 

fertirrigação.    

 A compostagem ou biodigestão (aeróbica, anaeróbica ou mista) da matéria orgânica 

não produz mau cheiro e nem a proliferação de moscas, além de gerar um adubo orgânico rico 

em húmus.  

 Para Freitas (2008), a esterqueira permite a fermentação dos dejetos, diminuindo assim 

seu poder poluidor, entretanto, necessitam ainda um tratamento posterior em lagoas de 



21 
 

 

estabilização antes de seu aproveitamento em lavouras, pastagens e pomares. O seu uso se 

torna uma alternativa de baixo custo no manejo dos resíduos, impedindo que os dejetos 

percolem ou lixiviem pelo solo, e desta forma atinjam cursos de água superficiais ou 

subterrâneos. 

 Para cada tonelada de esterco fermentado em esterqueiras, por 60 a 90 dias, equivale a 

155 kg de sulfato de amônia, 100 kg de fosfato natural e 40 kg de cloreto de potássio, 

componentes usualmente utilizados para adubação do solo.   

 Freitas (2008), propõe que cada animal bovino leiteiro, criado no sistema de 

confinamento produz diariamente cerca de 40 kg de esterco, e no sistema de semi 

confinamento 15 kg por dia. 

 Segundo Vitko (1999, apud Gelain, 2011), cada bovino leiteiro, consome cerca de 200 

litros de água, durante o processo de ordenha, seja na higienização dos animais, na limpeza 

dos equipamentos e no armazenamento de leite. Já pra Cronk (1996, apud Gelain, 2011), o 

consumo de água de uma fazenda leiteira pode variar de 40 a 600 litros, por animal, conforme 

o tipo de manejo adotado.   

  Para Berni (2011), o uso de biodigestores está totalmente ligado na correção dos 

problemas ambientais e sanitários do meio rural, com resultados satisfatórios e rápidos, pois 

os dejetos ao passar da caixa de entrada para a caixa de saída do biodigestor eliminam o efeito 

poluente do material e reduz a quantidade de coliformes, ovos e larvas de endoparasitos 

infectantes.   

 Salomom (2007) define como Tempo de Retenção Hidráulica (TRH), como sendo o 

tempo necessário para que a massa orgânica seja digerida no digestor, ocorrendo também o 

aumento da produção de biogás, até atingir a máxima produtividade de gás. A quantidade 

máxima de biogás produzido depende do tipo de substrato, do tipo de biodigestor e de demais 

fatores que influenciam na biodigestão, podendo variar de 50 dias em alguns tipos de 

biodigestores rurais, ou apenas algumas horas em biodigestores industriais. O TRH demonstra 

a eficiência do biodigestor, sendo que, quanto maior a quantidade de matéria orgânica 

digerida e menor o tempo de retenção, mais eficiente será o biodigestor. O tempo de retenção 

é definido pela relação entre o volume do biodigestor e o volume da carga diária, e pode 

variar em função da adição de nutrientes, pela agitação ou mesmo pela variação de 

temperatura da mistura no interior do biodigestor. O TRH contribui também, para a 

diminuição do volume de matéria seca retirada após o processo de digestão anaeróbico.  



22 
 

 

 Em seu estudo Amaral et al. (2004), verificou estatisticamente a redução de coliformes 

fecais e totais, além de agentes patogênicos presentes no efluente após 20, 30 e 40 dias de 

TRH em biodigestores modelo chinês e indiano, de dejetos orgânicos provindo de bovinos 

leiteiros. Para os autores, um TRH de vinte dias é suficiente para reduzir em 99% o número de 

bactérias de coliformes fecais e totais do efluente. Entretanto, observou-se que quarenta dias 

de TRH, são insuficientes para a eliminação de helmintos e nematódeos. Vale ressaltar que 

quanto maior a temperatura do efluente (próximo a 35°C), menor o tempo de sobrevivência 

da bactéria Escherichia coli.  Freitas (2008) recomenda um TRH de no mínimo 60 a 90 dias, 

com temperatura mesofílica, entre 35 e 37°C. 

 Amaral et al. (2004), cita que a biodigestão anaeróbica permite reduzir o potencial 

poluidor e os riscos sanitários dos dejetos, além de produzir biogás e biofertilizante.  

 Segundo Cuetos (2008), a digestão anaeróbica tem sido apresentada como uma 

tecnologia amplamente utilizada e eficiente no tratamento de resíduos orgânicos, resultando 

na produção de energia renovável através da geração de biogás. 

 A digestão anaeróbica é uma alternativa interessante no tratamento de resíduos 

orgânicos, devido aos baixos custos operacionais e por oferecer uma alternativa para 

substituição de combustíveis fósseis, minimizando a emissão de gases promotores do efeito 

estufa.            

 Segundo publicação especializada editada pela TECPAR (2002), a digestão anaeróbica 

para a produção de biogás possui algumas vantagens:  

� É um processo natural ao tratamento de dejetos orgânicos; 

� Requer menos espaço do que os aterros sanitários; 

� Diminui o volume de resíduos a ser descartado;  

� Reduz significativamente a quantidade de dióxido de carbono e de gás metano 

lançados diretamente à atmosfera, agravando o efeito estufa; 

� Ao logo prazo, o custo inicial de implantação do processo de biodigestão 

resulta em uma grande economia, pois reduz os gastos com eletricidade, 

transporte de botijão de gás e descarte de resíduos. 

 



 

 

2.3.3 Modelos de biodigestores 

2.3.3.1 Conforme princípio de funcionamento

 

 Para Salomom e Filho 

utilização, e pode ser do tipo industrial, urbano ou agrícola.

  O tipo do biodigestor a ser selecionado depende muito da disp

orgânica a ser utilizada, e da necessidade de produção do biogás e do biofertilizante. 

disso, os biodigestores podem 

funcionamento e alimentação.

 

• Batelada 

 

  O biodigestor do

em uma única vez, sendo o biodigestor fechado para que se inicie o processo de 

biodigestão. Quando a produção de gás cessar, indicará que o ciclo de 

fermentação da matéria orgânica está 

aberto para retirada do biofertilizante, e 

manutenção. Este tipo

produções de biogás. A 

funciona no sistema batelada. 

 

FIGURA 2.3– Sistema descontínuo (batelada) de produção de biogás.
Fonte: SALOMOM & FILHO (2007)

• Contínuo 

 

  O biodigestor do tipo contínuo difere do

principalmente na sua construção e operação. Neste biodigestor a matéria 

Modelos de biodigestores  

Conforme princípio de funcionamento 

alomom e Filho (2007), a classificação dos biodigestores varia conforme sua 

de ser do tipo industrial, urbano ou agrícola. 

tipo do biodigestor a ser selecionado depende muito da disponibilidade

orgânica a ser utilizada, e da necessidade de produção do biogás e do biofertilizante. 

s biodigestores podem também ser classificados conforme seu principio de 

funcionamento e alimentação. 

O biodigestor do tipo batelada consiste que seu abastecimento ocorra 

em uma única vez, sendo o biodigestor fechado para que se inicie o processo de 

biodigestão. Quando a produção de gás cessar, indicará que o ciclo de 

fermentação da matéria orgânica está completo, sendo assim, o biodigestor é 

berto para retirada do biofertilizante, e a realização de 

Este tipo de sistema é simples e recomend

produções de biogás. A Figura 2.3 ilustra esquematicamente 

funciona no sistema batelada.  

Sistema descontínuo (batelada) de produção de biogás.
Fonte: SALOMOM & FILHO (2007)  

O biodigestor do tipo contínuo difere do biodiges

principalmente na sua construção e operação. Neste biodigestor a matéria 

23 

a classificação dos biodigestores varia conforme sua 

onibilidade de matéria 

orgânica a ser utilizada, e da necessidade de produção do biogás e do biofertilizante. Além 

ser classificados conforme seu principio de 

que seu abastecimento ocorra 

em uma única vez, sendo o biodigestor fechado para que se inicie o processo de 

biodigestão. Quando a produção de gás cessar, indicará que o ciclo de 

, sendo assim, o biodigestor é 

a realização de sua limpeza e 

de sistema é simples e recomendado para pequenas 

esquematicamente um biodigestor que 

 
Sistema descontínuo (batelada) de produção de biogás. 

biodigestor do tipo batelada 

principalmente na sua construção e operação. Neste biodigestor a matéria 



 

 

orgânica pode ser 

retirado em mesma proporção o biofertilizante. Desta forma, pode

biogás e biofertil

  Os parâmetros como pH, temperatura, qualidade do efluente, produção 

e qualidade do biogás devem ser monitorados, e corrigidos se necessário para que 

haja estabilização no processo de decomposição. Além disso, no sistema 

contínuo se faz necessário a agitação da matéria orgânica dentro do biodigestor, 

evitando assim a deposição da matéria orgânica no fundo

homogeneização na concentração das bactérias e da temperatura. A 

ilustra o diagrama esquemático d

 

FIGURA 2.4– Diagrama esquemático do biodigestor tipo contínuo.
Fonte: SALOMOM & FILHO (2007)

2.3.3.2 Modelo Indiano 

 

 Segundo Berni (2011), o

campânula flutuante como gasômetro,

medida com que o gás vai sendo produzido. 

gás armazenado, fazendo com que ele trabalhe com pressão constante

regulagem, com a adição de pesos presos na cúpula metálica

central que divide o reservatório

outra de saída.  

 A matéria orgânica entra no biodigestor diretame

conforme ocorre o processo de fermentação, 

câmara. A parede divisória serve para que ocorra a circulação da matéria orgânica. 

 

orgânica pode ser depositada diariamente na câmara de biodigestão, sendo 

em mesma proporção o biofertilizante. Desta forma, pode

biofertilizante de maneira contínua. 

Os parâmetros como pH, temperatura, qualidade do efluente, produção 

e qualidade do biogás devem ser monitorados, e corrigidos se necessário para que 

haja estabilização no processo de decomposição. Além disso, no sistema 

uo se faz necessário a agitação da matéria orgânica dentro do biodigestor, 

evitando assim a deposição da matéria orgânica no fundo

homogeneização na concentração das bactérias e da temperatura. A 

ilustra o diagrama esquemático do sistema contínuo. 

Diagrama esquemático do biodigestor tipo contínuo.
Fonte: SALOMOM & FILHO (2007)  

 

Segundo Berni (2011), o modelo indiano representado pela F

campânula flutuante como gasômetro, esta vai subindo em torno de uma guia metálica à 

medida com que o gás vai sendo produzido.  O peso da campânula exerce uma compressão 

fazendo com que ele trabalhe com pressão constante

regulagem, com a adição de pesos presos na cúpula metálica. Possui também uma parede 

ntral que divide o reservatório em duas partes, sendo que há uma tubulação de entrada e 

A matéria orgânica entra no biodigestor diretamente no fundo do reservatório, 

conforme ocorre o processo de fermentação, e a seguir sobe até cair na outra metade da 

câmara. A parede divisória serve para que ocorra a circulação da matéria orgânica. 

24 

diariamente na câmara de biodigestão, sendo 

em mesma proporção o biofertilizante. Desta forma, pode-se obter 

Os parâmetros como pH, temperatura, qualidade do efluente, produção 

e qualidade do biogás devem ser monitorados, e corrigidos se necessário para que 

haja estabilização no processo de decomposição. Além disso, no sistema 

uo se faz necessário a agitação da matéria orgânica dentro do biodigestor, 

evitando assim a deposição da matéria orgânica no fundo, e permitindo a 

homogeneização na concentração das bactérias e da temperatura. A Figura 2.4, 

 
Diagrama esquemático do biodigestor tipo contínuo. 

Figura 2.5 possui uma 

esta vai subindo em torno de uma guia metálica à 

O peso da campânula exerce uma compressão no 

fazendo com que ele trabalhe com pressão constante, ou permitindo sua 

. Possui também uma parede 

em duas partes, sendo que há uma tubulação de entrada e 

nte no fundo do reservatório, 

sobe até cair na outra metade da 

câmara. A parede divisória serve para que ocorra a circulação da matéria orgânica.  



 

 

 

FIGURA 2.5 – Biodigestor modelo
Fonte: NISHIMURA (2009)

  

 Para Salomom e Filho (

características:  

 

� Vantagens: 

 

• Ocupa pouco espaço do terreno

(vide item 2.3.3.4), pois sua maior dimensão é na vertical. 

• Sua construção pode ser subterrânea, o que lhe confere boa estabilidade 

térmica.

• Devido sua construção ser subterrânea, dispensa o uso de reforços, como 

cintas de concretos.

� Desvantagen

 

• A cúpula metálica está sujeita a problemas de corrosão, necessitando o uso 

de materiais inoxidáveis ou de pinturas antioxidante. 

Biodigestor modelo Indiano. 
: NISHIMURA (2009) 

Para Salomom e Filho (2007), o biodigestor modelo indiano possui as seguintes 

 

Ocupa pouco espaço do terreno, quando comparado ao modelo

(vide item 2.3.3.4), pois sua maior dimensão é na vertical. 

Sua construção pode ser subterrânea, o que lhe confere boa estabilidade 

térmica. 

Devido sua construção ser subterrânea, dispensa o uso de reforços, como 

cintas de concretos. 

Desvantagens: 

A cúpula metálica está sujeita a problemas de corrosão, necessitando o uso 

de materiais inoxidáveis ou de pinturas antioxidante. 

25 

 

indiano possui as seguintes 

, quando comparado ao modelo Canadense 

(vide item 2.3.3.4), pois sua maior dimensão é na vertical.  

Sua construção pode ser subterrânea, o que lhe confere boa estabilidade 

Devido sua construção ser subterrânea, dispensa o uso de reforços, como 

A cúpula metálica está sujeita a problemas de corrosão, necessitando o uso 

de materiais inoxidáveis ou de pinturas antioxidante.  



26 
 

 

• O sistema de comunicação entre a caixa de carga e o digestor é constituído 

basicamente de tubos, que estão sujeitos ao entupimento. 

• Sua construção é limitada para áreas com lençol freático alto, pois pode 

ocorrer infiltração.  

 

 O biodigestor modelo indiano é constituído pelos seguintes componentes: 

� Tanque de entrada - local onde é depositado o material orgânico diluído em 

água. 

� Câmara cilíndrica - local onde ocorre a fermentação da matéria orgânica. 

� Campânula móvel - local onde fica depositado o biogás produzido. 

� Eixo guia - suporte da campânula. 

� Tubulação de saída do biogás - saída do biogás para local de consumo ou 

armazenamento. 

� Selo d´água - impede a perda do biogás e possível entrada de oxigênio.  

� Tanque de saída - local de retirada do biofertilizante e efluente mineralizado. 

 

2.3.3.3 Modelo Chinês 

 

 Segundo Berni (2011) o modelo chinês representado pela Figura 2.6 é mais simples, 

sendo todo construído em alvenaria, tem o corpo em formato cilíndrico com o fundo e o teto 

em formato de abóboda, o que dificulta um pouco a sua construção. Utiliza-se de uma cúpula 

fixa, dispensando o uso de gasômetro móvel, e evitando assim, o uso de chapas de aço. Desta 

forma o biogás fica armazenado no interior do biodigestor, necessitando a retirada do biogás 

com mais frequência, e evitando desta forma seu desperdício. Salomom e Filho (2007) citam 

as seguintes características do biodigestor modelo chinês: 

 

� Vantagens: 

 

• Este modelo possui um custo mais barato, quando comparado aos demais 

modelos, pois sua cúpula é feita de alvenaria. 

• Ocupa menos espaço na superfície do solo. 



 

 

• Como é construído completamente enterrado no solo, sofre pouca 

de temperatura.

 

� Desvantagens:

 

•  O sistema de comunicação entre a caixa de carga e o digestor é 

constituído 

• Tem limitação quanto ao tipo de solo, não sendo indicada sua instalação 

em solos s

• Não é um biodigestor próprio para o acúmulo de gás, devido a sua 

construção de cúpula fixa 

• É um modelo mais indicado para a produção de biofertilizante.

 

FIGURA 2.6 - Biodigestor modelo Chinês.
Fonte: NISHIMURA (2009)

  

 O biodigestor modelo

� Tanque de entrada 

água. 

� Câmara de fermentação 

Como é construído completamente enterrado no solo, sofre pouca 

de temperatura. 

svantagens: 

O sistema de comunicação entre a caixa de carga e o digestor é 

constituído basicamente de tubos, que estão sujeitos ao entupimento.

Tem limitação quanto ao tipo de solo, não sendo indicada sua instalação 

em solos superficiais. 

Não é um biodigestor próprio para o acúmulo de gás, devido a sua 

construção de cúpula fixa (menor volume de armazenamento)

É um modelo mais indicado para a produção de biofertilizante.

Biodigestor modelo Chinês. 
Fonte: NISHIMURA (2009) 

modelo chinês possui os seguintes componentes: 

Tanque de entrada - local onde é depositado o material orgânico diluído em 

Câmara de fermentação - local onde ocorre a fermentação da matéria orgânica.

27 

Como é construído completamente enterrado no solo, sofre pouca variação 

O sistema de comunicação entre a caixa de carga e o digestor é 

basicamente de tubos, que estão sujeitos ao entupimento. 

Tem limitação quanto ao tipo de solo, não sendo indicada sua instalação 

Não é um biodigestor próprio para o acúmulo de gás, devido a sua 

(menor volume de armazenamento).  

É um modelo mais indicado para a produção de biofertilizante. 

 

local onde é depositado o material orgânico diluído em 

cal onde ocorre a fermentação da matéria orgânica. 



28 
 

 

� Tubulação de saída do biogás - saída do biogás para local de consumo ou 

armazenamento. 

� Tanque de saída - local de retirada do biofertilizante e do efluente 

mineralizado. 

 

2.3.3.4 Modelo Canadense 

 

 Para Berni (2011) o biodigestor modelo Canadense (ou de Fluxo tubular) representado 

pela Figura 2.7, é caracterizado por possuir uma base retangular onde o substrato é 

depositado, com a largura maior que a profundidade, fazendo com que haja maior área 

exposta ao sol, facilitando a produção de biogás. Seu gasômetro é constituído de uma manta 

flexível, tipo PVC, que infla conforme ocorre à produção de biogás.  

 Para Salomom e Filho (2007), o biodigestor modelo Canadense possui as seguintes 

características: 

� Vantagens: 

 

• Maior área de exposição solar, facilitando a produção de biogás. 

• Sua construção não exige restrições quanto ao tipo de solo, não exigindo 

solos profundos (biodigestor com largura maior que profundidade). Pode 

ser construído tanto enterrado quanto na superfície do solo. 

• A comunicação entre a caixa de carga e o digestor é feito de alvenaria, 

sendo, portanto mais larga, facilitando a limpeza e, evitando entupimentos. 

• Manutenção e limpeza facilitada, graças à remoção da cúpula.  

  

� Desvantagens: 

 

• Elevado custo da cúpula.  

• A cúpula possui vida útil limitada, requerendo sua substituição após alguns 

anos de uso. 



 

 

FIGURA 2.7 - Biodigestor 
Fonte: NISHIMURA (2009)

 

 O biodigestor modelo 

� Tanque de entrada 

água. 

� Câmara de fermentação 

� Manta de PVC 

� Selo d´água 

� Tubulação de saída do biogás 

armazenamento

� Tanque de saída 

mineralizado.

 

2.4 Biogás  

2.4.1 Propriedades e uso 

 

 O biogás (ou gás dos pântanos)

anaeróbica da matéria orgânica

predominantes as parcelas de 

principal constituinte do biogás

Biodigestor modelo Canadense. 
Fonte: NISHIMURA (2009) 

modelo Canadense possui os seguintes componentes:

Tanque de entrada - local onde é depositado o material orgânico diluído em 

Câmara de fermentação - local onde ocorre a fermentação da matéria orgânica.

Manta de PVC - local onde o biogás fica armazenado. 

Selo d´água - impede a perda do biogás e possível entrada de oxigênio.

Tubulação de saída do biogás - saída do biogás para local de consumo ou 

armazenamento. 

Tanque de saída - local de retirada do biofertilizante e 

mineralizado. 

 

(ou gás dos pântanos) é um combustível natural provindo da decomposição 

anaeróbica da matéria orgânica. Este gás combustível é uma mistura de diversos gases, sendo 

predominantes as parcelas de gás metano (CH4) e gás carbônico (CO

l constituinte do biogás é inodoro, incolor e insípido. A composição do 

29 

 

componentes: 

local onde é depositado o material orgânico diluído em 

local onde ocorre a fermentação da matéria orgânica. 

perda do biogás e possível entrada de oxigênio. 

saída do biogás para local de consumo ou 

local de retirada do biofertilizante e do efluente 

é um combustível natural provindo da decomposição 

. Este gás combustível é uma mistura de diversos gases, sendo 

(CO2). O gás metano, 

A composição do biogás 



30 
 

 

depende exclusivamente do tipo de matéria orgânica a ser utilizada, das características do 

biodigestor e das condições climáticas do local. Devido à presença de outros gases, mesmo 

que em pequenas quantidades, o biogás pode apresentar alguma coloração e um cheiro muito 

desagradável. O cheiro semelhante ao de ovo podre é proveniente da presença do gás 

sulfídrico na sua composição. A Tabela 2.1 mostra a composição média dos gases que 

compõe o biogás.  

 

TABELA 2.1– Composição típica do biogás processado num biodigestor. 
Gases Porcentagem (%) 

Metano (CH4) 40 a 75 

Dióxido de carbono (CO2) 25 a 40 

Hidrogênio (H2) 1 a 3 

Nitrogênio (N2) 0,5 a 2,5 

Oxigênio (O2) 0,1 a 1 

Gás Sulfídrico (H2S) 0,1 a 0,5 

Amônia (NH3) 0,1 a 0,5 

Monóxido de carbono (CO) 0 a 0,1 

Fonte: CASTANÓN (2002) 

  

  Dependendo da matéria orgânica e da quantidade de água adicionada a ela, para que 

ocorra o processo de biodigestão, o biogás produzido pode conter traços de vapor de água em 

sua composição.  

 De acordo com Barrera (1983), os dejetos de animais se tornam o melhor alimento 

para a produção de biogás, pelo fato de já saírem de seus intestinos carregados de bactérias 

anaeróbicas.  

 A presença do gás metano, que possui alto poder calorífico, permite que o biogás 

possa ser utilizado como substituto do gás natural, um combustível fóssil não renovável. Sua 

queima é limpa e produz uma chama azul clara. 

 Para a AGÊNCIA EMBRAPA DE INFORMAÇÃO TECNOLÓGICA (AGEITEC, 

2014) e para a COMPANHIA PARANAENSE DE ENERGIA (COPEL, 2014), a queima de  

1 Nm³ de biogás gera entre 5.000 e 7.000 kcal de energia, esta variação decorre de sua maior 

ou menor pureza, ou seja, da quantidade de metano presente no biogás. De acordo com 



31 
 

 

TECPAR (2002), o poder calorífico inferior (PCI) do biogás altamente purificado pode chegar 

a 12.000 kcal/Nm³.  

 Barrera (1993) realizou um estudo comparativo do poder calorífico inferior (PCI) de 

algumas substâncias quando comparados a 1 Nm³ de biogás. A Tabela 2.2 mostra os 

resultados obtidos em seu estudo.  

TABELA 2.2 – Energia equivalente produzido pelo biogás. 
 

 

 

1 Nm³ de biogás, equivale a: 

0,61 litro de gasolina 

0,58 litro de querosene 

0,55 litro de diesel 

0,79 litro de etanol 

0,45 litro de GLP 

1,53 quilograma de lenha 

1,43 kW de energia elétrica 

Fonte: BARRERA (1993) 

 

 Devido ao seu poder calorífico, o biogás representa uma importante fonte energética 

principalmente em propriedades rurais mais afastadas de centros urbanos ou de redes 

elétricas.  O biogás pode ser utilizado de diversas formas, como em motores de combustão 

interna, motopicadeiras, geladeiras de absorção, resfriadores de leite, para o cozimento de 

alimentos, secadores de grãos, sistemas de aquecimento de ambientes e de água, geração de 

vapor de água e geração de energia elétrica. Atualmente vem sendo desenvolvido tecno1ogias 

para seu uso direto em microturbinas para geração de eletricidade. A Tabela 2.3 mostra o 

consumo de biogás em algumas atividades comuns. 

TABELA 2.3 – Consumo de biogás em diferentes utilidades. 
Utilização Consumo 

Cozinhar 0,33 Nm³/NOP ∙ �RSSTP 

Iluminação por lampião 0,12 Nm³/ℎTVP ∙ WP��OãT 

Chuveiro a gás 0,8 Nm³/banho 

Incubador 0,71 Nm³/�² NR RS�PçT O[*RV[T ∙ ℎTVP 

Motor de combustão interna 0,45\�³ ^� ∙⁄ ℎTVP 

Aquecedor de água a 100ºC 0,08 Nm³/litro 

Geração de energia elétrica (1 kWh) 0,62 Nm³ 

Fonte: CETEC (1982) 



32 
 

 

   O biogás possui massa específica inferior à do ar e não é tóxico, tornando sua 

utilização mais segura, tendo em vista que em caso de vazamentos nas tubulações ou no seu 

armazenamento, o gás se dispersa rapidamente para a atmosfera. Além disso, também possui 

um alto ponto de ignição (aproximadamente 537°C) e baixo poder de inflamabilidade, 

tornando segura sua utilização e seu armazenamento.   

 A combustão do biogás evita com que haja a liberação do gás metano diretamente para 

a atmosfera, contribuindo para a diminuição do efeito estufa, já que a molécula de metano 

retém cerca de 21 vezes mais radiação solar do que a molécula de gás carbônico.  

 Por ser um combustível provindo de uma fonte renovável, o uso do biogás se ajusta ao 

Protocolo de Kyoto e ao Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), já que o carbono 

resultante da queima do biogás provém de um ciclo fechado. Ou seja, o carbono emitido na 

combustão é absorvido pelas plantas (para que haja o seu desenvolvimento), e posteriormente 

utilizado como biomassa ou mesmo como alimento para animais, que irão digerir e gerar 

dejetos utilizados para a produção de biogás.     

 Para o CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA (CENBIO, 2001), 

a produção de energia elétrica a partir do biogás apresenta as seguintes vantagens: 

 

� Geração descentralizada e próxima do local de seu uso. 

� Colaboração para a viabilidade econômica do saneamento básico. 

� Redução da quantidade de energia elétrica comprada da concessionária. 

� Possibilidade de eventual venda de energia elétrica excedente à rede. 

� Possibilidade de uso de processos de cogeração, ou seja, a geração de 

eletricidade tendo como subproduto o calor. 

� Redução do consumo de combustíveis fósseis. 

  

2.4.2 Tratamento do biogás 

 

 De acordo com Salomom e Filho (2007), a presença de gás sulfídrico (H2S) no biogás, 

torna-o corrosivo, sendo, portanto necessário um tratamento antes de seu uso.  

 Para Salomom (2007), a presença de outros componentes no biogás que não sejam 

combustíveis, como o vapor de água e o dióxido de carbono prejudica o processo de queima, 



33 
 

 

tornando o biogás menos eficiente. Isto se deve ao fato, de que tais substâncias absorvem o 

calor gerado durante a queima do biogás, diminuindo assim seu poder calorífico. Sendo 

assim, a purificação do biogás fica exclusivamente dependente da finalidade de uso ao qual se 

destina.  

 As formas usualmente empregadas na purificação do biogás são: 

� Remoção de umidade - pode ser realizada com o uso de glicóis, de sílica gel, 

etc.  

� Remoção de dióxido de carbono - a remoção deste gás pode ser realizada por 

meio de diversos mecanismos como: 

 

i. Absorção física: este método utilizado para a limpeza do biogás é 

comumente aplicado e efetivo. A facilidade e o baixo custo deste 

método tornam atrativo até mesmo para baixas produções de biogás. O 

processo consiste em comprimir o biogás e injetá-lo em uma coluna de 

absorção no sentido ascendente do leito, enquanto isso, água 

pressurizada é pulverizada do topo da coluna, em contra corrente ao 

fluxo de biogás. Desta forma, o dióxido de carbono e o gás sulfídrico 

são dissolvidos na água sendo coletados no fundo da torre de absorção.  

 O método de remoção de dióxido de carbono a partir de sistemas 

de lavagem com água é bastante conhecido em plantas de biogás na 

Suécia, França e Estados Unidos; sendo obtido biogás com 5 a 10 % de 

dióxido de carbono ao final do processo. 

 Para a remoção de gás sulfídrico utiliza-se água como solvente, 

entretanto possui elevado consumo em relação à pequena quantidade de 

gás sulfídrico absorvido. Desta forma, recomenda-se adicionar uma 

solução de hidróxido de sódio para melhorar a eficiência do processo. 

Os subprodutos formados são sulfetos de sódio que não podem ser 

recuperados e devem ser tratados antes de sua disposição final.  

ii. Absorção química: é um processo que envolve a formação de ligações 

químicas reversíveis entre o soluto e o solvente. A regeneração do 

solvente envolve consequentemente a quebra destas ligações com a 

adição de energia. Alguns solventes químicos geralmente utilizados são 



34 
 

 

soluções aquosas de aminas ou soluções de sais alcalinos como 

hidróxido de sódio, cálcio ou potássio.  

 Biswas, Kartha e Pundarikakhadu (1977), afirma que o biogás 

ao passar por uma solução aquosa a 10% de mono-etanolamina, reduz o 

teor de dióxido de carbono de 40 % para 0,5 a 1,0 % em volume. A 

solução aquosa de mono-etanolamina pode ser completamente 

regenerada fervendo-a por 5 minutos, e desta forma pode ser utilizada 

novamente.  

 Nas indústrias, a solução de carbonato de potássio (K2CO3) 

entre 20 a 30 % é comumente utilizada para a remoção de dióxido de 

carbono. A solução deve permanecer a 110° C para que ocorra o 

processo de absorção e de regeneração.  

 O gás sulfídrico pode ser removido com a utilização de sais de 

ferro, como o cloreto de ferro. O gás sulfídrico é adsorvido pelos sais 

ferrosos, formando precipitados insolúveis. Este processo é 

recomendado para biodigestores anaeróbicos de pequeno porte, sendo 

que o biogás pode apresentar concentração final de gás sulfídrico de 10 

ppm.  

iii.  Adsorção sobre uma superfície sólida: é um processo que envolve a 

transferência do soluto do gás à superfície de um material sólido, por 

meio das forças de Van Der Walls. Dependendo do adsorvente 

utilizado pode-se remover seletivamente ou simultaneamente o dióxido 

de carbono, o gás sulfídrico, o vapor de água e demais impurezas 

encontradas no biogás. Alguns dos adsorventes mais utilizados são a 

sílica, a alumina, o carvão ativado ou silicatos. Este processo possui 

boa capacidade de remoção de impurezas, constituído de um projeto 

simples e de fácil operação. Entretanto, devido às altas temperaturas e 

pressões de trabalhos exigidos, o processo possui um custo elevado. 

 Para a remoção de gás sulfídrico, utilizam-se pellets de óxidos 

de ferro ou o carvão ativado. Após serem completamente recobertos 

por enxofre, podem ser removidos para sua regeneração com o uso de 

calor. Também podem ser utilizados a alumina, a bauxita, a sílica gel e 

o carvão vegetal. Entretanto tais materiais são poucos utilizados devido 



35 
 

 

a problemas ligados à sua regeneração e também devido à adsorção de 

água, que reduz a eficiência da adsorção dos gases.    

iv. Separação por membranas: o processo consiste em utilizar uma 

membrana fina (< 1 mm) para reter determinados componentes do 

biogás e permitir a passagem dos demais.  

 Rautenbach, Ethresmann e Wayer (1987), utilizaram uma 

membrana produzida por acetato-celulose para a remoção de impurezas 

do biogás. O autor obteve bons resultados para a retenção do metano e 

a passagem de dióxido de carbono, oxigênio e gás sulfídrico para uma 

temperatura de 25°C e uma pressão de 5,50 bar.   

v. Separação criogênica: este método consiste em separar os componentes 

do gás por condensação e destilação fracionada à baixa temperatura. 

Podendo recuperar o componente puro em forma de líquido e 

transportá-lo. Entretanto possui elevado custo de investimento e 

operação.  

vi. Remoção de particulados: processo que consiste em remover os 

particulados e demais impurezas presentes no biogás através de 

lavadores de gases como o do tipo torre, centrífugos e Venturi.  

 

 Segundo TECPAR (2002), uma maneira simples de se remover o gás sulfídrico (H2S) 

e o vapor de água, é através da utilização de esponjas ou limalhas de ferro e resíduos de 

serragem da madeira, formando assim um filtro purificador. O ferro metálico em contato com 

o gás sulfídrico reage formando sulfeto de ferro. A serragem serve para absorver a umidade e 

evitar a formação de blocos de ferro no interior do filtro, os quais impediriam a circulação do 

biogás dentro do purificador.  

 Para Martins2 (2003), a remoção de gás sulfídrico pode ser realizada por meio de uma 

lavagem com lixívia de hidróxido de potássio (KOH), que resultará em um sal que pode ser 

adicionado ao biofertilizante para enriquecê-lo de enxofre e potássio.   

 

                                                 

2 http://www.hydor.eng.br/PAGINAS-P/P21-P.html 



36 
 

 

2.4.3 Armazenamento do biogás 

 De acordo com TECPAR (2002), usualmente o biogás é utilizado em um lugar mais 

afastado de seu local de produção, o transporte por compressores evita formação de "barriga 

d'água" nas tubulações causada pela condensação de vapores de água presente no gás. Para 

distâncias maiores que 500 metros, recomendam-se o uso de compressores de gás, pois o 

biogás produzido é armazenado em baixas pressões no biodigestor. 

  Por conter principalmente metano em sua composição, o biogás não pode ser 

facilmente armazenado e liquefeito, à pressão e temperatura ambiente (temperatura crítica de  

- 82°C e pressão crítica de 47,5 bar).  Alguns métodos de armazenamento do biogás são 

representados na Tabela 2.4. 

 

TABELA 2.4 - Sistemas de armazenamento de biogás. 
Pressão [bar] Estocagem Material 

Baixa (0,138 a 0,414) Selo d´água Aço 

Baixa (0,138 a 0,414) Gás 'bag' Plástico, vinil, lona (borracha) 

Media (1,05 a 1,97) Tanques de propano e butano Aço 

Alta (200) Cilindros comerciais de gás Aço 

Fonte: KAPDI (2004) 

 

 Salomom (2007) recomenda atenção em relação à entrada de ar, nas etapas de 

transporte, armazenamento ou tratamento do biogás, pois conce