UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
DIMENSIONAMENTO DE UM PÁTIO DE COMPOSTAGEM Controle da Poluição do Solo e das Águas Subterrânea
Breno Rolindo Lara Moreira 26 de Setembro de 2015
SUMÀRIO 1. OBJETIVO................................................................................................................ 1 2. DIMENSIONAMENTO DO PÁTIO ........................................................................ 1 2.1.
Leiras ..................................................................................................................... 1
3. DIMENSIONAMENTO DA AERAÇÃO ................................................................ 3 4. DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO ..................................................... 4 5. DIMENSIONAMENTO DA LAGOA FACULTATIVA ........................................ 5
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1.
OBJETIVO
O objetivo do presente trabalho é dimensionar um pátio de compostagem para resíduos orgânicos, incluindo o pátio em si e as leiras e uma lagoa facultativa para o tratamento do líquido lixiviado e captado do pátio. O empreendimento se dará no estado do Espírito Santo, mais especificamente na cidade de Linhares, o qual irá receber uma quantidade de resíduos orgânicos de 400 toneladas mês, oriunda de uma Central de Abastecimento de Hortifrutigranjeiros.
2.
DIMENSIONAMENTO DO PÁTIO
Para o processo de compostagem, determinou-se inicialmente a utilização de leiras para tal, cabendo a cada uma armazenar todo material advindo daquela semana, possuindo dimensões fixas de 2 metros de altura e 4 metros de largura em secção triangular. A massa específica fresca do resíduo foi de 750 kg/m³, com juntamente com um total de água de 75 dag/kg. A relação C/N utilizada é de 35:1, sendo esta própria para compostagem sem a demanda de mistura extra de outros materiais. A vazão específica mássica (Qm) utilizada foi de 1200 m3/h por tonelada de matéria seca de material.
2.1. Leiras Sabendo-se que a quantidade de resíduos totais a se receber por mês são 600 toneladas e optando-se por um período mensal de 30 dias, calculou-se uma massa de resíduo semanal por meio de:
600 = 140 í = = 30 ∗7
Conforme mencionado previamente, cada leira irá comportar essa massa de material, de modo que pode se verificar uma quantidade de n leiras por mês:
600 = 4,29 = = 400
Prossegue-se avaliando o número máximo de leiras que estarão lado a lado no pátio ao mesmo tempo, presumindo-se um tempo de residência de cada uma de 90 dias, uma vez que processos de compostagem aerados se dão de forma mais rápida que os livres.
90 = 12,89 = ê = 7
Para fins práticos, adotou-se a existência de 13 leiras no pátio ao mesmo tempo no processo. O resumo dos valores pode ser verificado na Tabela 01:
2 Tabela 1 - Resumo de cálculo das leiras Parâmetros
ρ (kg/m³)
Qtd (t/mes) Qtd (t/semana) n Leiras n L conc.
750,00 600,00 140,00 4,29 13,00
Conforme descrito previamente, adotou-se um valor de altura (h) das leiras de 2 metros e uma largura da base de 4 metros, tanto quanto uma secção triangular. Para o cálculo do volume da mesma, usamos:
140000 = 186,67 ³ = = ρs 750
Logo, dividindo-se o volume total da leira pela área da secção triangular da mesma, obtém-se o valor da largura (L):
67 = 46,67 ³ = ∗ ℎ = 186, 4 ∗ 2 2 2
Para o cálculo da área total requerida (Areq) pelas leiras, basta multiplicar a área individual de cada uma pelo número de leiras conjuntas esperadas:
= 46,67 ∗13 = 2669,36 m²
Entretanto, o valor calculado abrange apenas o espaço ocupado pela compostagem em si, não levando em conta o fluxo de operados ou maquinários para sua operação. Dessa forma, optou-se por colocar uma faixa livre (l) de 0,80 metros entre cada leira e uma borda de mesmo valor no pátio. Corrigindo-se a área total, tem-se:
= ( + 15∗ )∗ ( + 2∗) = 3089,07 ²
Para fins de projeto, trabalhou-se com uma área total de 3100 m². O resumo dos cálculos pode ser acompanhado na Tabela 02: Tabela 2 - Dimensões do Pátio
Dimensões do Pátio Folga (m) 0,80 Folga Total (m) 12,00 Comprimento (m) 64,00 Largura (m) 48,27 Área total (m²) 3089,07 Área adotada (m²) 3100,00
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3.
DIMENSIONAMENTO DA AERAÇÃO
No presente projeto, se adotará o uso de aeração mecanizada nas leiras, de modo a acelerar o processo de compostagem tanto quanto controlar as temperaturas máximas passíveis de serem atingidas em cada uma.
Para tanto, adotou-se uma vazão específica mássica de 1200 m³/h por tonelada seca de material. Dessa forma, para valorarmos a massa seca de material, devemos corrigir a massa total pela umidade (U), dado a seguinte equação:
= ∗ 1− = 140 ∗1− 0,75 = 35,0 Com a massa seca determinada, é possível se determinar a vazão de ar (Qar) por segundo: ∗ = 3600 = 11,67 Dividindo-se o valor obtido pela área de cada leira, é fácil se quantizar o valor de vazão unitário (Qu):
1 1, 6 7 = Á = 186,7 = 0,0625 ∗ ²
Determinou-se o gradiente de pressão ( ΔP) e a própria pressão (P), resultado da multiplicação de ΔP pela altura (h) da leira:
ΔP = 6154,245 ∗, = 164,66 P = ΔP ∗h = 329,32 Para os cálculos do maquinário a ser utilizado em cada leira, admitiu-se inicialmente um rendimento da bomba ( ) de 0,7 para o cálculo da potência (W) em cavalos vapor: = ∗0, ∗7536 = 7,46
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O resumo dos dados pode ser verificado na Tabela 03: Tabela 3 - Dimensionamento do Ventilador
Dimensionamento do Ventilador U Vazão específica mássica (m³/h.t) M total (t) Q (m³/h) Q (m³/s) Área da base (m²) Qar por unidade (m³/s.m²) ∆P (Pa/m) P (Pa) Rendimento Bomba Potência (W) Potência (cv)
4.
0,75 1200,00 35,00 42000,00 11,67 186,67 0,0625 164,66 329,32 0,70 5488,74 7,46
DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO
Para o projeto, adotou-se um recobrimento do piso do pátio de material impermeável e uma inclinação (I) de 1%, de modo a obrigar a captação do líquido percolado e lixiviado do mesmo em um tanque próprio para armazenamento. Adicionalmente, adotou-se um tempo de concentração (tc) igual ao tempo da própria precipitação, sendo esses valores aproximados pela equação de Kirpich.
, = 57 ∗ ∗ = 40,42
Posteriormente, calculou -se a intensidade máxima (Imax) de precipitação em um período de retorno (T) de 10 anos por meio da equação de intensidade-duração-frequência com parâmetros K, a, b e c adquiridos para o município de Linhares. A tabela 04 de monstra os valores para cada parâmetro.
K ∗ T Imax = t + b
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Tabela 4 - Parâmetros da função
Parâmetros para a Equação de Intensidade duração frequência
T (anos) K a b c Dessa forma:
10,00 3647,235 0,223 20,665 1,000
3647,235 ∗10, K∗T Imax = t+ b = 40,42+ 20,665, = 99,77 ℎ
Utilizou-se então o método racional para determinar a vazão máxima (Qmax), utilizandose um coeficiente de descarga (Cd) para o pátio de concreto de 0,90. A equação do método racional é:
3100 0 , 9 0∗ 99, 7 7 ∗ C d ∗Imax ∗ Aha 10000 Qmax = 360 = = 0,077 360
Encerrando, o volume final (V) pode ser calculado pela multiplicação da vazão máxima pelo tempo de concentração, da seguinte forma:
V = Qmax ∗ tc = 0,077 ∗ 60 ∗40,42 = 187,54 ³
5.
DIMENSIONAMENTO DA LAGOA FACULTATIVA
A lagoa facultativa foi projetada para servir como um tanque de armazenamento do escoamento superficial do pátio tanto quanto para atuar como um reator aeróbico e permitir o tratamento da carga orgânica oriunda das leiras. Adotou-se uma profundidade (H) de 2 metros para o projeto e uma boda livre (f) de 0,5 metro, com um talude de 1:1 (z).
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Figura 1 - Esquema da lagoa
Para a resolução das medidas da lagoa (B, b, b’ e L), resolveu -se uma equação de segundo grau demonstrada na Tabela 05. Para a resolução de L, bastou-se ater a equação:
L = 2 ∗B
Tabela 5 - Parâmetros e resolução da equaçãode segundo grau da lagoa
Conforma mencionado:
Parâmetros da Lagoa h (m) f (m) z (m) V = 2*b'*B*h B*b' B = b' + B² - 3B - 49,31
2,00 0,50 1,00 187,54 46,88 3,00 0,00
B (m) b (m) L (m) B adotado (m) L adotado (m) V adotado (m³)
8,6805 3,68 17,36 9,00 18,00 216,00
L = 2 ∗ B = 2 ∗ 8,6805 = 17,36 m
Entretanto, para facilidades de execução, optou-se por determinar valores inteiros como um comprimento total (B) de 9 metros e a largura de 18 metros, totalizando um volume assumido de 216 m³.
