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UNISALESIANO Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium
Curso de Química Bacharelado
Eloiza Aparecida dos Santos Borges
Rafael dos Santos Rocha
Vivian Aparecida de Oliveira
A INFLUÊNCIA DA UMIDADE NA COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DO BAGAÇO DE CANA-
DE-AÇÚCAR
LINS – SP
2012
ELOIZA APARECIDA DOS SANTOS BORGES
RAFAEL DOS SANTOS ROCHA
VIVIAN APARECIDA DE OLIVEIRA
A INFLUÊNCIA DA UMIDADE NA COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DO BAGAÇO DE CANA-
DE-AÇÚCAR
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Banca Examinadora do Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium, curso de Bacharelado em Química sob a orientação do Prof. M.Sc. Francisco de Assis Andrade.
LINS – SP
2012
Borges, Eloiza Aparecida dos Santos; Rocha, Rafael dos Santos; Oliveira, Vivian Aparecida de
A Influência da umidade na produção de energia elétrica a partir do bagaço da cana-de-açúcar / Eloiza Aparecida dos Santos Borges; Rafael dos Santos Rocha; Vivian Aparecida de Oliveira. – – Lins, 2012.
56p. il. 31cm.
Monografia apresentada ao Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium – UNISALESIANO, Lins-SP, para graduação em Bacharelado em Química, 2012.
Orientador: Francisco de Assis Andrade
1. Umidade do Bagaço. 2. Vapor. 3. Energia Elétrica. 4. Caldeira. 5. Secador. I Título.
CDU 54
B731i
ELOIZA APARECIDA DOS SANTOS BORGES
RAFAEL SANTOS ROCHA
VIVIAN APARECIDA DE OLIVEIRA
A INFLUÊNCIA DA UMIDADE NA COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DO BAGAÇO DE CANA-
DE-AÇÚCAR
Trabalho de conclusão de Curso, apresentado ao Centro Universitário Católico
Salesiano Auxilium, como requisito obrigatório, para obtenção do título de
Bacharel em Química.
Aprovada em ___/___/___
Banca Examinadora:
Prof. Orientador: Francisco de Assis Andrade
Titulação: Mestre em Ciência dos Materiais Física da Matéria Condensada.
Assinatura: __________________________
1º Avaliador: Marcos José Ardenghi
Titulação: Mestre em Educação Matemática
Assinatura:___________________________
2º Avaliador: Ricardo Cecilio Moreno das Neves
Titulação: Engenheiro de Automação e Controle
Assinatura:___________________________
DEDICATÓRIAS
Aos meus pais, Luiz e Maria que sempre me ensinaram que o caminho
para se desenvolver está na educação. Aos meus dois irmãos, Eurico e João
por todo apoio nessa fase da minha vida. Aos meus avós, Joanita e Hermínio
que, com toda a experiência de vida, sempre me aconselharam a ter paciência
e acreditar nos meus objetivos
Ao Nailson, que com muito amor e dedicação me ajudou a enfrentar os
momentos mais complicados para realização deste sonho.
Eloiza
Dedico aos meus pais, Décio Rocha e Maria Luiza que me deram a vida
e me ensinaram a vivê-la com dignidade, também a meu irmão Gabriel.
Aos meus avós José Francisco e Odila pelos ensinamentos, por terem
me apoiado sempre que precisei.
Dedico a você Camila, mulher, amiga e companheira, que se fez
presente durante esse período, me compreendeu nos momentos difíceis, me
deu apoio durante todo esse tempo.
Rafael
Aos meus pais, meus amigos, e principalmente à Pollyana e Fátima por
estarem sempre ao meu lado e a todas as pessoas que colaboraram para a
realização deste trabalho.
Vivian
AGRADECIMENTOS
Agradecemos primeiramente a Deus, pelo que vivemos e aprendemos
durante essa jornada que se encerra, por nos dar forças em momentos de
fraquezas e por nos conceder a graça deste sonho se tornar realidade.
As nossas famílias, pela base sólida e pela força para encarar a vida de
frente, pelo amor, carinho e compreensão.
Em especial, ao engenheiro Ricardo Cecílio Moreno das Neves, por
compartilhar conosco parte de seu conhecimento e nos auxiliar na elaboração
deste trabalho.
Ao professor Marcos José Ardenghi, que com todo seu carisma e
atenção, teve tempo para nossas duvidas, nos auxiliou e incentivou com suas
sugestões de melhorias.
Ao nosso orientador, professor Francisco de Assis Andrade por sua
paciência, por dedicar parte do seu tempo a nos ajudar.
Aos Professores do curso que se determinaram durante essa jornada de
estudos, e nos transmitiram seus conhecimentos.
A nossos colegas, pelos momentos que passamos no decorrer do curso,
pelo companheirismo, que com certeza contribuíram para a realização deste
sonho.
Eloiza Aparecida dos Santos Borges Rafael Santos Rocha
Vivian Aparecida de Oliveira
“Plante seu jardim e decore sua alma,
ao invés de esperar que alguém lhe traga flores.
E você aprende que realmente pode suportar... que
realmente é forte, e que pode ir muito mais longe depois de pensar que não se
pode mais.
E que realmente a vida tem valor e que você tem valor diante da vida!"
(William Shakespeare)
RESUMO
Diante da exploração de recursos naturais, fez-se necessário criar novas tecnologias nas quais sejam economicamente viáveis e sustentáveis. Nos dias atuais, com a grande demanda de energia elétrica, a necessidade de se produzir maior quantidade de energia com combustíveis alternativos aumenta cada vez mais. A biomassa da cana-de-açúcar é uma alternativa viável aos projetos tradicionais. Anualmente, são gerados mais de duzentos milhões de toneladas de bagaço por indústrias sucroalcooleiras. O bagaço é um combustível interessante do ponto de vista econômico por ser um subproduto da extração do caldo da cana-de-açúcar, e ambiental, já que a planta para se desenvolver sequestra o CO2 para realizar a fotossíntese. Devido a possíveis problemas no processo de remoção do caldo, o bagaço acaba sendo utilizado em caldeiras com umidade acima do ideal, o que interfere no poder calorífico do bagaço e na geração do vapor. A empresa discutida neste trabalho processa o bagaço da cana de açúcar, em determinados meses, com o teor de umidade elevado. Pensando em uma solução, no presente trabalho estuda-se a viabilidade de instalação de um secador rotativo, para que a umidade do bagaço seja reduzida a um nível adequado antes de ser utilizado como combustível. Para este estudo foram coletados dados referentes aos meses de setembro de 2011 a agosto de 2012. Os valores obtidos demonstraram que com o uso do secador e mantendo-se a umidade em torno do ideal, a empresa poderia ter produzido 92.781,67 toneladas a mais de vapor e, se este fosse direcionado totalmente para a produção de energia, poderiam ser convertidos em 15.276,06 MW de energia elétrica. Sendo assim, considerando a variação do preço da energia mês a mês a empresa estudada deixou de comercializar em reais um milhão setecentos e quarenta e nove mil cento e sete reais e trinta e quatro centavos. Se a redução da umidade fosse à 20%, os valores seriam ainda mais relevantes. Assim o uso do secador em relação à redução da umidade e ao aumento de produção de energia mostrou-se viável. Porém, para que se possa implantar um secador ao processo produtivo de uma termoelétrica é necessário saber se a caldeira suportará esta redução de umidade, pois as caldeiras atuais são projetadas para queimar o bagaço com umidade em torno de 50%. Para instalação do secador é necessário verificar se há área suficiente. Palavras-chaves: Umidade do Bagaço. Vapor. Energia Elétrica. Caldeira, Secador.
ABSTRACT
Faced with the exploitation of natural resources, it was necessary to create new technologies on which are economically viable and sustainable. Nowadays, with high demand for electricity, the need to produce more energy with alternative fuels grows stronger. The biomass of cane sugar is a viable alternative to traditional designs. Annually, generated more than two hundred million tons of sugarcane bagasse by industries. Bagasse is an attractive fuel economic point of view because it is a byproduct of the juice extracted from sugar cane, and environmental, since the plant to develop sequesters CO2 for photosynthesis. Due to possible problems in the process of removing the broth, bagasse ends up being used in boilers with humidity above ideal, which interferes with the calorific value of bagasse and steam generation. The company discussed in this paper processes the bagasse from sugarcane, in certain months, with high moisture content. Thinking of a solution, in this paper we study the feasibility of installing a rotary dryer to the moisture of the bagasse is reduced to an appropriate level before being used as fuel. For this study, data were collected for the months of September 2011 through August 2012. The values obtained demonstrate that the use of the dryer and maintaining humidity around the ideal, the company could have produced the most 92.781,67 tons of steam and, if this were completely directed to the production of energy could be converted at 15.276,06 MW of electricity. Therefore, considering the variation in energy prices month by month the company ceased trading in studied real one million seven hundred and forty-nine thousand one hundred and seven reais and thirty-four cents. If moisture reduction was 20%, the values would be even more relevant. Thus the use of the dryer with regard to reduction of humidity and increased energy production was feasible. However, so that you can deploy a dryer in the production process of a thermoelectric plant is necessary to know if the boiler bear this moisture reduction, because the current boilers are designed to burn the bagasse with humidity around 50%. To install the dryer is necessary to check if there is enough area.
Keywords: Bagasse’s Moisture. Steam. Energy. Boiler. Dryer
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Caldeira aquatubular ........................................................................ 19
Figura 2 - Mesa alimentadora de cana-de-açúcar. ............................................ 24
Figura 3 - Visão geral de moendas de cana-de-açúcar..................................... 25
Figura 4 - Funcionamento de uma caldeira aquatubular. .................................. 26
Figura 5 - Circuito de água e vapor da caldeira. ............................................... 36
Figura 6 - Funcionamento do secador rotativo de biomassa. ........................... 38
Figura 7 - Secador rotativo de biomassa. ......................................................... 39
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Poder calorífico dos constituintes do bagaço úmido. ....................... 30
Tabela 2 - Dados de produção de vapor, energia, consumo e umidade do
bagaço de setembro de 2011 a agosto de 2012 ............................................... 43
Tabela 3 - PCI do bagaço e tonelada de vapor/tonelada de bagaço em função
da umidade ....................................................................................................... 44
Tabela 4 - Diferença de vapor não produzido. .................................................. 45
Tabela 5 - Energia que poderia ser gerada em MW e R$. ................................ 46
Tabela 6 - Comparação dos dados reais de produção x simulação de produção
com umidade a 20%. ........................................................................................ 47
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
AIE – Agência Internacional de Energia
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica
ATR – Açúcar Total Recuperável
CCEE – Câmara de Comercialização de Energia Elétrica
CO - Monóxido de carbono
CTC – Centro Tecnológico Canavieiro
Cv - Calor Transferido do Vapor
EMBRAPA - Empresa Brasileira de Pesquisa e Agropecuária
GEE – Gases do Efeito Estufa
GLP – Gás Liquefeito de Petróleo
IEEUSP – Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São
Paulo
Kcal/Kg – quilocaloria por quilograma
Kg – quilograma
Kgf/cm2 – quilograma força por centímetro quadrado
MCP – Mercado de Curto Prazo
mm Hg – milímetros de Mercúrio
mm – milímetros
MW – Megawatt
PC – Poder Calorífico
PCI – Poder Calorífico Inferior
PCS – Poder Calorífico Superior
PLD – Preço de Liquidação das Diferenças
RPM – Rotação Por Minuto
s – quantidade de açúcar
SIN – Sistema Interligado Nacional
Ton/h – Tonelada por hora
w – umidade contida no bagaço
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO .................................................................................................. 11
CAPÍTULO I ...................................................................................................... 12
1 A HISTÓRIA DA PRODUÇÃO DE ENERGIA E OS MECANISMOS DE PRODUÇÃO ..................................................................................................... 12
1.1 Alternativas renováveis de geração de energia .......................................... 13
1.2 Biomassa .................................................................................................... 14
1.3 Consumo da energia gerada pela biomassa em 2010 ................................ 15
1.4 Gás carbônico e biomassa .......................................................................... 16
1.5 Energia no contexto global .......................................................................... 17
1.6 Geração de Vapor ....................................................................................... 18
1.7 Combustíveis .............................................................................................. 20
1.8 Combustão .................................................................................................. 21
1.9 Colheita e transporte da cana-de-açúcar .................................................... 23
1.9.1 Moagem da cana-de-açúcar .................................................................... 24
1.10 Projeto de uma Caldeira ........................................................................... 25
1.10.1 Eficiência da Caldeira ............................................................................ 27
1.10.2 Poder Calorífico ..................................................................................... 27
1.10.3 Poder Calorífico Superior ....................................................................... 28
1.10.4 Poder Calorífico Inferior ......................................................................... 28
1.10.5 Água de caldeira .................................................................................... 30
1.10.6 Bagaço utilizado como combustível ....................................................... 31
1.10.7 Suprimento de ar.................................................................................... 32
1.10.8 Produção e utilização do vapor .............................................................. 32
1.10.9 Tratamento da água de caldeira............................................................. 33
CAPITULO II ..................................................................................................... 34
2 A INFLUÊNCIA DA UMIDADE NA PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DO BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR.............................................. 34
2.1 Técnica para análise de umidade do bagaço .............................................. 34
2.2 Alimentação da caldeira .............................................................................. 35
2.3 A Caldeira e seu funcionamento ................................................................. 35
2.4 Turbina e gerador ........................................................................................ 37
2.5 Proposta de instalação do secador ............................................................. 37
2.6 Secador rotativo para biomassa.................................................................. 38
2.7 Secador proposto para fluxo da termoelétrica ............................................ 39
2.7.1 Informações técnicas para o equipamento .............................................. 40
2.7.2 Composição do Equipamento .................................................................. 40
2.7.3 Informações Técnicas do Equipamento ................................................... 41
2.7.4 Potência do Equipamento: ....................................................................... 41
2.7.5 Acionamentos .......................................................................................... 41
CAPITULO III .................................................................................................... 43
3 COLETA E CÁLCULO DOS DADOS ............................................................ 43
CONCLUSÃO ................................................................................................... 48
REFERÊNCIAS ................................................................................................ 49
INTRODUÇÃO
Na década de 1970 após as crises de abastecimento de petróleo,
começaram-se incessantemente pesquisas por fontes renováveis de produção
de energia elétrica. Mediante estudos observou-se que seria possível produzir
energia utilizando biomassa. Como matéria prima, o bagaço da cana- de-
açúcar mostra ser um material de excelente qualidade, porém um dos grandes
problemas enfrentados pelas usinas é o controle da umidade do mesmo, pois
como descrito na pesquisa esta variação interfere diretamente no PCI do
bagaço e, consequentemente, na eficiência da geração do vapor produzido.
O presente trabalho tem como objetivo analisar os dados necessários
para a viabilidade de instalação de um secador rotativo de biomassa, onde o
resíduo utilizado como combustível esteja de acordo com as conformidades. Ao
mesmo tempo, mensurar os dados coletados com a intenção de viabilizar a
eficiência da queima na caldeira durante o processo de produção. Como fontes
de pesquisa foram utilizadas revistas, livros, artigos científicos, dissertações de
mestrado e ainda, visita técnica a uma usina termoelétrica, onde coletou-se
dados referente aos meses de setembro de 2011 a agosto de 2012. Estes
dados demonstraram que em média a umidade não estava ideal, observou-se
que em alguns meses a umidade se encontrava muito alta, desfavorecendo a
produtividade.
O trabalho encontra-se dividido em três capítulos. No Capítulo I
descreveu-se a fundamentação teórica que é composta pela importância da
energia renovável e os mecanismos envolvidos no processo de geração de
energia. No Capítulo II, como metodologia, descreveu-se o mecanismo de
funcionamento da cogeração, a influência da umidade e o equipamento de
secagem do bagaço. Enquanto no capitulo III, discutiu-se os dados coletados e
resultados obtidos.
CAPÍTULO I
1 A HISTÓRIA DA PRODUÇÃO DE ENERGIA E OS MECANISMOS DE PRODUÇÃO
O termo crise energética ganhou forte significado a partir da década de
1970 com a ocorrência de duas crises internacionais de abastecimento de
petróleo entre 1973 e 1979, começando assim uma busca incessante por
combustíveis alternativos, tanto na questão econômica como na questão
ambiental. (FERREIRA, 2010)
O consumo de energia mundial cresceu em média de 3,3% por ano
entre os anos de 1960 a 1990, todavia, nos países desenvolvidos e em
desenvolvimento este crescimento foi muito diferente. (GOLDEMBERG, 1998)
Os países desenvolvidos são os maiores consumidores de energia e
suas matrizes energéticas são completamente dependentes dos combustíveis
não renováveis, por isso muitos países vem buscando fontes alternativas em
seu modelo energético. (CHOHFI, 2004)
O contínuo crescimento da população e a melhoria no padrão de vida da
sociedade vêm refletindo na demanda de energia no Brasil. (CHOHFI, 2004)
O mercado brasileiro de energia elétrica obteve um crescimento de 4,5%
ao ano, e em 2008 estimou-se que este crescimento ultrapassaria a casa dos
100 mil MW. (CHOHFI, 2004)
O Brasil possui grande capacidade em relação a fontes renováveis e
diante desses recursos, terá grande oportunidade de se sobressair frente a
outros países. Com a tecnologia de se produzir energia com fontes renováveis
outros países vêm pesquisando, e demonstram cada vez mais competitividade.
(CHOHFI, 2004)
Um dos recursos renováveis, que vêm chamando o interesse da
comunidade científica é a biomassa; que se define como toda a matéria
orgânica susceptível de ser transformada em energia. (MIRANDA, 2009)
13
A biomassa é uma alternativa viável aos projetos tradicionais. Grandes
centrais energéticas como, por exemplo, as hidrelétricas vêm ao longo dos
anos causando impactos socioambientais irreparáveis. Os benefícios que
provieram juntamente com elas, vieram a um preço alto, pois com as
construções, houve inundação relevante de habitats naturais, ausência de
biodiversidade aquática e o grande deslocamento de pessoas da área.
(MIRANDA, 2009)
A geração de energia, através de combustíveis fósseis, deixa de ser uma
opção relevante, pois provoca efeitos adversos nos níveis locais e globais.
(MIRANDA, 2009)
Atualmente, várias tecnologias de aproveitamento estão em fase de
desenvolvimento e aplicação, no entanto, estimativas da Agência Internacional
de Energia (AIE) indicam que, futuramente, a biomassa ocupará uma maior
proporção na matriz energética mundial. A previsão para 2020 é que fique em
torno de 11%. (ANEEL, 2007)
1.1 Alternativas renováveis de geração de energia
Segundo Braga et al (2002), há uma grande variedade de tecnologias
para se produzir eletricidade a partir de fontes renováveis. Dentre elas estão:
a) Biocombustível líquido: esta energia pode ser obtida pela fermentação e
decomposição anaeróbica de vários tipos de biomassa, tais como a cana-de-
açúcar e o lixo orgânico. O aproveitamento deste tipo de combustível também
se dá pela sua queima; (BRAGA et al, 2002)
b) Energia das marés do oceano: é a energia que pode ser obtida através da
variação do nível de água dos oceanos (energia potencial) para obtenção de
energia mecânica. O aproveitamento desse tipo de energia pode ser viável
onde a variação dos níveis de maré, baixa e alta, seja significativa; (BRAGA et
al, 2002)
c) Térmica solar: consiste em aproveitar a energia radiante do sol, que pode
ser utilizada para aquecimento de água em residências e para a geração de
energia elétrica por meio de células fotoelétricas; (BRAGA et al, 2002)
14
d) Geotérmica: é a energia obtida do calor gerado a partir dos elementos
radioativos presentes em depósitos subterrâneos e do magna existente no
interior do planeta; (BRAGA et al, 2002)
e) Energia eólica: é a energia obtida através da energia cinética contida nas
massas de ar em movimento (vento). Seu aproveitamento é feito através da
conversão de energia cinética de translação em energia cinética de rotação,
com o uso de turbinas eólicas. (ANEEL, 2012)
f) Hidrelétricas: é a energia onde se aproveita o potencial hidráulico de um rio.
(BRAGA et al, 2002)
Dentre essas, será avaliada a geração de energia, através da biomassa
obtida do processo de usinas sucroalcooleiras.
1.2 Biomassa
A cana-de-açúcar é originária da Ásia e foi introduzida na América, por
Cristóvão Colombo, em 1492. É um dos principais produtos agrícolas do Brasil,
sendo cultivada desde a época da colonização. Martins Afonso de Souza foi
quem instalou o primeiro engenho, na capitania de São Vicente - SP, no ano de
1532. (MIRANDA, 2009)
Ao longo da história da agroindústria canavieira a cana-de-açúcar foi
utilizada como matéria prima para a fabricação de vários produtos, dentre eles
se destacam o açúcar e mais recentemente, o etanol, porém, juntamente com o
crescimento da produção também cresceu o volume dos resíduos gerados na
indústria alcooleira. Diante deste problema houve-se a necessidade de se
aproveitar o bagaço e a palha da cana-de-açúcar, como fonte de energia.
(PIACENTE, 2005)
A biomassa pode ser definida como sendo um biopolímero, o qual sua
composição consiste principalmente de carbono, hidrogênio, oxigênio,
nitrogênio e cinzas; o enxofre pode estar presente, embora em menores
proporções. As vantagens de produzir energia com biomassa é também a
venda do excedente produzido por cogeradores. (MIRANDA, 2009)
O cultivo da cana-de-açúcar e o uso dos resíduos gerados, para fins
15
energéticos, permitem ao Brasil ocupar uma posição estratégica e privilegiada
no cenário mundial, já que o país possui áreas de terra fértil, onde se tem
insolação abundante e recursos hídricos, que compõem o cenário ideal para o
cultivo. (MIRANDA, 2009)
Dados de 2005 a 2007 apontam um crescimento de 21% em relação ao
emprego da biomassa para a cogeração de energia elétrica, atingindo 3.725
megawatts. Seu uso crescente está ligado diretamente com o consumo da
cana, pois se há um aumento da produção de cana-de-açúcar,
consequentemente, o bagaço e a palha também aumentam em proporção
igual. (ENERGIA, 2012)
Entre 2000 e 2007 houve um crescimento gigantesco da produção do
álcool, cerca de 50%, isto resultou num aumento do volume de 13 bilhões para
19,3 bilhões de litros por ano. (ENERGIA, 2012)
O Brasil possui, hoje (2012), cerca de 434 usinas sucroalcooleiras, auto-
suficientes em energia, graças a produção de vapor por meio da queima de
bagaço de cana em caldeiras. Porém, somente 20% das usinas (88 unidades),
comercializam os seus excedentes de energia elétrica no mercado, sendo 54
centrais de cogeração exportando energia elétrica para a rede dentro do estado
de São Paulo (61% do total) e 34 centrais em outros 11 estados brasileiros.
(BITELLI, 2009)
A matriz energética elétrica é dividida de acordo com o tipo da fonte
energética utilizada para geração de eletricidade. A biomassa é responsável
por cerca de 0,1 % da geração, valor muito baixo, comparado a geração
hidrelétrica, que corresponde a maior produtividade, cerca de 92,4% da
produção. (BITELLI, 2009)
1.3 Consumo da energia gerada pela biomassa em 2010
A biomassa tem sido empregada de forma crescente no mundo como
insumo energético; muito mais para usos finais, como energia térmica, do que
usos nas indústrias como somente para prover processos de aquecimento,
sendo assim, importante forma de geração de energia. (MIRANDA, 2009)
16
Com o grande avanço do setor de energia renovável, houve a
necessidade de se redistribuir essa energia dentro da usina e na sociedade.
Segundo artigo da Revista Análise, o setor se distribui da seguinte forma: a
indústria com 50 % deste total, o setor elétrico com 19 %, transporte 17 % e
outros 14 %. (ENERGIA, 2012)
Cada tonelada de cana produz em média 250 Kg de bagaço. O país
produz cerca de 200 milhões de toneladas de bagaço por ano. Segundo
estudos realizados pela Drª Suani Coelho, do Instituto de Eletrotécnica e
Energia da Universidade de São Paulo (IEEUSP), este volume de rejeitos, sem
contar a palha, é suficiente para gerar entre 80 a 90 mil MW de energia elétrica.
Este resultado equivale a produção de uma hidrelétrica do tamanho da Itaipu.
Os estudos também constatam que não serão necessários investimentos altos
para introduzir a produção de energia elétrica nas usinas com o uso da
biomassa. O conselho das Nações Unidas que avalia mecanismo de
desenvolvimento limpo, aprovou 141 projetos brasileiros, nos quais metade
deles é de cogeração de energia por biomassa. (ENERGIA, 2012)
Uma grande parte de usineiros não enxerga a geração de bioenergia
como um bom negócio e, por isso, não querem arcar com os custos para
modernizar seu processo. Se fosse utilizada toda a biomassa gerada por todas
as usinas, estima-se que teria uma adição de energia elétrica no país de 10,0
mil MW médios até a safra de 2017/2018. Os produtores pedem incentivos do
governo, porém, ainda não foi criada uma linha de financiamento específico
para o setor, pois o governo acha que o setor pode se auto financiar. Para
especialistas esta solução não é tão simples e terá de envolver os usineiros,
empresas de distribuição e de geração de energia. (ENERGIA, 2012)
1.4 Gás carbônico e biomassa
O planeta manteve seu equilíbrio entre o sequestro e a emissão de
carbono na atmosfera, até que as emissões de CO2 aumentaram a uma taxa
superior a capacidade de armazenamento dos fluxos naturais do planeta. Com
a Revolução Industrial, o desenvolvimento industrial e tecnológico favoreceu o
17
surgimento de problemas ambientais como o efeito estufa, o buraco na camada
de ozônio e a chuva ácida. (CHOHFI, 2009)
O aumento das emissões de CO2 está fortemente ligado à exploração e
ao uso de combustíveis fósseis para a produção de energia, dado o alto teor de
carbono presente em suas composições. Exatamente, por isso, foram
desenvolvidas tecnologias alternativas a partir de fontes renováveis. (CHOHFI,
2009)
Nas últimas décadas cientistas têm alertado para a possibilidade de
mudanças climáticas ligadas às emissões de Gases do Efeito Estufa (GEE),
lançados de atividades como a geração de energia. Em 1997 foi elaborado o
Protocolo de Kyoto, um acordo internacional que visa estabilizar as
concentrações de GEE na atmosfera a fim de conter os efeitos danosos ao
planeta. Este acordo compromete os países desenvolvidos a reduzirem suas
emissões de GEE. As normas do Protocolo permitem criar um mercado de
carbono onde projetos de energia alternativa no Brasil e em outros países,
deverão gerar créditos que poderão ser comprados pelos países desenvolvidos
como parte do comprometimento de suas metas. (CHOHFI, 2009)
Tendo assinado o Protocolo, o Brasil não terá metas específicas de
redução de emissões para cumprir, porém, terá que promover projetos na área
da educação, treinamento e entendimento público sobre mudanças climáticas
assegurando máxima participação neste processo, além de outros programas.
(CHOHFI, 2009)
1.5 Energia no contexto global
Em todo mundo, tornaram-se dois dos mais prioritários objetivos da
ciência, da engenharia e dos governos, o aumento do consumo de energia per
capita e a busca de novas fontes de energia para o futuro. Estima-se que, em
1850, o carvão, o petróleo e o gás forneciam 5% dos combustíveis consumidos
mundialmente; os músculos humanos e dos animais respondiam por 94%.
(SHREVE; JR, 1980)
Atualmente, o carvão, o petróleo, o gás natural e as fontes nucleares
18
totalizam aproximadamente 7,2%; as fontes hidráulicas 91,2%, e os músculos
humanos e animais 1,6%. Da quantidade total de carvão, de petróleo e de gás
natural que foi até agora queimada em beneficio da humanidade, menos de
10% foram consumidos nos anos anteriores a 1900, e 90% no século XX.
(ANEEL, 2012)
Dispositivos a base de energia solar, pilhas de combustão, aparelhos de
fusão nuclear estão sendo desenvolvidos e diversas novas fontes estão sendo
estudadas para fornecer, no futuro, a energia necessária. (SHREVE; JR, 1980)
1.6 Geração de Vapor
O primeiro êxito na tentativa de gerar vapor sob pressão num vaso
fechado foi marcado no término do século XVII. Desde então, o uso do vapor
cresceu de tal maneira que, atualmente nos Estados Unidos, é o vapor de água
que fornece a maior parte da energia consumida. Os novos projetos visam a
melhorar a construções de caldeiras, com o intuito de produzir vapor à pressão
mais alta, em estações geradoras centrais. Estas altas pressões aumentam a
eficiência global na produção de energia elétrica. O fator crítico são os danos
causados aos materiais, nas altas temperaturas e pressões de trabalho.
(SHREVE; JR, 1980)
O gerador de vapor é um equipamento que se destina a produzir vapor
através de uma troca térmica entre o combustível e a água, sendo que isto é
feito por este equipamento construído com chapas e tubos cuja finalidade é
fazer com que água se aqueça e passe do estado líquido para o gasoso,
aproveitando o calor liberado pelo combustível que faz com que as partes
metálicas da mesma se aqueçam e transfiram calor à água produzindo o vapor.
(LEITE; MILITÃO, 2008)
A geração de vapor é fundamental na produção de açúcar e álcool, pois
o vapor é o veículo que conduz a energia térmica necessária para evaporar a
água contida no caldo da cana na obtenção do açúcar, ou para evaporar e
separar o álcool nas colunas de destilação. Além disso, o vapor é responsável
19
por movimentar as turbinas, pela obtenção da energia mecânica nas moendas
e geração de energia elétrica. (LEITE; MILITÃO, 2008)
A caldeira (figura 1) nas usinas e destilarias que utilizam a cana-de-
açúcar como matéria-prima, é preparada para usar principalmente o bagaço de
cana como combustível, mas podem eventualmente queimar lenha. São
basicamente formadas de um queimador ou incinerador denominado de
fornalha, e por um recuperador de calor formado por um feixe tubular aletado
de formato especial que circunda a fornalha, denominado de parede d’água, e
que interliga dois balões cilíndricos horizontais de aço carbono de grande
espessura, onde a água é introduzida e de onde é distribuída para a tubulação.
(SHREVE; JR, 1980)
Figura 1: Caldeira aquatubular
Fonte: Sermatec, 2012
O bagaço, vindo das moendas é conduzido pelas esteiras
transportadoras, e espargido na parte superior da fornalha onde a temperatura
é de aproximadamente 1.200°C, através de sistema pneumático de distribuição
20
de bagaço. O comburente, o oxigênio, vem do ar que é introduzido na parte
inferior da fornalha através de uma grelha basculante, por um ventilador de
grande potência denominado de ventilador de ar forçado. A combustão ocorre
em suspensão, pois o ar insuflado através da grelha cria um colchão
pneumático que mantém o bagaço flutuando até sua queima total. O vapor
produzido nas caldeiras é distribuído para os pontos de consumo por rede de
tubulação termicamente isolada, com flexibilidade calculada e purgadores
localizados estrategicamente com a função de coletar o condensado e retorná-
lo ao sistema de tratamento d’água das caldeiras. (SILVA; 2007)
De acordo com Shreve (1980), existem dois principais tipos de caldeiras
- a de tubos de fogo e a de tubos de água. Na caldeira de tubos de água, a
mesma fica nos tubos e pode ser convertida a vapor com mais rapidez que a
de tubos de fogo, aumentando-se assim, sua eficiência. A água utilizada na
caldeira deve ser tratada antes de ser introduzida no equipamento. Com uma
água de má qualidade pode causar espumas, corrosão e formação de
incrustações, causando-se assim, perda de vapor e eficiência.
Uma indústria sucroalcooleira, que possui o sistema para geração, é
auto-suficiente em energia. Obtém-se potência e calor necessário para a
queima do seu próprio combustível, o bagaço. Uma fábrica projetada para ser
eficiente em energia e operada adequadamente, produzirá excesso de bagaço,
de onde se pode gerar eletricidade para venda. (PAYNE, 1989)
1.7 Combustíveis
Os combustíveis fósseis podem ser divididos em sólidos, líquidos e
gasosos. O custo dos diferentes consumos de energia varia conforme a região
dos pais. O carvão é um combustível importante de uso mundial e crescente na
geração de energia, mas há necessidade de se usar um combustível mais
limpo. Os combustíveis líquidos são derivados principalmente do petróleo e
também, são de extrema importância na produção de energia. Os derivados de
petróleo fornecem também grande quantidade de energia para os numerosos
motores de combustão interna existente no país. (SHREVE; JR, 1980)
21
Na obtenção de energia para fins industriais, os combustíveis sólidos
apresentam um elevado grau de importância, mas, possuem uma desvantagem
se comparado com os combustíveis líquidos e gasosos que são de mais fácil
manuseio e transporte. (HILSDORF et al, 2004)
Os combustíveis líquidos são amplamente utilizados na indústria devida
a facilidades de armazenamento, operação e transporte. Os combustíveis
líquidos são os mais importantes atualmente. O grande volume empregado nos
motores à combustão interna, nas indústrias e para produção de energia
elétrica, mostra sua grande importância na vida moderna. (HILSDORF et al,
2004)
O combustível gasoso tem sido mais utilizado na indústria nacional,
respondendo a demanda por fontes de energia mais limpas e eficientes. A
limitação de seu crescimento está na disponibilidade e distância dos centros
consumidores pela sua maior dificuldade de transportes. O Gás Liquefeito de
Petróleo (GLP) é importante combustível, tanto de aplicação industrial, como
doméstica. (HILSDORF et al, 2004)
1.8 Combustão
Quaisquer substâncias que reajam quimicamente liberando calor são
consideradas combustíveis. Os combustíveis industrialmente importantes são
compostos de carbono e podem ser facilmente queimados ao ar atmosférico
com grande desprendimento de calor e controlados sem esforço. (HILSDORF
et al, 2004)
A combustão é uma reação de óxido redução, sendo o combustível, o
redutor e o oxigênio o oxidante. A substância à custa da qual se produz a
combustão, que normalmente é o oxigênio, denomina-se comburente. A fonte
de oxigênio é o ar atmosférico, cuja composição porcentual é: Nitrogênio –
78,03%; Oxigênio – 20,99%; Argônio – 0,94%; Dióxido de carbono - 0,03%;
Hidrogênio – 0,01%; Neônio – 0,00123%; Hélio – 0,0004%; Criptônio
0,00005%; Xenônio 0,000006%. Destes pode-se considerar apenas duas
frações a do comburente (oxigênio) 20,9%, e dos gases inertes (nitrogênio e
22
gases raros) 79,1%. Em cálculos de combustão, considera-se a composição
volumétrica ou molar do ar atmosférico seco tendo assim o oxigênio 21% (peso
molecular = 32) e o nitrogênio 79% (peso molecular = 28). A fração considerada
nitrogênio abrange todos os gases raros e o dióxido de carbono. (HILSDORF et
al, 2004)
A reação química é a maneira de converter a energia de um combustível
em energia térmica útil, normalmente as reações de oxidação acontecem em
alta temperatura de matérias compostos de carbono com oxigênio do ar. Essas
são as reações de combustão. Quando átomos de carbono ou de
hidrocarbonetos se combinam, liberam energia sob vários tipos de atividades,
incluindo o calor. (HILSDORF et al, 2004)
De modo geral, a reação de combustão acontece em fase gasosa. O
combustível líquido é previamente evaporado e a reação de combustão é
efetuada entre o vapor do líquido e o oxigênio, intimamente misturados. Os
combustíveis sólidos são mais difíceis de entrarem em combustão, pois a
reação acontece na interface sólido-gás, devendo haver a propagação do
oxigênio através dos gases que envolvem o sólido para atingir a superfície do
sólido em combustão. (HILSDORF et al, 2004)
Dependendo das quantidades proporcionais de combustível e de
oxigênio pode haver combustões:
(1) Incompletas;
(2) Teoricamente completas;
(3) Praticamente completas.
A combustão incompleta é aquela que se realiza com deficiência de
oxigênio, ou seja, com uma quantidade de oxigênio inferior a necessária para
oxidar completamente o combustível. Nesse tipo de combustão aparece nos
gases residuais grandes quantidade de produtos não oxidados, como CO
(monóxido de carbono), e muitas vezes matéria combustível não queimada
(oxidada), como hidrocarbonetos. Evidentemente que nesse caso não haverá
oxigênio nos fumos. (HILSDORF et al, 2004)
Na combustão teoricamente completa há oxigênio suficiente para oxidar
completamente o combustível. Não haverá oxigênio nos fumos, pois todo
oxigênio introduzido para realizar a combustão será consumido, podendo
aparecer pequenas quantidades de CO. (HILSDORF et al, 2004)
23
A combustão será praticamente completa quando a quantidade de
oxigênio for maior que o necessário para oxidar completamente o combustível.
Nesse tipo de combustão haverá sempre quantidades de oxigênio nos fumos,
podendo ser maior ou menor, variando conforme o combustível queimado.
(HILSDORF et al, 2004)
A análise do gás de combustão (gás da chaminé) é importante para
controlar a combustão, pois as proporções de CO2, de CO e O2 neste gás
indicam se existe combustão completa ou excesso de ar. (SHREVE; JR, 1980)
1.9 Colheita e transporte da cana de açúcar
A cana-de-açúcar pode ser colhida no campo através do corte manual
ou por corte mecanizado com o auxílio de colhedoras específicas para esse
fim.
Depois de colhida no campo, a cana-de-açúcar é transportada por
caminhões até a indústria. No parque industrial, o caminhão é pesado em uma
balança com a finalidade de saber a quantidade de cana que ele carrega. O
próximo passo é a análise da quantidade de açúcar que aquela cana específica
possui, isto é feito com a retirada de uma amostra pequena do carregamento
através de sondas que podem ser oblíquas ou horizontais. A amostra da cana é
levada ao laboratório, que diagnosticará o índice de ATR (Açúcar Total
Recuperável), ou seja, a quantidade efetiva de açúcar que aquela cana tem.
Depois de pesada, a cana poderá ter dois destinos, ou será encaminhada
diretamente para a mesa alimentadora da usina (figura 2), onde poderá ser
lavada ou ventilada em limpeza a seco para a remoção das impurezas, e então
seguirá para o picador, desfibrador e moenda ou difusor. Algumas usinas
trabalham com pátio de recepção de cana e estocagem onde a cana é
depositada ou permanece nos próprios caminhões até ser encaminhada a
mesa alimentadora. (UDOP, 2012).
24
Figura 2: Mesa alimentadora de cana-de-açúcar.
Fonte: Os autores, 2012
1.9.1 Moagem da cana de açúcar
A moagem é basicamente um exercício de separação de materiais. A
cana constitui num conceito simples em uma fração sólida, a fibra, e outra
líquida, o caldo, que devem ser separados para a produção do açúcar e álcool.
(PAYNE, 1989)
A fibra é separada do caldo por aplicações de pressão à medida que a
cana passa entre conjunto de ternos de moendas denominado de tandem, a
eficiência do processo é determinada por vários fatores, como número de
compressões, pressão efetiva, drenagem, propriedades físicas da fibra e grau
de ruptura das células, fator que esta ligado com o preparo da cana. Cada
tandem é composto normalmente por seis ternos de moendas (figura 3), que
contam cada um com um rolo de pressão ou alimentação, rolo de entrada, um
de saída e um rolo superior. (PAYNE, 1989)
25
Figura 3: Visão geral de moendas de cana-de-açúcar.
Fonte: Os autores, 2012
Uma seção de moagem possui equipamentos para preparar a cana para
a moagem, estes podem ser facas rotativas, desfibradores ou combinações de
facas e desfibradores. (PAYNE, 1989)
A separação do caldo em uma moenda depende de um bom preparo da
cana a ser moída, que se consegue por meio de diversas máquinas de
preparo, mas os que se destacam são os desfibradores de martelo. Tal
desfibrador é composto por diversos martelos sendo que cada um possui em
torno de 20 Kg. Os martelos são ligados a um eixo que gira a uma velocidade
de 600 a 1000 RPM, onde cerca de 85 a 92% de suas células são rompidas,
aumentando assim sua densidade o que facilitará a extração do caldo. (SILVA,
2007)
1.10 Projeto de uma Caldeira
O projeto de uma caldeira a bagaço é utilizada principalmente para
suprir energia à fábrica, e o vapor ao processo tende a centralizar-se na
queima do bagaço a 48% de umidade e produzir vapor a uma pressão de 32
26
Kgf./cm². Quando há interesse de venda de energia essa pressão pode ser
dobrada, com isso o custo para implantação e operacional também é dobrado.
(PAYNE, 1989)
O bagaço bem preparado proporciona uma boa queima do material em
suspensão, assim, é mantida uma alimentação contínua do mesmo. Grelhas
rotativas asseguram a queima e é responsável pela remoção de cinzas. A
queima em suspensão fornece uma resposta mais rápida a variações de carga
(PAYNE, 1989). A figura 4 ilustra o funcionamento de uma caldeira aquatubular.
Figura 4: Funcionamento de uma caldeira aquatubular.
Fonte: Ferreira, 2011
Para um bom desempenho das caldeiras requer monitoramento das
perdas, pois à medida que se aumenta a pressão, tende a aumentá-las. Para
que essas perdas sejam reduzidas o uso de pré-aquecedores de ar e
economizadores é importante. Estes são trocadores de calor, fazem com que o
calor dos gases e água de saída da caldeira seja trocados com o ar e água que
27
estão entrando, aumentando assim a temperatura dos mesmos. Para que o
calor latente do vapor da água nos gases da combustão não seja reduzido, o
uso de um isolante térmico é imprescindível. (PAYNE, 1989)
Os lavadores úmidos devem ser construídos com material resistente a
corrosão. Sua finalidade é lavar o gás gerado na combustão antes de ser
eliminado pela chaminé, a velocidade dos gases deve ser controlada, para
aumentar a eficiência do lavador. (PAYNE, 1989)
1.10.1 Eficiência da Caldeira
A eficiência global de uma caldeira é expressa como a porcentagem
entre o calor transferido para o vapor e o calor disponível no combustível:
E = CV x 100 / PC Equação 1
onde,
E - eficiência
CV - calor transferido do vapor
PC - poder calorífico do bagaço
Por ser difícil de quantificar o bagaço inserido na caldeira em certo
período de tempo, se torna mais difícil obter dados reais da sua eficiência. Por
isso, é realizado um balanço de calor para uma caldeira, este é composto pela
soma das perdas transferidas para o vapor, condensação, gases não
queimados, purgas e perdas indeterminadas. Para uma boa avaliação do
funcionamento da caldeira, análise dos gases da combustão, medições de
temperatura e observações visuais são realizadas constantemente. (PAYNE,
1989)
1.10.2 Poder Calorífico
A qualidade do bagaço para fins energéticos pode ser medida através do
28
Poder Calorífico (PC), ou seja, a quantidade de calor que a combustão de 1Kg
do combustível considerado pode fornecer. Existem dois tipos de PC o poder
calorífico superior (PCS) e poder calorífico inferior (PCI). O PC do bagaço pode
variar em função de diversas condições, como umidade, quantidades de
impurezas vegetais e minerais, condições de trabalho, como nível de preparo
da cana, sistema de extração do caldo (moenda ou difusor), embebição (água
adicionada para facilitar a remoção do caldo) e também estocagem. (EMILE,
1977)
1.10.3 Poder Calorífico Superior
Denomina-se poder calorífico superior (PCS) quando se considera o
calor latente de vaporização da água formada pela reação de combustão
durante a queima do combustível com o ar seco. É o calor fornecido pela
combustão de 1 kg do combustível bruto, utilizado a 0ºC e sob uma pressão de
760 mm de mercúrio, sendo todos produtos da combustão relacionados à 0ºC
e 760 mm. O PCS é medido facilmente em laboratório, por meio de bomba
calorimétrica de Mahler. Quando se adota um valor comum do PCS de 4600
kcal/kg do bagaço seco não se comete um erro maior que 2%. (EMILE, 1977)
O PCS estabelece bem o potencial de calor teoricamente contido no
combustível, mas na prática industrial não foi possível fazer baixar a
temperatura dos gases de combustão abaixo do ponto de condensação por
isso se utiliza o PCI. (EMILE, 1977)
1.10.4 Poder Calorífico Inferior
O PCI é o resultado do PCS menos o calor latente formado pela água
durante a combustão. Neste caso, considera-se a água gerada pelos produtos
de combustão na forma de vapor. Em instalações industriais, a temperatura dos
29
gases de saída em processos de combustão é maior que a temperatura de
condensação da água na pressão atuante. Assim sendo, o PCI tem maior
aplicação prática no dimensionamento e avaliação de equipamentos (EMILE,
1977).
Segundo Emile (1977), o PCI de um combustível é dado pela fórmula:
PCI = PCS - 600E Equação 2
onde,
E, é o peso de vapor de água contido nos gases gerado pela combustão
de 1 kg do combustível.
Ainda como Emile (1977), o peso da água formada é igual a nove vezes
o peso de hidrogênio. Então para o combustível seco obtém-se:
E = 9H, onde:
H é o peso de hidrogênio entrando na composição de 1 kg do combustível.
Sendo assim:
PCI = PCS – 5400 H
Esta equação é aplicada apenas para o combustível seco. Para o
combustível úmido, é preciso também levar em consideração a umidade.
(EMILE, 1977)
Conforme Emile (1977), o bagaço seco contém de 6 a 7% de hidrogênio
e, se aceita o teor médio de 6,5. A equação 2 fornece então:
PCI = PCS - (0,065x5400)
PCI = 4600 – 350
PCI = 4250 Kcal/Kg
Conhecendo o PCI do bagaço seco, é possível se calcular o PCI para
bagaço úmido. Para isso deve se basear na composição centesimal do bagaço
úmido. A tabela 1 mostra o poder calorífico dos constituintes do bagaço úmido
da cana de açúcar. (EMILE, 1977)
Adotou-se como PC das impurezas do caldo o PC do melaço seco,
considerando como representante do conjunto destas impurezas. Quanto à
água, não somente seu PC é nulo, mas ainda absorva-se calor ao vaporizar
durante a combustão (PCI). (EMILE, 1977) Então:
PCS = 46f´ + 39,55s´ + 41i Equação 3
PCI = 46f´ + 39,55s´+ 41i – 2,5w – 350 Equação 4
30
Tabela 1: Poder calorífico dos constituintes do bagaço úmido. Constituintes % PC em kcal/kg
Fibra f´ 4600
Açúcar s´ 3955
Impurezas i 4100
Água w 0 Fonte: EMILE, 1977.
Como o PC do açúcar e das impurezas (i) são bem próximos um do
outro se utiliza valores médios para eles e também para a fibra (f´), para
simplificar o cálculo:
f´ = 100 – s´ – i – w
A pureza do caldo residual é geralmente cerca de 45 a 50%,
empregando os valores, tem-se:
i = 52,5s´/47,5s´
i = 1,1s´
Então:
PCS = 4600 – 12s´ – 46 w
PCI = 4250 – 12s´ – 48,5 w onde
PCS, poder calorífico superior do bagaço, em Kcal/Kg;
PCI, poder calorífico inferior do bagaço, em Kcal/Kg.
s´, açúcar % do bagaço;
w, umidade do bagaço = água % de bagaço.
1.10.5 Água de caldeira
A água a ser utilizada para gerar vapor, deve ser livre de contaminantes,
para evitar incrustações e corrosões. A fonte de suprimento para atender esses
requisitos é a água que se condensa do próprio vapor, denominado vapor
exausto ou vapor de escape. Como essa água não é suficiente devido a perdas
no processo, é preciso complementar essa perda, com água fria tratada
quando o suprimento de condensado é insuficiente. (PAYNE, 1989)
31
Para utilização de água bruta esta deve ser tratada quimicamente
dependendo de sua qualidade e da pressão da caldeira. Para o tratamento
deve ser feito remoção de sólidos insolúveis, precipitação dos constituintes
formadores de incrustações, aumento de pH e, em alguns casos, remoção por
troca iônica de componentes solúveis. Procedimentos padrões são utilizados
para o controle da caldeira, a necessidade básica é manter sua alcalinidade,
realizar tratamentos contra incrustações, fosfato ou quelato, manter o oxigênio
da água em concentrações mínimas e conservar um baixo nível de sólidos.
(PAYNE, 1989)
1.10.6 Bagaço utilizado como combustível
A queima do bagaço de cana-de-açúcar tem ganhado grande espaço na
cogeração de energia elétrica. O material seco que antes era considerado um
resíduo industrial, hoje se tornou um subproduto de grande interesse, não só
das indústrias sucroalcooleiras, mas também, para as que o utilizam como
combustível para produção de vapor ou energia elétrica.
No Brasil, o bagaço de cana-de-açúcar é obtido em grande quantidade,
sendo aproximadamente 250 Kg por tonelada de cana moída. O teor da
umidade do bagaço é um dos elementos essenciais para melhor produção de
vapor e consequentemente energia elétrica, se houver interesse. (HUGOT,
1977)
As usinas sucroalcooleiras extraem o caldo da fibra da cana, com intuito
de manter o bagaço resultante da extração com máximo de 50% de umidade,
mas nem sempre isso acontece. A qualidade do bagaço é essencial para um
melhor aproveitamento do combustível, as caldeiras em geral são projetadas
para queimar o bagaço numa concentração de 48 a 50% de umidade, sendo
que se for superior a 52% já ocorrerão problemas no processo, pois o
combustível não irá secar e não entrará em combustão, acumulando dentro do
sistema, e podendo gerar gases combustíveis aumentando a pressão na
fornalha. Com uma boa extração na moenda, o teor de açúcar é da ordem de
3% da energia total disponível, o ideal é que um bagaço com alto teor de
32
açúcar seja queimado de imediato, aproveitando seu alto teor energético.
(PAYNE, 1989).
1.10.7 Suprimento de ar
.
A quantidade de ar inserido no sistema é ajustada junto à quantidade de
bagaço que entra na fornalha, de forma a manter-se o mínimo de ar necessário
para a combustão. Para que aconteça a combustão completa, na prática, é
preciso quantidades excessivas de ar. O controle pode ser feito pela
porcentagem de monóxido de carbono e oxigênio na ausência de análise dos
gases de combustão para o teor de gases não queimados. O controle de rotina
é normalmente baseado nas medidas da pressão do ar na caldeira. Um
cuidadoso controle de emissão particulada é realizado nas chaminés para
atender a legislação sobre o meio ambiente. O controle do material particulado
é difícil, mesmo com eficientes lavadores úmidos. Quanto maior for o teor de
umidade do bagaço, ou impurezas presentes no mesmo, maior será a
quantidade de material não queimado, dificultando ainda mais sua retenção
antes de ser eliminado na atmosfera. Daí a importância de manter condições
uniformes de operação. (PAYNE, 1989)
1.10.8 Produção e utilização do vapor
As produções de vapor variam de acordo com as condições e,
principalmente com o calor transmitido ao vapor por Kg de bagaço queimado
em kcal, umidade do bagaço, açúcar em 1 Kg de bagaço e calor sensível da
fumaça, em kcal. Entretanto, na maioria dos casos, o peso de vapor produzido
por kg de bagaço está entre 2 e 2,7 kg. Comumente, próximo de 2,25 kg.
Conforme a fibra da cana e as condições de funcionamento do setor das
caldeiras são possíveis produzir entre 450 a 750 kg de vapor por tonelada de
33
cana. Normalmente de 600 a 650 kg. (EMILE, 1977).
Os usos do vapor de alta pressão para a produção de energia e do
vapor de escape para o processo tornam uma indústria sucroalcooleira
altamente eficaz na utilização de energia. Se o vapor de escape for gerado
suficientemente para atender a necessidade de todos os tachos, quando algum
tacho é parado, o vapor de escape em excesso é eliminado para a atmosfera.
Com isto, se provoca perda de energia, e também perda de condensado para
alimentação da caldeira. Para que esta perda seja reduzida é comum gerar
menos vapor de escape que a necessidade total e compensar a diferença
rebaixando o vapor de alta pressão através de válvulas redutoras. Um índice
usado como ponto de partida, é que, em geral 80% da demanda do pico do
processo devem ser abastecidos com vapor de escape. (PAYNE, 1989)
1.10.9 Tratamento da água de caldeira
A forma principal que água é usada para gerar energia é através da
conversão de energia cinética em energia mecânica, sendo que posteriormente
poderá ser transformada em energia elétrica. Na forma de energia cinética, a
água contorna um componente que gira em torno de um eixo central. Essa
movimentação pode acionar diversos equipamentos. (MIERZWA; ESPANHOL,
2005)
A água deve apresentar um grau de pureza elevado, pois a presença de
sólidos insolúveis causa incrustações, corrosões e erosão, dificultando o
processo e causando destruição dos encanamentos. (MIERZWA; ESPANHOL,
2005)
Para remover o oxigênio dissolvido na água de entrada é necessário
aquecer a água e mante-la escorrendo em uma pressão menor, esse processo
é denominado desaeração. Antes de entrar no processo a água é aquecida
pelo aproveitamento dos gases da combustão, porque todos os condensados
precisam ficar sem resfriamento. (PAYNE, 1989)
Correntes de purgas é retiram o acúmulo de sólidos insolúveis,
mantendo-se melhor aproveitamento dos equipamentos. (PAYNE, 1989)
CAPITULO II
2 ANÁLISE DO PROCESSO PRODUTIVO DA COGERAÇÃO
DE ENERGIA E A INFLUÊNCIA DA UMIDADE
Para elaboração deste capítulo, foram usadas informações obtidas a
partir de visitas à uma Usina Termelétrica situada no interior de São Paulo, que
utiliza a queima do bagaço de cana-de-açúcar para gerar energia elétrica. Os
valores se encontram na tabela 2.
A Usina Termelétrica em questão foi concebida para a geração e o
fornecimento de vapor, geração e distribuição de energia elétrica para as
plantas do complexo industrial e a comercialização do excedente produzido.
A planta instalada possui capacidade de geração de 150 toneladas de
vapor hora com produção de energia nominal de 28MW.
A usina de cogeração compra bagaço de usinas de açúcar e álcool da
região, transportado até a termelétrica com auxílio de caminhões. Ao chegar o
caminhão é pesado na balança e assim anota-se o resultado numa planilha
para controle diário de recebimento, é retirada uma amostra para fazer análise
de umidade deste bagaço. Diante do resultado é tomada a decisão, se este
insumo irá para o pátio, para o barracão ou até mesmo para a alimentação
direta da moega.
2.1 Técnica para análise de umidade do bagaço
As análises de umidade são realizadas conforme o procedimento
estabelecido pela empresa.
A amostra para determinação de umidade do bagaço é retirada das
cargas mediante a compra. Os equipamentos utilizados são: balança de
precisão, com capacidade 2,0 Kg, legibilidade 0,1 g; Estufa Spencer com cesto.
35
Pesa-se 50g do bagaço previamente homogeneizado no cesto da estufa
Spencer; liga-se a estufa que fica em funcionamento por 40 minutos a 105ºC;
desliga-se a mesma, retira-se o cesto e então o mesmo é pesado. A perda de
peso multiplicado por 2, indica a porcentagem de umidade do bagaço.
Exemplo:
Peso do cesto + amostra (g) 292,7
Peso do cesto + amostra após secagem (g) 267,8
Diferença de peso (g) 24,9
Umidade do bagaço (%) 49,8
2.2 Alimentação da caldeira
O bagaço que vai para a caldeira é alimentado na moega, equipamento
que contém em sua base uma esteira de borracha. O bagaço é conduzido por
outras esteiras, até chegar à esteira transportadora de talisca que alimenta o
bagaço na caldeira, por isso seu material é de ferro, para que suporte o calor
existente no equipamento e não se danifique. No caso do bagaço não ser todo
utilizado na caldeira, este é direcionado para a esteira de retorno, onde é
enviado novamente para a esteira de alimentação.
2.3 A Caldeira e seu funcionamento
A usina trabalha com a caldeira, modelo AMD-50-5GI aquatubular, sua
potência e de 132 MW e sua capacidade de vapor é de 150ton/h, trabalha com
pressão de 67 Kgf/cm2 a uma temperatura de 520ºC. A figura 5 ilustra o circuito
de água e vapor da termoelétrica.
36
Figura 5: Circuito de água e vapor da caldeira.
Fonte: A empresa, 2012
Ao cair dentro da caldeira o bagaço é queimado em suspensão, pois
dentro do equipamento existe ar sendo injetado por baixo da grelha
denominado ar primário, o mesmo acontece nos quatro cantos acima da
grelha, porém, este ar é direcionado para o centro fazendo com que o bagaço
fique girando como um ciclone. Este ar é denominado ar secundário, esses
procedimentos são necessários para que haja uma queima eficiente na caldeira
e assim forneça a entalpia necessária para gerar vapor, seu consumo médio de
bagaço é de 66,37 ton/h.
Para gerar vapor é necessário bagaço e água desmineralizada e produto
químico inibidor de corrosão. O processo de combustão ocorre com o
combustível, que neste caso específico é o bagaço e o comburente, o oxigênio.
Dentro da câmara de combustão, os gases liberados nesta reação
química, aquecem os tubos que contém água. A água evapora e vai para o
tubulão da caldeira (compartimento tubo que realiza a separação da água e
37
vapor) este tubo também recebe toda a água de entrada da caldeira e produtos
químicos utilizados neste processo. O vapor gerado na caldeira é direcionado
para a turbina.
2.4 Turbina e gerador
A empresa utiliza turbina, modelo HC – 1000E, sua potência é de 30,8
MW, o vapor faz com que a energia térmica seja convertida em energia
mecânica, fazendo com que o equipamento gire á 5450 RPM. A turbina está
conectada a um redutor, este reduz a rotação a 1800 RPM aumentando sua
força. O redutor é ligado ao gerador, onde será gerada a energia.
A potência do gerador é de 28 MW. Após ser gerada a energia elétrica,
esta é direcionada para a rede de distribuição. A planta tem como objetivo gerar
energia para suprir a demanda interna, porém se houver excedente, este é
vendido externamente.
Lembrando que além da energia elétrica, um terço do vapor gerado pela
usina é enviado ao complexo industrial, suprindo assim sua necessidade no
processo.
A geração de energia está diretamente ligada com a demanda de
bagaço e o preço que a energia está sendo ofertada. Todo processo é
automatizado, contando com núcleos operadores de última geração.
2.5 Proposta de instalação do secador
A empresa estudada não possui secador de biomassa. Em diversos
períodos, o bagaço de cana-de-açúcar, é consumido pela caldeira com teores
de umidade elevados. Diante dos dados coletados na empresa, e cálculos
realizados neste trabalho, propõe-se a instalação de um secador rotativo, para
reduzir a umidade do bagaço consumido pela caldeira para 50%, teor de
38
umidade que a mesma é projetada para atuar com melhor eficiência.
2.6 Secador rotativo para biomassa
Os secadores rotativos são constituídos por um tambor rotativo que
possui um eixo horizontal e pás de rebatimento, em seu interior, de avanço e
de alto rendimento, que tem como objetivo, beneficiar a troca térmica entre os
gases quentes e o bagaço que está sendo reduzida à umidade. (MANFREDINI
E SCHIANCHI)
O sistema que trabalha o secador (figura 6), é o de contracorrente, onde,
o percurso dos gases quentes é contrário à direção de partida do bagaço, isto
possibilita um rendimento térmico no processo. Na saída do tambor fica a
cabeça de descarga, onde a biomassa seca pode ser direcionada para o
processo ou estoque. (MANFREDINI E SCHIANCHI, 2012)
Figura 6: Funcionamento do secador rotativo de biomassa.
Fonte: MANFREDINI E SCHIANCHI, 2012
Para o funcionamento do secador pode ser usado diversas fontes de
calor, porém, para se trabalhar em condições propícias de funcionamento é
interessante sempre combinar o ciclo ao fornecimento de energia. O
rendimento da troca térmica é diretamente proporcional à diferença das
temperaturas. A temperatura de alimentação do secador tem que ser
39
compatível com as características química e física do bagaço introduzido no
processo. (MANFREDINI E SCHIANCHI, 2012)
2.7 Secador proposto para fluxo da termoelétrica
O orçamento do secador rotativo (figura 7), proposto para a empresa foi
elaborado por uma empresa de Equipamentos Industriais localizada na cidade
de Sertãozinho/SP que possui recursos humanos, tecnologia e materiais
necessários para desenvolver e produzir equipamentos dentro dos mais altos
padrões de tecnologia disponíveis atualmente no mercado.
Figura 7: Secador rotativo de biomassa.
Fonte: MANFREDINI E SCHIANCHI, 2012
Para o projeto a empresa consultada dimensionou o equipamento
conforme a necessidade de produção, referente aos dados fornecidos pela
empresa estudada, descritas na tabela 2, com fluxo de 70 ton/h de bagaço,
sendo que o material na entrada no secador poderá ter no máximo 65% de
umidade, podendo ser rebaixado a 20%, se necessário.
Para um perfeito funcionamento do equipamento, há necessidade de
uma fonte de calor. No caso da termelétrica, tal fonte será fornecida pelos
gases de exaustão da caldeira que estão em torno de 150 a 160ºC, antes do
40
lavador de gases, pois a temperatura dos gases de exaustão na chaminé é de
85ºC, o que aumentaria as dimensões internas do equipamento tornando-o
pouco eficiente.
Mesmo considerando 150 a 160ºC as dimensões do equipamento ainda
são elevadas, o equipamento projetado possui 7,9 metros de diâmetro e 56,8
metros de comprimento e um volume interno de 2784 m3, sendo necessária
uma área de 448,72m2 para instalação do mesmo.
O tempo de retenção do material no equipamento é de 4,82 minutos em
média, a uma velocidade de 4 RPM.
2.7.1 Informações técnicas para o equipamento
- Porcentagem de Umidade do Material na entrada do Secador: 65%
- Porcentagem de Umidade desejada do Material na Saída do Secador:
20%
- Fluxo de Biomassa: 70.000 Kg/h.
2.7.2 Composição do Equipamento
- Acionamentos Completos;
- Corpo com estrutura completa e Aletas transportadoras;
- Bicas de Entrada e Saída do Material;
- Sistema de Limpeza e Coleta do Pó Arrastado (Ciclone) e sua
respectiva estrutura;
- Ventilador para Insuflamento de Ar;
- Exaustor de tiragem de Ar e Material particulado;
- Dutos de Interligação entre Componentes;
- Dampers de Regulagem de saída de Ar e,
- Sistema de portas com peso regulado para evitar explosões.
41
2.7.3 Informações Técnicas do Equipamento
- Vazão de Gás de Aquecimento: 475.508 m3/h
- Volume de Produto na entrada do Secador: 466,67 m3
- Quantidade de Água Retirada do Produto: 101,92 m3/h
- Volume Úmido: 1,2387 m3/Kg ar seco
- Quantidade em peso de material na saída do Secador: 56.000 Kg
- Diâmetro: 7,9 metros
- Comprimento: 56,8 metros
- Volume de Design de Preenchimento: 2784 m3
- Área total do Secador: 448,72 m2
2.7.4 Potência do Equipamento
- 973 CV (calculado)
- 1000 CV (utilizado)
- Fator de Enchimento: 15%
- Rotação: 4 RPM
- Tempo de retenção do Material: 4,82 minutos em média
- Velocidade do Ar no interior do equipamento: 1,25 m/s (velocidade
superior a esse parâmetro pode causar arraste do material e diminuir a
eficiência do equipamento).
2.7.5 Acionamentos
- Motor Weg 1000 CV 4 Polos
- Redutor Helicoidal Redução 1,50 e fator de serviço 1,59.
- Peso estimado do Equipamento: 400.000 Kg
42
O Valor Total do equipamento é de R$ 6.580.620,00 (Seis Milhões e
Quinhentos e Oitenta Mil e Seiscentos e Vinte Reais), sendo pago 35% na
entrega do produto e o restante a negociar.
CAPITULO III
3 COLETA E CÁLCULO DOS DADOS
Foram fornecidos pela empresa dados diários de produção referente ao
período de setembro de 2011 a agosto de 2012 e, então, realizado médias
mensais para a umidade bagaço, e somatória para produção de vapor, energia
e bagaço consumido pela caldeira. Tais dados se encontram na tabela 2.
Tabela 2: Dados de produção de vapor, energia, consumo e umidade do bagaço de setembro de 2011 a agosto de 2012.
MÊS/ANO VAPOR REAL (Ton.)
ENERGIA GERADA
(MWh)
UMIDADE BAGAÇO
(%)
BAGAÇO CONSUMIDO CALDEIRA
(Ton.) Set/11 Out/11 Nov/11 Dez/11 Jan/12 Fev/12 Mar/12 Abr/12 Mai/12 Jun/12 Jul/12
Ago/12
79.401,00 73.946,75 50.063,37 35.677,13 47.517,12 32.081,38 59.232,87 64.809,50 40.313,75 11.472,50 4.462,50
34.336,25
12.559,69 11.322,23 5.086,97 5.252,90 4.882,30 3.269,00 11.056,68 13.215,69 7.617,88 1.942,68 118,85
1.334,81
50,32 50,36 49,89 54,51 60,47 59,74 59,02 60,12 58,07 55,97 61,96 51,18
36.949,82 34.449,56 23.029,22 18.733,92 30.515,67 20.052,16 36.075,15 41.079,79 23.752,25 6.304,56 3.035,45 16.360,29
TOTAL 533.314,12 77.659,68 55,52 290.337,85 Fonte: A empresa, 2012
O vapor produzido durante esse período foi distribuído para empresas
secundárias do grupo, que o utilizam para outros fins, e também é utilizado
pela própria empresa para o processo, geração e comercialização de energia
elétrica.
A umidade do bagaço é um dos fatores mais importantes para a geração
de energia. Como mostra a tabela 2, a média de todos os meses foi de 55,52%,
o que não é o ideal. As usinas sucroalcooleiras extraem o caldo da fibra da
cana, com intuito de manter o bagaço resultante da extração com umidade
máxima de 50%, mas nem sempre isso acontece, e o bagaço que fica
44
estocado a céu aberto fica vulnerável a ações climáticas. A qualidade do
bagaço é essencial para um melhor aproveitamento do combustível. Há meses
com registros de umidade superior a 60% o que possivelmente influenciou na
qualidade da combustão alterando o valor dos parâmetros de conversão de
quantidade de combustível em vapor, e consequentemente na produção de
energia.
À medida que a umidade do bagaço aumenta, diminui seu poder
calorífico inferior e com isso diminui também a quantidade de vapor produzido
por tonelada de bagaço. Para calcular o PCI, utilizou-se a equação 4. É
necessário saber também, a quantidade de açúcar (s), e a umidade contida no
bagaço (w). Como o açúcar, sofre poucas variações, usou-se 1,86 para todos
os meses, valor este utilizado pela empresa estudada. Os resultados obtidos
para o PCI se encontram na tabela 3.
Tabela 3: PCI do bagaço e tonelada de vapor/tonelada de bagaço em função da umidade.
MÊS/ANO PCI VAPOR PRODUZIDO/
BAGAÇO CONSUMIDO (Ton.)
Set/11 Out/11 Nov/11 Dez/11 Jan/12 Fev/12 Mar/12 Abr/12 Mai/12 Jun/12 Jul/12
Ago/12
1.787,01 1.785,05 1.807,82 1.583,71 1.294,92 1.330,47 1.365,43 1.311,97 1.411,44 1.513,27 1.222,56 1.745,32
2,15 2,15 2,17 1,90 1,56 1,60 1,64 1,58 1,70 1,82 1,47 2,10
MÉDIA 1.457,24 1,75 Fonte: Os autores, 2012
A quantidade de vapor produzido por tonelada de bagaço foi encontrada
dividindo-se o total de vapor produzido em cada mês pelo bagaço consumido
pela caldeira. Como em setembro, outubro e novembro, a umidade do bagaço
esteve próxima do ideal, foram adotados valores médios para o PCI, umidade e
vapor produzido por tonelada de bagaço, referente a esses meses, os dados
respectivamente encontrados foram 1.793,29; 50,19 e 2,16. Com isso,
multiplicando a média do vapor produzido por tonelada de bagaço, pelo bagaço
45
consumido na caldeira, encontrou-se o que seria possível produzir de vapor em
cada mês, subtraindo o resultado do que realmente foi produzido, encontrou-se
a quantidade de vapor que deixou de ser produzido, devido à influência da
umidade como mostra a tabela 4.
Tabela 4: Diferença de vapor não produzido.
MÊS/ANO VAPOR REAL (Ton.)
VAPOR TEÓRICO (Ton.)
VAPOR TEÓRICO - REAL (Ton.)
Set/11 Out/11 Nov/11 Dez/11 Jan/12 Fev/12 Mar/12 Abr/12 Mai/12 Jun/12 Jul/12
Ago/12
79.401,00 73.946,75 50.063,37 35.677,13 47.517,12 32.081,38 59.232,87 64.809,50 40.313,75 11.472,50 4.462,50 34.336,25
79.680,03 74.288,37 49.661,09 40.398,55 65.805,17 43.241,25 77.793,85 88.586,05 51.220,28 13.595,41 6.545,77
35.279,97
279,03 341,62
0,00 4.721,42
18.288,05 11.159,87 18.560,98 23.776,55 10.906,53 2.122,91 2.083,27 943,72
TOTAL 533.314,12 626.095,79 92.781,67 Fonte: Os autores, 2012
Devido a umidade do bagaço no mês de novembro ser menor que a
média adotada para realizar os cálculos, a produção de vapor real foi maior que
o vapor teórico, por isso o resultado para o vapor não produzido foi zero.
Conforme dados de produção utilizada pela empresa são necessários
em média 6,1 toneladas de vapor para se produzir 1 MW de energia. Para
calcular o valor em reais deixados de ser comercializados, pela energia que
não foi produzida, calculou-se a quantidade de MW que não foi gerada em
função do vapor não produzido dividindo o mesmo por 6,1 toneladas.
Como dito anteriormente, a empresa pode direcionar o vapor produzido
para cogeração de energia elétrica e enviar o vapor de escape para as
empresas secundárias do grupo ou rebaixar o vapor produzido para suprir a
demanda das empresas diminuindo assim sua produção de energia. No total,
deixaram de ser produzidas 92.781,67 toneladas de vapor, devido à influência
da umidade. Supondo que a empresa tivesse direcionado toda produção de
vapor para a produção de energia, poderiam ser convertidos em 15.276,06 MW
de energia elétrica.
O preço do MW é estabelecido conforme dados da Câmara de
46
Comercialização de Energia Elétrica (CCEE). Uma de suas principais
atribuições está estabelecida no inciso VI do Artigo 2º do Decreto nº
5.177/2004, realizar a contabilização dos montantes de energia elétrica
comercializados no Sistema Interligado Nacional (SIN), bem como promover a
liquidação financeira dos valores decorrentes das operações de compra e
venda de energia elétrica no Mercado de Curto Prazo (MCP). A CCEE
contabiliza as diferenças entre o que foi produzido ou consumido e o que foi
contratado, mediante consideração dos contratos e dos dados de medição
registrados. As diferenças positivas ou negativas apuradas são valoradas ao
Preço de Liquidação das Diferenças (PLD), com base em duas informações,
volumes contratados e volumes medidos, e então processado o cálculo para
contabilização (CCEE, 2012).
Como o valor do MW de energia sofre variações de mês para outro, o
cálculo para encontrar o total em reais da energia que não foi produzida a partir
do total de vapor também não produzido foi feito mês a mês e após isso
realizado a somatória conforme mostra a tabela 5.
Tabela 5: Energia que poderia ser gerada em MW e R$.
MÊS/ANO ENERGIA QUE PODERIA SER GERADA (MW)
VALOR DO MW (R$)
ENERGIA QUE SERIA GERADA (R$)
Set/11 Out/11 Nov/11 Dez/11 Jan/12 Fev/12 Mar/12 Abr/12 Mai/12 Jun/12 Jul/12 Ago/12
45,74 56,00 0,00
774,00 2.998,04 1.829,49 3.042,78 3.897,79 1.787,96 348,02 341,52 154,71
21,18 37,14 45,55 49,47 23,14 50,67
124,97 192,70 180,94 118,49 91,24
119,08
968,84 2.079,96
0,00 38.289,94 69.374,67 92.700,12
380.256,62 751.105,05 323.512,68 41.236,61 31.160,22 18.422,64
TOTAL 15.276,06 1.749.107,34 Fonte: Os autores, 2012
Sendo assim, com o total de energia que seria possível produzir, deixou-
se de comercializar uma diferença de um milhão setecentos e quarenta e nove
mil, cento e sete reais e trinta e quatro centavos.
Utilizando o secador com capacidade máxima de secagem, no caso,
reduzindo a umidade para 20%, é possível conseguir valores ainda mais
47
relevantes, tanto do ponto vista produtivo, quanto econômico. Com a umidade
a 20%, o PCI contido no bagaço atinge um valor de 3.257,68 Kcal/kg, com isso
é possível produzir quase 4 toneladas de vapor por tonelada de bagaço. Na
tabela 6 constam os valores de produção simulados para a empresa estudada,
com a umidade a 20%.
Tabela 6 - Comparação dos dados reais de produção x simulação de produção com umidade a 20%.
Fonte: Os autores, 2012
O vapor e consequentemente energia elétrica com o bagaço a 20% de
umidade atingem mais que o dobro da produção para o bagaço com diferentes
teores de umidade, variando de 49,89 a quase 62%, isso significa que seriam
produzidos a mais 604.044,95 toneladas de vapor e 99.023,77 MW de energia
elétrica. Esses valores resultariam em nove milhões noventa e quatro mil cento
e quarenta e cinco reais e cinqüenta e um centavos de energia elétrica
comercializada. No entanto, é necessário que se faça um estudo em relação
aos equipamentos instalados na termoelétrica, e avaliar se os mesmos
suportarão essa redução de umidade e aumento de produção, já que a caldeira
é projetada para queimar bagaço a 50% de umidade.
CONCLUSÃO
Após o estudo realizado em relação ao processo produtivo de cogeração
de energia elétrica, foi possível compreender a importância de se reaproveitar o
bagaço de cana-de-açúcar para produção de vapor e de energia que podem
ser utilizados no processo produtivo.
Observou-se a importância de controlar a umidade, fator relevante na
otimização do poder calorífico inferior do bagaço. A partir das informações
obtidas na empresa pesquisada, pode-se perceber que a umidade do bagaço
não se encontrava dentro dos níveis estabelecidos para a caldeira utilizada
pela usina. Conclui-se através dos cálculos, que a empresa deixou de produzir
92.781,67 toneladas de vapor, o que resultaria em 15.276,06 MW de energia
elétrica. Estes valores foram obtidos com o uso do secador mantendo-se a
umidade a 50%. Porém se o secador de bagaço fosse usado em sua
capacidade máxima de redução de umidade, que seria de 20%, os resultados
obtidos seriam ainda mais positivos.
Portanto, o trabalho mostrou que o uso de secador viabiliza
significativamente a produção de energia, transformada a partir da queima do
bagaço da cana-de-açúcar. Porém, para que se possa implantar um secador ao
processo produtivo de uma termoelétrica e reduzir a umidade a 20%, é
necessário saber se a caldeira suportará esta redução, já que as caldeiras
atuais são projetadas para queimar o bagaço em torno de 50% de umidade.
Deve-se ainda levar em consideração se há área suficiente para a implantação
do secador.
REFERÊNCIAS
ANEEL. Agencia Nacional de Energia Elétrica. Biomassa. [online] Disponível em: http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/05-Biomassa(2).pdf. Acesso em: 18 Abr. 2012. ANEEL. Agencia Nacional de Energia Elétrica. Energia eólica. [online] Disponível em: http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/06-Energia_Eolica(3).pdf. Acesso em: 25 Mai. 2012. BITELLI, E. et al. O aproveitamento da palha da cana na produção de energia nas usinas de açúcar e álcool. Lins, SP, 2009. 54p. (Trabalho de conclusão de curso). Centro Universitário , UNILINS. BRAGA, B. et al. Introdução à engenharia ambiental. São Paulo: Prentice Hall, 2002. 305p. CCEE; Câmara de Comercialização de Energia Elétrica. Regras de comercialização – balanço energético. [online] Disponível em: http://www.ccee.org.br/search/query/redirect.jsp?qid=91726&did=482145&pos=1&idx=1&fid=&pdfq=%22regras%20de%20comercializa%C3%A7%C3%A3o%20balan%C3%A7o%20energetico%22. Acesso em: 25 Out. 2012. CHOHFI,F.M. Balanço, análise de emissão de sequestro de CO2 na geração de eletricidade excedente no setor sucroalcooleiro. Itajubá, MG, 2004. 81p. Dissertação (Mestrado em Engenharia da Energia). Universidade Federal de Itajubá, UNIFEI. EMILE, Hugot: Manual de engenharia açucareira; São Paulo: Mestre, 1977. ENERGIA. Revista análise, anuário 2012, p. 26-277, fevereiro, 2012. FERREIRA, F.M. Cogeração no setor sucroalcooleiro em Goías. Goiânia, GO, 2010. 28p. (Trabalho de conclusão de curso). Centro Universitário, UNILINS. GOLDEMBERG, J. Energia, meio ambiente & desenvolvimento. São Paulo: USP, 1998. 234p.
50
HILSDORF, Jorge Wilson; BARROS, Newton Deleos de; TASSINARI, Celso Aurelio de; COSTA, Irolda. Química tecnológica. São Paulo: Thomson, 2004. LEITE, Nilson Ribeiro; MILITÃO; Renato de Abreu. Tipos e aplicações de caldeiras agosto/setembro de 2008. Escola Politécnica – Depto. Enga. Mecânica. UDOP – União dos Produtores de Bioenergia MANFREDINI E SCHIANCHi. Secadores Rotativos. Disponível em: http://www.manfredinieschianchi.com/305-02-4PO-secadores-rotativos.htm. Acesso em: 07 Nov. 2012. MIERZWA,J.C.; HESPANHOL,I. Água na indústria: uso racional e reúso. São Paulo: Oficina de textos, 2005. 143p. MIRANDA, I.C. Aproveitamento energético de resíduos de biomassa: Bagaço e palha de cana-de-açúcar. Rio de Janeiro, RJ, 2009. 175p. Dissertação (Mestrado em Ciências). Universidade Federal do Rio de Janeiro, UFRJ. PAYNE, John Howard. Operações unitárias na produção de açúcar de cana. Tradução Florenal Zarpelon. São Paulo; Novel STAB; 1989. PIACENTE, F.J. Agroindústria canavieira e o sistema de gestão ambiental: o caso das usinas localizadas nas bacias hidrográficas dos rios Piracicaba, Capivari e Jundiaí. Campinas, SP, 2005. 175p. Dissertação (Mestrado em Desenvolvimento Econômico). Universidade Estadual de Campinas, UNICAMP. SHREVE, R. Norris. JR., Joseph A. Brink. Indústrias de processos químicos, 4ed. Rio de Janeiro: Guanabara,1997. SILVA, Danilo Piccolo. Estudo econômico do período de duração da safra de cana-de-açúcar na produção de açúcar e álcool para usinas de médio porte da região centro-sul do Brasil; São Caetano do Sul: CEUN-EEM, 2007. 97p. UDOP, União dos Produtores de Bioenergia. Colheita e transporte da cana de açúcar. [online] Disponível em: http://www.udop.com.br. Acesso em: 20 Ago. 2012.