ESTUDO DE CASO EM UMA EMPRESA CALÇADISTA NA
REUTILIZAÇÃO DO RESIDUO DE COURO PARA PRODUÇÃO DE
ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DA BIOMASSA
Diego Borba – e-mail [email protected]
Faculdades Integradas de Taquara – Faccat – Taquara – RS – Brasil
Maiquel Cremonese – e-mail [email protected]
Faculdades Integradas de Taquara – Faccat – Taquara – RS – Brasil
José de Souza – e-mail [email protected]
UFRGS – Universidade Federal do Rio Grande do Sul – Porto Alegre – RS – Brasil
Clayton André Oliveira Motta – e-mail [email protected]
UFRGS – Universidade Federal do Rio Grande do Sul – Porto Alegre – RS – Brasil
Mário Augusto Alexandre Coelho – e-mail [email protected]
LdTM Laboratório de Transformação Mecânica – UFRGS Universidade Federal do rio Grande do Sul
Resumo: Os resíduos de couro gerado pelas indústrias calçadistas são considerados perigosos devido
a grande presença de cromo, oriundo do seu curtimento. Esses resíduos na maior parte são dispostos
em aterros. O presente artigo tem como objetivo fazer uma análise sobre a reutilização dos resíduos
de couro produzidos por uma empresa calçadista, através do processo de gaseificação, com a
finalidade de produzirmos gás, no qual irá servir de combustível de um turbogerador, conseguindo
assim gerarmos energia elétrica. A utilização do resíduos de couro, para geração de energia torna-se
atraente em função do seu poder calorífico que é de 4.400 kcal/kg.
Palavras-chave: Resíduos de couro; Reuso; Gaseificação; Combustível; Turbogerador.
CASE STUDY ON A SHOE COMPANY IN REUSE OF WASTE OF
LEATHER FOR ELECTRICITY PRODUCTION FROM BIOMASS
Abstract: The waste generated from leather footwear industries are considered dangerous due to the
large presence of chromium, arising from your tanning. These wastes are mostly disposed in landfills.
This article aims to analyze on the reuse of waste leather footwear produced by a company through
the gasification process, in order to produce gas, which will serve as a turbo fuel, thereby achieving
we generate electricity. The use of leather wastes for power generation becomes attractive in terms of
its calorific value is 4,400 kcal / kg.
Keywords: Leather waste, Reuse, Gasification, Fuel; Turbogenerator.
1. INTRODUÇÃO
Com o maior crescimento econômico tem implicado em aumento ao consumo de energia
em países em desenvolvimento. O aumento da urbanização e a industrialização são os maiores
responsáveis por esse aumento no consumo de energia. Na medida em que alguns recursos, como o
petróleo irá diminuindo, buscam-se por novos recursos energéticos alternativos e renováveis, como
água, vento, ondas do mar, energia solar, pois são recursos que são inesgotáveis (JANNUZZI, 1997).
Segundo Jannuzzi (1997), todas as fontes de energia podem ser consideradas fontes
renováveis, desde que seu uso não cause uma variação significativa em seu potencial de reposição.
O autor Reis (2006), descreve que até final década de 1980 o planejamento energético
mundial foi orientado para satisfazer a demanda crescente por energia sem grandes preocupações com
o ambiente e com a redução dos recursos naturais. Já a atual organização mundial, considera a energia
como um bem básico para integração do ser humano ao desenvolvimento, proporcionando
oportunidades e uma maior variedade de alternativas.
Segundo Reis (2006), fontes renováveis são aquelas cuja reposição pela natureza ocorre
em período de tempo consistente com a sua utilização energética, como água dos rios, marés, sol,
ventos, ou pode ser efetuado de forma compatível com as necessidades de sua utilização energética,
como a biomassa (cana de açúcar, resíduos animais, humanos e industriais).
Em 2008, muitos países mantinham programas para expansão das chamadas fontes
renováveis de energia, iniciados há alguns anos. As principais fontes eram a biomassa e hídrica, que
não apresentavam significativo potencial de expansão. Pesquisas e aplicações começaram a beneficiar
outras fontes alternativas de energia, sendo elas energia eólica, solar, mar, geotérmica, entre outras.
Essas alternativas de energias, também chamadas de energias limpas, buscam reduzir a dependência
dos combustíveis fósseis, como carvão e petróleo, nas quais são responsáveis por grandes emissões de
gases que provocam o efeito estufa (ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL, 2005).
A disponibilidade energética deveria se manter compatível com o acentuado aumento do
consumo provocado por um novo ciclo de crescimento econômico, observado principalmente nos
países em desenvolvimento. Entretanto, as fontes tradicionais teriam que ser substituídas por recursos
menos agressivos ao meio ambiente. Além disso, os consumidores seriam induzidos a substituir
energéticos mais poluentes por outros de menor impacto ambiental e a aderir a práticas mais
eficientes, por meio das quais é possível obter o mesmo resultado utilizando menor quantidade de
energia (ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL, 2008).
Segundo Godinho (2006), o setor coureiro-calçadista é o maior gerador de resíduos
sólidos do Estado do Rio Grande do Sul. A elevada produção de resíduos neste setor ocorre devido a
diversas caracteristicas inerentes da sua forma de produção. Entre elas pode-se destacar a variação
dimensional da sua matéria-prima (couro) e as tendências da moda.
2. REFERENCIAL TEÓRICO
Na década de 1970, surgia o conceito eco desenvolvimento que derivou para o conceito
normativo “Desenvolvimento Sustentável”, inserido em um contexto de controvérsia, com relação ao
crescimento econômico e meio ambiente, exacerbada, na época, através do relatório publicado do
Clube de Roma que doutrinava o crescimento zero com o objetivo claro de impedir a catástrofe
ambiental (BUTTERBY & FERREIRA, 2013).
Segundo Aguilar, Oliveira e Arcanjo (2012), na busca pela diminuição dos impactos
ambientais e sociais causados pelas fontes de energia tradicionais e buscando a preservação dos
recursos naturais deu-se início a busca por fontes de energia alternativas com baixo custo ambiental,
chamadas energias renováveis. Essas energias alternativas não prejudicam a natureza, e dentre as
quais podemos citar a energia solar, energia eólica, energia hidráulica, biomassa, biogás, biodiesel e
geotérmica, cada vez mais essas energias vem ganhando espaço e competindo com as energias já
existentes.
Segundo Silva (2010), o aumento da utilização das fontes renováveis de energia no
Brasil pode favorecer o estabelecimento da geração distribuída num país de dimensões continentais,
permitindo uma maior diversificação da matriz energética e auxiliando no suprimento dessa crescente
demanda.
Viana, Silva e Diniz (2001), afirmam que a modernidade e o meio ambiente derivam de
uma dinâmica: o ser humano como protagonista crescente em sinergia às superestruturas e com uma
centralização progressiva que absorve o fato de que é preciso repensar as relações entre o homem e a
natureza. Isto, porém, não é oposto ao fato de que, quando se preocupa com o meio ambiente, há a
obrigação de impor um questionamento profundo perante a modernidade, o que culmina por inserir
efetivamente os fundamentos dentro de uma nova realidade de desenvolvimento.
Segundo Silva (2010), o Brasil, segundo dados do Ministério de Minas e Energia (2008),
possui uma situação privilegiada em termos de utilização de fontes renováveis, sendo 43,9% da Oferta
Interna de Energia (OIE) renovável, enquanto a média mundial é de 14% e nos países desenvolvidos,
de apenas 6%. Sendo que 90% dessa energia são produzidas por grandes usinas hidrelétricas,
provocando amplos impactos ambientais e sociais. Oficialmente o PROINFA – Programa de Incentivo
às Fontes Alternativas de Energia Elétrica – é o programa governamental que deveria proporcionar o
efetivo uso da energia renovável no Brasil.
O Brasil já dispõe de várias fontes de dados de interesse para o planejamento e a gestão
de recursos energéticos. Diversas instituições e empresas possuem, em meio magnético ou impresso,
informações sobre tecnologias e sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica,
bem como o perfil dos consumidores nas diferentes regiões e setores de atividade (ATLAS DE
ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL, 2005).
Conforme Silva (2010), outro objetivo do PROINFA é a valorização das características e
potencialidades regionais e locais, com criação de empregos, capacitação e formação de mão de obra.
Outro quesito ressaltado pelo programa é a redução da emissão de gases de efeito estufa, já que as
fontes de energias alternativas escolhidas proporcionam um menor impacto ambiental.
Segundo Lucon e Goldemberg (2009), em 2006, 80% da energia usada no mundo se
originara em combustíveis fósseis (carvão petróleo e gás). Enquanto isso a união europeia, define
metas, pois pretende que até 2020 o consumo de energia seja de 20% através de energias renováveis,
assim como diminuir a emissão de gases poluentes também em 20% com relação a dados de 1991. O
crescimento é notório, pois países como Suécia, Alemanha e Áustria, vem tendo ótimos desempenhos
mostrando números que se aproximam dos 50% de utilização da energia renovável.
Segundo Roggia (2009), a era industrial não foi só o impulso para industrialização,
também contribuiu para elevação dos níveis de emissão de poluentes que agravaram o efeito estufa. A
partir de então, os níveis de dióxido de carbono, gás natural (metano), óxido nitroso, CFCs e ozônio,
os chamados gases do efeito estufa, começaram a aumentar.
Reis (2000), afirma para obtermos uma matriz energética fortemente baseada em energia
renovável é necessário o estabelecimentos de incentivos financeiros que permitam uma maior
penetração de novas tecnologias renováveis no mercado e de políticas que gradualmente contribuam
para restringir o uso de combustiveis fósseis.
A geração ou produção de energia elétrica compreende todo o processo de transformação
de uma fonte primaria de energia em eletricidade, tendo um papel de grande importância no contexto
de qualquer estratégia voltada a um desenvolvimento sustentável (REIS, 2000). As fontes primarias
usadas para a produção de energia elétrica podem ser classificadas em renováveis e não-renováveis.
A biomassa é uma das fontes para produção de energia com maior potencial de
crescimento nos próximos anos. Tanto no mercado internacional quanto no interno, ela é considerada
uma das principais alternativas para a diversificação da matriz energética e a conseqüente redução da
dependência dos combustíveis fósseis. Dela é possível obter energia elétrica e biocombustíveis, como
o biodiesel e o etanol, cujo consumo é crescente em substituição a derivados de petróleo como o óleo
diesel e a gasolina (ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL, 2008).
2.1 Biomassa
Energia da biomassa consiste no aproveitamento dos resíduos e produtos biodegradáveis
que advêm da agricultura, de florestas e mesmo de indústrias com intuito de produzir energia. São
classificados em quatro tipos o aproveitamento dos resíduos, sendo eles, biomassa sólida,
biocombustíveis líquidos, biocombustíveis gasosos e resíduos urbanos (REIS, 2000).
Segundo Aguilar, Oliveira e Arcanjo (2012), a biomassa é utilizada na produção de
energia a partir de processos como a combustão de material orgânico produzido e acumulada num
ecossistema. Podemos distinguir algumas fontes de energia com potencial energético considerável: a
madeira (e seus resíduos), os resíduos agrícolas, os resíduos municipais sólidos, os resíduos dos
animais, os resíduos da produção alimentar, as plantas aquáticas e as algas. Além de ambientalmente
mais favorável o aproveitamento energético e racional da biomassa tende a promover o
desenvolvimento de regiões menos favorecidas, por meio da criação de empregos.
O aproveitamento da biomassa pode ser feito por meio da combustão direta (com ou sem
processos físicos de secagem, classificação, compressão, corte/quebra etc.), de processos
termoquímicos (gaseificação, pirólise, liquefação e transesterificação) ou de processos biológicos
(digestão anaeróbia e fermentação). A figura 1 apresenta os principais processos de conversão da
biomassa em energéticos. (ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL, 2005).
Figura 1: principais processos de conversão da biomassa em energéticos.
3. DESENVOLVIMENTO
A empresa analisada se localiza na cidade de Santo Antonio da Patrulha, com uma
produção média de 800 pares dias, totalizando 16mil pares mês. A empresa apresenta um quadro de 90
colaboradores, no qual cinco atuam especificamente no setor de corte. Neste capitulo será apresentado
o processo de corte de uma indústria do setor calçadista responsável pela geração dos resíduos de
couro, além do sistema de gaseificação responsável pela tranformação do resíduo em gás para
posteriormente servir de combustível em um turbogerador a gás.
No final do processo de gaseificação acaba sobrando somente as cinzas das aparas de
couro. Essas cinzas podem ser utilizadas como matéria prima na produção de ligas de Fe-Cr, como
fonte de cromo para a produção do sulfato básico de cromo ou ainda para a produção de ácido
crômico.
3.1 Corte do couro
Na etapa de corte, são realizadas as operações de corte das diferentes peças que compõem
o cabedal (parte superior do calçado). No processo tradicional, o corte é realizado a mão ou através de
balancins. Este setor é responsável pelo início da produção do calçado, além de necessitar de uma
atenção maior aos materiais que são aplicados nos sapatos e manuseados.
Toda a operação acaba gerando em torno de 1 tonelada de resíduo de couro por mês. Esse
resíduo é de aproximadamente 6 centímetros quadrados, no qual devemos triturar para coseguirmos
utilizar no gaseificador.
3.2 Gaseificação
Como todo processo produtivo, o setor de corte de uma empresa calçadista também gera
resíduo. A colocação dessas navalhas em cima do material para corte acaba gerando retalhos, também
podendo ser chamados de aparas de couro, na qual a empresa analisada gera aproximadamente 1
tonelada dessas aparas de couro mês.
Para conseguirmos produzir energia elétrica através dos resíduos gerados no setor de
corte, utilizaremos apenas essas aparas de couro como fonte de energia devido ao seu poder calorífico
de 4.400 kcal/kg. Para utilizar essas aparas como combustível para geração de energia, precisamos
utilizar o processo de gaseificação.
Esse processo é de conversão térmica para a produção de gás combustível ou um gás de
sintase para posterior utilização. Neste processo podem ser utilizados diferentes tipos de agentes de
gaseficação, entre eles o ar, O2 e vapor de água. O uso de uma mitura de ar e vapor de água aumenta a
concentração de hidrogênio (H2), no gás combustível. Esse gás produzido pode ser usado na produção
de energia, em turbinas a gás, motores e caldeiras. Existem diversos tipos de gaseificadores, que são
classificados como gaseificadores de leito fixo, leito fluidizado, leito arrastado e tocha de plasma. Em
nossa analise usaremos como base os gaseificadores de leito fixo, no qual existem três tipos de
gaseificadores, sendo eles: Contra Corrente; Co-corrente e o Fluxo cruzado.
O gaseificador que melhor se adapta é o de co-corrente, no qual o resíduo é alimentado a
partir do topo do reator, enquanto o agente de gaseificação é introduzido pela lateral. Esse tipo de
reator possui 4 zonas distintas, sendo a região superior a zona de secagem, aonde ocorre a perda da
umidade, em seguida a zona de pirólise onde há a liberação da matéria volátil presente no resíduo,
logo abaixo zona de reação aonde ocorre a combustão parcial da matéria volátil e do char em contato
com o agente de gaseificação (ar), e no final a zona de redução no qual ocorre as reações para a
formação do gás combustível,como abaixo fluxograma do processo Figura 2:
Figura 2: Fluxograma do processo – Co-corrente
3.3 Turbinas gás
A turbina é um equipamento rotativo, que normalmente opera em regime permanente,
dedicado a fornecer trabalho na ponta de eixo (ou potência). O trabalho realizado na turbina é
produzido à custa da queda de pressão do fluido de trabalho. Esses equipamentos podem ser agrupados
em duas classes gerais: a formada pelas turbinas a vapor (ou outro fluido de trabalho), onde o vapor
que deixa a turbina alimenta um condensador, em que o vapor é condensado até o estado líquido, e as
turbinas a gás, em que o fluido normalmente é descarregado na atmosfera.
4. RESULTADOS
Conforme Godinho (2006), a planta piloto projetada, figura 3, para geração de energia
através do resíduo do couro, é capaz de gerar 350 KWtérmico com 200 toneladas de resíduo em 2500
horas de operação. Porém a empresa analisada conseguiria gerar apenas 1,75 KWtérmico em 0,14 horas
de operação, com o resíduo produzido por ela em um mês.
Figura 3 – Esquema da planta piloto (Godinho, 2006).
Legenda: 1. cinzeiro; 2. sistema de alimentação; 3. reator desgaseificação; 3'. grelha; 4. reator de
oxidação; 4'. chaminé de emergência; 5. ciclone; 6.resfriador gás-ar; 7. Lavador Venturi; 8. eliminador
de névoa; 9. lavador venturi; 10. torre de resfriamento; A. ponto de amostragem de gás; T.termopares;
P. pressão; CC. cinza do ciclone; CF. cinza de fundo; CP. corpos de prova
Portanto, só o resíduo da empresa analisada não é sufuciente para montar uma geradora
de energia deste porte. Por isso seria importante que as empresas de calçados da cidade de Santo
Antonio da Patrulha e Vale do Paranhana se unissem em uma cooperativa, para obter o volume
necessário de material para gerar energia.
Nas bibliografias pesquisadas não foi encontrado custo de implantação de uma usina.
5. CONCLUSÃO
A cada ano que passa a demanda por energia no mundo aumenta, o crescimento
populacional requer o aumento da produção, exigindo o aumento da oferta de energia para a indústria
e para a população. A matriz energética brasileira está baseada em combustíveis fósseis, tendo o
petróleo e o gás natural como fonte energética principal da nossa cadeia produtiva e de transportes.
Como observado, a destinação dos resíduos gerados pelas indústrias calçadistas são os
aterros sanitários. Com a energia cada vez mais cara é preciso investir mais em pesquisa para o
aproveitamento dos resíduos industriais para geração de energia mais barata em nossa região.
Não é possível abandonar por completo as fontes energéticas tradicionais, não renováveis,
mas é dever de todos nós reutilizar melhor os resíduos com potencial energético, que são descartados
em aterros sanitários.
REFERÊNCIAS
Agência Nacional de Energia Elétrica - http://www.aneel.gov.br. Acesso em 01 de maio de 2013.
AGUILA, Renato S.; OLIVERIA, Lidiane C. de S.; ARCANJO, Grazielle L. F. Energia Renovável:
Os Ganhos E Os Impactos Sociais, Ambientais E Econômicos Nas Indústrias Brasileiras. XXXII
ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO. Bento Gonçalves, RS, outubro de
2012.
Atlas de energia elétrica do Brasil / Agência Nacional de Energia Elétrica. 2. Ed. – Brasília: ANEEL,
2005.
Atlas de energia elétrica do Brasil / Agência Nacional de Energia Elétrica. 3. Ed. – Brasília: ANEEL,
2008.
BUTTERBY, Ricardo e FERREIRA, Karine C.; A Energia Eólica como Alternativa Sustentável para
o Centro-OesteSecretaria de Estado de Gestão e Planejamento do Estado de Goias http://www.seplan.go.gov.br/sepin/pub/conj/conj10/artigo05.pdf. Acesso em 15 de junho de 2013.
GODINHO, Marcelo; Gaseificação e combustão de resíduos sólidos da indústria calçadista. 2006.
Tese (Doutorado) - Universidade federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia, Pós-Graduação
em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Matérias (PPGEM). Porto Alegre, RS, 2006.
JANNUZZI, Gilberto de M., JANNUZZI, Gilberto de Martino e SWISHER, Joel N.P. Planejamento
integrado de recursos energéticos: meio ambiente, conservação de energia e fontes renováveis.
Campinas, SP. Autores Associados, 1997.
PORTAL BRASILEIRO DE ENERGIAS RENOVÁVEIS - http://energiarenovavel.org. Acesso em
01de maio de 2013.
PORTAL
BRASILEIRO
DE
ENERGIAS
RENOVÁVEIS
http://www.energiasrenovaveis.com/index.asp. Acesso em 01 de maio de 2013.
-
REIS, Lineu Belico dos e SILVEIRA, Semida. Energia Elétrica para desenvolvimento sustentável:
Introdução de uma visão multidisciplinar. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2000.
REIS, Lineu B.; Energia elétrica e sustentabilidade: aspectos tecnológicos, socioambientais e legais /
Lineu Belico dos Reis, Eldis Camargo Neves da Cunha. Baueri, SP. Manole, 2006.
ROGGIA, Ricardo S.; GITAHY, Paula F. S. de C. R.; NETTO, Alexandre dos S.; VENÉRIO,
Christina de C.; JUNIOR, Leonard W. Energia Renovável: A Energia Do Hidrogênio Aplicada À
Geração De Energia Elétrica Através De Células À Combustível. XXIX ENCONTRO NACIONAL
DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO. Salvador/ BA, outubro de 2009.
SILVA, Ewerton C. P.; SANTOS, Erica C. M.; SILVA, Ricardo M.; NOVAES FILHO, Edberto F.;
FERREIRA, Icaro E. C. Uma Análise Dos Incentivos Que Podem Favorecer O Uso Da Energia
Renovável No Brasil. XXX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO. São
Carlos, SP de outubro de 2010.