LER 244 – RECURSOS ENERGÉTICOS E AMBIENTE
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL
Edição: 2006
Prof. Tomaz Caetano Cannavam Ripoli
É toda matéria orgânica, excetuando-se os
combustíveis fósseis, ou seja, todo material
proveniente de colheitas agrícolas e
florestais, produtos animais, massa de
células microbianas, resíduos e produtos
renováveis em bases anuais (Hiler &
Stout,1985)
(fotossíntese)
CO2
O2
+
+
H 2O
+
ENERGIA
LUMINOSA
CARBOHIDRATOS
(AÇÚCARES E AMIDO)
(a combustão de O2 e Carboidratos = “respiração”)
FLUXOGRAMA DOS PROCESSOS PARA OBTENÇÃO DE COMBUSTÍVEIS
A PARTIR DE BIOMASSA (HILER & STOUT, 1985)
(DE CONVERSÃO DE BIOMASSA EM OUTRAS FORMAS DE ENERGIA)
COMBUSTÃO DIRETA: QUEIMA PARA PRODUÇÃO DE
CALOR (AQUECIMENTO OU ACIONAMENTO DE
TURBINAS ELÉTRICAS)
PIRÓLISE: DECOMPOSIÇÃO TÉRMICA DE RESÍDUOS,
SOB ALTAS TEMPERATURAS (500 A 9000 C) EM
ATMOSFERA POBRE EM O2, PRODUZINDO UM GÁS
OU LÍQUIDO DE BAIXO PODER CALORÍFICO.
PROCESSOS BIOQUÍMICOS: DECOMPOSIÇÃO DE
RESÍDUOS ORGÂNICOS, EM ATMOSFERA POBRE EM
O2, COM PRODUÇÃO DE METANO; OU FERMENTAÇÃO
CONTROLADA PARA OBTENÇÃO DE ÁLCOOL.
CONVERSÃO DE BIOMASSA EM
COMBUSTÍVEIS COMERCIAIS (HINRICHS, 2003)
SUPERIOR = “É O NÚMERO DE UNIDADES DE CALOR
LIBERADO, PELA COMBUSTÃO DE UMA UNIDADE DE
MASSA DE UMA SUBSTÂNCIA, EM BOMBA CALORIMÉTRICA,
EM ATMOSFERA DE OXIGÊNIO, A VOLUME CONSTANTE E
SOB CONDIÇÕES ESPECÍFICAS DE MODO QUE, TODA
ÁGUA PROVENIENTE DA COMBUSTÃO, ESTEJA NO ESTADO
LÍQUIDO” (ABNT NBR8633 (1984).
OU SEJA, OBTIDO EM LABORATÓRIO E CONSIDERA O
MATERIAL COM BASE EM PESO SECO!
INFERIOR e ÚTIL: OBTIDOS ANALITICAMENTE
PCI = PCS – 600 . 9H / 100
PCU = PCI [(100 – U) / 100] – 6H
Sendo:
PCI (kcal/kg) = PODER CALORÍFICO INFERIOR BASE PESO SECO
PCU (kcal/kg) = PODER CALORÍFICO ÚTIL À UMIDADE U DO MATERIAL
PCS (kcal/kg) = PODER CALORÍFICO SUPERIOR (BOMBA CALORIMÉT.)
H (%) = TEOR DE HIDROGÊNIO NO MATERIAL
600 (kcal) = VALOR MÉDIO ENERGIA ABSORVIDA/kg DE ÁGUA PARA
ATINGIR TEMPERATURA DE EVAPORAÇÃO.
9 = MÚLTIPLO DO PESO DO H2, CONTIDO NO MATERIAL, QUE
FORNECE O PESO DA ÁGUA FORMADA DURANTE A COMBUSTÃO
U (%) = UMIDADE DO MATERIAL, BASE PESO ÚMIDO.
6 = FATOR DE CONVERSÃO REFERENTE A ENERGIA PARA A
EVAPORAÇÃO DA ÁGUA DE FORMAÇÃO.
OBVIAMENTE O PCU É SEMPRE MENOR
QUE O PCI E ESTE, É MENOR QUE O PCS!
EXERCÍCIO:
CALCULE O PODER CALORÍFICO ÚTIL DE PALHA DE
CEREAL, QUE CONTÉM 8,4 % DE HIDROGÊNIO,
ESTANDO EM UMA UMIDADE DE 10 % E POSSUI UM
PCS = 4,445 Mcal/t.
100000 ha
5000 ha
2500 ha
1000 ha
0 ha
PROCESSO (SIMPLIFICADO) PARA
PRODUÇÃO DE ÁLCOOL E AÇÚCAR
MATÉRIA-PRIMA
(CANA-DE-AÇÚCAR)
COM E SEM
LAVAGEM
CRISTALIZAÇÃO
TRATAMENTO
DO CALDO
EM FUNÇÃO DO
SISTEMA
DE COLHEITA
FERMENTAÇÃO
DESTILAÇÃO
AÇÚCAR
ÁLCOOL
REPRODUÇÃO DE DESENHO A BICO DE PENA
DE PERCY LAU DE USINA DE 1940
DESTILARIA DE ÁLCOOL NO TRIÂNGULO MINEIRO, 2007
(CORURIPE, FILIAL ITURAMA)
NUCLEAR; 6 BIOMASSA; 3
HIDRELÉTRICA;
7
PETRÓLEO; 33
MUNDO
GÁS; 21
MATRIZ ENERGÉTICA
BIOMASSA;
29,7
BRASIL
CARVÃO
MINERAL; 30
PETRÓLEO;
38,4
NUCLEAR; 1,2
HIDRELÉTRICA GÁS; 9,3
; 15
CARVÃO
MINERAL; 6,4
5100
5200
PCS (kcal/kg)
5000
4800
4670
4550
4600
4400
4450
4370
4270
4600
4250
4200
4000
3800
colmo de
sorgo
napier
pinus spp
E. saligna palha cereal madeira mole bagaço
palhiço
(DIVERSOS AUTORES)
ENERGIA EXTRAÍVEL DE 1 ha DE CANAVIAL
24 % ETANOL
39 % PALHIÇO
37 % BAGAÇO
MOLINA JÚNIOR, 1991
PALHIÇO?
“MATERIAL REMANESCENTE SOBRE A SUPERFÍCIE DO
TALHÃO, APÓS A COLHEITA, PRINCIPALMENTE A
MECANIZADA, CONSTITUÍDO DE FOLHAS VERDES,
PALHAS, PONTEIROS; COLMOS, RAÍZES, ERVAS DANINHAS
E/OU RESPECTIVAS FRAÇÕES E
PARTÍCULAS DE TERRA A ELES ADERIDA”, (RIPOLI, 1988)
APÓS 15 DIAS
M.L.C.RIPOLI (2004)
Humidity (%)
APÓS 15 DIAS
M.L.C.RIPOLI (2004)
ENERGIA NO PALHIÇO (EBP/ha)
APÓS 15 DIAS
M.L.C.RIPOLI (2004)
QUEIMA DE PRÉ-COLHEITA
NO2
CO
NO
CO2
OUTROS
GASES
TÓXICOS
9000 C
E O QUE SE PERDE DE ENERGIA?
1 t PALHIÇO = 1,2 Equivalente
Barril de Petróleo
1 ha = 8,4 EBP
50% recolhido = 4,2 EBP
50% fica, fins agronômicos
1 ha CANAVIAL:
75 t COLMOS
4 A 10 t PALHIÇO
(peso seco)
50% área canavieira = 2,7 x 106 ha
18,9 X 106 EBP/SAFRA!
1 BARRIL DE PETRÓLEO = US$60...
MAS A QUEIMA CONTINUA COM BASE EM LEI
DO DR. GERALDO ALKMIM (MÉDICO...)
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DE SISTEMAS (EES) DE
RECOLHIMENTO DE BIOMASSA AGRÍCOLA
EES(%) = [1-(ECC/ECP)] . 100
SENDO, (em Kcal/kg):
ECC = ENERGIA CONSUMIDA NA FORMA DE ÓLEO
DIESEL EM TODAS OPERAÇÕES (ENLEIRAMENTO,
RECOLHIMENTO, TRANSPORTE,
DESCARREGAMENTO, PREPARO).
ECP = ENERGIA EXISTENTE NA BIOMASSA
COGERAÇÃO:
ESTIMATIVA DE RIPOLI et al (2000).
BIOMASSAS
Pu
(MJ/t)
A
(%)
Ac
(ha/ano)
Qt
(t/ha)
Pd
(pessoas/ano)
PALHIÇO 13551
CANA
50
2,7 x 106
11,26
9,85 x 106
BAGAÇO
CANA
7868
30
2,7 x 106
18,20
5,55 x 106
PALHA
ARROZ
15401
80
1,8 x 106
0,257
0,26 x 106
Pu= poder calorífico; A = % da área de produção; Ac = área de produção; Qt =
produtividade; Pd = no. pessoas, de baixa renda, atendidas/ano.
Exercício:
DETERMINE A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DE UM SISTEMA DE
RECOLHIMENTO, TRANSPORTE E DESCARREGAMENTO DE
BIOMASSA AGRÍCOLA.
DADOS:
PODER CALORÍFICO DA BIOMASSA: 1700 Mcal/t
CONSUMO DE ÓLEO DIESEL NAS OPERAÇÕES: 95 Mcal/t
EES(%) = [1-(ECC/ECP)] . 100
EES (%) = [1-(125 / 1500)] . 100
EES = 94,4 %
(DE CADA 100 UNIDADES DE ENERGIA POSTA NA UNIDADE
CONSUMIU-SE, APENAS 5,6 UNIDADES EM DIESEL)
ASPECTOS NEGATIVOS:
- POLUIÇÃO AMBIENTAL (carvãozinho e gases tóxicos)
- DESPERDÍCIO ENERGÉTICO (palhiço)
-PERDAS DE CALDO (sacarose)
ASPÉCTOS NEGATIVOS
A QUEIMA LEVA A EXSUDAÇÃO DO COLMO
TEMPERATURAS
PERDAS DECORRENTES DA EXSUDAÇÃO
(ESTIMATIVA ESTADO SÃO PAULO. ATUALIZADO DE RIPOLI et al, 1998)
ÁREA:
6 X 10 6 ha
PERDAS ÁLCOOL ABSOLUTO: de 5 a 130 L/ha
PERDAS ECONÔMICAS: de US$1,19/ha a US$30,93/ha
São Paulo:de US$ 7.100.000/ANO a US$185.600.000/ANO
VARIEDADES:
RB 806043
RB 72454
SP 80-1842
COLMOS COM PALHA
2 a 3%
PERDAS INVISÍVEIS
COLHEITA MECÂNICA
(NEVES, 2.003)
COLMOS SEM PALHA
2,1 a 5,4%
DEPENDEM:
VARIEDADE (MENOR TEOR DE FIBRA, MAIORES PERDAS)
PORTE DO CANAVIAL (MAIS DEITADO, MAIORES PERDAS)
ÓRGÃOS ATIVOS DE CORTE (CORTE BASAL, PICADORES, EXTRATOR
PRIMÁRIO- rpm)
HOLANDA, VIA U.E., ESTÁ CRIANDO UM PADRÃO
PARA COMBUSTÍVEIS RENOVÁVEIS
VARIÁVEIS EM CONSIDERAÇÃO:
- PREÇO
- QUALIDADE/PADRONIZAÇÃO
- PRESERVAÇÃO AMBIENTAL
(ÁGUA DE LAVAGEM SEM POLUIÇÃO,
AUSÊNCIA DE QUEIMADAS, PRESERVAÇÃO FLORESTAL)
- RESPONSABILIDADE SOCIAL
(TRABALHO ESCRAVO, DE MENORES ETC)
OPÇÕES
(RIPOLI & RIPOLI, (2004)
PALHIÇO ENLEIRADO
(60%)
CONSTITUIÇÃO E UMIDADE(%)
NO MOMENTO DA COLHEITA:
PONTEIROS (85), PALHAS (8),
FOLHAS VERDES(80), FRAÇÕES
DE COLMOS(90), PLANTAS
DANINHAS.
UMIDADE 15 DIAS APÓS:
10 A 20% (DEPENDENDO DE
CONDIÇÕES CLIMÁTICAS)
A GRANEL, MÁQUINA
TRACIONADA
A GRANEL, MÁQUINA
AUTO PROPELIDA
TIPOS DE RECOLHIMENTO
ENFARDAMENTO
CILÍNDRICO
ENFARDAMENTO
PRISMÁTICO
FONTE: M.L.C.RIPOLI, 2002
CARREGAMENTO
DESCARREGAMENTO, A GRANEL,
NO PÁTIO DA USINA
BAIXA DENSIDADE
ALTO CUSTO TRANSPORTE
MELHOR SISTEMA DE RECOLHIMENTO DO PALHIÇO
COLHEITA INTEGRAL (SISTEMAS DE LIMPEZA
DESLIGADOS)
SEPARAÇÃO DE REBOLOS DE COLMO E PALHIÇO NA USINA
TOTAL DE VARIÁVEIS ANALISADAS
151
derivadas
PARA SE CHEGAR À
(COMPROVAÇÃO DAS HIPÓTESES)
R$/EBP
EFICIÊNCIA
ENERGÉTICA
(NO PÁTIO DA USINA)
ÍNDICE DE
TERRA
(RIPOLI,
et al, 2003)
SIGNIFICATIVO
A 1%
1% SIGNIFICÂNCIA
(RIPOLI, et al, 2003)
SIGNIFICATIVO A 1%
CUSTOS EFETIVOS PALHIÇO POSTO
USINA
Considerando aumento de custo de colheita
(RIPOLI, et al, 2003)
OS CUSTOS DA COLHEITA INTEGRAL
SERÃO MENORES,AINDA, QUANDO:
COLHEDORAS DE MENOR VALOR
FUNÇÃO DE:
MOTORES COM MENOR POTÊNCIA
MENOS MOTORES HIDRÁULICOS E MANGUEIRAS
MENOR CONSUMO (DIESEL E HIDRÁULICO),
MANUTENÇÃO MAIS BARATA ETC.
TAIS MÁQUINAS PODERÃO CUSTAR 30 A 40 % MENOS DO
QUE O PREÇO ATUAL.
DEMAIS VANTAGENS DA COLHEITA INTEGRAL
NÃO AUMENTAM AS NECESSIDADES DE:
NOVOS INVESTIMENTOS EM EQUIPAMENTOS
(RECOLHEDORA, ENFARDADORA, TRANSPORTE )
NOVAS EQUIPES DE MANUTENÇÃO E
ABASTECIMENTO
MENORES ATIVIDADES GERENCIAIS
MENOR TRÁFEGO SOBRE TALHÃO E SOQUEIRA
(MENOS ESMAGAMENTO SOQUEIRAS)
INVESTIMENTO:
EXIGIRÁ ESTAÇÃO DE PRÉ LIMPEZA
(CONSUMIRÁ ENERGIA GERADA PELO BAGAÇO + PALHIÇO)
PEQUENO AUMENTO DE VEÍCULOS PARA CANA
ESTIMA-SE QUE O CUSTO DA
ESTAÇÃO DE LIMPEZA, PODE SER
AMORTIZADO EM 10 meses
POR RAZÕES ECONÔMICAS DERIVADAS
DE POLÍTICAS PÚBLICAS INEXPLICÁVEIS!
OU MUITO EXPLICÁVEIS...
VALORES ECONÔMICOS E PISOS CORRESPONDENTES ÀS
TECNOLOGIAS ESPECÍFICAS POR FONTE – PROINFA, março/2004.
TIPO DA CENTRAL
GERADORA
MÁXIMO (R$/MWh)
MÍNIMO (R$/MWh)
PEQUENAS CENTRAIS
HIDRELÉTRICAS
117,02
117,02
EÓLICA
204,35
150,45
BAGAÇO
93,77
83,58
CASCA DE ARROZ
103,20
83,58
MADEIRA
101,35
83,58
BIOGÁS DE ATERRO
169,08
83,58
BIOMASSA:
PARA GERAR ANO TODO USINA PRECISA:
RECEBER R$130,00/MWh (ESTÁ RECEBENDO R $93,77)
REDUZIR DE 500 PARA 300 kgf O CONSUMO VAPOR/t CANA MOIDA
“NÃO ESTOU PREOCUPADO COM
NENHUM DOS PROBLEMAS.
ESTOU MUITO OCUPADO COM
A SOLUCÃO DE CADA UM DELES”.
PROF. A.P. COBRA, ESALQ.
REFERÊNCIAS:
RIPOLI, T.C.C. & RIPOLI, M.L.C. Biomassa de cana-de-açúcar: colheita, energia e ambiente.
2ª. ed. Piracicaba: autores. 2005. 302 p.
RIPOLI, T.C.C.; RIPOLI, M.L.C.; CASAGRANDI, D.V.; IDE, B.Y. Plantio de cana-de-açúcar:
Estado da arte. Piracicaba: T.C.C.Ripoli. 2006. 216 p.
RIPOLI, T.C.C.; MOLINA JÚNIOR, W.F.; RIPOLI, M.L.C. Manual prático do agricultor:
Máquinas agrícolas. v.1. Piracicaba: T.C.C.Ripoli. 2005. 187 p.
ESPECIALISTA É AQUELE QUE SABE
MAIS E MAIS SOBRE MENOS E
MENOS, PORÉM ACABA SABENDO
TUDO SOBRE NADA!
GENERALISTA É AQUELE QUE SABE
MENOS E MENOS SOBRE MAIS E MAIS
PORÉM ACABA SABENDO NADA
SOBRE TUDO!
POR DO SOL NA ESALQ...