LER 244 – RECURSOS ENERGÉTICOS E AMBIENTE
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LER 244 – RECURSOS ENERGÉTICOS E AMBIENTE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL. ENERGIA DE BIOMASSA. Prof. Tomaz Caetano Cannavam Ripoli. Edição: 2006. BIOMASSA?.

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LER 244 – RECURSOS ENERGÉTICOS E AMBIENTE

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL

ENERGIA DE BIOMASSA

Prof. Tomaz Caetano Cannavam Ripoli

Edição: 2006


BIOMASSA?

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)


CONVERSÃO DE BIOMASSA

(fotossíntese)

CO2 + H2O + ENERGIA

LUMINOSA

O2 + 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)


PRINCIPAIS PROCESSOS

(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)


PODER CALORÍFICO ?

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.


ASSIM, O QUE INTERESSA É O PCU

DE UMA BIOMASSA, POIS ESTE LEVA

EM CONTA A SUA UMIDADE COM QUE

SERÁ QUEIMADO!

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

CANAVIAIS NO BRASIL

50% EM S.P.

6.000.000 ha


COM E SEM

LAVAGEM

TRATAMENTO

DO CALDO

PROCESSO (SIMPLIFICADO) PARA

PRODUÇÃO DE ÁLCOOL E AÇÚCAR

MATÉRIA-PRIMA

(CANA-DE-AÇÚCAR)

EM FUNÇÃO DO

SISTEMA

DE COLHEITA

CRISTALIZAÇÃO

FERMENTAÇÃO

DESTILAÇÃO

AÇÚCAR

ÁLCOOL


REPRODUÇÃO DE DESENHO A BICO DE PENA

DE PERCY LAU DE USINA DE 1940




MUNDO

MATRIZ ENERGÉTICA

BRASIL


PODERES CALORÍFICOS

(DIVERSOS AUTORES)


ENERGIA EXTRAÍVEL DE 1 ha DE CANAVIAL

% ETANOL

% PALHIÇO

% 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)


CARACTERIZAÇÃO BÁSICA

1 t de palhiço = 1,2 a 2,8 EBP

1 ha CANAVIAL = 4 A 9 t DE PALHIÇO

(BASE PESO SECO)


PRODUTIVIDADE

AGRÍCOLA

DO PALHIÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR

(t/ha)

APÓS 15 DIAS

M.L.C.RIPOLI (2004)


HUMIDADE (%)

DO PALHIÇO DE

CANA DE AÇÚCAR

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

CO

NO

NO2

CO2

OUTROS

GASES

TÓXICOS

9000 C

E O QUE SE PERDE DE ENERGIA?


1 t PALHIÇO = 1,2 Equivalente

Barril de Petróleo

1 ha CANAVIAL:

75 t COLMOS

4 A 10 t PALHIÇO

(peso seco)

1 ha = 8,4 EBP

50% recolhido = 4,2 EBP

50% fica, fins agronômicos

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).

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)


NA CULTURA BRASILEIRA

O HÁBITO DE ENGOLIR ELEFANTE

E ENGASGAR COM

GRÃOS DE ARROZ É PRÓDIGO...


  • ASPECTOS NEGATIVOS:

  • - POLUIÇÃO AMBIENTAL (carvãozinho e gases tóxicos)

  • - DESPERDÍCIO ENERGÉTICO (palhiço)

  • PERDAS DE CALDO (sacarose)

QUEIMA DE PRÉ-COLHEITA


ASPÉCTOS NEGATIVOS

A QUEIMA LEVA A EXSUDAÇÃO DO COLMO



ÁREA: 6 X 10

6

ha

PERDAS DECORRENTES DA EXSUDAÇÃO

(ESTIMATIVA ESTADO SÃO PAULO.ATUALIZADO DE RIPOLI et al, 1998)

PERDAS ÁLCOOL ABSOLUTO: de 5 a 130 L/ha

E SE CONTINUA QUEIMANDO...

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


SIGNIFICA BAIXA ATIVIDADE MICROBIOLÓGICA

DIFICULTANDO O APROVEITAMENTO DOS FERTILIZANTES

E A FORMAÇÃO DE HUMUS



PERDAS INVISÍVEIS

COLHEITA MECÂNICA

(NEVES, 2.003)

VARIEDADES:

RB 806043

RB 72454

SP 80-1842

COLMOS COM PALHA COLMOS SEM PALHA

2 a 3% 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)



QUESTÃO DE TEMPO

MERCADO INTERNACIONAL

DE AÇÚCAR,

ÁLCOOL E BIOCOMBUSTÍVEIS COBRARÁ

PRESERVAÇÃO

AMBIENTAL

NA PRODUÇÃO,

ENTRE OUTRAS EXIGÊNCIAS


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)



(RIPOLI & RIPOLI, (2004)

OPÇÕES

COMO RECOLHER?




ENLEIRAMENTOS

SIMPLES, DUPLO E TRIPLO


2 TIPOS DE RECOLHEDORAS

2 MODELOS DE COLHEDORAS

(INTEGRAL)



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




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)

EFICIÊNCIA

ENERGÉTICA

ÍNDICE DE

TERRA

R$/EBP

(NO PÁTIO DA USINA)


(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


RESULTADO:

OS CUSTOS DA COLHEITA INTEGRAL

SERÃO MENORES DOS

AQUI APRESENTADOS

ESTIMA-SE QUE O CUSTO DA

ESTAÇÃO DE LIMPEZA, PODE SER

AMORTIZADO EM 10 meses


EM FACE AO EXPOSTO

CABE A PERGUNTA:

PORQUE, AINDA, AS USINAS NÃO

ESTÃO INVESTINDO NO

PALHIÇO?

POR RAZÕES ECONÔMICAS DERIVADAS

DE POLÍTICAS PÚBLICAS INEXPLICÁVEIS!

OU MUITO EXPLICÁVEIS...


VALORES ECONÔMICOS E PISOS CORRESPONDENTES ÀS

TECNOLOGIAS ESPECÍFICAS POR FONTE – PROINFA, março/2004.

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


ENERGIA EÓLICA: R$204 / MWh

BIOMASSA: R$ 93 A 169 / MWh

OU SEJA:

ESTIMULA-SE EMPREGO NA

ALEMANHA E DINAMARCA...

PAGA-SE ROYALTIES...


ESTA...

ATITUDE EMPRESARIAL

...OU BUSCAR...

REDUÇÃO DE CUSTOS

REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA

QUALIDADE DA OPERAÇÃO

PRESERVAÇÃO DO AMBIENTE

AGREGAÇÃO DE VALOR

= RENTABILIDADE ECONÔMICA

COM RESPONSABILIDADE SOCIAL


“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!

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