Tese_MTeixeira_Doutorado

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA MECNICA

COMISSO DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

Caracterizao Energtica do Babau e Anlisedo Potencial de Cogerao

Marcos Alexandre Teixeira

Luiz Fernando Milanez

02/03

II




DEPARTAMENTO DE ENERGIA




Curso: Engenharia Mecnica

rea de Concentrao Trmica e Fluidos

Tese de doutorado apresentada comisso de Ps Graduao da Faculdade de Engenharia

Mecnica, como requisito para a obteno do ttulo de Doutor em Engenhara Mecnica

Campinas, 2003

S.P. - Brasil

III




DEPARTAMENTO DE ENERGIA

TESE DE DOUTORADO ACADMICO




_______________________________________________________________Luiz Fernando Milanez , PresidenteFEM - UNICAMP_______________________________________________________________Jos Luz SilveiraUNESP - Guaratingueta_______________________________________________________________Marcelo Moreira GanzarolliFEM - UNICAMP_______________________________________________________________Arnaldo Cesar da Silva WalterFEM - UNICAMP_______________________________________________________________Caio Glauco SanchezFEM - UNICAMP

Campinas, 26 de Fevereiro de 2003

IV

Dedicatria:

minha querida esposa, cujo incansvel apoio foi elemento essencial para que eu pudesse

encontrar foras para levar a cabo este trabalho.

VAgradecimentos

Dedico este espao para tentar agradecer a todas as pessoas que me auxiliaram ao longo destes 4

anos. Sei que no muito e que nem mesmo poderei dar a cada uma delas o devido mrito. Gostaria que

cada um soubesse que suas colaboraes, embora no paream a princpio, foram primordiais para que eu

pudesse galgar mais esta etapa na minha vida.

Em primeiro lugar gostaria de estar registrando meu profundo agradecimento ao meu orientador

Luiz Fernando Milanez, que to bem me recebeu na comunidade da FEM, me propiciando todas as

condies possveis para meu amadurecimento e crescimento, tanto pessoal quanto profissional e

acadmico.

Gostaria de registrar um especial agradecimento s pessoas abaixo relacionadas que tiveram uma

especial participao ao longo dos trabalhos, sem o que este no seria possvel:

Prof. Caio da FEM, por ter cedido o uso do Laboratrio, assim como pelas valiosas contribuies;

Engenheiro Ricardo Nogueira Costa, da Cosima, que to gentilmente forneceu no s material

como valiosas informaes e incentivo;

Eng. Arisvalter, da Sabes Garoto, o qual foi o primeiro a me receber e fornecer dados do

processo, sempre me auxiliando e me orientando;

Eng. Martins da Oleama, que foi incansvel em me elucidar as caractersticas do processo de

extrao;

Ao Eng. Jos Mario Frazo, da EMBRAPA - GDRIM;

Aos senhores: Arnaldo Lopes da Silveira, Clineu Cesar Coelho Filho e Sra. Ana Maria G. Saraiva,

da Gerencia de Planejamento do Governo do Estado do Maranho, pelo envio das castanhas para

anlise;

s seguintes empresas que gentilmente forneceram informaes preciosas para este trabalho:

VI

Aboissa S/A, Jaumaq Ind. e Com. de Mquinas Ltda., Ecirtec Equip. e Acess. Ind. Ltda.,

Dresser-Rand do Brasil Engeturb, TGM Turbinas Ind. e Com. Ltda., WEG Indstrias S/A e

Dedini S/A.

No poderia esquecer, claro, de agradecer a agncia de fomento CAPES - Coordenao de

Aperfeioamento de Pessoas de Nvel Superior que generosamente me forneceu a bolsa de estudos sem a

qual este trabalho no seria possvel. Espero ter podido prestar nao o devido retorno em termos de

material produzido e divulgao do excelente trabalho realizado por esta entidade.

VII

Resumo

TEIXEIRA, Marcos Alexandre. Caracterizao Energtica do Babau e Anlise do Potencial deCogerao,: Faculdade de Engenharia Mecnica, Universidade Estadual de Campinas, 2003. 189p. Tese (Doutorado).

Este trabalho teve como objetivo estimar o potencial de produo de excedentes de energia

eltrica, produzido em regime de cogerao, junto ao setor de extrao de leo de Babau (Orbignya ssp

(Palmae)) no Brasil. Para cumprir com este objetivo, foi feito um levantamento da disponibilidade de

biomassa associada ao agro-extrativismo desta palmcea. Neste levantamento foram considerados trs

diferentes cenrios: correspondente atual produo de leo, indicando para cada um dos 3 cenrios

analisados: 1.168 milhes de toneladas anuais de biomassa energtica (endocarpo e mesocarpo) para o

primeiro cenrio, correspondente atual produo de leo; segundo cenrio, com um sistema de coleta

otimizado elevando de 26 para 65% de frutos coletados, resultando em 2,922 milhes de toneladas de

biomassa por ano (endocarpo e mesocarpo) e finalmente, uma anlise do potencial de todo o territrio

nacional considerando a aptido de solo e clima, resultando em 7,414 milhes de toneladas de frutos por

ano. Com parte dos trabalhos foram ensaiados os materiais componentes do fruto: epicarpo (casca),

mesocarpo (farinha amilcia), endocarpo (parte lenhosa) e castanhas, para levantamento de diversas

caractersticas fsico-energticas, tais como: poder calorfico, densidade, composio elementar, anlise

imediata, curvas termogravimtricas em atmosfera inerte e em regime de oxidao. Para anlise do

potencial de gerao de energia eltrica, foi estudada a matriz energtica de plantas de extrao de leo,

considerando-se o uso de um ciclo de vapor com uso de turbina de extrao-condensao, e gerao do

vapor em 3 diferentes nveis de presso e temperatura. O potencial de gerao de excedentes de energia

eltrica encontrado varia em funo do tipo de tecnologia usada, considerando-se a gerao de vapor a

4,56 MPa e 420?C e turbina operando em regime de extrao condensao em indstria de extrao e

VIII

refino, 6,2 MPa e 450 ?C para plantas com produtos associados, como sendo as melhores opes tecno-

econmicas, o potencial de gerao de energia eltrica seria da ordem de 104,6 MW (primeiro cenrio),

podendo chegar 262 MW (segundo cenrio), com potencial mximo para territrio nacional de 662 MW

(terceiro cenrio).

Palavras Chave

Babau (Orbignya ssp (Palmae)), Cogerao, Biomassa, Brasil, Gerao Energia Eltrica.

IX

Abstract

TEIXEIRA, Marcos Alexandre. Caracterizao Energtica do Babau e Anlise do Potencial deCogerao,: Faculdade de Engenharia Mecnica, Universidade Estadual de Campinas, 2003. 189p. Tese (Doutorado).

The objective of this work is to estimate the potential of the electric energy surplus produced by

cogeneration in the babassu (Orbignya ssp (Palmae)) oil extraction sector in Brazil. In order to accomplish

this, the biomass availability associated to this palm tree was analyzed for 3 scenarios: 1.168 millions of tons

per year of energetic biomass (endocarp and mesocarp) for the first scenario, corresponding to the present

oil production situation; second scenario, with an optimized collecting system increasing from 26 to 65% of

collected fruits, resulting in 2.922 millions of tons per year of biomass (endocarp and mesocarp) and finally,

an analysis of the potential over the whole nation territory considering soil and climate. As part of this work

the matter constituting the fruit was tested: epicarp (peel), mesocarp (starch flour), endocarp (wooden part)

and kernel, in order to obtain the physical properties such as heating value, density, ultimate and proximate

analysis, thermogravimetric curves in inert atmosphere and in oxidizing regime. To analyze the electric

energy generation potential, the energetic matrix for oil extraction plant was studied considering the use of a

vapor cycle with an extraction-condensation turbine, and vapor generation in three different levels of

pressure and temperature. The potential of electric energy surplus found varies as a function of the

technology employed. Considering the vapor generation at 4.56 MPa and 420C and turbine operating in

regime of extraction-condensation in industry of extraction and treatment of crude babassu oil and 6.2 MPa

and 450 ?C for more verticalized plants with associated products as the better options, the potential of

electric energy generation would be of the order of 104.6 MW for the first scenario, 262 MW for the

second scenario and 662 MW for the third scenario.

XKey Words: Babassu (Orbignya ssp (Palmae), Cogeneration, Biomass, Brazil, Electricity Generation.

0ndice

1 Introduo 11

2 Objetivo 13

3 Justificativa do Trabalho 15

4 Reviso Bibliogrfica 17

4.1 Energia 17

4.2 Crise Energtica e Meio ambiente 18

4.3 Biomassa 20

4.3.1 Sistemas integrados de produo de alimentos e energia 22

4.4 Babau 24

4.4.1 Indstria processadora 27

4.4.1.1 Prensagem 27

4.4.1.2 Extrao por solvente 29

4.5 Cogerao 30

4.5.1 Cogerao com uso de biomassa 32

4.6 Produo Independente de Energia 34

4.6.1 Interesse e Condio de Compra da Energia 36

4.7 Critrios de deciso em sistemas energticos 37

14.7.1 Problemas na cogerao com biomassa 40

4.7.2 Parmetros de operao do ciclo de potncia 41

5 Metodologia 45

5.1 Disponibilidade de biomassa 45

5.2 Caracterizao da Biomassa de Babau 46

5.3 Levantamento do Perfil Energtico do Setor 48

5.4 Estudo de Cogerao 49

5.5 Planejamento e Estudo da Cadeia Produtiva 50

6 Resultados 52

6.1 Disponibilidade de biomassa 52

6.1.1 Cenrio A 52

6.1.2 Cenrio B 53

6.1.3 Cenrio C 54

6.2 Caracterizao da Biomassa de Babau 58

6.2.1 Material Analisado 59

6.2.2 Epicarpo 59

6.2.3 Mesocarpo 62

6.2.3.1 Dados de Literatura 65

6.2.4 Endocarpo 66


6.2.5 Castanha 71


6.2.6 Outros Dados 76

6.3 Perfil Energtico 77

6.3.1 Plantas novas 77

6.3.2 Anlise da demanda trmica - Plantas novas 80

26.4 Plantas existentes 80

6.4.1 Oleama S/A 81

6.4.2 Sabes Garoto S/A 84

6.4.3 Discusso 88

6.5 Comparao 91

6.6 Dados para Modelagem 92

6.6.1 Descrio das instalaes 93

6.6.1.1 Sistema de Separao do Coco 96

6.6.1.2 Parmetros de operao da planta modelada 99

6.7 Cogerao com Babau 100

6.7.1 Modelagem 100

6.7.2 Clculo do potencial 105

6.8 Custos 106

6.9 O Mercado de Babau 109

6.9.1 Modelo de Explorao da Palmeira de Babau 112

7 Discusso 115

7.1 Disponibilidade 115

7.2 Caracterizao da Biomassa 116



7.5 Mercado de leo de Babau 134

7.5.1 Modernizao do setor 137

7.5.1.1 Linhas de Ao Integralizadoras 138

7.5.1.2 Linhas de Ao Direcionadas 141

8 Concluses 143

38.1 Disponibilidade 143

8.2 Caracterizao da Biomassa 143



8.5 Mercado de leo de Babau 147

8.6 Concluses Gerais 149

9 Propostas para Futuros Trabalhos 151

10 Referncias Bibliogrficas 152

11 Anexo 1 - Questionrio para Coleta de Dados 159

12 Anexo 1 - Dados dos ensaios 166

13 Anexo 2 - Dados da Oleama S/A 173

14 Anexo 2 - Dados da Sabes Garoto S/A 180

15 Apndice I - Referncias de Pessoas e Entidades Citadas 186

4ndice de Figuras

Figura 1: Corte esquemtico da castanha, cortes transversal (a) e longitudinal (b) e os seus principais

componentes: a - epicarpo, b - mesocarpo, c - endocarpo e d - amndoa (fonte: Emmerich, 1987).24

Figura 2: reas de ocorrncia do Babau (Fonte: Amaral Filho, 1990). 25

Figura 3: Esquema de comrcio predominante no complexo da extrato-indtria babaueira. 26

Figura 4: Processo de extrao por prensagem . 28

Figura 5: Processo de extrao por solvente. 29

Figura 6: Ciclo topping a vapor, em cascata (IAA, 1987). 33

Figura 7: Ciclo tooping combinado, gs/vapor. 33

Figura 8: Venda de excedente de energia para CPFL, fonte: Anurio Estatstico CPFL 1992 a 1998. 36

Figura 9: Esquema de funcionamento do ciclo de um sistema BIG-GT, presso atmosfrica, simplificado.

41

Figura 10: Quantidade de castanhas produzidas em toneladas por ano, com as duas principais regies

produtoras em destaque - Nordeste e Norte. As demais regies no so representativas. Fonte

IBGE/SIDRA (2002). 52

Figura 11: Sistema de transporte proposto por Luiz Amaral, com uso de Big Bags (May, 1999). 54

Figura 12: Disposio geral das reas de ocorrncia do Babau (MIC/STI, 1982). 55

Figura 13: Quantidade da Produo Extrativa (1999) - Babau (Amndoa). 56

Figura 14: Resultado do processamento manual do fruto, mostrando quebra inicial e posterior separao

do epicarpo. 58

Figura 15: Curvas da Anlise termogravimtrica para o epicarpo, em atmosfera inerte. 61

Figura 16: Curvas da Anlise termogravimtrica para o epicarpo, em atmosfera reativa. 62

Figura 17: Curva de Umidade de Equilbrio - Mesocarpo . 63

5Figura 18: Amilograma de farinha de Babau - Mesocarpo. 65

Figura 19: Endocarpo de Babau quebrado mecanicamente, fornecido pelo Sr. Jos Mrio F. Frazo

(Frazo, 2001). 67

Figura 20: Grfico de Granulometria para endocarpo analisado. 68

Figura 21: Curva de Umidade de Equilbrio - Endocarpo . 68

Figura 22: Curvas da Anlise termogravimtrica para o endocarpo, em atmosfera inerte. 69

Figura 23: Curvas da Anlise termogravimtrica para o endocarpo, em atmosfera reativa. 70

Figura 24: comportamento da densidade com relao ao percentual de castanhas defeituosas. 72

Figura 25: grfico de granulometria para castanha analisada. 73

Figura 26: Curva de Umidade de Equilbrio - Castanha. 74

Figura 27: Curvas da Anlise termogravimtrica para a castanha, em atmosfera inerte. 75

Figura 28: Curvas da Anlise termogravimtrica para a Castanha, em atmosfera reativa. 75

Figura 29: Desenho esquemtico do fluxo de material da planta da Olema S/A. 82

Figura 30: Desenho esquemtico do fluxo de vapor da planta da Olema S/A. 82

Figura 31: Desenho esquemtico do fluxo de material da planta da Sabes Garoto S/A. 85

Figura 32: Desenho esquemtico do fluxo de vapor da planta da Sabes Garoto S/A. 86

Figura 33: Percentual de ociosidade ao longo do ano na planta da Oleama S/A. 89

Figura 34: Correlao consumo de energia nas caldeiras com quantidade de Babau processado na planta

da Oleama S/A, ao longo do ano. 89

Figura 35: Consumo de energia eltrica especfico ao longo do ano na planta da Oleama S/A. 90

Figura 36: Consumo de energia trmica e eltrica ao longo do ano na planta da Oleama S/A. 91

Figura 37: Esquema proposto pra operao de ciclo de potncia vapor para planta de processamento de

castanha de Babau. 93

Figura 38: Desenho esquemtico do sistema proposto (turbina de extrao condensao). 94

Figura 39: Sistema de quebra e despela preconizado pela Mquinas Piratininga S/A (Leme, 1981). 97

Figura 40: Descascador p/coco de Babau (Frazo, 2001). 98

Figura 41: Quebrador de endocarpo de coco de Babau (Frazo, 2001). 98

Figura 42: Resultados da Anlise Imediata, dos componentes do fruto - Volteis. 117

Figura 43: Resultados da Anlise Imediata, dos componentes do fruto - Carbono Fixo. 117

Figura 44: Resultados da Anlise Imediata, dos componentes do fruto - Cinzas. 117

6Figura 45: Resultados do ensaio de umidade de equilbrio Mesocarpo de Babau, comparado com ouros

amilceos (fonte: - Bala, 1997 e Hartman & Esteves, 1982). 120

Figura 46: Resultados do ensaio de umidade de equilbrio Castanha de Babau, comparado com ouras

oleaginosas (fonte: - Bala, 1997 e Hartman & Esteves, 1982). 121

Figura 47: Resultados da Anlise Elementar dos componentes do fruto e outras biomassas. 123

Figura 48: Comparao de % de volteis, carbono fixo e cinzas, entre estufa e TGA, p/epicarpo. 125

Figura 49: Comparao de % de volteis, carbono fixo e cinzas, entre estufa e TGA, p/endocarpo. 125

Figura 50: Comparao de % de volteis, carbono fixo e cinzas, entre estufa e TGA, p/Castanha. 126

Figura 51: Potencial de gerao de excedentes de energia eltrica p/planta de extrao e refino. 130

Figura 52: Potencial de gerao de excedentes de energia eltrica em plantas c/produo associada. 130

Figura 53: Grfico dos valores da TIR, para as 6 configuraes estudadas. 132

Figura 54: Grfico do Valor Presente Lquido para as 6 configuraes estudadas. 132

Figura 55: Sistema de produo de tecnologia apropriada proposto por Herrera (1981). 138

7Lista de Tabelas

Tabela 1: Distribuio percentual do processo de extrao (Fonte: Amaral Filho, 1990). ........................27

Tabela 2: Sistemas de cogerao, por tipo de ciclo adotado (CESP, 1985)............................................32

Tabela 3: Sntese dos parmetros na Simulao de sistemas de cogerao (Walter, 1994)......................42

Tabela 4 Condies de anlise de planta extratora de leo de Dend (Coelho et. al., 2001). ..................43

Tabela 5 Condies de anlise de planta extratora de leo de Dend (Coelho et. al., 2001). ..................44

Tabela 6: Disponibilidade de biomassa por estado, segundo cenrio A deste estudo. ..............................53

Tabela 7: Disponibilidade de biomassa por estado, segundo cenrio B deste estudo. Fonte IBGE/SIDRA

(2002) & May (1999)....................................................................................................................53

Tabela 8: Dados obtidos com o epicarpo analisado................................................................................60

Tabela 9: Dados obtidos com o TGA do epicarpo analisado em atmosfera inerte. ..................................60

Tabela 10: Dados obtidos com o TGA do epicarpo analisado em atmosfera reativa................................61

Tabela 11: Dados obtidos com o mesocarpo analisado. .........................................................................62

Tabela 12: Dados do Ensaio de umidade de Equilbrio - Mesocarpo. .....................................................63

Tabela 13: Composio da Farinha de Babau (Peixoto, 1973). ............................................................66

Tabela 14: Dados de obtidos do endocarpo analisado. ..........................................................................66

Tabela 15: Percentuais de reteno nas peneiras do ensaio de Granulometria, para endocarpo................67

Tabela 16: Dados do Ensaio de umidade de Equilbrio - Endocarpo.......................................................68

Tabela 17: Dados obtidos com o TGA do endocarpo analisado em atmosfera inerte. .............................69

Tabela 18: Dados obtidos com o TGA do endocarpo analisado em atmosfera reativa.............................70

Tabela 19: Dados obtidos das Castanhas analisadas. .............................................................................71

Tabela 20: Tabela de valores de densidade com relao ao percentual de castanhas quebradas ou

infectadas.......................................................................................................................................72

8Tabela 21: Percentuais de reteno nas peneiras do ensaio de Granulometria, para Castanhas. ...............73

Tabela 22: Dados do Ensaio de umidade de Equilbrio - Castanha..........................................................73

Tabela 23: Dados obtidos com o TGA da Castanha analisada em atmosfera inerte. ................................74

Tabela 24: Dados obtidos com o TGA da Castanha analisada em atmosfera reativa. ..............................74

Tabela 25: Anlise qumica das amndoas (Gonsalves, 1955).................................................................76

Tabela 26: Composio percentual dos constituintes do fruto. ................................................................76

Tabela 27 Lista de equipamentos dos oramentos de fornecedores nacionais. ........................................78

Tabela 28 : Oramento fornecidos pelos fabricantes de equipamentos, em US$......................................80

Tabela 29 : ndices de desempenho termodinmico das unidades propostas pelos fabricantes. ................80

Tabela 30 : Capacidade de extrao de leo da Planta da Oleama.........................................................81

Tabela 31 : Possveis condies do vapor para anlise do ciclo Termodinmico da Planta da Oleama. ....83

Tabela 32 : Anlise do consumo de calor para a extrao de leo na planta da Oleama S/A. ..................83

Tabela 33 : Resultado da anlise do consumo de calor para a planta da Oleama S/A. .............................84

Tabela 34 : Possveis condies do vapor para anlise do ciclo Termodinmico da Planta da Sabes

Garoto. ..........................................................................................................................................86

Tabela 35 : Anlise do consumo de calor para a extrao de leo na planta da Sabes Garoto S/A. .......87

Tabela 36 : Resultado da anlise do consumo de calor para a planta da Sabes Garoto S/A. ..................87

Tabela 37 : Percentual de ociosidade e consumos de Eletricidade e Combustvel para Caldeiras ao longo

do ano, para a planta da Oleama S/A. ............................................................................................88

Tabela 38 : Consumo energtico mensal mdio, Eletricidade e Combustvel para Caldeiras, para a planta

da Oleama S/A. .............................................................................................................................91

Tabela 39 : Compilao dos dados de consumo de enetgia e condies de processo..............................92

Tabela 40 : Lista de equipamento de cada processo da planta, potncia associada, fator de uso e consumo

de energia estimado........................................................................................................................94

Tabela 41 : Potncia e gasto de energia eltrica especficos para a planta terica. ...................................96

Tabela 42 : Dados de consumo energtico de uma unidade sistema PQS (Frazo, 2001)........................98

Tabela 43 : Dados da modelagem para o cenrio Caldeira A e Turbina A. ...........................................101

Tabela 44 : Resumo dos dados para o cenrio Caldeira A e Turbina A. ...............................................102

Tabela 45 : Dados da modelagem para o cenrio Caldeira B e Turbina A.............................................102

Tabela 46 : Resumo dos dados para o cenrio Caldeira B e Turbina A.................................................102

9Tabela 47 : Dados da modelagem para o cenrio Caldeira C e Turbina A. ...........................................102

Tabela 48 : Resumo dos dados para o cenrio Caldeira C e Turbina A. ...............................................103

Tabela 49 : Dados da modelagem para o cenrio Caldeira A e Turbina B.............................................103

Tabela 50 : Resumo dos dados para o cenrio Caldeira A e Turbina B.................................................103

Tabela 51 : Dados da modelagem para o cenrio Caldeira B e Turbina B. ............................................103

Tabela 52 : Resumo dos dados para o cenrio Caldeira B e Turbina B. ................................................104

Tabela 53 : Dados da modelagem para o cenrio Caldeira C e Turbina B.............................................104

Tabela 54 : Resumo dos dados para o cenrio Caldeira C e Turbina B.................................................104

Tabela 55 : Resumo das potncias estimadas para as diferentes configuraes......................................104

Tabela 56 : Resumo das potncias estimadas para as diferentes configuraes......................................105

Tabela 57 : Resumo das potncias estimadas para as diferentes Configuraes/Cenrios. .....................106

Tabela 58: Custo das Turbinas, fornecedor Dresser-Rand ...................................................................106

Tabela 59: Custo das Turbinas, fornecedor TGM - Engeturb . .............................................................107

Tabela 60: Custo dos geradores, fornecedor Dresser-Rand. ................................................................107

Tabela 61: Custo dos geradores, fornecedor WEG .............................................................................107

Tabela 62: Custo das Caldeiras fornecedor Dedini ..............................................................................107

Tabela 63 : Valores dos investimentos totais para as 6 configuraes propostas....................................107

Tabela 64 : Valores da Taxa Interna de Retorno - TIR para as 6 configuraes propostas....................107

Tabela 65 : Distribuio do Valor Presente Lquido para as 6 configuraes propostas.........................108

Tabela 66 : Custo do MW instalado para as 6 configuraes propostas. ..............................................108

Tabela 67: Comparao entre potencial de produo de biomassa de Babau e demais fontes de

biomassas energticas presentes na Matriz Energtica Brasileira. ...................................................115

Tabela 68: Quadro comparativo dos valores de Anlise Imediata de outras biomassas..........................118

Tabela 69: Valores do Poder Calorfico Inferior dos componentes do Babau encontrados nas fontes

pesquisadas em comparao aos dados obtidos............................................................................119

Tabela 70: Valores do Poder Calorfico Superior para diferentes biomassas. ........................................119

Tabela 71: Valores do Umidade de Equilbrio para diversos materiais, incluindo componentes do fruto de

Babau. .......................................................................................................................................120

Tabela 72: Valores do densidade para os componentes do Babau e outras biomassas. .......................121

Tabela 73: Dados de composio elementar para diferentes biomassa e para o fruto do Babau. ..........122

10

Tabela 74: Comparao entre PCS calculado e obtido com bomba calorimtrica (ASTM D 270-33)...123

Tabela 75: Comparao entre PCI calculado e obtido com bomba calorimtrica (ASTM D 270-33)....123

Tabela 76: Percentual de volteis, carbono fixo e cinzas, entre estufa (ASTM D 3172 & D-3175) e TGA,

p/epicarpo....................................................................................................................................124

Tabela 77: Percentual de volteis, carbono fixo e cinzas, entre estufa (Norma ASTM D 3172 & D-3175) e

TGA, p/endocarpo.......................................................................................................................124

Tabela 78: Percentual de volteis, carbono fixo e cinzas, entre estufa (Norma ASTM D 3172 & D-3175) e

TGA, p/Castanha. ........................................................................................................................124

Tabela 79: Dados comparativos de perfil energtico para setores que utilizam biomassa........................128

Tabela 80: Comparao de consumos especficos para diferentes setores processadores de biomassa..129

Tabela 81: Valores de potencial disponvel para gerao de excedentes de energia eltrica supondo ser

esta feita em planta de simples extrao e refino do leo................................................................129

Tabela 82: Valores de potencial disponvel para gerao de excedentes de energia eltrica p/planta de

extrao e refino com produo de outros sub-produtos derivados do leo bruto..........................129

Tabela 83: Valores de gerao de excedentes de energia eltrica p/planta de extrao e refino. ............131

Tabela 84: Valores do potencial de gerao de excedentes de eletricidade para a indstria de extrao de

leo de Babau no Brasil. .............................................................................................................132

11

Captulo 1

1 Introduo

Tendo como pano de fundo o fim da chamada era do combustvel fssil, em funo do

esgotamento da capacidade de emisso na atmosfera de mais carbono proveniente da queima de

combustveis (CO e CO2), que leva ao problema maior do aumento de temperatura do globo (conforme

disposto pelo protocolo de Kioto), imperativa a busca por novas fontes de energia sustentveis a mdio e

longo prazo. Tornando necessrio dar maior ateno aos sistemas energticos baseados nas chamadas

"fontes renovveis", cujo aspecto essencial a sua sustentabilidade ao longo do tempo, a exemplo do uso

da Biomassa energtica.

Mesmo sabendo ser premente essa necessidade de comear este trabalho em direo a uma matriz

energtica mais sustentvel em nvel global, isto no se verifica dentro da escala necessria, uma vez que

existe uma inrcia muito grande na migrao dos sistemas baseados em combustveis fsseis (tambm

chamados no renovveis) para sistemas renovveis, em especial por questes tais como sucateamento

dos sistemas existentes e as facilidades oferecidas por aqueles.

Neste sentido, comum notar que o aproveitamento destas fontes sustentveis de energia se d de

forma marginal, aliando-se a outros fatores de produo. Normalmente o aproveitamento ocorre inserido

em sistemas de produo especficos, em que o insumo bsico utilizado originando mltiplos produtos,

entre eles, energia. Este o caso da maioria das formas de utilizao de biomassa como fonte energtica, a

exemplo da cana-de-acar com a produo combinada de lcool, acar e eletricidade.

A biomassa usada na indstria, no por questes sociais ou ambientais, mas por caractersticas

12

particulares de determinados processos em que esta se mostra tcnica e economicamente vivel. O uso

energtico da biomassa , antes de tudo, uma questo de processo inserido no contexto industrial e assim,

deve ser tratado com o perigo de, se no faz-lo, cair em questes de relevncia secundria para os

principais atores. Os ganhos ambientais, sociais e estratgicos so pertinentes e relevantes, mas raramente

interferem no processo decisrio em mbito industrial.

Tecnicamente esta produo energtica se mostra mais favorvel nos sistemas que incorporam os

conceitos da cogerao, em que possvel maximizar o aproveitamento energtico de uma fonte energtica

primria pelo uso seqencial nas formas de calor e potncia.

Uma biomassa com caractersticas de aproveitamento que se encaixa nestes padres o Babau.

Fruto de uma palmeira de mesmo nome, do qual podem ser extrados diferentes produtos: leo, farinha

protica, farinha amilcea e um endocarpo fibroso que pode ser utilizado como combustvel.

Embora seja conhecida h muito tempo sua utilidade do ponto de vista energtico, a biomassa de

Babau para fins energticos tem sido relegada, permanecendo sem a devida ateno pelos centros de

pesquisa desde a opo pela cana de acar no perodo aps a crise do petrleo da dcada de 70.

Assim sendo, este trabalho tem por objetivo resgatar o estudo, nas novas bases de conhecimento

do uso energtico da biomassa e explorar as potencialidades do aproveitamento energtico do Babau,

caracterizando-a (dada a falta de informao disponvel) e analisar a insero de ciclos de gerao de

energia eltrica em ciclos de vapor integrados ao seu sistema produtivo em regime de cogerao.

A importncia deste trabalho vem no s pelo fato de preencher uma lacuna no estudo de outras

fontes energticas renovveis que no a cana-de-acar, mas tambm por resgatar o uso de uma palmeira

de elevada importncia para o desenvolvimento da regio Nordeste-Norte do pas, frente aos novos

conhecimentos que vem se acumulando ao longo de dcadas de estudo sistemticos do uso energtico da

biomassa que no foram transferidos para outras reas de aplicabilidade alm da cana-de-acar e os

estados do Centro-Sul (principalmente).

13

Captulo 2

2 Objetivo

O objetivo deste trabalho atualizar o estudo do Babau (Orbignya ssp (Palmae)), como uma

fonte de biomassa energtica, aplicando os conhecimentos acumulados com os trabalhos desenvolvidos

para a cana-de-acar, disponibilizando sociedade uma boa base para novos trabalhos que possam

estudar caso a caso a aplicabilidade da tecnologia de cogerao s unidades de extrao de leo.

Como parte dos trabalhos, necessria a caracterizao da biomassa, tanto em relao

disponibilidade quanto s caractersticas, pois latente a lacuna na bibliografia de informaes sobre o

fruto desta palmcea.

Tambm foi analisado o potencial de produo de energia eltrica junto ao setor processador de

leo de Babau no territrio brasileiro, com uso de tcnicas de cogerao.

Para que estes objetivos fossem atingidos, foi necessrio cumprir com as seguintes etapas,

impondo uma direo para o desenvolvimento dos trabalhos:

1. Estimar a disponibilidade de biomassa para o setor e suas caractersticas, tanto em termos de

sua distribuio geogrfica quanto metodologia de coleta adotada, considerando

possibilidades de otimizaes;

2. Utilizando os conhecimentos acumulados com o estudo da cana-de-acar, caracterizar os

componentes do fruto de Babau, no somente como fonte de biomassa energtica, mas

tambm procurar levantar parmetros que auxiliem no dimensionamento de plantas

14

processadoras;

3. Descrever o perfil energtico das atividades industriais do setor, determinando as configuraes

mais freqentes e suas demandas de potncia e calor;

4. Com base nas informaes levantadas e a presente situao do mercado brasileiro, calcular

custos para potncia instalada e condies de atratividade financeira para a energia produzida,

considerando o uso da tecnologia empregada na cogerao com bagao de cana; e

5. Analisar a atual cadeia produtiva desta agroindstria brasileira, procurando caracterizar o setor

quanto pontos dbeis, potencialidades no exploradas, assim como necessidades para futuros

trabalhos.

15

Captulo 3

3 Justificativa do Trabalho

O mote deste trabalho se origina do entendimento da necessidade de estudo do potencial de

sistema de gerao de energia com base em combustveis renovveis, como o uso energtico da biomassa

em paralelo crise do setor de gerao de energia eltrica no Brasil

Neste sentido espera-se que este exerccio terico de quantificao sirva como instrumento de

planejamento energtico, levando a questionamentos de ordem: ambiental, tcnica, mercadolgica, poltica

e social entre outros (do ponto de vista das indstrias utilizadoras, tanto da sociedade brasileira como da

internacional).

Ressaltamos os seguintes aspectos de relevncia desta anlise:

1. A rea de ocorrncia do Babau complementar da cana-de-acar, possibilitando ao pas o

uso de sistemas energticos baseados em biomassa em uma parte maior do territrio brasileiro;

2. Analisar, para um determinado segmento da indstria nacional, a possibilidade de diversificar

suas atividades, inaugurando um novo patamar de negcios em regies carentes de

investimentos e desenvolvimentos tecnolgicos;

3. Fornecer subsdios para o atendimento de parte das propostas acordadas na agenda 21,

assinada por ocasio da RIO 92, tambm pelo Brasil;

4. Estabelecer novas tcnicas de trabalho para o setor extrator de leo de Babau, em direo a

sua maior sustentabilidade e menor agresso ao meio ambiente;

5. Prover um breve estudo das possibilidades de soluo energtica para uma parte da economia

16

brasileira carente de inovao tecnolgica e historicamente ausente no mbito do

desenvolvimento tecnolgico direcionado s suas caractersticas especficas, fontes energticas

estas que se adaptem s necessidades e caractersticas locais (agroindstria); e

6. Fornecer subsdios para a elaborao de uma poltica de desenvolvimento energtico ligada

biomassa.

17

Captulo 4

4 Reviso Bibliogrfica

4.1 Energia

A energia no somente uma questo de watts de potncia instalados disponveis, como bem

ressalta Jannuzzi (1997) e esta questo da energia pode ser vista pela sociedade de vrias formas, em

funo dos diversos parmetros e dos diversos grupos sociais envolvidos, podendo ser influenciados por

diferenas tais como nvel de deciso, autoridade, necessidades.

A energia pode ser tratada como uma mercadoria, uma necessidade ou um recurso

estratgico/ecolgico, dependendo de como os agentes do processo energtico a compreendem. O

principal ator deste processo o sistema energtico, conjunto de atividades que inclui uma complexa rede

de operaes com o objetivo extrair energia das fontes encontradas na natureza e entreg-la para o

consumo final (Jannuzzi, 1997). Estas atividades podem ser divididas em trs nveis: produo e converso

de fontes de energia em vetores energticos, armazenamento e distribuio dos vetores e consumo final.

Analisando o setor de produo e converso, as fontes energticas podem ser dividas em fontes

primrias ou secundrias, ou classifica-las em renovveis ou no renovveis.

Quando transpomos estas consideraes ao sistema energtico tanto brasileiro quanto global,

somos levados a considerar algum dos fatores abaixo relacionados, admitindo que:

1. A demanda global de energia est crescendo mais rpido do que populao (Federal Institute

18

for Geosciences and Natural Resources, 1998);

2. O Plano 2015 da ELETROBRAS supe uma maior participao da biomassa na matriz

energtica brasileira (Ventura Filho, 1996);

3. necessria uma maior participao do setor privado na expanso do parque de gerao de

energia eltrica no Brasil (Rosa, 1993); e

4. H a necessidade de se lanar um olhar crtico sobre a natureza finita dos combustveis fsseis e

a busca de solues para os problemas energticos atuais e futuros.

4.2 Crise Energtica e Meio ambiente

A energia indispensvel sobrevivncia diria e ao desenvolvimento futuro. Dependemos da

disponibilidade de energia por muito tempo e em quantidades cada vez maiores, de fontes seguras,

confiveis e adequadas ao meio ambiente. No dispomos, nas condies atuais, de nenhuma fonte -

isolada ou combinada - que possa atender a essa necessidade futura (Comisso Mundial Sobre Meio

Ambiente, 1991).

A falta desta fonte energtica segura, duradoura, confivel, barata e ecologicamente saudvel teve

sua necessidade sentida a partir da atual crise energtica, relacionada com o futuro da economia mundial,

que tem suas razes no prprio modelo de desenvolvimento adotado, tendo sido mais evidente a partir da

crise do petrleo de 1973, em conseqncia das atitudes da OPEP, marcando o fim da era da energia

barata (Sachs, 1986). Este mesmo autor ressalta que um reflexo desta crise foi tornar economicamente

viveis fontes alternativas de energia, obrigando a revises abrangentes das estratgias de desenvolvimento.

Aliando-se a conscincia da natureza finita de nosso planeta ao desenvolvimento de uma conscincia

ecolgica, surgiu a idia de limites ao crescimento econmico infinito. Esta crise tambm obrigou uma

reviso das estratgias de desenvolvimento, procurando elaborar novos modelos.

A percepo das limitaes do modelo de crescimento em vigor so explicitadas historicamente a

partir de consideraes sobre: meio ambiente, recursos naturais e escassez. As primeiras formulaes

remontam de R. T. Malthus (1798), influenciado pela problemtica do crescimento exponencial da

populao frente ao linear da produo de alimentos. Em seguida, J. S. Mill (1862) lana as bases de que

19

o crescimento no um processo sem fim, propondo que a verdadeira meta a melhor distribuio da

renda, no o seu crescimento Na sociedade urbana industrial inglesa, W. S. Jevons (1865) visualiza o

insumo energtico carvo como limitante (Kula, 1992).

Neste trabalho o autor ressalta ainda (Kula, 1992):

1. O trabalho de A. C. Pigou (1929) que apontou a necessidade de distribuir os recursos entre

presente, futuro prximo e remoto;

2. Trabalhos que verificaram que os recursos naturais (com exceo dos produtos de origem

florestal) esto ficando cada vez menos escassos com os avanos da tecnologia de

extrao/beneficiamento que evolui com passar dos anos;

3. O Clube de Roma que, usando modelos matemticos baseados nas condies da poca,

ilustrou que o crescimento econmico no somente um benefcio questionvel, mas um evento

potencialmente danoso, se no desastroso, uma vez que continuando no mesmo ritmo, levaria

exausto de recursos.

Desta forma, falar de modelos energticos falar de modelos de desenvolvimento. Como diz

Rosseti (1983) em seu artigo "Crescimento e Desenvolvimento, Diferenas Fundamentais": explorando o

equvoco de associar o crescimento (mormente o econmico) ao desenvolvimento, acabamos por no

contabilizar os seus custos sociais, por exemplo, uma vez que o desenvolvimento envolve um processo

dinmico, no qual, ao longo do tempo, se modificam caracteres da estrutura social e econmica.

Em resposta percepo da falncia do modelo de crescimento atual, surgem modelos ditos

alternativos, tais como o ecodesenvolvimento proposto por Ignacy Sachs e o desenvolvimento sustentvel,

preconizado no Relatrio Brundland.

O ecodesenvolvimento colocado como uma forma de desenvolvimento durvel, vivel,

harmonizando objetivos sociais, ambientais e econmicos. Desenvolvimento orientado pelo princpio da

justia social em harmonia com a natureza (Sachs, 1986). Este modelo considera como crucial o estudo da

interface alimentos-energia, englobando sistemas de co-produo de alimentos e biomassa energtica, com

capacidade de sustentao a longo prazo, combinando operaes de mercado e auto abastecimento com

20

altas eficincias (energtica, de capital e recursos), baixo consumo energtico e uma abordagem

participativa no planejamento e na gesto (Sachs, 1986).

O conceito de desenvolvimento sustentvel definido, pela Comisso Mundial sobre Meio

Ambiente e Desenvolvimento, como o "desenvolvimento que satisfaz s necessidades do presente sem

comprometer a capacidade das geraes futuras de satisfazerem suas prprias necessidades" (Goulet,

1997).

Em ambos os modelos, a biomassa como fonte energtica apontada como fator chave para a

soluo de parte dos problemas atualmente enfrentados pela Humanidade, quer pela suas caractersticas de

fonte energtica no agressora do meio, quer como modelo de gerao socialmente e ecologicamente

correto. Enfim, um modelo tecnologicamente capaz de responder s novas necessidades que a

Humanidade ora se depara.

neste quadro de transformaes conceituais acerca do crescimento e da forma como elas so

preconizadas, que surgem as discusses em torno do meio ambiente e sua incorporao nas estratgias das

empresas enquanto elemento de competitividade internacional, muitas vezes apoiando-se em princpios

gerais do que convencionalmente denominado desenvolvimento sustentvel, como no caso da ISO

14000 (Rio, 1996).

4.3 Biomassa

O conceito de Biomassa tem evoludo ao longo do tempo, definida primeiramente do ponto de

vista biolgico a partir do conceito de massa total de uma planta que possa ser eventualmente utilizada, se

as tcnicas de colheita e condies de mercado permitirem (Hall & Overed, 1987), at o presente, em que

se faz uso do conceito de sistemas energticos com base no uso da biomassa, como sendo esta um insumo

fornecido por materiais de origem vegetal renovvel ou obtido pela decomposio de dejetos

(FIESP/CIESP, 2001).

A utilizao energtica de biomassa faz uso de diferentes processos, onde Cortez & Lora (1997)

destacam:

21

1. Combusto ou queima direta: transformando energia qumica em calor com a reao do

combustvel com o oxignio, fornecido alm da quantidade estequiomtrica;

2. Gaseificao: aquecimento com a presena de oxidante, em quantidade menor que a

estequiomtrica, obtendo-se gs combustvel (compostos de CO, H2, CH4, entre outros);

3. Pirlise: aquecimento em ausncia de oxidante, obtendo gases combustveis, produtos lquidos

(alcatro e cido piro-lenhoso) e substncia carbonosa (processo de fabricao do carvo

vegetal);

4. Liquefao: processo para obteno de combustveis lquidos reagindo a biomassa triturada

com monxido de carbono, em presena de um catalisador alcalino;

5. Fermentao: converso anaerbia, pela ao de microorganismos (processo usado na

obteno do lcool anidro a partir da cana-de-acar); e

6. Biodigesto: converso anaerbia, pela ao de microorganismos, produzindo biogs (metano e

gs carbnico).

Outra tecnologia em desenvolvimento para utilizao energtica da Biomassa a gaseificao e

utilizao de turbinas aero-derivadas (COPERSUCAR, 1997).

Em Cortez & Lora (1997) podemos encontrar ainda exemplos das diferentes indstrias com

utilizao energtica de biomassa: setor sucro-alcooleiro, papel e celulose, cermicas, padarias, etc., se

estendendo por uma srie de setores do meio produtivo, distribudas desde pequeno at grande porte.

Com relao origem deste suprimento energtico, como descrito por Tillman (1987), ela pode

ser:

1. Esterco proveniente da pecuria (bovina, suna, etc.);

2. Cultivos especficos de espcies com objetivos energticos, plantaes energticas, rvores de

crescimento rpido, sorgo, etc.;

3. Resduos de indstrias alimentcias, como no caso do acar, caf instantneo, frutas e vegetais

enlatados, entre outros;

22

4. Resduos do processamento de madeira, tal como: indstria de papel e celulose e

beneficiamento de toras.

Dentro da Matriz Energtica Brasileira, a biomassa representava, j em 1977, 17,1% da energia

utilizada; em 2001 este nmero subiu para 23,3 % (MME, 2002). Os maiores usos deste insumo

energtico esto ligados a setores especficos da economia a exemplo dos setores sucro-alcooleiro

(cogerao) e de produo de celulose (Cortez & Lora, 1997).

4.3.1 Sistemas integrados de produo de alimentos e energia

Os chamados sistemas integrados de produo de alimentos e energia so solues tecnolgicas

que tentam harmonizar a adoo de tecnologias eficientes de produo agrcola e industrial, com o mximo

aproveitamento dos subprodutos, diversificao da matria prima, viabilidade de produo em pequena

escala, reciclo e utilizao econmica dos resduos produzidos e a compatibilizao da produo

energtica com a alimentar.

Estes sistemas procuram complementariedades e no a justaposio de projetos, explorando os

efeitos de sinergia que resultem numa produtividade global do sistema superior soma das produes

isoladas, minimizando impactos e adaptando cada contexto scio econmico, sendo economicamente

viveis, socialmente desejveis e sustentveis ecologicamente.

Os projetos de aproveitamento integral do fruto do Babau so exemplos destes tipos de

empreendimentos, uma vez que esta palmeira apresenta diferentes formas de aproveitamento para os seus

diferentes sub-produtos (Vivacqua Filho, 1968):

1. madeira do tronco para moradia;

2. palha da copa para telhados, lenha e utenslios;

3. palmito da coroa para alimentao e industrializao; e

4. frutos com mltiplo aproveitamento:

? amido;

23

? energia (carvo e lenha):

? amndoa - com leo e farinha protica.

Um dos pontos mais sensveis dos projetos de produo integrada de alimentos e energia a sua

implementao, em que deve-se atentar para as seguintes consideraes (FINEP/PNUD, 1984):

1. Poltica governamental definida (priorizando a descentralizao poltica e econmica);

2. Capacitao humana, tanto de especialistas em aspectos especficos como a classe estudantil,

para que haja a contnua disponibilidade de recursos humanos, incluindo projetos piloto em

condies reais (ex.: estgios para universitrios);

3. Indstria de equipamentos disponveis no local de uso, para que haja a viabilidade do

fornecimento de equipamentos a baixo custo, tambm como objetivo de fomentar pequenas

indstrias metal-mecnicas locais;

4. Tecnologia, com gerao de tecnologia apropriada para a soluo dos problemas locais;

5. Infra-estrutura industrial, voltada para o setor, com equipamentos adequados e de baixo custo,

capaz de absorver as mudanas; e

6. Mercado, para que os novos produtos, ou subprodutos, possam ser absorvidos.

Como um cronograma base, as seguintes etapas so sugeridas:

1. Identificao das condies bsicas de suporte;

2. Seleo do sistema, que tanto no programa piloto quanto no campo, deve minimizar as

possibilidades de falha tcnica (robustez do processo para evitar grandes complexidades na

implementao e gerenciamento);

3. Determinao da estrutura de manuteno;

4. Determinao do custo/ benefcio privado

5. Determinao do custo/ benefcio social

6. Elaborao do cronograma de implementao; e

7. Implementao.

24

4.4 Babau

O Babau uma espcie botnica brasileira, uma palmeira de grande porte, atingindo at 20 m de

altura, tronco cilndrico e copa em formato de taa. O fruto uma drupa com elevado nmero de frutos

por cacho (s vezes mais de 100), com at 4 cachos por palmeira (habitat natural), podendo chegar de 15

a 25. Os frutos so em formato elipsoidais, mais ou menos cilndricos, pesando entre 90 a 280 g. Este fruto

apresenta: epicarpo (camada mais externa bastante rija), mesocarpo (com 0,5 a 1,0 cm, rico em amido),

endocarpo (rijo, de 2 a 3 cm) e amndoas (de 3 a 4 por fruto, com 2,5 a 6 cm de comprimento e 1 a 2cm

de largura). Um esquema geral do fruto pode ser visto na figura 1. A safra vai de setembro a maro

(Vivacqua Filho, 1968).

Figura 1: Corte esquemtico da castanha, cortes transversal (a) e longitudinal (b) e os seus principaiscomponentes: a - epicarpo, b - mesocarpo, c - endocarpo e d - amndoa (fonte: Emmerich, 1987).

A rea de ocorrncia se concentra no Nordeste (maior regio produtora), Norte e Centro Oeste,

como pode ser visto na figura 2, ocorrendo tambm no Mxico e na Bolvia. Engloba 8 espcies do

Gnero Orbignya e 4 do Attalea, adaptando-se diferentes tipos de solo. As indstrias de beneficiamento

se concentram no Maranho, maior estado produtor (EMBRAPA, 1984a).

25

Figura 2: reas de ocorrncia do Babau (Fonte: Amaral Filho, 1990).

O principal produto comercial extrado da palmeira do Babau o leo (extrado da castanha) e a

torta (que resulta do processo). Este leo representa 7% do peso total do fruto. Em nmeros, a coleta e

quebra do fruto desta palmcea chega a empregar at 2 milhes de pessoas durante o pico da safra (dados

de 1984), em uma rea de ocorrncia de 14,5 milhes de hectares, produzindo 4 milhes t/ano de frutos,

aproximadamente 30% da produo de extrativos (excluindo madeira, dados do perodo de 1975 a

1977), com um potencial estimado de 15 milhes t/ano. Em peso, os diferentes componentes do fruto se

distribuem em (EMBRAPA, 1984b):

? epicarpo 11%;

? mesocarpo 23%;

? endocarpo 59%; e

? amndoa 7%.

Com relao ao poder calorfico dos seus componentes, existem poucos trabalhos, sendo que os

valores disponveis variam de regio para regio, de acordo com solo, clima, espcie, etc.. Em Vivacqua

Filho (1968), podemos encontrar os seguintes valores do poder calorfico expressos em kJ/kg: epicarpo -

26

18045,1; mesocarpo - 16202,9 e endocarpo - 18840,6, sem referncia quanto a estes valores serem

referentes poder calorfico superior ou inferior, to pouco com qualquer referncia umidade das

amostras.

No trabalho de Amaral Filho (1990) encontramos uma descrio bastante detalhada do que , em

termos sociais, econmicos, industriais e polticos, a cadeia do Babau.

A estrutura de produo-comercializao tem como base social a pequena produo mercantil,

como reprodutora imediata da fora de trabalho (necessidades imediatas da unidade familiar), na sua

maioria famlias de posseiros, arrendatrios agrcolas, pequenos proprietrios e parceiros de grande

proprietrios de terras. Desta fora de trabalho, vale destacar o papel fundamental desempenhado pelas

mulheres e crianas, responsveis pela etapa de quebra e separao da castanha, com aproveitamento

endgeno da casca e do endocarpo (como carburante em fornos a lenha) e do mesocarpo para

alimentao. Numericamente, estes trabalhadores da rea rural, no estado do Maranho (o maior produtor

nacional), representam 73,77% da populao (dados de 1980).

Seguindo a cadeia produtiva, tem-se os pequenos comerciantes, que tm como objetivo reunir esta

produo extremamente dispersa no territrio, encaminhando para a indstria. Em contrapartida, trazem

mercadorias dos outros ramos industriais para os pequenos produtores, na medida em que a castanha do

Babau adquire o valor de troca, sem intermediao monetria. Um resumo da cadeia pode ser vista na

figura 3.

Figura 3: Esquema de comrcio predominante no complexo da extrato-indtria babaueira.

Desta cadeia, ressalta-se a importncia do Bodegueiro em penetrar nas reas dos centros

produtores e agregar toda a produo atomizada, podendo efetuar a comercializao da castanha tanto em

dinheiro como em mercadorias. Os Intermedirios tm a funo de passar nas Bodegas e nos grandes

produtores, reunindo as castanhas para as indstrias.

27

4.4.1 Indstria processadora

Historicamente, o desenvolvimento da indstria do leo de Babau pode ser dividido em trs

perodos bastante distintos, como se segue (Amaral Filho, 1990):

1. perodo inicial, com o predomnio do auto consumo, indo at meados de 1911 a 1915, marcada

pela primeira exportao de leo para a Alemanha e a primeira Grande Guerra;

2. o segundo perodo caracterizado pela agregao de valor de troca amndoa, com uso da

estrutura das "Casas de Exportao" e escambo das castanhas por bens industriais. Nesta fase,

a rea de explorao seguia o desmatamento, perdurando at o fim do ciclo do algodo (nesta

poca, houve tentativas de entrada do capital estrangeiro); e

3. fase industrial, nos primrdios da dcada de 50, se caracterizando pela hegemonia do capital

industrial e formao do complexo babaueiro, com a instalao de filiais dos grandes grupos

industriais de leo do Centro-Sul, em resposta industrializao integral do fruto (tentativa de),

mudana na forma de uso da terra e diminuio dos gastos com transporte.

A produo do leo do Babau pode ser por duas vias, no excludentes, e muitas vezes

associadas; a prensagem e a extrao por solvente.

No Maranho, as indstrias extratoras apresentam, em termos de processo empregado, a

distribuio apresentada na Tabela 1.

Tabela 1: Distribuio percentual do processo de extrao (Fonte: Amaral Filho, 1990).

Processo Participao [%]S prensagem 70,5Prensagem + Extrao com solvente 26,4Somente extrao com solvente1 3,1

100

4.4.1.1 Prensagem

1 Corresponde a uma nica unidade.

28

De forma geral, o processo de extrao por prensagem segue um esquema geral como pode ser

visto na figura 4, onde foram destacadas as principais etapas.

Figura 4: Processo de extrao por prensagem .

Cada etapa tem caractersticas bem especficas com relao a objetivos, demandas trmicas e

energticas. Em Hartman & Esteves (1982) podemos encontrar uma breve descrio das principais etapas

envolvidas:

1. Limpeza - esta etapa tem como objetivo retirar todas as impurezas que vm junto com a matria

prima: terra, areia, fragmentos de metal, etc. Os equipamentos utilizados nesta etapa so:

peneiras rotativas e vibratrias (com e sem ventilao), mesas gravitacionais e ims;

2. Pesagem - fazendo parte do processo para permitir o melhor controle e determinao dos

rendimentos associados;

3. Decortio - tem como objetivo separar as cascas das sementes, passando-as por cilindros que

giram em velocidades diferentes e em sentidos contrrios. A pele separada em peneiras

vibratrias e por insuflao de ar;

4. Triturao e laminao - nesta etapa, o tecido das paredes das clulas rompido para facilitar a

sada do leo mas, em contrapartida, este processo ativa as enzimas celulares que aceleram a

deteriorao. Anteriormente eram usados moinhos de martelos, tendo sido substitudos por

laminadores, em que a semente passa por uma srie de rolos horizontais ou oblquos, laminada

de maneira sucessiva e em presses crescentes;

5. Cozimento - ainda necessria uma ruptura adicional das clulas, obtida pela aplicao de calor

mido. Esta etapa conduzida nas chaleiras, constitudas por trs a seis bandejas sobrepostas,

aquecidas direta e indiretamente por vapor de baixa presso; e

29

6. Prensagem - na prensagem propriamente dita que extrado o leo. Atualmente efetuada

em prensas contnuas, os "expellers". Estas prensas consistem de um cesto formado por barras

de ao retangulares, com espaamento regulado para cada tipo de semente a ser processada.

No interior deste cesto (ou tnel) existe uma rosca, que movimenta o material para frente,

semelhana de um moedor de carne, comprimindo-o. As prensas variam de capacidade e

potncia, indo de 4,5 t/24h a 20 HP a at 180 t/24h a 240 HP.

4.4.1.2 Extrao por solvente

A extrao por solvente, muitas vezes, encontrada associada extrao mecnica, como uma

forma de recuperar at 5% de leos restantes, bem como pode ser utilizada isoladamente. O esquema

geral do processo pode ser visto na figura 5.

Figura 5: Processo de extrao por solvente.

Em Hartman & Esteves (1982) podemos encontrar uma descrio detalhada do processo:

1. Sada da prensa - fim do processo de extrao mecnica do leo;

2. Moagem da torta - para maior exposio das clulas;

3. Laminao - para que a torta possa adquirir uma geometria desejvel para o processo;

4. Extrator - onde ocorre a mistura com o solvente, normalmente Hexana, uma frao do petrleo

com ponto de ebulio a 70? C. O processo pode ser descontnuo (raro de ser encontrado),

semi-contnuo (mais encontrado no Brasil nas instalaes de pequeno e mdio porte) e contnuo

(usado nas grande indstrias). O processo termina com a obteno da miscela, uma mistura de

farelo, leo e torta;

30

5. Filtragem de miscela - para retirada de finos;

6. Destilao da miscela - separao do leo e do solvente em uma destilao vcuo com uso

de vapor super aquecido; e

7. Tostador do farelo - para retirar os resduos do solvente e permitir a utilizao do farelo para

fins alimentares.

No final do processo, o teor de leo na massa reduzido para valores de 0,5 a 0,6%.

4.5 Cogerao

O termo cogerao definido como o uso seqencial de uma fonte de energia primria para

aproveitamento energtico til em duas formas distintas: trmica e de potncia. Este aproveitamento pode

ocorrer independente de: tamanho (de poucos kW a centenas de MW), forma de aproveitamento da

energia (eletricidade ou potncia na ponta de eixo, calor ou refrigerao), se ela vendida ou usada na

prpria planta ou, se de propriedade de um usurio final, um produtor independente ou uma

Concessionria pblica de energia pblica (Orlando, 1991).

O termo cogerao empregado para designar a gerao simultnea de calor e potncia, mecnica

ou eltrica, em instalaes industriais ou comerciais a partir de um nico combustvel, de modo que a

eficincia global atinge valores entre 50 e 90% dependendo da tecnologia empregada.

De forma geral, as instalaes de cogerao se dividem em 2 grupos, como colocado por Silveira

(1994):

1. Bottoming - em que, aps o processo de queima do combustvel, tem-se o aproveitamento do

calor rejeitado nos gases de sada da combusto para o processo industrial, seguido-se pela

gerao de potncia; e

2. Topping - em que ocorre primeiro a gerao de potncia e posterior recuperao do calor para

aproveitamento no processo industrial (forma mais generalizada).

31

Normalmente, a gerao de potncia na cogerao est ligada a 4 tipos de ciclos de potncia:

turbina a vapor, turbina a gs, combinado (gs e vapor) e motores a exploso. Mas recentemente, duas

novas tecnologias que tem se mostrado promissoras so a gaseificao com uso de uma turbina aero-

derivada e emprego de clulas de combustvel.

A escolha do ciclo mais adequado funo das caractersticas da aplicao em que um dos fatores

de escolha o coeficiente E/S, tomado como a relao entre energia mecnica ou eltrica produzida (E)

dividida pela energia trmica produzida (S, em equivalente mecnico). Assim, cada situao envolve a

escolha do ciclo ideal, levando-se em conta tambm: demanda de potncia, fluxo de calor necessrio,

caractersticas do combustvel, temperatura do fluxo de calor, sazonalidade e flutuaes de carga e

demanda, entre outros fatores.

Na Tabela 2 , esto reunidas as principais caractersticas dos ciclos.

32

Tabela 2: Sistemas de cogerao, por tipo de ciclo adotado (CESP, 1985).

Ciclo Capaci-dade[MW]

Combustvel. Fraoconv. empotncia

E/S Aplicao

turbina vapor 0,5 a 100 Gs Natural,carvo, biomassa

0,14 a 0,28 0,10 a0,26

onde no se deseja altas taxasde E/S

turbina gs 0,1 a 100 Gs Natural, gases elquidos derivados

carvo ou biomassa

0,24 a 0,35 0,48 a0,77

aplicvel em nvel industrialonde o combustvel fordisponvel

combinado(gs/vapor)

4 a 100 diesel e os mesmosda turbina a gs,

0,34 a 0,40 0,60 a1,09

mais atrativo quando serequer grandes potncias epouco vapor

motor decombusto

0,075 a30

Gs Natural, Diesel,gases e lquidos

derivados de carvoe biomassa

0,33 a 0,40 1,19 a2,39

aplicvel indstrias ehospitais onde o combustvelfor disponvel.

4.5.1 Cogerao com uso de biomassa

A escolha de um sistema ou de outro uma discusso caso a caso, uma vez que devem ser

considerados as condies locais da unidade, sua situao atual, capacidade de investimento,

disponibilidade de recursos tcnicos, mercado local, caractersticas do sistema produtivo, etc.

Em se tratando da cogerao com uso de biomassa, dentre as vrias opes de configuraes

possveis, acaba-se por ater conceitualmente a dois tipos bsicos de ciclos:

1. Ciclo topping, com emprego de caldeira operando com vapor de alta presso (exemplo: 5,88

MPa a 450? C - fonte: IAA, 1987) e turbinas a vapor em cascata para posterior utilizao do

vapor de baixa presso no processo (figura 6); e

2. Ciclo topping com emprego de ciclo combinado, com gaseificao do bagao e/ou ponteiras e

palha da cana, queima em turbina aero derivada, com posterior recuperao do calor dos gases

para uso em ciclo a vapor, denominado BIG-GT (Gaseificao de Biomassa Integrada /Turbina

a Gs), como pode ser observado na figura 7.

33

Figura 6: Ciclo topping a vapor, em cascata (IAA, 1987).

Figura 7: Ciclo tooping combinado convencional, gs/vapor.

A adoo de um sistema em detrimento do outro passa por algumas das seguintes reflexes:

1. Como colocado anteriormente, a opo pelo ciclo a vapor apresenta um ndice E/S mdio de

34

0,18, contra 0,84 do combinado. Nota-se que o combinado capaz de fornecer muito mais

potncia com relao ao calor fornecido pelo combustvel;

2. A opo pelo ciclo a vapor envolve tecnologia mais conhecida (caldeiras e turbo geradores) e,

portanto, muito mais fcil de ser operacionalizada, j sendo corrente em muitas unidades de

setores intensivos no uso de biomassa;

3. A opo pelo BIG-GT envolve uma tecnologia que ainda no dominada (Fernandes &

Coelho, 1996); e

4. No caso do ciclo a vapor, existe uma maior flexibilidade com relao ao suprimento energtico

da caldeira, que pode aproveitar outros combustveis para suprimento fora do perodo da safra.

Na opo pela gaseificao a qualidade do combustvel um ponto crtico, sendo que a

exemplo do caso da cana existem problemas com: eroso das ps das turbinas por

particulados, corroso e deposio por metais alcalinos e bloqueio do filtro pelo alcatro

(Cortez & Lora, 1997).

No caso do setor brasileiro de cana de acar, temos uma indstria intensiva no uso energtico da

biomassa, com 95% das suas unidades no pas auto-suficientes em energia com cogerao em ciclos

topping e turbinas a vapor (Calle et. al., 2000)

4.6 Produo Independente de Energia

No mundo, a cogerao ligada a setores intensivos no uso de biomassa uma realidade,

destacando-se o setor sucro-alcooleiro onde temos o seguinte histrico em nvel mundial (Campo, 1995):

1. Hava, com 17 unidades respondendo por 20% da matriz energtica da ilha, produzindo 906

GWh em 1986;

2. Ilhas Maurcio, com aproximadamente 15 unidades, produzindo 85 GWh em 1992, ou seja,

10,5% da energia eltrica gerada no pas;

3. ndia, com um parque de 490 usinas, geralmente de pequeno porte e com srias limitaes em

termos de gerao de energia eltrica por problemas econmicos, possuindo um potencial

calculado de 2,0 GW no ano de 1989; e

35

4. Cuba, cuja indstria aucareira, entregou rede, em 1991, 1 262 GWh, representando 9,6%

da eletricidade gerada.

importante lembrar que a utilizao da biomassa como fonte energtica, implica em uma mudana

de enfoque frente forma com que o Brasil gera sua eletricidade, com sistemas hidrulicos de grande

porte, centralizado e estatal. Esta mudana passa pelo entendimento da natureza das fontes renovveis de

energia (caso da biomassa), como sendo formas dispersas de energia, representada, em ltimo caso, como

sendo formas naturais de captar a energia solar, distribuda uniformemente sobre o territrio. Assim, sua

utilizao est intrinsecamente ligada descentralizao, iniciativa individual ou de comunidades locais,

ocupao de territrio, ao desenvolvimento regional, criao de empregos, abertura da economia pela

multiplicao das iniciativas e das oportunidades e integrao do Homem a seu meio ambiente natural

(Brito, 1990).

No caso brasileiro, as primeiras experincias de cogerao de energia eltrica vieram do setor

sucro-alcooleiro, com a venda de excedentes de energia para a concessionria local remontando s usinas

So Martino e So Francisco, na rea de concesso da CPFL (IAA, 1987).

Na rea de concesso da CPFL, a cogerao e venda de excedente do setor sucro-alcooleiro

durante a safra j uma realidade, como mostra o grfico da figura 8, envolvendo algo em torno de 8

unidades2 que vendem energia na poca de seca de forma a complementar o suprimento energtico e

otimizar o uso dos reservatrios.

2 Sta. Elisa, Vale do Rosrio, Sta. Ldia, Aucareira So Martino, Usina Corona, Sta. Cruz, Nardini e Aucareira SoFrancisco.

36

Venda de Energia do setor Sucro-alcooleiro - CPFL

0,0

5000,0

10000,0

15000,0

20000,0

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

ano

MW

h/m

svenda mdia anual

Figura 8: Venda de excedente de energia para CPFL, fonte: Anurio Estatstico CPFL 1992 a 1998.

4.6.1 Interesse e Condio de Compra da Energia

O interesse na compra de energia eltrica vem da crise financeira e institucional do setor eltrico

que levaram a uma paralisao na expanso do sistema de gerao, transmisso e distribuio de energia.

Esta crise culminou com o incio do processo de abertura do setor para a participao do capital privado.

Historicamente, o mercado de compra de energia se inicia pela publicao do decreto lei 1872 de

21/05/81, que facultava distribuidora a compra de excedentes de energia eltrica cogerada, porm, ainda

se configurava o monoplio dos servios, impedindo o desenvolvimento do negcio cogerao com

biomassa no Brasil, havendo uma lacuna por uma poltica de incentivo (Teixeira & Milanez, 2000a).

De forma a permitir esta abertura, a legislao comeou a ser modificada j na dcada de 90, de

forma que o Estado procura passar para a iniciativa privada e seus parceiros internacionais o fomento do

crescimento do setor, porm no o excluindo desta responsabilidade. Assim o governo federal vem

desenvolvendo regras especficas para atrair novos investidores, incluindo o fracassado plano de cogerao

para o Estado de So Paulo, institudo em 1992. Resumidamente houve um avano por parte dos rgos

reguladores no setor eltrico, flexibilizao quanto comercializao, processo de qualificao de

cogeradores, estabelecimento de mecanismos para compra de excedentes de energia eltrica, contratao

37

da Reserva de Capacidade. Porm espera-se que os setores produtores, empresrios de setor industrial e

indstrias cogeradoras ajam como empreendedores, procurando se inserir no mercado e no esperar do

governo a viabilizao deste produto garantindo o mercado (Ramalho, 1999).

Com relao a linhas de crdito, o setor tem a seu favor o forte apelo ecolgico, o que garante

acesso a financiamentos em linhas especficas de crdito, como por exemplo: Conservao do Meio

Ambiente, programa de Apoio Qualidade e Produtividade (ambos do BNDES) e FINEP Verde, que

visa financiar trabalhos de consultoria, treinamento, aquisio de equipamento entre outros (Maimon,

1996).

4.7 Critrios de deciso em sistemas energticos

A energia uma parte indissocivel do processo produtivo, quer pelo seu uso direto quer pela

agregao indireta nos produtos e servios. Cabe para a indstria a escolha de melhor forma de obter seu

suprimento energtico, levando em conta fatores tais como: custo, confiabilidade, caractersticas do seu

processo produtivo, capital disponvel, etc.

Do ponto de vista energtico, uma empresa tem trs modos possveis de agir de forma a poder

responder s demandas (Populallion & Carvalho, 1996):

1. manter a tradio de estimular o governo em investir em novas obras para gerao de energia

2. investir no setor energtico em associao com empresas concessionria, entrar na privatizao

ou novas parcerias; e

3. investir na autogerao e na cogerao.

Como parte deste processo, necessrio que se estabelea um diagnstico energtico da atividade

produtiva, destacando os seguintes pontos (Populallion & Carvalho, 1996):

1. uso final da energia, a exemplo de:

? iluminao, controle e utilidades eltricas de baixa tenso;

38

? motores eltricos de baixa e mdia tenso

? fora mecnica: rotativa e linear;

? fludos trmicos especficos;

? energia calorfica; e

? gua, vapor e/ou ar gelado/quente (presso e temperatura).

2. Levantar a curva de freqncia de demanda da cada energtico, ao longo dos dias, do ano,

etc.;

3. calcular as eficincias bsicas - nominal e operacional - dos processos de converso de energia

empregados;

4. elaborar a matriz energtica ideal da indstria e identificar modificaes, substituies e uso

racional, indo da situao atual em direo a uma mais prxima do quadro terico;

5. estudar opes para atender crescimento de consumo, com ou sem excedentes energticos;

6. promover solues flexveis e reversveis, evitando substituies radicais, mesmo com

rentabilidade atrativa. Sempre considerar a adaptao em vez de novas instalaes;

7. monitorar as instalaes de produo e de utilizao de energia, para controlar os consumos

especficos;

8. analisar a convenincia de se montar uma estrutura estratgica de armazenagem de combustvel;

9. acompanhar a participao dos preos dos insumos energticos na composio dos custos dos

produtos, para orientar as decises de investimento, bem como as condies do mercado de

compra e venda de energia eltrica;

10. considerar a abertura do mercado externo ao produto, fomentada pelas importaes de

energias primrias; e

11. ter acesso a informaes confiveis.

Uma vez que o perfil energtico da produo conhecido, possvel se avaliar o potencial de

cogerao. Este potencial pode ser de diferentes magnitudes, uma vez que sua determinao no uma

funo constante no tempo, variando em funo das condies locais, disponibilidade de combustvel,

tecnologias conhecidas e/ou dominadas, situao do mercado, capacidade de investimento e planejamento

de longo e curto prazo da empresa, etc (Dimant, 1970).

No clculo do potencial de cogerao, necessrio fazer algumas distines, entre (Hu, 1985):

39

1. potencial termodinmico - que existe em termos termodinmicos, desconsiderando a tecnologia

de aproveitamento disponvel, com uso de 100% da energia disponvel;

2. potencial tecnicamente vivel - que j leva em conta o uso da tecnologia atualmente disponvel

para o local, representando o teto mximo de aproveitamento;

3. potencial econmico - definido como o potencial que economicamente vivel com o retorno

de investimento desejado, variando no tempo, local e em funo da poltica da companhia; e

4. potencial de mercado - determinado pelas leis de oferta e procura, sendo o menor potencial,

usualmente muito complexo para ser passvel de modelagem, envolvendo decises de diferentes

atores atuantes no mercado.

O processo de avaliao do potencial de cogerao para uma dada situao, normalmente segue

por (Hu, 1985):

1. determinar as taxas de produo, presentes e futuras, associadas ao processo desenvolvido;

2. determinar as necessidades de energia mecnica e calor, bem como as condies tecnicamente

adequadas para cogerao (perfil energtico);

3. escolha do ciclo mais adequado, considerando: a necessidade trmica, qualidade, quantidade,

confiabilidade, disponibilidade (horas de uso), qual o combustvel disponvel, operao,

manuteno e tradio nos usos e operaes adotados;

4. descartar os sistemas que no sejam viveis ambientalmente pela legislao presente ou futura,

considerando possveis avanos tcnicos que diminuam as emisses, por exemplo;

5. calcular o potencial de cogerao alcanvel tecnicamente, usando as relaes entre energia

eltrica e energia trmica dos processos no descartados e as caractersticas do processo

produtivo.

6. Calcular o potencial econmico, fazendo as devidas consideraes com relao taxa de

retorno de capital mnima exigida pelo investidor;

7. calcular o potencial de mercado, em que pesam as decises das companhias em alocar recursos

disponveis no investimento.

40

4.7.1 Problemas na cogerao com biomassa

Nos programas de cogerao com uso de biomassa no Brasil, caso o setor sucro-alcooleiro, os

principais entraves apontados foram o irrealismo tarifrio, com preo mdio de fornecimento abaixo do

custo marginal de expanso; preo bruto versus preo lquido e a possibilidade da criao de impostos

futuros e a falta de garantias para o efetivo cumprimento dos contratos (Campos, 1990).

O setor agroindustrial, com raras excees, carente de desenvolvimento, que o possibilite passar

pelo paradigma de quebra das cadeias produtivas at ento existentes, na medida em que surgem novas e

mais baratas opes para produtos antigos, adequando a base de recursos naturais s necessidades da

produo industrial mais desenvolvida (Szmrecsnyi, 1993).

Algumas das novas tecnologias de aproveitamento energtico da biomassa ainda no esto

adequadamente desenvolvidas, a exemplo dos sistemas BIG-GT, que enfrenta problemas na gaseificao

bem como na limpeza dos gases e eroso das palhetas, devendo ser alvo de muita pesquisa e

aprimoramento para poder chegar ao aproveitamento econmico em escala comercial (Cortez & Lora,

1997), cuja complexidade pode ser apreendida pela figura 9.

41

Figura 9: Esquema de funcionamento do ciclo de um sistema BIG-GT, presso atmosfrica,simplificado3.

Mesmo com uso de tecnologias convencionais, algumas limitaes esto presentes, quer sejam

pelo baixo ponto de fuso das cinzas que dificultam a otimizao das caldeiras como a presena de

compostos alcalinos que aderem tubulao dos trocadores de calor, levando ao entupimento e

favorecendo o processo de corroso do metal da superfcie. Estes problemas podem ser contornados com

a adoo de tecnologia adequada, como no caso da pr-hidrlise da biomassa (Pinatti et. al., 1999).

4.7.2 Parmetros de operao do ciclo de potncia

No processo de estudo para aplicao dos conceitos de cogerao, algumas das variveis que

mais influenciam no resultado final so as escolhas relativas ao ciclo de potncia que pode ser utilizado. A

definio dos parmetros de gerao do vapor na(s) caldeiras, assim como tipo e configurao das

turbinas so onde reside a maior variao em termos de resultados possveis.

Em termos de escolha de presso e temperatura de gerao do vapor, junto com demandas de

calor do processo e escolha do tipo de turbinas a serem utilizadas, pode-se variar de situaes de auto-

suficincia energtica produo de excedentes, como bem observado por Campos (1990), em seu

estudo do potencial de gerao de excedentes junto s unidades das usinas de cana-de-acar do Grupo

Copersucar.

Em seu trabalho, foram consideradas 3 possibilidades:

1. Substituio das caldeiras antigas operando a baixa presso por equipamentos novos operando

em presso de 2,06 MPa;

2. Substituio das caldeiras antigas operando a baixa presso equipamentos novos operando em

presso de 6,08 MPa;

3 Fonte: Walter, A. C. S. et. Al.. Preliminary Evaluation of Cofiring Biomass (sugar-cane residues) + Natural Gas in Brazil.(no Prelo).

42

3. Substituio das caldeiras equipamentos novos operando em presso de 6,08 MPa, at o

limite de 250 quilos de vapor por tonelada de cana processada (neste caso no s uma

mudana no ciclo, mas tambm mudanas nas caractersticas do processo).

Estas modificaes podem levar a unidade de uma situao de necessidade de compra de energia

da rede em nveis de 20% da sua demanda eltrica a at incrementos na gerao de excedentes de energia

eltrica da ordem de 125%, passando para a situao de auto-suficincia energtica com excedentes de

bagao de at 30% (Campos, 1990).

Em extenso trabalho de anlise do potencial da indstria aucareira, levado a cabo pela

FIESP/CIESP (2001), so analisadas 7 situaes diferentes para a avaliao do possvel incremento de

gerao de vapor/energia, as quais citamos: incluso de novos equipamentos ou modernizao dos

existentes, gerao de energia eltrica durante todo o ano mediante o uso da palha, estocagem de bagao e

investimentos no processo produtivo para reduo da demanda de vapor.

Alguns dos parmetros considerados foram:

1. Caldeiras operando a 2,13 MPa (sistema atual); 4,25; 6,18 e 8,21 MPa;

2. Turbinas de contrapresso e estgio simples com vlvula de contra-presso, turbogerador de

contrapresso de mltiplo estgio, turbogerador de extrao controlada e condensao;

3. Uso somente do bagao e uso das pontas de cana como combustvel complementar; e

4. Modificaes no processo para reduo da demanda de 530 kg vap/ton. de cana para 450 kg

vap/ton. de cana.

Em trabalho de semelhante natureza, Walter (1994), analisou as particularidades da aplicao

destas tecnologias plantas produtoras de cana de acar. As diferentes configuraes para o ciclo de

vapor, tomadas como base para este estudo podem ser vistas na Tabela 3.

Tabela 3: Sntese dos parmetros na Simulao de sistemas de cogerao (Walter, 1994).Parmetro Config.

1Config.

2Config. 3 Config. 4 Config. 5 Config. 6

Principio do SistemaTV de Contra Presso sim sim sim simTV - extrao condensao sim

43

TV - 2 extraes- condensao simAcionamento das moendas mecnico mecnico mecnico eltrico eltrico mecnicoGerao de VaporPresso [MPa] 2,2 2,2/6,2 6,2 6,2 8,1 8,1Temperatura [? C] 300 300/450 450 450 470 470Eficincia nominal do gerador 0,80 0,80/0,8

50,85 0,85 0,85 0,85

Demandas mdiasPotncia eltrica [kWh/tc] 11,5 11,5 11,5 11,5 11,5 11,5Potncia mecnica [kWh/tc] 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0Vapor de proc. [kg vap/ton. cana] 500 500 500 500 370 370Eficincia nominal isentrpicadas TV s de gerao eltrica 0,66 0,66/0,7

50,75 0,75 0,74 0,70

de acionamento mecnico 0,43 0,43 0,43 --- --- 0,43Presso de processo [MPa] 0,247 0,247 0,247 0,247 0,247 0,247

Coelho et. al. (2001), em trabalho que analisou o potencial de cogerao para uma unidade

processadora de leo de Dend (leo de Palma e Palmiste) para a regio Amaznica, foram consideradas

as seguintes condies gerias de operao da unidade:

1. Capacidade instalada 36 ton cachos/hora;

2. Produo 9,1 t leo de palma no refinado por hora;

3. rea agrcola correspondente: 5.600 ha;

4. Caldeira originalmente operando a 1,11 MPa;

5. Horas trabalhadas 550 horas ms

Os diferentes cenrios de avaliao do potencial de cogerao tm os seus parmetros principais

resumidas na Tabela 4. Para o estudo somente foram considerados o uso de turbinas de extrao

condensao.

Tabela 4 Condies de anlise de planta extratora de leo de Dend (Coelho et. al., 2001).Condio de produo do vapor

na CaldeiraPresso Trabalho das Turbinas Extrao /

Condensao [MPa]Cenrio Presso [MPa] Temp. [? C] Entrada Extrao Condensao

1 2,03 350 2,06 0,304 0,1012 2,03 350 2,06 0,304 0,001013 4,56 420 4,56 0,304 0,101

44

4 4,56 420 4,56 0,304 0,00101

Como resultados, foram obtidos os valores apresentados na Tabela 5.

Tabela 5 Condies de anlise de planta extratora de leo de Dend (Coelho et. al., 2001).Vazo de Vapor [ton vap/hora]

Cenrio Produzido de Processo

Potencia Total [MW]

Consumo especfico[MWh/ton. vap]

BiomassaConsumida[ton/hora]

1 10,82 6,79 0,97 0,089 3,372 10,58 6,79 1,11 0,105 3,373 10,54 6,79 1,41 0,133 3,374 10,33 6,79 1,54 0,149 3,37

Ainda dentro do mbito do aproveitamento de potenciais ligados a pequenas unidades de

beneficiamento de produtos agrcolas, cita-se o trabalho de Hoffmann & Pretz (2001), que analisou a

questo de emprego de tecnologias para viabilizao de pequenos potencias de gerao (inferiores a 1

MWe).

Das condies empregadas para o clculo da gerao destaca-se:

1. Queimador piroltico e caldeira com superaquecedor

2. Gerao do vapor em 2,23 MPa a 350 ? C;

3. Turbina a vapor de condensao e simples estgio;

4. Gerador sncrono de 4 plos, 60 Hz a 1800 rpm; e

5. Rendimento global de transformao estimado em 15%.

45

Captulo 5

5 Metodologia

A metodologia a ser adotada neste trabalho em todas as suas etapas deve contemplar a reflexo

sobre os seguintes aspectos relacionados com cadeia de produo do leo de Babau no Brasil:

1. Insero de novas tecnologias com reflexos negativos estrutura social de produo, levando

desestruturao da cadeia produtiva com conseqente ruptura do tecido social;

2. Inverses dos ciclos de reproduo do capital empregado, levando a maiores acumulaes de

renda e destruio de uma importante cadeia comercial-industrial representada pela coleta,

quebra e comercializao das castanhas; e

3. Entendimento das dinmicas de implementao de Sistemas Integrados de Energia e Alimentos,

procurando formas de atuao em diferentes nveis.

5.1 Disponibilidade de biomassa

Para o clculo da disponibilidade de biomassa no setor foram utilizados os dados de safras

agrcolas presentes nos anurios do IBGE e diversas outras fontes, tais como mapas de aptido agrcola

(MIC/STI, 1982).

No levantamento, procurou-se determinar a disponibilidade de frutos desta palmcea estudada,

bem como suas caractersticas de distribuio geogrfica.

Para a obteno dos potenciais, foram analisados trs cenrios possveis de disponibilidade:

46

1. Cenrio A - disponibilidade de biomassa correspondente quantidade de castanhas

produzidas (reflete o potencial de frutos economicamente disponveis);

2. Cenrio B - Disponibilidade de biomassa correspondente produo atual e sistema de coleta,

maximizando toda biomassa possvel (melhoria do sistema de coleta e transporte de matria

prima); e

3. Cenrio C - Simulao de uso de todo o potencial de produo de Babau em territrio

nacional (cenrio mais otimista, sem consideraes de ordem econmica, somente potencial

total para explorao agro-extrativista - ou seja, sem considerar plantaes estruturadas,

somente reservas naturais existentes).

5.2 Caracterizao da Biomassa de Babau

Foram utilizados frutos de Babau segregados em seus principais componentes, sendo que as

anlises foram conduzidas de forma a se obter as caractersticas mais representativas em relao ao uso,

em acordo com as caractersticas prprias de cada um deles.

De forma a determinar os diferentes parmetros, as metodologias abaixo descritas, assim como

outras prticas de laboratrio cabveis, foram utilizadas na medida de sua aplicabilidade:

1. Poder Calorfico Superior - Para a determinao do poder calorfico superior e inferior foi

utilizada uma bomba calorimtrica isotrmica, adotando o procedimento descrito na norma

ASTM D 270-33 (Messersmith et. al., 1956);

2. Densidade aparente e real - Parmetro facilmente mensurvel. Utilizou-se de recipientes com

volume conhecido, que foram completados com o material amostrado e pesados. Com a razo

entre volume pela massa pode ser calculada a densidade que, quando no se desconta o

volume ocupado pelo ar, diz-se densidade aparente, e quando este desconto feito, densidade

real;

3. Anlise Imediata - Para esta determinao foi utilizada metodologia dominada pelo setor de

biomassa, seguindo o procedimento da norma ASTM (D-3172 a D-3175). A anlise imediata

procura representar o comportamento do material combustvel durante a queima, bastante

47

relacionado com os parmetros cinticos da combusto e necessrios para o correto

dimensionamento de caldeiras e trocadores de calor;

4. Curvas de umidade de equilbrio - Para o levantamento das curvas de equilbrio foi utilizada a

metodologia dos sais, utilizando-se: K2CrO4, Na Cl, NaNO2, NaBr, K2CO3, CaCl2, C2H3O2K

e LiCl, seguindo procedimento descrito em Bala (1997);

5. Anlise Elementar - Na determinao da composio elementar (

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