GUIA DE COGERAÇÃO E GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A GÁS NATURAL. Programa P&D e C&R Ciclo 2014_2015

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1 GUIA DE COGERAÇÃO E GERAÇÃO DE ENERGIA

2 Sumário 1. OBJETIVO DO GUIA DE COGERAÇÃO O PAPEL DA GasBrasiliano TARIFA ESPECIAL SEGMENTO COGERAÇÃO DEFINIÇÃO DE COGERAÇÃO DEFINIÇÃO DE TRIGERAÇÃO RENDIMENTOS E PRODUTOS DA COGERAÇÃO... 4 Aplicação com motogerador... 4 Aplicação com turbogerador POR QUE COGERAÇÃO? A COGERAÇÃO É ADEQUADA PARA O MEU NEGÓCIO? BENEFÍCIOS DA COGERAÇÃO A GÁS NATURAL BENEFÍCIOS GERAÇÃO DE PONTA BENEFÍCIOS DE AR CONDICIONADO A GÁS NATURAL COMO CALCULAR O PREÇO DA ENERGIA ELÉTRICA GERADA COM GÁS NATURAL? INVESTIMENTOS MÉDIOS COGERAÇÃO INVESTIMENTOS MÉDIOS REFRIGERAÇÃO... 9 Somente equipamentos FATORES DE CONVERSÃO COMPOSIÇÃO TÍPICA DO GÁS NATURAL GASBOL IMPOSTOS INCIDENTES NO GÁS NATURAL FORMAS DE FINANCIAMENTO...10 BNDES...10 Inovacred (Finep)...10 Desenvolve SP...10 Instituições Financeiras...10 ONGs MINI E MICROGERAÇÃO...11 DEFINIÇÕES...11 CONEXÃO COM O GRID ELÉTRICO TECNOLOGIAS UTILIZADAS EM SISTEMAS DE COGERAÇÃO TECNOLOGIAS UTILIZADAS EM SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO GUIA DE FORNECEDORES...12 EMPRESAS DE ENGENHARIA E PROCESSOS...12 FORNECEDORES DE CHILLERS DE ABSORÇÃO...13 FORNECEDORES DE MOTOGERADOR

3 FORNECEDOR DE MICROTURBINA Representante exclusivo da Capstone do Brasil...14 FORNECEDOR DE TURBINA A GÁS...14 FORNECEDOR DE GAS HEAT PUMP COGERAÇÃO...15 FORNECEDOR GHP REFRIGERAÇÃO SEGMENTO X UTILIDADES DEMANDADAS

4 1. OBJETIVO DO GUIA DE COGERAÇÃO GUIA DE COGERAÇÃO E GERAÇÃO DE ENERGIA O objetivo desse Guia é disponibilizar aos Clientes da GasBrasiliano material de esclarecimento e consulta técnica sobre a aplicação do gás natural no segmento de Cogeração. Adicionalmente, informações sobre Geração de Energia Elétrica e Refrigeração são contempladas no Guia. 2. O PAPEL DA GasBrasiliano Além da prestação de serviços de distribuição de gás natural, a GasBrasiliano é responsável pelo suporte técnico-comercial na implementação de soluções de eficiência energética para a indústria e grande comércio; para isso possui equipe comercial que apresenta-se como facilitadora, auxiliando na identificando das necessidades energéticas de seus Clientes, desenvolvendo a configuração conceitual mais adequada e finalmente definindo as condições comerciais para fornecimento do gás natural. Fluxograma 1 Etapas Envolvidas na Implementação de Sistemas de Cogeração GasBrasiliano GasBrasiliano e Fornecedores de Solução Execução do Projeto Fase I Estudo: Analisa se a instalação existente ou novo empreendimento atende aos requisitos fundamentais necessários para implementação de um sistema de cogeração e se tais benefícios atendem as expectativas do cliente. Comparativos preliminares são desenvolvidos. A GasBrasiliano pode auxiliar nesta fase. 3

5 Fase II Estudo: Análise detalhada do perfil de consumo elétrico e térmico da planta, receita anual prevista com a implementação da solução a gás natural, investimentos necessários e estudo de retorno financeiro. Além da atuação da GasBrasiliano, fornecedores de solução auxiliam no detalhamento. Demais etapas apresentadas no fluxograma Execução do projeto desde o planejamento até o start-up. 3. TARIFA ESPECIAL SEGMENTO COGERAÇÃO A GasBrasiliano disponibiliza tarifa específica para utilização no segmento de Cogeração. O objetivo é incentivar arranjos técnicos que otimizem a utilização do combustível por meio do aumento do aproveitamento térmico. A tarifa especifica garante competitividade ao projeto. 4. DEFINIÇÃO DE COGERAÇÃO Cogeração é a produção simultânea e de forma sequenciada, de duas ou mais formas de energia a partir de um único combustível. Atualmente, dentro do contexto de Geração Distribuída (GD), a cogeração vem ganhado destaque como alternativa para a produção descentralizada de energia elétrica, obtendo maior eficiência operacional, redução de custos e menor impacto ambiental, ao mesmo tempo em que satisfaz demandas térmicas da instalação. 5. DEFINIÇÃO DE TRIGERAÇÃO Trigeração pode ser definida como uma extensão da Cogeração, a qual envolve a produção simultânea de eletricidade, calor e também frio. 6. RENDIMENTOS E PRODUTOS DA COGERAÇÃO Aplicação com motogerador 4

6 Aplicação com turbogerador 7. POR QUE COGERAÇÃO? A necessidade de aumentar a competitividade e pressões por redução de custos são continuamente requeridas nas organizações. Energeticamente isso se dá pela operação mais eficiente. A Cogeração apresenta-se como alternativa por meio da geração total ou parcial on-site de energia elétrica e térmica. O aumento da eficiência energética utilizando a Cogeração tem o potencial de reduzir custos com energéticos e reduzir as emissões por unidade de energia produzida. Quando aplicada efetivamente, o sistema de Cogeração permite menor dependência em relação ao grid elétrico. 8. A COGERAÇÃO É ADEQUADA PARA O MEU NEGÓCIO? Cada organização possui perfil energético e operacional único, e esse guia visa motivar o desdobramento de estudos preliminares de viabilidade técnica-econômica. Empreendimentos mais prováveis de obter benefícios são aqueles que utilizam grande quantidade de carga térmica e eletricidade simultaneamente. 5

7 Existem vários fatores que determinarão se a cogeração é adequada para seu empreendimento; em geral sites com as seguintes características são potenciais: Demanda de energia térmica é similar ou maior que a demanda elétrica. Demandas constantes e estendidas por longas horas. Custo de energia elétrica maior do que o custo do gás natural em termos unitários. Mais de 60% da energia térmica disponível é utilizada na base anual. Existem pontos críticos que devem ser considerados se você está planejando implementar um sistema de cogeração. Soluções mais econômicas e mais eficientes podem estar disponíveis para sua situação e é essencial investigá-las cuidadosamente. Custos de operação e manutenção podem ser maiores com a cogeração e pessoal qualificado deve ser contratado, além de custos envolvendo aprovações regulamentares e ambientais. Sistemas dimensionados incorretamente podem gerar baixa confiabilidade e queda de energia. Fatores que podem afetar o sucesso de sistemas de cogeração: Não avaliar corretamente a eficiência global do sistema. Histórico impreciso ou incompleto das cargas de energia elétrica e térmica do empreendimento. Não considerar súbitas mudanças de carga no sistema. Subestimar economias atribuídas nos períodos de redução de demanda térmica e elétrica. Conexão com a rede de energia elétrica não atende aos requisitos da concessionária. Operar em potência menor que aquela prevista. 9. BENEFÍCIOS DA COGERAÇÃO A GÁS NATURAL Autossuficiência energética: a rede elétrica se transforma em seu backup. Cogeração é o processo mais eficiente de produção de energia. Maior qualidade da energia elétrica gerada. Consumo junto à geração, evitando perdas com o transporte / distribuição. Eficiência energética: aproveitamento de subprodutos energéticos em outras aplicações. Confiabilidade: a possibilidade de produção de energia com paralelismo permanente da concessionária elétrica garante que seu empreendimento sempre tenha energia. 6

8 Diminuição da carga elétrica interligada do país (alivia o sistema de distribuição elétrico). Benefícios ambientais. 10. BENEFÍCIOS GERAÇÃO DE PONTA Drástica redução de custos no horário de ponta em que a energia elétrica é mais cara (3 horas de segunda a sexta-feira, exceto feriados) uso de grupo geradores. Solução oferece possibilidade futura de migração para cogeração, possibilidade de paralelismo com o grid elétrico, trazendo grande confiabilidade para o empreendimento. Tabela Comparativa - Motogerador a Gás Natural x Gerador Diesel Gerador Gás Natural Menor custo operacional em relação ao diesel Overhaul ocorre entre e horas de operação Resiste blocos de carga entre 25% a 30% da potência nominal sem grandes variações Combustível limpo o que facilita obtenção de licenciamento ambiental e não necessita de lavador de gases Combustível não necessita de estocagem Custo inicial de aquisição maior em relação ao diesel (30%) Gerador Diesel Maior custo operacional em relação ao gás Overhaul ocorre entre horas e horas Resiste blocos de carga de até 70% da potência nominal Necessidade de estocar combustível Pode demandar sistema de limpeza de gases de exaustão Custo inicial de aquisição menor em relação ao gás (30%) 11. BENEFÍCIOS DE AR CONDICIONADO A GÁS NATURAL Redução no consumo de energia elétrica dos equipamentos de ar-condicionado em até 91%. Produção simultânea de água quente. Operação com baixo nível de ruído e de vibração em comparação aos convencionais elétricos. Redução da demanda de energia elétrica, possibilitando aquisição de geradores de energia elétrica de menor porte que podem manter inclusive o sistema de ar condicionado a gás operando na falta de energia elétrica. Operam com fluido refrigerante ecológico (água ou amônia no caso dos Chillers e R410a para os equipamentos do tipo GHP). Sistema modular. 7

9 GUIA DE COGERAÇÃO E GERAÇÃO DE ENERGIA Baixo custo de operação e manutenção em relação aos sistemas convencionais. Instalação similar aos equipamentos elétricos. Menor investimento em instalações elétricas, como em cabine primária, cabeamento, disjuntor, gerador, etc., devido ao deslocamento de demanda. 12. COMO CALCULAR O PREÇO DA ENERGIA ELÉTRICA GERADA COM GÁS NATURAL? Exemplo: Dados de Entrada Custo de gás natural: R$ 1,66 c/ impostos (dado informado pela Concessionária). Eficiência do Motogerador: 40% (dado informado pelo fabricante). Custo de O&M (operação e manutenção): R$ 0,05 / kwh gerado (dado informado pelo fabricante). Desenvolvimento 1 Nm³ de gás natural nas condições base fornece kcal ou 9,94 kwt (PCI faturado). Então, 1 kwt GN custa = R$ 0,166. R$ 0,166 / 0,35 (eficiência motogerador) + custo de O&M. Custo geração com GN = R$ 0,47 / kwhe ou R$ 470,00 / MWhe impostos inclusos. 13. INVESTIMENTOS MÉDIOS COGERAÇÃO Equipamento Investimento(*) Observações Motogerador Pequeno Porte (até 600 kw) Motogerador Grande Porte Microturbina - Aquisição Microturbina - Aluguel R$ 1.700,00 / kw USD / kw USD / kw 40 USD / kw Equipamentos nacionais de pequena capacidade Equipamentos importados de média e alta capacidade Sistema patenteado pela Capstone, cliente adquire o sistema Sistema patenteado pela Capstone, cliente paga mensalmente aluguel Turbina a Gás Valor por projeto Turbina a gás aeroderivativa Torre de Resfriamento + Bomba Caldeira de Recuperação Chiller Absorção (Recuperador ou Queima Direta) Chiller de Absorção Multi-Energy R$ 50,00 / Mcal R$ ,00 / tonelada vapor USD / TR USD / kw Acessório para operação em conjunto com Chiller resfriamento a água. Recupera gases quentes e transforma em vapor Recuperação de gases quentes ou água quente Queima direta e recuperação de calor no mesmo equipamento 8

10 (*) valores indicativos 14. INVESTIMENTOS MÉDIOS REFRIGERAÇÃO Equipamento Investimento(*) Observações GHP Gas Heat Pump USD / TR VRF a Gás GHP Chiller USD / TR Geração de água gelada Somente equipamentos (*) valores indicativos 15. FATORES DE CONVERSÃO Alguns fatores de conversão frequentemente utilizados em estudos preliminares: Conversão de Unidade: 1 kw = 860 kcal Para gerar 1 TR no chiller de absorção (queima direta) ~ 0,26 Nm³ de GN são consumidos 1 TR = kcal Chiller Elétrico (condensação ar) = kw/tr médio ~ 1,25 kw/tr Chiller Elétrico (condensação água) = kw/tr médio ~ 0,7 kw/tr Considerando motogerador (37% ef.), 1 MW combustível gera 367 kw energia elétrica Considerando motogerador (37% ef.), 1 MW combustível gera 462 kw água quente Considerando motogerador (37% ef.), 1 MW combustível gera ~ 93,2 TR água gelada Considerando motogerador (37% ef.), 1 MW combustível gera ~ 0,33 toneladas vapor Considerando turbogerador (35% ef.), 1 MW combustível gera ~ 350 kw energia elétrica Considerando turbogerador (35% ef.), 1 MW combustível gera ~ 600 kw ar quente Considerando turbogerador (35% ef.), 1 MW combustível gera ~ 0,793 toneladas vapor 16. COMPOSIÇÃO TÍPICA DO GÁS NATURAL Metano Etano Propano Butano Nitrogênio Dióxido Carbono Oxigênio 89,5 % 5,8% 1,7% 0,9% 0,7% 1,4% 0,01 % Densidade Relativa Densidade Absoluta Poder Calorífico Superior (PCS) Poder Calorífico Inferior (PCI) Índice Wobbe 0,64 0,75 kg / Nm³ kcal/nm³ kcal/nm³ kj/nm³ 9

11 17. IMPOSTOS INCIDENTES NO GÁS NATURAL 12% ICMS - 9% PIS - 0,25% COFINS Considerar que no mercado Industrial o insumo energia elétrica é utilizado na transformação - ICMS é creditável Considerar que no mercado urbano o insumo energia elétrico é utilizado como serviço, o ICMS não é creditável. 18. FORMAS DE FINANCIAMENTO BNDES O Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES) oferece diversas linhas de crédito para investimento em melhorias de processos, renovação ou substituição de equipamentos para a eficiência energética. As quatro linhas mais tradicionais são o Apoio a Projetos de Eficiência Energética (PROESCO), o BNDES Automático, o FINAME e o FINAME Leasing. Inovacred (Finep) O programa Inovacred, da Agência Brasileira da Inovação (Finep), oferece financiamento a empresas de receita operacional bruta anual ou anualizada de até R$ 90 milhões, para aplicação no desenvolvimento ou modernização de produtos, processos e serviços. O financiamento acontece por meio de agentes financeiros, no valor de até R$ 2 milhões para empresas de porte I e II e R$ 10 milhões para empresas de porte III. Desenvolve SP Por meio do Financiamento ao Investimento Paulista (FIP), oferece linhas de financiamento para projetos de implantação, ampliação e modernização da capacidade produtiva em São Paulo. Entre suas modalidades encontram-se o FIP ENERGIA, para projetos de redução do consumo de energia e utilização de energias alternativas; e a Linha Economia Verde, para projetos sustentáveis que promovam a redução de emissões de gases de efeito estufa e que minimizem o impacto no meio ambiente. Instituições Financeiras Grande parte das instituições financeiras que atuam no Brasil possuem programas específicos de financiamento para viabilizar projetos socioambientais. ONGs Algumas Organizações não governamentais internacionais oferecem financiamentos específicos. Dentre elas, destacamos a Gold Standard Foundation, que financia projetos de eficiência energética industrial, doméstica e nos setores público, de transporte, agrícola e comercial; e a United Nations Industrial Development Organization, que financia projetos para a melhoria do uso final de energia eficiente. 10

12 19. MINI E MICROGERAÇÃO DEFINIÇÕES GUIA DE COGERAÇÃO E GERAÇÃO DE ENERGIA Microgeração distribuída é uma central geradora de energia elétrica com potência instalada menor ou igual a 100 kw e que utiliza fontes com base em energia hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada (caso do gás natural), conforme regulamentação da ANEEL (Resolução Normativa n 235/2006, de 14/11/2006), conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras. É também denominada acessante de microgeração distribuída. Minigeração distribuída é uma central geradora de energia elétrica com potência instalada superior a 100 kw e menor ou igual a 1 MW, igualmente para fontes com base em energia hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL (Resolução Normativa n 235/2006, de 14/11/2006), conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras. É também denominada acessante de minigeração distribuída. Cogeração qualificada é o atributo concedido a cogeradores que atendem os requisitos definidos na resolução, segundo aspectos de racionalidade energética, para fins de participação nas políticas de incentivo à cogeração. CONEXÃO COM O GRID ELÉTRICO No caso da central micro ou minigeradora distribuída utilizar processo de cogeração da energia, caberá ao acessante comprovar a concessionária a obtenção do atributo de qualificação da mesma, e consequente autorização, junto à ANEEL, nos termos da Resolução Normativa n 235/2006, de 14/11/2006 (ver Subitem 3.6), quando formalizar a solicitação de acesso (ver Subitens 4.9 e 4.10). A Aneel estabelece que o sistema de cogeração qualificada seja aquele que promove aproveitamento energético igual ou maior que 75%. Detalhes com relação aos requisitos técnicos para conexão da micro ou minigeração ao Grid elétrico pode ser encontrado na Norma Técnica CPFL documento GED TECNOLOGIAS UTILIZADAS EM SISTEMAS DE COGERAÇÃO Sistema Cogeração Vantagens Desvantagens Tamanhos Motogerador Alta eficiência elétrica Alta taxa de calor exaustão Rápido start-up Baixa pressão de gás (entrada) Ideal para uso no horário ponta Relativo alto custo de manutenção (R$/MWh) Baixa taxa de calor na refrigeração (água) Relativa alta emissão Refrigeração requerida se calor não é utilizado kw 11

13 Turbina a Gás Alta confiabilidade Baixa emissão Alta taxa de calor na exaustão Não necessita refrigeração Microturbina a Gás Alta confiabilidade, poucas partes móveis Tamanho compacto e baixo peso Baixa emissão Não necessita de refrigeração Rápido start-up Média pressão de gás (entrada) Queda de produção energia com aumento de temperatura Desempenho diminuído com o tempo Baixa eficiência em carga reduzida Demanda pressão de gás acima de *4 bar Baixa eficiência elétrica Baixa taxa de calor na exaustão Desempenho diminuído com o tempo 1 30 MW kw Turbina Vapor Alta eficiência térmica Altamente confiável Compacta Versátil Alto custo em tamanhos menores Alta taxa de calor requerida Baixa conversão de energia no eixo 0,8 500 MW * Nos casos de pressão de fornecimento de gás natural abaixo de 4 bar, um compressor será requerido. 21. TECNOLOGIAS UTILIZADAS EM SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO Sistema Refrigeração Chiller de Absorção GHP Gas Heat Pump (expansão indireta) Descrição Aplicações Tamanhos Utiliza a água como refrigerante e uma solução química chamada de brometo de lítio como absorvente. Utiliza calor recuperado para produção de frio, podendo ser vapor, água quente ou gases quentes. Pode operar também pela produção direta de calor através de um queimador. Modelo multienergy que permite associar queima direta e recuperação no mesmo equipamento. Utiliza-se de motor a gás natural em substituição ao compressor tradicional, também pode ser utilizado para produção de água gelada. Centrais de água gelada em geral, com finalidade de conforto ou processo. Centrais de água gelada em geral com finalidade de conforto ou processo TR Modular 10 TR, 16 TR, 20 TR e 25 TR GHP: Gas Heat Pump VRF a Gás (expansão direta) O Gas Heat Pump é o Sistema similar ao VRV/ VRF elétrico, porém nesse caso utiliza-se de um motor a gás natural para mover o compressor. Empreendimentos com diversos ambientes, com grandes variações de carga térmica entre cada um deles edifícios comerciais, hotéis, residências, academias, etc... Modular 10 TR, 16 TR, 20 TR e 25 TR 22. GUIA DE FORNECEDORES EMPRESAS DE ENGENHARIA E PROCESSOS Union Rhac Tecnologia em Eficiência Energética Ltda. Pessoa de Contato: Donizete Martins donizete.martins@unionrhac.com.br Telefone: (11) EMX Energy Pessoa de Contato Eduardo Moraes emoraes@emxenergy.com.br Telefone: (11) Pessoa de Contato: RenewPower Sistemas de Energia Ltda Anibal Perez 12

14 Telefone: (21) Gas Natural Serviços Pessoa de Contato: Márcio Carnaval Telefone: (21) Ecogen Brasil Soluções Energéticas S.A. Pessoa de Contato: Pedro Luis Silva Telefone: (11) Pessoa de Contato: AB Energy do Brasil Ltda. Lucas Tadeo Monteiro Telefone: (11) FORNECEDORES DE CHILLERS DE ABSORÇÃO TUMA Industrial Ltda. Representante Broad Pessoa de Contato Marco Tulio Starling de Vasconcellos Telefone: (31) Pessoa de Contato: Telefone: (11) Termoconsult Ltda. Representante da Thermax no Brasil Dennis Hamburger Midea Carrier Pessoa de Contato: Cristiano Brasil Telefone: (011) Ebara Ind. Mec. Ltda. Pessoa de Contato: Thiago Cunha Multi Telefone: (11) Johnson Controls do Brasil Pessoa de Contato: Debora Dino Telefone: (11) FORNECEDORES DE MOTOGERADOR Caterpillar Inc. Pessoa de Contato Alexandre Rodrigues 13

15 Telefone: (11) GUIA DE COGERAÇÃO E GERAÇÃO DE ENERGIA CHP Brasil Pessoa de Contato Fabio França fabio@chpbrasil.com.br Telefone: (21) Leon Heimer S/A Pessoa de Contato: Luzinilson F. Lima luzinilson@heimer.com.br Telefone: (81) GE- General Electric Pessoa de Contato: Jose Renato Bruzadin josé.bruzadin@ge.com Telefone: (11) Cummins Power Generation Brasil Pessoa de Contato: Augusto Lange Tubino augusto.tubino@cummins.com Telefone: (11) Stemac Grupos Geradores Pessoa de Contato: Daniel Elias Agostinho especiais.fsp@stemac.com.br Telefone: (11) FORNECEDOR DE MICROTURBINA Representante exclusivo da Capstone do Brasil Leon Heimer S/A Pessoa de Contato: Luiz Santos Filho / Charles Heimer luiz@digivolt.com.br / charles@leonheimer.com.br Telefone: (16) / (81) FORNECEDOR DE TURBINA A GÁS Siemens Brasil Ltda. Pessoa de Contato: Valdir Zerbini valdir.zerbini@siemens.com Telefone: (11) Solar Turbines Pessoa de Contato: Nicolas Merlin nicolas_merlin@solarturbines.com Telefone: (11) Pessoa de Contato: GE General Electric Jose Renato Bruzadin 14

16 Telefone: (11) FORNECEDOR DE GAS HEAT PUMP COGERAÇÃO Yanmar Energy System Pessoa de Contato: Leandro Hideiti Omori Telefone: (11) FORNECEDOR GHP REFRIGERAÇÃO Yanmar Energy System Pessoa de Contato: Leandro Hideiti Omori Telefone: (11) Panasonic do Brasil Pessoa de Contato: Mauricio Iwayama Telefone: (11) SEGMENTO X UTILIDADES DEMANDADAS Segmento Energia Elétrica Agua Quente Agua Gelada Vapor CO2 Ar quente Hospital Supermercado Aeroporto Shopping Center Hotel Indústria Alimentícia Indústria Papel Celulose Indústria Bebidas Indústria Quimica Indústria Metalurgica Indústria Automobilistica Indústria Siderurgica Obs. Água gelada pode ser para processo ou conforto. 15

17 As informações contidas nesse Guia são apenas orientativas; os devidos desdobramentos técnicos sobre o assunto devem ser executados com suporte de um especialista do mercado. A GasBrasiliano se reserva no direito de atualizar e modificar os dados aqui apresentados sem prévia comunicação. Elaboração: Celso Ricardo Bertinotti - Engenheiro de Gás Natural GEMAC Gerência de Marketing e Atendimento ao Cliente Abril /