DESENVOLVIMENTO DE BRIQUETE UTILIZANDO BAGAÇO-DE-CANA

Transcrição

1 DESENVOLVIMENTO DE BRIQUETE UTILIZANDO BAGAÇO-DE-CANA Kerollay Oliveira Brasilicio Fernandes 1 Larissa Máximo Gonçalves 2 Quéren Hapuque de Souza Eugênio 3 Sanderson Rocha de Abreu 4 Tiago Bittencourt Nazaré 5 RESUMO O Brasil é considerado um dos maiores produtores agrícolas, e o maior consumidor mundial de bioenergia. A produção de briquetes de bagaço de cana utiliza a biodigestão como forma de destinação final dos resíduos. Este artigo apresenta uma parte experimental do bagaço de cana-de-açúcar, os briquetes foram fabricados com uma prensa hidráulica de 15 toneladas e um molde briquetados de 50 mm, as forças aplicadas na prensa hidráulica para produção dos briquetes foram de 2,5, 5,0, e 7,5 toneladas, que equivale a 12,7, 25,5 e 38,5 MPa. O trabalho foi desenvolvido com objetivo de analisar o desempenho energético do bagaço de cana-de-açúcar, em cada nível de umidade e cada processo de cogeração. Observou-se pelos resultados obtidos que as fontes intercaladas de energia, em especial resíduos o bagaço, surge como uma importante oferta de energia para o país. Onde estima-se com o aproveitamento de toda biomassa disponível no Brasil, seria possível agregar a rede elétrica um volume de MW médios com a safra de , equivale a uma usina do porte de Itaipu localizada no Rio Paraná. Palavra chave: Bagaço de cana-de-açúcar, Biomassa, Briquete. 1 INTRODUÇÃO Mostrando a importância que os briquetes vêm adquirindo no cenário atual, Dias et al. (2012, p. 17) afirmam que os mesmos, em substituição à lenha, podem ser utilizados por "olarias, cerâmicas, padarias, pizzarias, lacticínios, fábricas de alimentos, indústrias químicas, têxteis e de cimento dentre outros". Cerca de 90% do bagaço da cana processado na safra 2009/10 foi destinado para uso como combustível. Os outros usos alternativos vão desde aplicação como condicionante do solo à produção de briquetes. A prensagem do bagaço de cana para transformá-lo em briquetes, que o torna um produto de fácil manuseio e amplia o uso alternativo, fora das usinas e destilarias, ainda é incipiente no país (CONAB, 2011). A produção de briquetes de bagaço de cana para a biodigestão é uma solução para diminuir a quantidade de resíduos que são dispostos em aterros sanitários ou dispostos inadequadamente em lixões. Os resíduos representam uma grande fonte de poluição nos dias de hoje, e o pouco espaço para sua adequada destinação também é um problema. Muitos países desenvolvidos já utilizam a biodigestão c o m o forma de d e s t i n a ç ã o f i n al dos r e s í d u o s da população. Toda indústria gera resíduos e consome energia, industrias de segmentos que utilizam matéria orgânica como os frigoríficos, de bebidas alcoólicas, de papel, entre outras tem a vantagem de instalação de biodigestores para produção de energia para o processo. O uso da biomassa como fonte de energia elétrica corresponde a uma alternativa de grande importância para o planejamento estratégico do crescimento econômico de diversos países. A vasta extensão territorial e o clima favorável ao desenvolvimento da agricultura no Brasil trazem como vantagem o poder de planejar sua matriz energética utilizando variadas fontes primárias renováveis. A cana de açúcar destacase pela rusticidade e grande produtividade. O bagaço como um subproduto resultante do processamento da cana e utilizado como fonte para a cogeração de energia e pode contribuir significativamente para a descentralização das fontes de energia nacional. O objetivo deste artigo é realizar um estudo sobre o briquete e o desenvolvimento de um briquete realizado a partir de bagaço de cana-de-açúcar, a fim de geração de energia sustentável. 2 REVISÃO DE LITERATURA 1 Graduanda em Engenharia de Produção; Faculdades Integradas de Cataguases - FIC 2 Graduanda em Engenharia de Produção; Faculdades Integradas de Cataguases - FIC 3 Graduanda em Engenharia de Produção; Faculdades Integradas de Cataguases - FIC 4 Mestre em Administração; Engenheiro de Produção - Faculdades Integradas de Cataguases FIC; Coordenador e professor do Curso de Engenharia de Produção - Faculdades Integradas de Cataguases FIC 5 Mestrando em Sistemas de Engenharia UCP; Especialista em Redes de Computação Universidade Gama Filho; Bacharel em Sistemas de Informação Faculdades Doctum; Professor - Faculdades Integradas de Cataguases FIC e Doctum 68

2 2.1 O Briquete Segundo Sousa (2014) o briquete é tido como um substituto da lenha e é conhecido como o carvão ecológico. O mesmo é composto pelo processo de secagem e prensagem de resíduos, como resultado, um produto para queima com alto poder calorífico, o que faz deste um produto utilizado para a alimentação de caldeiras industriais, fornos, cerâmicas e outros. O Processo de briquetagem consiste na junção de partículas finas por meio de pressão, podendo ter o auxílio ou não de substancias aglutinantes, que permite a obtenção de um produto compactado, com padronização de tamanho e parâmetros mecânicos. Ao que se diz ao volume em alguns casos, traz como benefícios como transporte e armazenamento de forma mais econômica. (REVISTA MADEIRA, 2014) 2.2 Biomassa como Fonte de Energia O Brasil é considerado um dos maiores produtores agrícolas e o maior produtor e consumidor mundial de bioenergia. Fatores como a rica biodiversidade, disponibilidade de área para cultivo e condições climáticas adequadas, têm contribuído para alcançar altos níveis de utilização de biomassa (VAN DER SELT, 2011). O aproveitamento de biomassa para produção de energia vem despertando cada vez mais interesse no Brasil, pois além de ser considerada uma fonte sustentável de baixo custo abundante, existe a grande possibilidade de novas tecnologias para aumento do seu potencial energético. Dentre as fontes alternativas, a biomassa apresenta um grande potencial de crescimento nos próximos anos (Ministério de Minas e Energia, 2014). Segundo a Empresa de Pesquisa Energética (EPE), a porcentagem da biomassa tende a aumentar nos últimos anos na matriz elétrica nacional. Em 2012 a biomassa representou 6,8%, já em 2014 representou 7,4%. Em 2013, de acordo com o Ministério de Minas e Energia MME (2014), a geração de energia elétrica no Brasil a partir da biomassa representou 8%. Dessa porcentagem, as principais biomassas utilizadas são os resíduos florestais, cana-de-açúcar e licor negro. Segundo os dados do relatório REN21 (2015), a potência instalada de geração elétrica a biomassa em 2014 correspondia a 14% da capacidade de fonte renovável total, sem contar com fonte hidráulica. Entre 2000 e 2012 a geração elétrica a partir da biomassa teve um crescimento mundial de 140%, correspondente a 439 TWh. 2.3 Processo de Geração de Energia através do Bagaço de Cana-De-Açúcar Cogeração de energia é definida como a alteração de uma forma de energia em mais de uma forma de energia útil. No meio de formas de energia úteis mais utilizadas estão a energia mecânica (movimentar máquinas, equipamentos e de geração de energia elétrica) e térmica (geração de vapor, frio ou calor). O processo de cogeração apresenta uma eficiência energética mais alta, uma vez que não há desperdício de energia térmica como ocorre nas usinas termoelétricas, pois esta energia é utilizada em processos internos na usina como secagem, evaporação, aquecimento, cozimento e destilação (REVISTA GALILEU, 2013). Basicamente, o bagaço de cana, após passar pelo processo de secagem, tendo ainda cerca de 50% de umidade, é utilizado como combustível para as fornalhas das caldeiras para evaporação da água e geração de vapor. O vapor é então canalizado e utilizado em turbinas acopladas a geradores para a conversão de energia mecânica em energia elétrica. A energia térmica gerada nas caldeiras também é direcionada a trocadores de calor para utilização nos processos de fabricação do etanol. A maior parte da energia elétrica gerada é consumida nos processos internos da usina, sendo o sobressalente vendido às concessionárias locais (BASQUEROTTO, 2010). 3 METODOLOGIA 3.1 Materiais Para a produção de briquetes foram utilizados os seguintes materiais e equipamentos. Bagaço de Cana-de-Açúcar; Recipientes para armazenamento do Bagaço; Triturador; 69

3 Peneira (malha de 1 mm); Balança Eletrônica BG 400; Molde Briquetador; Prensa Hidráulica Ribeiro 15 Toneladas; Estufa; Placa de Petri de Ferro; Bico de Bunsen com registro para Gás; Cronômetro; Câmera Fotográfica; Software Excel Métodos O presente trabalho apresentou uma parte experimental conduzida no Laboratório, na Faculdades Integrada de Cataguases UNIS. O material utilizado foi retirado no engenho do SR. Luciano de Moura localizado em Itamarati de minas. A matéria prima utilizada foi o bagaço de cana de açúcar, previamente triturado. O primeiro procedimento foi a separação do bagaço para os dois tipos de moldes utilizados. Uma parte foi triturada novamente e peneirado (malha de 1 mm). Após esse processo foi utilizada uma balança eletrônica BG 400 para a pesagem do bagaço e em seguida para uniformizar as partículas foi utilizada estufa a seco, até atingir cerca de 10% de umidade. Os briquetes foram fabricados com o auxílio de uma prensa hidráulica de 15 toneladas e um molde briquetador 50 mm. Após atingir a faixa de pressão desejada o material foi mantido em repouso por 5 minutos e posteriormente, removida a pressão por igual período. Foram produzidos 13 briquetes. O poder calorifico foi mensurado para cada faixa de pressão e os dados expressos em média ouve um desvio padrão. As forças aplicadas na prensa hidráulica para produção dos briquetes foram de 2,5, 5,0 e 7,5 toneladas, que equivale as pressões de 12,7, 25,5, e 38,2 MPa nessa ordem. Dentre os últimos processos executados foram a queima dos briquetes e a pesagem de suas cinzas, com intuito de observar sua capacidade de queima e seu tempo. Os resultados obtidos foram produzidos planilhas no software Excel As figuras 1 e 2 representam as formas do briquete, sua queima e através dos quadros o estudo comparativo entre os briquetes com o seu tempo de queima, peso e peso da cinza. Figura 1 Briquete em forma redonda, após prensagem. Através de prensagem do bagaço de cana-de-açúcar foi possível chegar ao briquete, também conhecido como lenha ecológica. Estes representam uma amostra onde a forma utilizada é redonda. Figura 2 Briquete em forma retangular, após prensagem 70

4 A figura 2 representa o briquete feito em forma retangular, seguindo mesmo processo de prensagem dos briquetes em forma redonda. Tabela 1 Dados obtidos após prensagem. A tabela 1 demonstra os resultados das avalições das amostras dos briquetes, onde através de ferramentas como a prensa hidráulica, balança e cronômetro chegou-se ao resultado das amostras e não obtiveram o mesmo peso. Onde as amostras 6,7,8 e 9 foram prensadas em forma retangular, obteve desde o seu início o peso maior. Figura 3 Queima do Briquete Queima do briquete de bagaço de cana-de-açúcar realizada o laboratório de Química, observou-se o tempo de queima cinza da amostra acima. Figura 4 Queima do Briquete retangular. 71

5 Fonte: Autor (2017) Queima do briquete de bagaço de cana-de-açúcar, em forma retangular, o mesmo foi queimado com bico de Bunsen. Gráfico 1 Dados obtidos após a queima O gráfico 1, representa os resultados após a queima dos briquetes, foi observado que a amostra 13 teve o maior tempo de queima que as demais, porém apresentou- se o tempo de chama um pouco menos que a amostra 3 e produziu menos quantidade de cinzas. 4. RESULTADO E DISCUSSÃO As figuras são os resultados da atividade prática, onde foram fabricados briquetes em diferentes formas de compactação, sendo briquetes em forma redonda e em forma retangular. Todas as amostras foram submetidas aos mesmos processos afim de observar o comportamento deles. Os resultados apresentados neste artigo correspondem aos ensaios experimentais realizados com bagaço de cana-de-açúcar da safra de 2016/2017. A Tabela 1 mostra os resultados obtidos na fabricação dos briquetes, contendo o peso do bagaçode-cana seco, triturado e peneirado, prensado em 10 e 15 toneladas. O briquete não contém aglutinante pois o próprio bagaço-de-cana já contém os elementos necessários para sua fixação, mantendo-os firmes e consistentes. 5 CONCLUSÃO O bagaço de cana-de-açúcar, por se tratar de uma biomassa relativamente de pequeno gasto, é uma das principais opções para se gerar energia limpa, principalmente diante do fato de que em poucas décadas os combustíveis de origem fóssil permanecerão cada vez mais escassos. Um dos fatores fundamentais positivos do uso do bagaço de cana-de- açúcar é a redução do impacto ambiental que a mesma causa, como a mitigação de emissão de carbono da atmosfera e a diminuição do efeito estufa, sem dizer os privilégios para a economia do país. O cenário estabelecido na circunstância atual aponta que as fontes de energia renováveis devem assumir o papel crescente na central energética mundial, forçada pelo ponto de vista de redução das reservas de combustíveis fósseis e, cada vez mais, por questões 72

6 ambientais. Entre as incontáveis fontes renováveis de energia, o bagaço de cana-de-açúcar apresenta-se como uma alternativa bastante promissora. Neste contexto, a utilização de fontes intercaladas de energia, em especial resíduos da cana-deaçúcar, surge como uma oportunidade de especial importância pois o Brasil possui 434 usinas sucroalcooleiras, todas elas autossuficientes em energia por meio da queima de bagaço de cana em caldeiras. A mesma é considerada para tornar sistemas menos vulnerável e reduzindo os riscos de blecaute ao facilitar o restabelecimento e a estabilização do sistema. Diante dos resultados obtidos, pode-se dizer que no processo de queima a amostra 6,7,8 e 9 foram feitas em forma retangular tendo o menor tempo de queima e maior quantidade de cinzas, com a maior liberação de fumaça que será usada como gás na tubulação para geração de energia. A amostra 3 feita em forma redonda teve o menor tempo de queima e maior quantidade de cinza. A amostra 10 feita em forma redonda teve o menor tempo de queima, e ficou na média da quantidade de cinza. A amostra 13 feita em forma redonda teve maior tempo de queima, gerando maior quantidade de cinza. Observou-se que, os briquetes feitos em forma retangular geraram maior tempo de queima comparado as demais amostras e como benefício também possuiu maior quantidade de fumaça, gerando assim o vapor que através deste meio se transforma em energia. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS ALBUQUERQUE, C. E. C.; ANDRADE, A. M. Visão histórica e perspectiva futura. Floresta e Ambiente. Rio de Janeiro, v. 4, p , ANTUNES, R.C. Briquetagem de Carvão Vegetal. In:_. Produção e Utilização de Carvão Vegetal. Belo Horizonte: CETEC, vol. 1, p , BASQUEROTTO, Cláudio Henrique Cequeira Costa. Cogeração de energia elétrica com bagaço de canade-açúcar compressado (briquete) f. Trabalho de Conclusão de Curso Faculdade de Tecnologia de Araçatuba, Araçatuba, F. D.; CASTELLANELLI, C.; HOFFMAN, R. Geração de Energia Através da Casca de Arroz: Uma Análise Ambiental. Em: Anais do XXVII Encontro Nacional de Engenharia de Produção (XXVIIENEGEP), Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 09 a 11 de outubro de 2007.Acesso em: 10 de setembro de 2017 HOFFMAN, R. Método Avaliativo da Geração Regionalizada de Energia, Em Potências Inferiores a 1MW a Partir da Gestão de Resíduos da Biomassa O Caso da Casca de Arroz. Tese de Doutorado, PROMEC UFRGS, Porto Alegre, RS, 1999 LORA, E. E. S.; NASCIMENTO, M. A. R. Geração Termelétrica: Planejamento, Projeto e Operação (Volume 2). Rio de Janeiro, Editora Interciência, 2 vol., 1296 p., MORAIS, Anderson dos Santos; SILVA, Marcelo Bacci da. Avaliação energética do bagaço de cana em diferentes níveis de umidade e graus de compactação Enegep, Rio de Janeiro, NOVA CANA. Vantagens da bioeletricidade do bagaço de cana para o Brasil. Disponível em: < bioeletricidade-do-bagaco-de-cana-para-o-brasil />. Acesso em: 20 de outubro de

7 REVISTA GALILEU. Participação de usinas de cana na geração de energia do país pode ser seis vezes maior Disponível em:< PARTICIPACAO+DE+USINAS+DE+CANA+NA+GERACAO+DE+ENERGIA+D O+PAIS+PODERIA+SER+SE.html>. Acesso em: 20 de agosto de REVISTA MADEIRA, Briquete: lenha ecológica. Disponível em: < ct=briquete%20lenha%20ecol%f3gica&title=briquete:%20lenha%20ecol%f3g ica> Acesso em: 10 de outubro de REVISTA MADEIRA, Produção de briquetes a partir de resíduos de eucalipto e oleaginosas. Disponível em: < ct=briquete%20lenha%20ecol%f3gica&title=briquete:%20lenha%20ecol%f3g ica: Acesso em: 20 de outubro de