Comparação da eficiência ambiental de caldeira operada com gás natural e caldeira operada com casca de coco babaçu Gustavo Godoi Neves (Eng. de Produção - FAJ) gustavo_g_n@hotmail.com Dra Ângela Maria Montes Peral Valente (Eng. de Produção - FAJ) angelavalente@uol.com.br Resumo As questões ambientais, atualmente é parte integrante do sistema de gestão das empresas, pois estas são essenciais para que as mesmas se tornem sustantáveis em seus segmentos, visto que a sustentabilidade deve ser uma consequência do desenvolvimento social, econômico e da preservação ambiental. Assim, este trabalho teve realizou-se um comparativo das emissões de gases de efeito estufa (GEE) entre caldeiras alimentadas com gás natural e com casca de coco babaçu por um período de 10 dias. Através dos resultados obtidos pode-se concluir que a caldeira movida a gás natural emite menor quantidade de GEE s do que a caldeira alimentada com casca de coco babaçu, entretanto, uma análise dos impactos ambientais de caldeiras requer a aplicação de metodologias que englobem os impactos da cadeia completa desde a fonte de obtenção do combustível até seu papel no ciclo de carbono, na fixação e na ciclagem deste elemento na Natureza. Palavras chaves: Caldeiras, Casca de coco babaçu, Gás natural, Gases de efeito estufa, Impactos ambientais. 1. Introdução Atualmente, as questões ambientais estão presentes nas decisões organizacionais com mais força que nunca e a legislação é rigorosa pois não trata-se apenas de impedir que os poluentes contaminem o planeta, trata-se de criar processos limpos e consumos sustentáveis (BULLER, 2008). Além dos aspectos relacionados à gestão operacional e à gestão financeira, o momento requer que as organizações se voltem às questões ambientais e socioeconômicas visando a sustentabilidade em seu pleno conceito baseado no tripé: pessoas, planeta e lucro. Neste momento histórico, existem três crises inter-relacionadas que envolvem aspectos ambientais e socioeconômicos: (a) crise da segurança alimentar, decorrente da explosão demográfica e da inflação no preço de alimentos, (b) crise energética, em virtude da iminente depleção dos estoques de petróleo e da necessidade do desenvolvimento de fontes alternativas renováveis e (c) crise climática resultante do aquecimento global provocado pela emissão de gases de efeito estufa (BLEY Jr. et al., 2009). Desde a década de 1990 discute-se o aquecimento global e existem inúmeras indicações de que o aumento da temperatura média da superfície da Terra seja decorrente da ação humana, em especial aquelas que envolvem a queima de derivados de petróleo, gás natural e carvão
emitindo os chamados gases de efeito estufa (GEE s) (OLIVEIRA, 2008). Na natureza existem recursos renováveis e não renováveis, como o ar atmosférico, sempre entendido como um recurso renovável em virtude dos processos de fotossíntese, que tem sua qualidade reduzida a cada dia com os efeitos da emissão de gases poluentes que provocam o efeito estufa, devido à crescente redução de áreas verdes no planeta (BULLER, 2008). As emissões gasosas são geralmente resultantes do processo de combustão que são reações de substâncias orgânicas, conhecidas como combustíveis, com o gás oxigênio (O 2 ), produzindo óxidos de carbono (CO monóxido de carbono e CO 2 dióxido de carbono). A produção desses gases ocorre na maioria das vezes pelo uso de caldeiras em processos industriais, que são equipamentos que transformam água no estado líquido em água no estado vapor por meio da queima de um combustível. O vapor produzido é aproveitado de forma direta ou indireta como fonte de energia. As caldeiras são consideradas como uma das fontes principais de emissão de poluentes em uma indústria (ARRUDA, 2009). Os custos da geração de vapor estão ligados à eficiência da combustão, que deve ser monitorada constantemente visando manter os valores das variáveis dentro dos parâmetros pré-estabelecidos ou ainda melhorando-os tanto para a obtenção de maior eficiência do processo e melhor rendimento energético como para o controle das emissões dos gases poluentes (ARRUDA, 2009). A queima eficiente é obtida quando se utiliza menor excesso de ar e mesmo para uma determinada temperatura fixa pode-se observar perdas de calor relacionadas ao excesso de ar. A boa eficiência da combustão deve-se ao ar de combustão e, é praticamente impossível obter uma combustão completa sem que haja excesso de ar, pois a homogeneização perfeita entre o ar e o combustível é difícil em virtude das eventuais variações de temperatura e pressão atmosférica. O excesso de ar de combustão além de certo limite pode levar ao prejuízo, pois o ar que não participa da combustão tende a esfriar a chama sem contribuir para a reação; assim como, quanto maior for o excesso de ar, maior será a velocidade de circulação dos gases quentes com conseqüente perda de calor para a chaminé e, por fim, a insuficiência de suprimento desse ar também resulta em prejuízo, ocasionando uma combustão incompleta do combustível (SEFARTY, 2007). O uso de biomassa como fonte de energia tem se disseminado em virtude de sua natureza renovável; entretanto, esta biomassa deve ser produzida de modo sustentável e deve incluir resíduos da agricultura e de florestas e resíduos domésticos (GOLDEMBERG e TEIXEIRA COELHO, 2004). A biomassa residual é um insumo capaz de mitigar as emissões de gases de efeito estufa e de contribuir com a sustentabilidade. Assim, este estudo tem teve como objetivo comparar as emissões de gases de efeito estufa (GEE s) de caldeira alimentada com gás natural e de caldeira alimentada com biomassa residual, casca de coco babaçu. 2. Materiais e Métodos Neste trabalho foram analisadas as emissões de gases de efeito estufa (GEE s) emitidos por duas caldeiras fogotubulares com capacidade média de geração de vapor de água de 15 a 20 ton/h. Uma delas, movida a gás natural que está instalada na AMBEV-Jaguariúna e a outra é
uma caldeira alimentada com biomassa (casca de coco babaçu) instalada em outra unidade produtiva da AMBEV, localizada na cidade de Teresina. O controle da combustão, da relação ar/combustível e da quantidade da mistura gasosa foi feita por instrumentos que medem os teores de oxigênio (O 2 ), monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO 2 ). As medições para as caldeiras movidas a gás natural e a biomassa residual foram realizadas diariamente, durante 10 dias, com a caldeira operando em sua capacidade máxima de geração de vapor. As análises da emissão de gases das caldeiras foram realizadas com a utilização de um equipamento apropriado para a medição, aparelho eletrônico marca Telegan Gás Monitoring, modelo Tempest 100. O Telegan fio instalado na saída da caldeira denominada chaminé; local onde existe a emissão de gases para a atmosfera (Figuras 1A e 1B). A caldeira é dotada de um economizer, equipamento utilizado para aumento da eficiência termodinâmica da caldeira. As medições foram realizadas antes do economizer, ou seja, na secção da caldeira onde os gases apresentam temperaturas mais elevadas. O analisador Telegan possui um sensor eletroquímico para medição de um ou mais gases ao mesmo tempo; seu sistema é um misto de microcomputador e analisador de gás. Enquanto analisa os gases, calcula o teor de CO 2, perdas de calor sensível, eficiência da queima, temperaturas e excessos de ar empregado conforme as medições do teor de oxigênio. (Fonte: Autor) Figura 1 (A) Equipamento de Medição de gases na caldeira; (B) Detalhe do Analisador Tempest 100 utilizado nas Medições
3. Resultados e discussão A Tabela 1 mostra a concentração do gás oxigênio (O 2 ) que não reagiu com o combustível e as concentrações de monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO 2 ), emitidos pelas caldeiras na geração de vapor para um período de dez dias. Gás Natural Casca de Coco Babaçu % O 2 CO ppm % CO 2 Eficiência Temperatura ( C) % O 2 CO ppm % CO 2 Eficiência Temperatura ( C) Dia 1 3,50 43,00 10,20 93,80 192,00 6,39 223,00 14,32 91,90 166,00 Dia 2 3,50 23,00 10,30 94,00 191,00 7,10 197,00 13,63 91,50 168,00 Dia 3 3,20 25,00 10,30 94,10 190,00 7,52 263,00 13,20 91,10 168,00 Dia 4 3,20 43,00 10,10 93,80 190,00 7,52 196,00 13,22 91,10 170,00 Dia 5 3,30 37,00 10,20 93,80 190,00 6,78 507,00 13,92 91,30 172,00 Dia 6 3,20 19,00 10,20 93,80 192,00 6,72 253,00 13,99 91,40 174,00 Dia 7 3,10 16,00 10,10 93,80 192,00 7,64 525,00 15,09 91,80 175,00 Dia 8 4,00 23,00 10,30 94,00 188,00 7,20 424,00 13,07 91,40 160,00 Dia 9 3,30 20,00 10,20 93,80 190,00 7,20 382,00 13,52 91,70 160,00 Dia 10 3,50 16,00 10,00 93,80 193,00 7,52 274,00 13,20 91,70 159,00 Tabela 1 Valores das emissões de gases da caldeira para diferentes combustíveis Através dos dados apresentados na Tabela, pode-se observar que a eficiência da caldeira está diretamente relacionada à queima de oxigênio, ou seja, quanto menor a concentração de oxigênio liberada, maior a quantidade de oxigênio que reagiu com o combustível, consequentemente, maior eficiência da caldeira. Deste modo, a caldeira movida a gás natural apresentou eficiências da ordem de 94%, enquanto que a caldeira alimentada com casca de coco babaçu apresentou eficiências não superiores a 92%. Na figura 2, observa-se a comparação gráfica entre os resultados das duas caldeiras. Figura 2 Queima de oxigênio e eficiências das caldeiras
Com relação às emissões de monóxido de carbono e de dióxido de carbono, observou-se que a caldeira movida a gás natural apresentou emissões significativamente menores que as da caldeira movida com casca de coco babaçu. A caldeira movida a gás natural emitiu CO numa concentração máxima de 43 ppm, enquanto a caldeira movida com casca de coco babaçu teve suas emissões variando entre 196 e 507 ppm. Com relação à concentração de CO 2, existe uma diferença de três pontos percentuais (3%) entre as duas caldeiras; sendo a caldeira movida a gás natural a que menos emitiu dióxido de carbono. 4. Conclusões As análises dos resultados das medições foram baseadas apenas nas emissões de monóxido de carbono e de dióxido de carbono, que podem levar a uma conclusão equivocada de que os impactos ambientais de uma caldeira movida a gás natural sejam menores do que a da caldeira movida com casca de coco babaçu. Os resultados obtidos devem ser reavaliados considerando-se que as medições foram realizadas somente antes do economizer da caldeira movida a gás natural. A mensuração destes gases depois do economizer é essencial para conclusão do trabalho, uma vez que a temperatura dos gases se reduz neste ponto, em virtude da transferência de calor para a água, aumentando a eficiência da caldeira e reduzindo o consumo de combustíveis e, portanto, a emissão de GEE s. Além disso, para uma correta avaliação de impactos ambientais deve-se considerar a qualidade do combustível utilizado e seu processo de obtenção e renovabilidade na natureza. O gás natural é um combustível de origem fóssil e de caráter não-renovável, que produz na combustão particulados (C sólido), CO (Monóxido de Carbono) e dióxido de carbono (CO 2 ), hidrocarbonetos (HC), óxido nitroso (NO 2 ) e óxido sulfuroso (SO 2 ), devido ao gás natural não ser uma substância pura. Já a casca de coco babaçu é uma biomassa residual que possui caráter renovável e participa do processo de fixação de carbono na fotossíntese compensando as emissões de gases de efeito estufa. Uma análise conclusiva sobre os impactos ambientais decorrentes do tipo de combustível utilizado em caldeiras requer uma comparação considerando a origem do combustível e o seu papel no ciclo de carbono na Natureza. Deve-se ainda, analisar a renovabilidade do combustível e sua capacidade de fixação de carbono, isto é, sua capacidade de reciclagem deste elemento na Natureza. Assim, é recomendável que estudos sobre a emissão de GEE s adotem uma visão sistêmica e englobem os ciclos biogeoquímicos da Natureza nas análises. Uma metodologia que abrange estes aspectos é a Análise de Ciclo de Vida. 5. Referências Bibliográficas ARRUDA, M. Z. Análise de combustíveis de caldeiras. 2009. 74 p. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia Ambiental) Universidade de Passo Fundo. Rio Grande do Sul. BLEY Jr., C.; LIBÂNIO, J. C.; GALINKIN, M.; OLIVEIRA, M. M. Agroenergia da biomassa residual: perspectivas energéticas, socioeconômicas e ambientais. Foz do Iguaçu/Brasília: Itaipu Binacional, Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação, TechnoPolitik Editora, 2009. 140 p. BULLER, L. S. Logística Empresarial. Curitiba: IESDE Brasil S.A., 2008. 128 p.
GOLDEMBERG, J.; TEIXEIRA COELHO, S. Renewable energy traditional biomass vs. modern biomass. Energy Policy, v. 32, p. 711-714. 2004. OLIVEIRA, S. M. B. Base científica para a compreensão do aquecimento global. In: Veiga, J.E. Aquecimento global: frias contendas científicas. São Paulo, SP: Editora Senac São Paulo, 2008. p. 17-54. SERFATY, R. Combustão e queimadores. PETROBRAS, Rio de Janeiro, RJ (Brazil). Centro de Pesquisa e Desenvolvimento -CENPES. 2007.