combustão da palha da cana de açúcar - v.final

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Processos termoqumicos de Converso Energtica-3S2012- 11 -

Processos Termoqumicos de Converso Energtica-3S2012

COMBUSTO DA PALHA DA CANA DE ACARJlia Maria de Oliveira Camargo, julia.camargo@ufabc.edu.brRodolfo Sbrolini Tiburcio, rodolfo.sbrolini@ufabc.edu.br

Stefany Silva Lisboa, stefany.lisboa@ufabc.edu.brUniversidade Federal do ABC. Centro de Engenharia, Modelagem e Cincias Sociais Aplicadas. Avenida dos Estados, 5001. CEP 09.210-170 - Santo Andr, SP BrasilAbstract. Atualmente o Brasil utiliza a biomassa como combustvel ou como fonte para converso energtica e hoje uma das principais alternativas utilizao dos combustveis fsseis, sendo que este aproveitamento obtido de resduos agrcolas e agroindustriais, utilizando-os sem haver competio com rea plantada para o cultivo de alimentos. Embora muito se fale a esse respeito, o uso desses resduos em processos de converso energtica pouco difundido e, muitas vezes, feito de maneira aleatria. A utilizao da palha de cana de acar para converso energtica est sendo realizada atravs de mudanas tecnolgicas na colheita e na lavagem da cana, alm de mudanas na legislao ambiental, porm pouco se conhece a respeito das propriedades fsico-qumicas e termodinmicas, essenciais para que se avalie o potencial de aproveitamento energtico da palha em processos termoqumicos e bioqumicos de converso energtica, bem como os resultados obtidos a partir da combusto deste material em caldeiras de bagao. A partir disso, o presente trabalho buscou analisar a utilizao da palha da cana como combustvel para caldeiras de sistemas de cogerao, desde os vrios tipos de colheita desta biomassa, at a sua combusto em caldeiras.

Keywords: palha de cana de acar, combusto, colheita, bioenergia, biomassa1. INTRODUOO desenvolvimento tecnolgico a que o mundo assistiu nas ltimas dcadas foi alavancado pelo uso indiscriminado de combustveis fsseis. Hoje, a populao sente os reflexos desse crescimento, como a escassez do petrleo e as mudanas climticas globais. Autoridades de todo o mundo buscam por solues rpidas e eficientes para esse problema. O uso da biomassa como combustvel ou como fonte para converso energtica hoje uma das principais alternativas utilizao dos combustveis fsseis. Nesse contexto, o aproveitamento energtico de resduos agrcolas e agroindustriais uma possibilidade de uso da biomassa como fonte de energia sem, no entanto, competir com a rea plantada para o cultivo de alimentos. Embora muito se fale a esse respeito, o uso desses resduos em processos de converso energtica pouco difundido e, muitas vezes, feito de maneira aleatria.

Historicamente, desde o incio do cultivo das lavouras de cana de acar at os dias de hoje, a colheita foi preferencialmente realizada de forma manual. Para facilitar o corte e otimizar esse processo, a cana queimada. No entanto, com o desenvolvimento tecnolgico e com as mudanas na legislao ambiental, observa-se uma tendncia mecanizao da colheita. Com isso, a palha, palhio ou resduo da cana, passou a ser deixada no campo, para proteger o solo e possibilitar a prtica de plantio direto. No entanto, este resduo apresenta grande valor energtico e um dos maiores problemas no seu aproveitamento est associado ao seu transporte, do campo para a usina. O grande volume produzido, associado baixa densidade, faz com que o transporte da mesma para aproveitamento no processo no seja considerado como vantajoso. No entanto, pouco se conhece a respeito das propriedades fsico-qumicas e termodinmicas, essenciais para que se avalie o potencial de aproveitamento energtico da palha em processos termoqumicos e bioqumicos de converso energtica, bem como os resultados obtidos a partir da combusto deste material em caldeiras de bagao. A partir disso, o presente trabalho buscou analisar a utilizao da palha da cana como combustvel para caldeiras de sistemas de cogerao, desde os vrios tipos de colheita desta biomassa, at a sua combusto em caldeiras.1. MECANIZAO DA COLHEITA DA CANA DE ACAR E A PALHADesde o incio da produo de acar e lcool em larga escala, os produtores para aumentar o rendimento do corte manual da cana de acar queimam previamente os canaviais, visando o aproveitamento do colmo da cana de acar.Devido s preocupaes crescentes com o meio ambiente, e os danos causados pelas queima de canaviais, o Governo Federal criou um Decreto n 2.661/98 em que estabelecido o fim progressivo da prtica da queimada controlada, considerando reas passveis de mecanizao, porm no mbito estadual existe a Lei n 11.241/02 que mais restritiva e estabelece o fim progressivo da queima da cana em reas mecanizveis e no mecanizveis, sendo o prazo final para extinguir completamente as queimadas o ano de 2021 para reas mecanizveis e 2031 para reas no mecanizveis (GMEZ et. al., 2010 apud CORTEZ et al., 2010).Em junho de 2007, foi celebrado um protocolo de cooperao (assinado por 155 usinas instaladas no Estado de So Paulo e 24 cooperativas de fornecedores de cana) entre o Governo do Estado de So Paulo, a Secretaria de Agricultura e Abastecimento e a Unio da Agroindstria Canavieira de So Paulo (Unica), em que esses prazos para o fim da queimada pretendem ser antecipados, sendo para reas mecanizveis 2014 e para reas no mecanizveis 2016 (UNICA, 2009 apud GMEZ et al., 2010).

Segundo Braunbeck (1988), a colheita manual realizada por cortadores que selecionam e agarram 4 a 5 colmos da touceira de cana (que foram queimados anteriormente) e cortam os mesmos na base, com golpes de faco, depois os colmos so depositados em montes perpendicularmente s fileiras de plantio, sendo empilhados de forma aproximadamente paralela, que viabiliza a maior densidade de carga e o maior rendimento do transporte. A colheita manual pode ser realizada tambm sem a queima da cana, porm o rendimento menor em relao tonelagem colhida e a menor densidade da matria-prima devido queda no rendimento dos trabalhadores.Aps a colheita, ocorre a operao de carregamento com garra hidrulica, em que as carregadoras recolhem as canas amontadas pelos cortadores e as transferem para os caminhes e reboques que acompanham as carregadoras e que so enviados para a usina sucroalcooleira.

A queima da cana constitui em um impacto ambiental que compromete a qualidade do solo, gera danos para a fauna e a flora e implica na emisso de gases e partculas, dentre eles citamos o dixido de carbono (CO2), um dos gases de efeito estufa, o monxido de carbono (CO) e o oznio (O3), que oferecem riscos sade humana. Em contraste, a colheita da cana crua (mecanizada) implica na possibilidade de aproveitamento da biomassa proveniente das sobras e resduos da planta, por exemplo, para a gerao de energia eltrica em sistemas de cogerao (PAIXO & FONSECA, 2011).A colheita mecanizada realizada por cortadoras de colmos inteiros ou colhedores de cana picada, operando com cana crua ou queimada. As cortadoras colhem e transferem a cana simultaneamente para o transporte e deixam os colmos no campo para serem carregados em uma operao posterior. O transporte dessa cana feito por carretas de transbordo que recebem os rebolos das colhedoras e os transferem para os veculos de estrada em local apropriado, segundo Braunbeck (1988).Atualmente os processos convencionais de colheita manual e colheita mecnica com a queima prvia, visam apenas utilizao do colmo e para ambos os casos o aproveitamento do palhio no faz parte do processo de colheita, este parcialmente separado dos colmos e deixado no campo para recuperao.O palhio de cana deixado no campo composto do de palha verde e seca (obtidos na colheita mecanizada), terra, ervas daninhas, ponteios e razes e uma tonelada desse resduo, segundo Ripoli et al. (2000) apud Magalhes,( 2006), equivale a 1,2 e 2,8 EBP (equivalente de barris de petrleo), sendo que um hectare fabrica aproximadamente quatro a nove toneladas de palhio (peso seco), o que implica em uma energia desperdiada.Segundo Cortez et al. (2008 apud Gmez et al., 2010), a palha pode ser recuperada de trs maneiras, por meio do recolhimento de palha lanado durante a operao de colheita, pela ao dos extratores das colhedoras, ou via colheita integral em que a palha processada pelas colhedoras com os colmos e lanada no transbordo e rodotrem, para depois ser encaminhada para a usina.

As rotas para o recolhimento de palha so descritas abaixo:

A granel (impurezas vegetais 6%): na colhedora de cana, os colmos so separados da palha na prpria mquina por meio do princpio de separao pneumtica. Ocorre o lanamento dos colmos e do palhio em uma cmara de limpeza na qual existe uma corrente de ar ascendente gerada por um extrator de fluxo axial, que conhecido como extrator primrio e em mxima rotao separa grandes quantidades de palha e impurezas leves e as lana no solo atrs da colhedora. O que resta de palha, colmo e demais impurezas so conduzidas ao extrator secundrio, em que a biomassa sofre um segundo processo de separao (parte mais pesada), o material que no foi limpo nesse processo descarregado no transbordo que se localiza ao lado da colhedora e a palha e o restante das outras impurezas so jogadas no solo. Nesta segunda etapa possvel adaptar a colhedora com um duto que direcione a palha para um reservatrio, porm necessrio descarregar, limpar, armazenar e encaminhar ao processamento que possui um custo elevado devido densidade da palha de 60 kg/m3 (CORTEZ et al., 2008). Vantagem: reduo de custo, uma vez que o mesmo meio de transporte faz a colheita da cana e da palha. Desvantagem: baixa densidade carregada pelo caminho (cana+palha), o que exige um aumento da frota de caminhes, entretanto, esse aumento menor do que do tipo da colheita com enfardamento. Esse o mecanismo mais utilizado no Brasil (Figura 1) (PIEROSSI, 2013).

Figura 1. Colheita de cana e palhio na colheita a granel ou parcial (PIEROSSI, 2013). Picado a granel: o palhio que se encontra no solo sofre um processo d