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How to cite this paperAn. 4. Enc. Energ. Meio Rural 2002
Potencial de conservação de energia nos processos de produção em uma propriedade rural
Carlos Alberto OlivaI; Juliano SouzaII; Dr. Samuel Nelson Melegari de SouzaIII; Alexandre SordiIV
IUniversidade Estadual do Oeste do Paraná - UNIOESTE. Mestrando do Curso de Engenharia Agrícola 85814-110 Cascavel - Paraná. email: cadoliva@aol.com
IIUniversidade Estadual do Oeste do Paraná - UNIOESTE. Mestrando do Curso de Engenharia Agrícola 85814-110 Cascavel - Paraná
IIIUniversidade Estadual do Oeste do Paraná - UNIOESTE. Professor Orientador do Curso de Mestrado em Engenharia Agrícola 85814-110 Cascavel - Paraná. email: ssouza@unioeste.br
IVUniversidade Estadual do Oeste do Paraná - UNIOESTE. Mestrando do Curso de Engenharia Agrícola 85814-110 Cascavel - Paraná. email: asordi@unioeste.br
RESUMO
A eficiência energética apresenta-se como um dos tópicos centrais para a conservação de energia, constituindo-se numa variável resultante da interação de diversos fatores econômicos, políticos e sociais. Por isso mesmo, ela é influenciada diretamente por mudanças estruturais na economia caracterizadas por alterações nos padrões tecnológicos e no conteúdo energético do sistema produtivo como um todo. Além disso, fatores como o uso racional da energia, as fontes de energia disponíveis, hábitos de consumo e padrão de vida das populações também produzem alterações nos níveis de eficiência energética.
A análise da eficiência energética permite o estudo da evolução da demanda e suprimento de energia, dos hábitos de consumo e das alterações efetuadas na economia e na sociedade. No estado do Paraná, o meio rural possue 31,3% dos transformadores da companhia de energia do estado o que corresponde a 21,8% da potência instalada. E o consumo de energia da área rural corresponde a 7,70%.
Devido à redução dos preços das commodites agrícolas decorrentes de um mercado cada vez mais globalizado, o agricultor tem como única opção à redução dos custos de produção, uma alternativa seria a redução do uso de insumos tais como a energia.
O objetivo do presente trabalho é avaliar o consumo de energia com relação à força motriz utilizada em uma propriedade, por meio da utilização do biogás disponível na propriedade.
Palavras chaves: Biogás, coogeração,suinocultura.
ABSTRACT
The energy efficiency comes as one of the central topics for the conservation of energy, being constituted in a variable resulting from the interaction of several factors economical, political and social. For quite so, she is influenced directly by structural changes in the economy characterized by alterations in the technological patterns and in the energy content of the productive system as a whole. Besides, factors as the rational use of the energy, the available sources of energy, consumption habits and standard of living of the populations also produce alterations in the levels of energy efficiency.
The analysis of the energy efficiency allows the study of the evolution of the demand and supply of energy, of the consumption habits and of the alterations made in the economy and in the society. In the state of Paraná, the way rural own 31,3% of the transformers of the company of energy of the state that corresponds to 21,8% of the installed potency. And the consumption of energy of the rural area corresponds to 7,70%.
Due to the reduction of the prices of the current agricultural commodites of a market more and more globally, the farmer has as only option to the reduction of the production costs, an alternative would be the reduction of the use of such inputs as the energy. The objective of the present work is to evaluate the consumption of energy regarding driving force used in a property, through the use of the available biogas in the property.
INTRODUÇÃO
Atualmente, o sistema econômico baseia-se no pressuposto quase inesgotável fonte de energia de origem fóssil. Isto tem levado a um forte consumo de energia, colocando em risco a disponibilidade de alguns recursos naturais energéticos que são finitos, e que dessa forma ameaçam agora desaparecer. Foi essa ameaça que estimulou a procura por sistemas alternativos que, partindo de recursos renováveis, possam contribuir de forma significativa para assegurar do fornecimento de energia a escala mundial.
O sistema econômico moderno conduz também a produção de grandes quantidades de resíduos industriais, agrícolas e domésticos. Embora esses resíduos possam conter componentes úteis e valiosos, o seu aproveitamento revela-se em muitos casos pouco compensadores, face aos baixos preços das matérias primas praticadas no mercado mundial.
Desta forma é normalmente atribuído aos resíduos um valor econômico negativo, do que resulta num conseqüente despejo indiscriminado desses materiais sobre o meio ambiente, com graves problemas de poluição.
Da combinação destes e de outros problemas associados, que em escala local ou mundial, é cada vez mais óbvia a necessidade de não se encararem os resíduos como materiais indesejáveis, mas sim como potenciais produtos. Existe a necessidade de se encontrarem processos apropriados capazes de converter o atualmente designado por desperdício, em produtos úteis, como sejam os casos de energia, dos fertilizantes e da água.
A digestão anaeróbia de matéria orgânica, é uma das tecnologias atualmente disponíveis capaz de contribuir para a redução da poluição ambiental e, ao mesmo tempo, de valorizar estes novos produtos. Este processo pode ser sumariamente descrito como uma conversão microbiológica da matéria orgânica numa mistura essencialmente composta por metano e dióxido de carbono, que pode ser utilizado como combustível.
Estima-se que, casos todos os resíduos orgânicos mundiais fossem convertidos em metano, a uma eficiência de 50% seria possível uma economia de cerca de 5% na energia fóssil mundial[1].
OPORTUNIDADES PARA UTILIZAÇÃO DO BIODIGESTOR NA ÁREA RURAL
A suinocultura paranaense gera empregos e divisas para o estado em todos os segmentos da sua cadeia produtiva, sendo também um importante instrumento de fixação do homem do campo. Atualmente ocupa uma posição de destaque na economia nacional, detendo a 2ª posição em rebanho nacional, estimado em 4.175 mil cabeças.
O balanço do setor suinícola paranaense apresentou a produção de 219 mil toneladas de carne, o que equivale ao abate de 2.566 mil suínos. O maior pólo produtor do estado encontra-se na região Oeste do estado onde se encontra a maior concentração de criadores de suínos, pois são nesses locais onde estão instalados dois grandes frigoríficos.
A maioria dos suinocultores do Paraná caracterizam-se pela estrutura minifundiária (média de 16 hectares) e se encontram em áreas próximas a cursos d'água. Calcula-se que o rebanho paranaense produza aproximadamente cerca de 35 mil metros cúbicos por dia de dejetos, que gera uma carga equivalente a 582 mil quilos ao dia.[2]
A quantidade total de dejetos líquidos produzidos varia de acordo com o desenvolvimento ponderal dos animais, Taiganides(1977). Para os suínos, os valores são decrescentes de 8,5 a 4,9% de seu peso vivo por dia, na faixa de 15 a 100 kg ( Jelinek, 1977, citado por Oliveira et al.,1993).
O volume dos dejetos líquidos produzidos também depende do manejo, do tipo de bebedouro e do sistema de higienização adotado, freqüência e volume de água utilizada, bem como do número e categoria de animais (Tabela 1).
A composição química e física dos dejetos esta associada ao sistema de manejo adotado aos aspectos nutricionais. Apresentam grandes variações na concentração dos elementos componentes dependendo da diluição a qual foram submetidos e do sistema de armazenamento.
A capacidade poluidora dos dejetos de suínos em termos comparativos, é muito superior a de outras espécies, a exemplo da humana, pois enquanto a DBO, demanda bioquímica de oxigênio, per capita de um suíno de 85 kg de peso vivo, varia de 189 a 208 g/animal/dia, a doméstica é de apenas 45 a 75 g/habitante/dia.
O biodigestor, como toda grande idéia, é genial por sua simplicidade. Trata-se basicamente, de uma câmara fechada onde a biomassa é fermentada anaerobicamente, e o biogás resultante é canalizado para ser empregado nos mais diversos fins, um deles de nosso estudo a geração de energia elétrica.
O biogás é produzido no interior da câmara pelo processo chamado fermentação. A fermentação é o mesmo método utilizado para fabricar vinho, vinagre, cerveja e diversas outras substâncias . Ela está ocorrendo todo o momento na natureza , pelas bactérias que decompõem o amido e as demais substâncias das plantas. Algumas necessitam do oxigênio do ar para realizar seu trabalho são as chamadas aeróbias. Outras as chamadas anaeróbias, só trabalham na ausência de oxigênio. São estas as que sobrevivem nos intestinos dos animais e as responsáveis pela fermentação dos excrementos, produzindo o metano como subproduto desse processo. O biodigestor, portanto, funciona a partir do trabalho das bactérias anaeróbias.
No caso de dejetos suínos, segundo Barrera(1993), 2,25 kg/animal tem uma produção de biogás 560 m3 por tonelada.
Como o biodigestor, além de produzir gás, limpa os resíduos não aproveitáveis de uma propriedade agrícola e gera fertilizantes.
No uso do biodigestor com dejeto suíno uma das maiores vantagens seria a quantidade de carga orgânica a ser removida. Esta carga orgânica pode ser medida através da demanda química de oxigênio, DQO.
A equivalência energética do biogás em relação a outros energéticos é determinada levando em conta o poder calorífico e a eficiência média de combustão. A tabela 2, mostra a relação entre biogás e outros energéticos, em termos de equivalência energética, segundo três fontes consultadas.
O BIODIGESTOR NO MUNDO
No século XVIII detectou-se a presença de gás metano e posteriormente já no século XIX, experimentos isolados conduzidos por Pasteur demonstraram a facilidade de se aproveitar à capacidade de combustão do metano para fins energéticos.
No final de século XIX e durante as primeiras décadas do século XX, em várias cidades da Europa, Índia e Estados Unidos instalaram-se plantas para o tratamento de águas residuárias. Nestas plantas o lodo dos decantadores era encaminhados à digestão anaeróbia. O gás produzido foi utilizado para a iluminação pública e para a própria operação das plantas.
Durante e imediatamente após a Segunda Guerra Mundial, em vários países europeus desenvolveram-se e difundiram-se no meio rural plantas para obtenção do biogás. Este era utilizado para o funcionamento de tratores e automóveis, devido, principalmente, a escassez de petróleo na época. A idéia espalhou-se pela Europa Ocidental, mas desvaneceu-se quando os combustíveis fósseis tornaram-se novamente disponíveis.
Durante a década de 1950, na Ásia e particularmente na Índia, se desenvolveram modelos simples de câmaras de fermentação, mais conhecidos como biodigestores. Estes eram utilizados para a produção não apenas de biogás, mas como também de biofertilizantes, que eram apropriados para as aldeias locais. Estes biodigestores eram alimentados com esterco e resíduos vegetais. O biogás era utilizado em cozinhas e lâmpadas.
Em 1979, por exemplo, o Centro Francês de Informação Industrial e Econômica desenvolveu projetos de instalação de biodigestores nas regiões de suinocultura de seu país, visando reduzir a poluição provocada pelos dejetos do rebanho na terra e nos rios. De quebra, diminuiu drasticamente o consumo de fertilizantes e de energia dessas regiões. Por diferentes razões, o mesmo tem ocorrido em vários países desenvolvidos da Europa.
No outro extremo, até o pequeno Instituto Salvadoreño de Investigaciones Del Café, de El Salvador, desenvolveu pesquisas sofisticadas procurando a mistura exata de esterco de bovinos e resíduos de café para a produção de biogás em biodigestor.
Na China, existem hoje mais de oito milhões de biodigestores em funcionamento, contra pouco mais de trezentos mil na Índia. No Brasil, no início dos anos 90, segundo estimativas da Embrapa, eles não chegavam a oito mil [3].
Com dados mais recentes, de 1999 na Europa, em Portugal o setor que apresenta maior utilização é o da suinocultura com 78%, a industria com 10% e 12% das estações de tratamento de resíduos municipais do total de biodigestores instalados no país.
As razões indicadas pelos proprietários como motivadoras para avançar com um projeto desta natureza foram as seguintes:
- Tecnologia que combina a natureza da instalação com produção de energia
- Possibilidade de obtenção de subsídio
- Eliminação de odores e insetos
- Melhora no sistema de tratamento de dejetos cobrados por órgãos governamentais e do meio ambiente[4]
POR QUE O BIODIGESTOR NÃO DEU CERTO?
O biodigestor deu certo.
Deixou, porém, de ser utilizado por causa da introdução da eletrificação rural ou por não haver linha de crédito para sua implantação ou por existirem outras opções para o manejo de dejetos.
Existem, entretanto, fatores específicos que dificultam sua utilização, como elevada vazão de afluentes que impede a retenção hidráulica por um mínimo de tempo indispensável à obtenção de reações eficientes, dificuldades operacionais na alimentação do reator decorrentes da grande oscilação das vazões de entrada, baixos teores de sólidos em suspensão volátil no afluente e elevada quantidade de antibióticos, zinco e cobre na ração que atuam como bactericidas e estrangulam as reações, principalmente metanogênicas características desse reator[5].
DESCRIÇÃO DA PROPRIEDADE E DO PROCESSO AVALIADO
A propriedade utilizada para este estudo é constituída de dois barracões destinados à criação de frangos de corte e um barracão destinado a criação de suínos, no aspecto da suinocultura a propriedade opera no sistema de reprodução e engorda de leitões de 20 a 25 kg, atualmente com um plantel de 270 matrizes.
USO DE EQUIPAMENTOS E POTÊNCIA INSTALADA
Apesar do reconhecido desenvolvimento tecnológico as instalações e equipamentos são adquiridos e instalados sem o envolvimento de um profissional qualificado. Pois encontramos neste tipo de instalação a mão de obra própria e a crença de que se funcionou até hoje assim deve continuar desta maneira.
As cargas elétricas principais são distribuídas da seguinte maneira:
O SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA
Destes equipamentos nos concentramos no quebrador de milho. A este foi acoplado um motor estacionário 06 cilindros marca Ford em conjunto com um gerador de 50 kVA 1800 rpm com sistema de controle de mistura de combustível que manteve o sistema operando em 60 Hz, freqüência da rede da concessionária local. Para colocação deste sistema realizamos a operação através de quadro elétrico com sistema de paralelismo, isto é, podemos utilizar tanto a rede da concessionária como o gerador.
Esta configuração utiliza além dos componentes acima interligação com um biodigestor tipo UASB com capacidade de 50 m3 com geração de gás média de 12 m3/hora.
A ENERGIA GERADA
Consideramos como carga o motor elétrico do quebrador de milho a uma corrente elétrica alternada de forma continua de 28 amperes a uma tensão de 220 Volts sistemas trifásicos alimentado continuamente pelo gerador durante 09 horas obterão uma geração equivalente a 96 kWh/dia.
A POSSIBILIDADE DE GERAÇÃO DE ENERGIA
Considerando o sistema elaborado poderíamos gerar energia elétrica suficiente para atender toda a instalação da propriedade que é atualmente de 45 kVA. Onde a maior demanda de energia seria nos meses de safra em função da colheita de milho e nos meses de verão com a entrada em operação do sistema de ventilação dos aviários.
Poderemos gerar uma redução dos custos totais da instalação da ordem de 4 a 6,5 %, que representa em valores atuais em média R$ 3.600,00/ ano.
No período compreendido entre novembro de 1995 e junho de 2001 a variação acumulada de energia foi de 86,04%.
A ENERGIA COMO COMODITTE
Considerando-se a relação de troca entre o preço do kg do suíno vivo e o preço do kg do milho, principal insumo do custo de produção da atividade, observa-se que, no transcorrer do período de abril de 1999 a abril de 2000 o suinocultor teve esta relação enfraquecida. Pois enquanto que, em abril de 1999, essa relação situava-se em 6,9 kg milho/kg suíno em abril de 2000 estava em 5,5 kg milho/kg suíno registrando uma perda de 21% no poder de troca neste período.
Considerando a variação no custo da energia elétrica no período de junho de 1999 a junho de 2000 o valor acumulado é de 33,03%.
CONCLUSÃO
No meio rural, em função da natureza da atividade e da disponibilidade de recursos energéticos o biogás apresenta uma alternativa viável e pode contribuir para a redução de custos de produção.
Neste tipo de instalação com a configuração atual o investimento inicial seria inviável para um produtor que apresentar um plantel menor que 300 matrizes.
Entretanto poderíamos incentivar o produtor a considerar a condição de organizar-se em cooperativas pois no caso do Estado do Paraná os suinocultores possuem uma condição favorável geograficamente.
Neste caso poderíamos constituir sistemas de tratamento de dejetos com a finalidade de gerar além de eletricidade, a produção de calor útil na secagem, para a produção de vapor ou ainda na produção de frio.
REFERÊNCIAS
[1] Santos, Paulo; Guia Técnico do Biogás; Centro para a Conservação de Energia; Portugal; Junho, 2000; p.9-13
[2] SEAB; Home page da Secretaria da Agricultura e do Abastecimento: www.seab.gov.pr
[3] Ferraz, José Maria Gusmann e Marriel, Ivanildo Evódio; Biogás: Uma fonte alternativa de Energia; Brasil; 1980; p.16-18
[4] Santos, Paulo; Guia Técnico do Biogás; Centro para a Conservação de Energia; Portugal; Junho, 2000; p.101-109
[5] EMBRAPA; Coleção 500 perguntas e 500 respostas, pergunta 439, sub área dejetos: www.spi.embrapa.Br;Março, 2001
[6] COPEL; Home page da Companhia Paranaense de Energia: www.copel.com