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How to cite this paperAn. 5. Enc. Energ. Meio Rural 2004
Uso de energia em construção rural
Energy use in a rural building
Alessandro Torres CamposI; José Roberto Corrêa SagliettiII; Aloísio Torres de CamposIII; Diogo Santos CamposIV; Jacir DagaV
IEng. Agrícola, Dr. - Prof. Adjunto - GPEA (Grupo de Pesquisas em Ambiência do Oeste do Paraná)/UNIOESTE - M. C. Rondon/PR - atcampos3@yahoo.com.br
IIProf. Ass. Dr. - FCA/UNESP - Botucatu/SP
IIIPesquisador, Dr. - Embrapa Gado de Leite/GPEA - Juiz de Fora/MG
IVEng. Agrícola, Mestrando - DEA/UFV - Viçosa/MG
VMestrando em Agronomia - GPEA/UNIOESTE - M. C. Rondon/PR
RESUMO
O estudo da energia empregada em sistemas agrícolas, seus fluxos, distribuição e conversão constituem importante instrumental para avaliação da sustentabilidade destes sistemas; principalmente tendo-se em conta a atual crise nos setores energéticos. Este procedimento possibilita a determinação dos processos, materiais e equipamentos de maior consumo energético, indicando opções de economia. Uma das principais carências que se percebe na literatura é a falta de informações acerca dos consumos energéticos para construções e instalações utilizadas nos diversos processos produtivos agrícolas no Brasil. O trabalho teve como objetivo realizar uma estimativa da energia envolvida na construção de uma instalação rural no Sistema Intensivo de Produção de Leite da Embrapa Gado de Leite, em Coronel Pacheco-MG. Para o desenvolvimento do trabalho utilizou-se os coeficientes energéticos levantados pela Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais (CETEC). Com os resultados obtidos pôde-se observar que o índice energético por área de construção diferenciou bastante daqueles apresentados pela literatura, sendo encontrados valores de 587,09 MJ.m-2, quando se relaciona a área total e 622,23 MJ.m-2, quando se relaciona a área útil para a capacidade estática de armazenagem de feno. O item de maior consumo energético para o tipo de construção rural analisado foi a parede de alvenaria (3,18 kJ.m-2), contribuindo com 46,77% do total de energia empregada na construção do galpão. A estrutura de cobertura, mesmo considerando incluídos os elementos de sustentação, como pilares, apresentou baixo consumo energético (50,35% do total de energia empregada). A metodologia empregada confirmou sua utilidade para a determinação de materiais e processos poupadores de energia, do ponto de vista ecológico.
Palavras-chave: Construções rurais, balanço de energia, materiais de construção
ABSTRACT
The employed energy in agricultural systems study, its flows, distribution and conversion constitute important instrumental for evaluation of the sustentabilidade of these systems; mainly is tended in bill the current crisis in the energy sections. This procedure facilitates the determination of the processes, materials and equipments of larger energy consumption, indicating economy options. One of the main lacks that is noticed in the literature is the lack of information concerning the energy consumptions for constructions and facilities used in the several agricultural productive processes in Brazil. The work had as objective to accomplish an estimate of the involved energy in the construction of a rural building, in the Intensive System of Milk Production of Embrapa Gado de Leite, in Coronel Pacheco-MG Brasil. For the development of the work the energy coefficients lifted by the Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais was used (CETEC). With the obtained results it could be observed that the energy index for construction area differentiated enough of those presented by the literature, being found values of 587,09 MJ.m-2, when the total area was linked and 622,23 MJ.m-2, when it was linked the useful hay storage static capacity area. The item of larger energy consumption for the analyzed type of rural building went to masonry wall (3,18 kJ.m-2), contributing with 46,77% of the total employed energy in the construction of the building. The covering structure, even considering included the structural elements, as pillars, it presented low energy consumption (50,35% of the total employed energy). The employed methodology confirmed its usefulness for the determination of materials and processes energy saving, in an ecological point of view.
1. Introdução
O estudo da energia empregada em sistemas agrícolas, seus fluxos, distribuição e conversão constituem importante instrumental para avaliação da sustentabilidade destes sistemas; principalmente tendo-se em conta a atual crise nos setores energéticos. Este procedimento possibilita a determinação dos processos, materiais e equipamentos de maior consumo energético, indicando opções de economia. Uma das principais carências que se percebe na literatura é a falta de informações acerca dos consumos energéticos para construções e instalações utilizadas nos diversos processos produtivos agrícolas no Brasil.
No meio rural, as edificações são de enorme variedade de tamanho e qualidade, em função da localização geográfica, do tamanho da propriedade, do nível de renda dos proprietários (MELLO, 1986), cultura e tradição local e/ou familiar, do tipo de atividade a ser desenvolvida e seu nível de especialização, e do número de atividades diferentes que o agricultor desenvolve em sua propriedade, sendo que alguns tipos de instalações podem ser utilizados em mais de uma atividade. Acrescente-se também o fato de que a origem dos materiais ou matérias-primas empregados em sua fabricação é de grande importância no conteúdo energético (FERNANDES & SOUZA, 1982).
Com o objetivo de verificar a influência dos materiais empregados no conteúdo energético total de uma edificação, FERNANDES & SOUZA (1982) levantaram a energia introduzida na construção de uma residência constituída por três quartos, um banheiro, sala de estar, cozinha, sala de jantar e varanda, utilizando diferentes materiais, tipificando a residência em dois tipos. Através dos dados apresentados pelos pesquisadores, percebe-se que a substituição do tijolo cerâmico pelo de concreto leva a uma diferença no conteúdo energético de 22,5 × 106 kcal. As paredes de tijolo cerâmico foram responsáveis por 66% do conteúdo energético total, sendo este valor superior ao conteúdo total da residência que emprega tijolos de concreto. Em média, foram encontrados para as residências, tipo 1 e tipo 2, 0,5 × 106 kcal.m-2 e 0,24 × 106 kcal.m-2 de área construída, respectivamente. Os autores informam que os índices energéticos determinados para os materiais de construção correspondem à energia consumida nos processos de fabricação por unidade de peso do produto acabado. Porém, para comparar os diferentes materiais é necessário que seja levado em consideração o conteúdo total na unidade de área construída. Entre os materiais analisados para confecção de revestimentos, pisos, telhas e paredes, ocorreram casos em que materiais de índices energéticos mais elevados mostraram-se energeticamente mais econômicos que os de índices mais baixos, por serem empregados em pequenas espessuras e, portanto menor peso por unidade de área. Tal fato ocorre com o azulejo, quando comparado ao revestimento cerâmico, com o mármore e o vulcapiso, telhas cerâmicas e de cimento amianto, divisórias e tijolos de concreto.
Dentre as importantes conclusões levantadas por FERNANDES & SOUZA (1982), cabe citar o seguinte: a) A energia elétrica e o óleo combustível são os recursos energéticos de mais amplo emprego na fabricação de materiais de construção; b) O óleo combustível é a forma que responde pela quase totalidade (83 a 98%) dos recursos energéticos consumidos na elaboração de cal, chapa de fibra, madeira aglomerada, cimento, laje, revestimento e pisos cerâmicos, telhas cerâmicas, telhas de vidro, tijolos cerâmicos e vidro plano; c) os materiais construtivos de menor conteúdo energético, por unidade de peso, são: a areia, a brita, o PVC, o tijolo de concreto, o vulcapiso e vigas de concreto; d) O conteúdo energético de tijolos cerâmicos é 7 vezes maior que o de tijolos de concreto, por unidade de peso. Por metro quadrado de área construída, o conteúdo energético do primeiro é 11 vezes maior que o do segundo, e) o conteúdo energético da telha de cimento amianto é praticamente a metade do conteúdo energético da telha cerâmica.
Hannon et al. citados por DOERING III (1980) analisaram processos de contabilização da energia empregada em construções rurais. Apesar de reconhecer que há grandes diferenças, entre diversos tipos de instalações e construções, DOERING III (1980) afirma que até a época, não havia análises detalhadas dos vários tipos de estruturas empregadas no meio rural, sugerindo a utilização dos valores de 1.496.232 kcal.m-2 para residências e 409.041 kcal.m-2 para construções de serviço. Expondo o argumento que, devido à grande diferença entre as edificações rurais norte-americanas, que têm que suportar grandes variações climáticas, além de seus proprietários possuírem níveis de renda superiores em média aos brasileiros, estas edificações requerem um investimento energético muito maior, por isso apresentam um consumo energético muito elevado comparado às construções brasileiras, MELLO (1986) optou por adotar em seu trabalho o menor valor encontrado pelo CETEC (FERNANDES & SOUZA, 1982) para as residências, ou seja, 0,24 × 106 kcal.m-2 e 0,27 vezes este valor para edificações de serviço (64.800 kcal.m-2), que é a mesma proporção entre edificações de serviço e residência apresentadas por Hannon et al. citados por DOERING III (1980).
QUESADA et al. (1987), em estudo de balanço de energia na produção de bovinos de leite e de suínos, se deparou com valores de 158.698 kcal.vaca-1.ano-1 e 829.530 kcal por 100 kg de suíno, como coeficientes de energia empregada em instalações.
Assim como as rubricas drenagem, irrigação, tratores, maquinário e uso de automóveis, ZUCCHETTO & JANSSON (1979) incluíram os custos energéticos das construções em um item denominado de capital, participando com 7,4 % do total deste, em uma análise na agricultura da ilha de Gotland, na Suécia. Com relação ao item energia indireta, que é mais abrangente, a rubrica construções participava com um percentual de apenas 2,3; considerando as condições de agricultura da região e o período estudado.
Em uma ampla pesquisa energética realizada na agricultura francesa, DELEAGE et al. (1979), contabilizaram o número e a área das construções e instalações rurais utilizadas naquele país. Para determinar os equivalentes energéticos destas construções eles levaram em conta a natureza dos diversos materiais utilizados. Os autores utilizaram valores equivalentes energéticos de 3,3 GJ.kg-1 para os trabalhos de alvenaria e 56,1 GJ.kg-1 para trabalhos com estruturas metálicas (Carillon e Leach citados por DELEAGE et al., 1979), estando inclusos nestes valores, os custos energéticos de extração e transporte de matérias primas. Desta forma, chegaram que no ano de 1970, teria a agropecuária francesa utilizado um total de 41,2 MGJ em construções e instalações.
Em estudo energético na produção de leite, depreende-se das informações de PELLIZZI (1992) que as construções rurais destinadas à atividade contabilizam de 5 a 11% do consumo específico de energia global, enquanto para atividades de gado de corte e exploração de leite de ovinos, o consumo específico de energia para as instalações representa percentuais de apenas 1 a 2 e 3 a 5; respectivamente.
O presente trabalho teve como objetivo levantar o consumo energético para a construção de uma estrutura rural, em um sistema intensivo de produção de leite da Embrapa.
2. Metodologia
Foi realizada uma estimativa da energia envolvida na construção de uma estrutura responsável pelo armazenamento de fardos de feno (Figuras 1 a 5), em Sistema Intensivo de Produção de Leite (SIPL), lotado no Campo Experimental da Embrapa Gado de Leite, em Coronel Pacheco-MG. Para o desenvolvimento do trabalho utilizou-se os coeficientes energéticos levantados pelo trabalho do CETEC (FERNANDES & SOUZA, 1982).
Tendo em vista o fato de que o armazenamento dos fardos de feno deve ser feito em local bem ventilado, já que a umidade pode trazer grandes prejuízos, como o aparecimento de fermentações, prejudiciais à qualidade do produto, e até a combustão espontânea do material, por aquecimento da massa, a EMBRAPA optou por conceber um galpão bem aberto. No entanto, visando proteger a forragem armazenada, foi construída uma proteção, através de elementos vazados de concreto, com dimensões de 49 por 0,50 m (0,08 m de espessura), até uma altura de 2,00 m, que pode ser observado claramente nas Figuras 2 e 4. Com os objetivos de se obter uma construção segura, simples e de rápida execução, procurando ainda manter um custo acessível, optou-se por uma Instalação construída em concreto pré-moldado, com estrutura autoportante (Figuras 1, 2 e 5), assim como as demais instalações do SIPL.
O galpão possui uma área total de 220 m2, sendo a área efetivamente utilizada para depósito do feno em fardos de 176 m2 (que é a área de interesse no presente caso). A parede de proteção externa (em elementos vazados) tem aberturas, para circulação, de 1,60 m, na região lateral, e de 2,00 m, na região frontal (Figura 1), que foram descontados no cálculo de composição energética deste elemento. O pé direito é de 4 m, o piso é composto de concreto, espessura de 0,10 m, traço 1:10 (de cimento e cascalho), e com uma calçada de 1,20 m, para proteção das águas pluviais conduzidas pelo telhado.
Também com intuito de reduzir os custos, foi escolhido como material de cobertura telhas de cimento-amianto, de 0,008 m de espessura. Para promover um bom sombreamento e maior proteção ambiental ao material armazenado foi previsto um beiral de 1,00 m. Para proteção do atico, foram instaladas telhas onduladas de cimento amianto de 0,006 m de espessura nas empenas (Figura 3).
Sob toda extensão das paredes de elementos vazados foi prevista uma fundação direta contínua de 0,50 m de profundidade e 0,20 m de largura.
Para o levantamento do material utilizado na construção utilizou-se os dados técnicos fornecidos por vários autores especializados na área e dados de catálogos de fornecedores de estruturas pré-moldadas, sendo que, para diversos materiais foi necessário fazer uma conversão de unidade, baseado nas respectivas densidades, procurando adequar às unidades de composição energética fornecidas por FERNANDES & SOUZA (1982).
A Tabela 1 demonstra o levantamento de material e mão-de-obra empregados na construção do galpão de feno, apresentando os valores relativos de consumo de energia para os diversos elementos.
3. Resultados e Discussão
Através dos resultados obtidos, foi possível verificar uma grande variação entre os dados estimados e aqueles apresentados pela literatura. Esta variação se torna ainda mais acentuada quando se compara o dispêndio energético para construção no Brasil e em outros países. PELLIZZI (1992), na Itália, por exemplo, apresenta uma taxa de 2,00 a 2,20 MJ.kg-1 para paredes de alvenaria. Foi possível determinar que o índice energético para a construção de parede alvenaria, de tijolos maciços, nas condições em que se construiu o galpão de feno no SIPL, é de 3,18 kJ.kg-1 de alvenaria, sendo o maior responsável por este elevado consumo energético o tijolo de cerâmica, que apresenta um índice energético de 3,15 MJ.kg-1, possivelmente devido ao tipo de processo produtivo envolvido em sua industrialização, onde ocorre, além de outras fontes de consumo energético, processo de queima, que pode colaborar incisivamente para a ampliação da demanda energética.
O galpão para o armazenamento do feno consumiu um total de 103.327,73 MJ em sua construção. O consumo energético para as diferentes partes da estrutura são apresentadas na Tabela 2.
Considerando a área total de galpão destinada ao armazenamento de feno (176,00 m2), o índice energético determinado foi de 587,09 MJ.m-2; considerando a área útil para a capacidade estática de armazenagem (166,06 m2), o índice foi de 622,23 MJ.m-2. Estes valores podem ser considerados muito menores que aqueles apresentados por DOERING III (1980) (1.711,43 MJ.m-2 para construções de serviço e 6.260,23 MJ.m-2 para residências).
Os dados apresentados pela literatura nacional e internacional podem variar desde valores relativamente baixos, tais como os de 35,33 MJ.m-2 para instalações compostas de alvenaria e 58,89 MJ.m-2 para instalações compostas basicamente de madeira, utilizados por Beber (1989) até aqueles valores considerados altos, preconizados por DELEAGE et al. (1979) (3.300 MJ.kg-1 para estruturas de alvenaria), demonstrando a importância de maiores estudos de casos específicos para edificações conduzidas no Brasil, e ainda, a diferenciação entre regiões e categorias, tipos e níveis de sofisticação das instalações.
Através da Figura 6 percebe-se claramente que o item "Fechamentos" teve participação preponderante na utilização de energia para a construção do galpão (50,35%). Dentro deste item, a parede de tijolos cerâmicos foi responsável por 93% do consumo de energia (48.326,86 MJ). Interessante observar que este fechamento possui uma pequena área dentro da composição do galpão. Apesar de não representar um custo muito elevado na construção, a parede de alvenaria demanda uma grande quantidade energética, devido, principalmente, aos processos industriais de fabricação dos tijolos. Como já mostrado por FERNANDES & SOUZA (1982), a composição dos custos, tanto energéticos quanto econômicos, na confecção de paredes pode ser substancialmente reduzida pelo emprego de tijolos de concreto. Dados desta ordem poderão ser úteis no planejamento estratégico da utilização de energia, buscando à redução no consumo.
Ao analisar-se o dispêndio de energia para cada elemento (Figura 6 e Tabela 2), depreende-se que, caso fosse abolido o uso de uma parede fechada de alvenaria, o consumo energético da construção, como um todo, seria sensivelmente reduzido. A estrutura de cobertura, na qual foram inseridos também os elementos de sustentação, incluindo os pilares, devido às características peculiares de instalação pré-moldada, apresentou consumo energético relativamente baixo. Entre os motivos, pode-se destacar, a utilização de telhas de cimento-amianto, cujo consumo energético na fabricação é bem menor que das telhas de cerâmica (FERNANDES & SOUZA, 1982). As estruturas pré-moldadas, ao contrário do que pode parecer, contribuem para a economia energética em uma construção. Por serem fabricadas em série, estas estruturas têm sua produção otimizada quanto ao uso de recursos e dispêndio de energia. Evidentemente, esta análise não implica na consideração de que deva-se utilizar estruturas pré-moldadas em todos tipos de instalações rurais e, muito menos, para todas regiões. Uma análise destas deve levar em consideração as características peculiares da propriedade/região; por exemplo, seria um contra-senso buscar estruturas pré-moldadas em um centro produtor a centenas de quilômetros de uma propriedade que possua apreciáveis quantidades de madeira de reflorestamento, que, após um bom tratamento, podem ser utilizadas como peças para construção de estruturas de madeira. Neste caso, a utilização excessiva do óleo diesel para buscar uma estrutura de menor custo energético estaria produzindo um elevado incremento na utilização global de energia.
Destaca-se que a presente metodologia desenvolvida tem sua utilidade de aplicação em análises específicas para o tipo de construção descrito. Outros tipos de instalações podem apresentar dispêndios energéticos completamente diferenciados, como certamente ocorrerá com instalações específicas, tais como aquelas destinadas à ordenha; que pode se constituir da instalação mais simples e rústica, como um simples "rancho" com cobertura de sapê e piso de chão batido, até uma sofisticada sala composta por equipamentos modernos e completamente automatizados, como uma instalação de ordenha em carrossel.
Para que haja desenvolvimento adequado das pesquisas de balanços energéticos no Brasil, seria desejável que centros especializados desenvolvessem maiores estudos com relação ao dispêndio de energia para diversos tipos de instalações, como ocorreu com a iniciativa do CETEC em Belo Horizonte (FERNANDES & SOUZA, 1982), cujos dados têm papel primordial na composição de balanços energéticos de maior acuracidade.
4. Conclusões
O índice energético por área de construção diferenciou bastante daqueles apresentados pela literatura, sendo encontrados valores de 587,09 MJ.m-2, quando se relaciona a área total e 622,23 MJ.m-2, quando se relaciona a área útil para a capacidade estática de armazenagem de feno;
O item de maior consumo energético para o tipo de construção rural analisado foi a parede de alvenaria (3,18 kJ.m-2), contribuindo com 46,77% do total de energia empregada na construção do galpão;
A estrutura de cobertura, mesmo considerando incluídos os elementos de sustentação, como pilares, apresentou baixo consumo energético (50,35% do total de energia empregada).
5. Agradecimentos
O primeiro autor agradece à CAPES pela concessão de bolsa de Doutorado.
6. Referências
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