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An. 6. Enc. Energ. Meio Rural 2006

 

A cogeração como alternativa de conservação de energia ou aumento da produtividade industrial em usinas de asfalto

 

 

Liodoro de MelloI; Marcelo de Oliveira e SouzaII; Eliane Stopa de MelloIII

IEconomista, Mestrando em Engenharia da Energia pela Universidade Federal de Itajubá-UNIFEI - Rua Reinaldo Porchat, 98 apto 31 Vila Belmiro Santos/SP CEP 11.452-00 tel: (13) 9131-7676, E-mail: mellostopa@pop.com.br
IIEngenheiro Elétrico Mestre em Engenharia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro-UFRJ, Centrais Elétricas Brasileira S.A - Eletrobrás
IIIEngenheiro Civil Engenheira Civil pela Universidade Federal de Juiz de Fora -UFJF, Condomínio Fazendinhas de Simão Pereira n.º 20 C - CEP 36123-000 tel: (32) 9938-7517

 

 


RESUMO

As mudanças estruturais e no ordenamento legal do setor elétrico brasileiro foram um estímulo aos investimentos privados. Por outro lado, este aumento representado pelo crescimento nominal das taxas do PIB em 2005 de 2,77% mostra que a capacidade produtiva também, aumentou a partir de uma oferta maior de bens e serviços. Estes números podem representar um conseqüente aumento do consumo de energia (tanto elétrica como térmica). De vez que a preocupação crescente das sociedades modernas tem relação com a disponibilidade energética, em médio prazo. Se faz necessário estimular a reflexão, quanto a disponibilidade de energia no mundo. No Brasil uma oferta de energia inferior a capacidade de crescimento do parque industrial nacional pode provocar a desaceleração da economia. São necessárias ações no sentido da conservação, tanto dos recursos exauríeis, quanto da energia como um todo - o momento é preocupante, pois acha-se determinado um horizonte de escassez com base na finitude do recursos. No bojo destas questões o trabalho apresenta um estudo detalhado sobre a implantação do sistema de geração combinada e simultânea de energia útil (cogeração) em unidades industriais que dão a sustentação para os escoamento das riquezas ao país, através das estradas e rodovias, como é o caso da usina de asfalto da EMPAV.
As externalidades deste processo dão conta que o município de Juiz de Fora passou a ser responsável por 23% do consumo industrial de gás natural no estado, com término da III etapa do gasoduto Minas em 2003, - menor emissão de poluentes, maior competitividade e redução de 22% nos custos de energia elétrica industrial. Por sua vez embora estes ganhos tenham representado um aumento real de produtividade e uniformidade de massa asfáltica, o uso da usina Drum-Mixer, a gás natural, ainda não possibilita o aproveitamento de 80% da energia primária deste combustível - na mesma medida a produção de asfalto manteve-se com a política de atendimento apenas da demanda emergencial. O estudo por via da análise de sensibilidade, econômica e financeira, concluído em 2004 mostrou a viabilidade do sistema de cogeração para a empresa. A constatação é a de que este estudo não teria sido exaustivamente debatido, do contrário, às ações institucionais seriam no sentido de aprimorar a conclusão dos trabalhos. De modo a retomar esta discussão o presente artigo preocupou-se em mensurar as perdas monetárias, sobretudo, energéticas no período 2004-2006 na produção de asfalto pelo modo convencional.


ABSTRACT

The structural changes and in the legal order of the Brazilian electric sector had been stimulation to the private investments. On the other hand, this increase represented for the nominal growth of the taxes of the GIP in 2005 of 2,77% sample that the productive capacity also, increased from offers greater of goods and services. These numbers can represent a consequent increase of the Energy consumption (electric as in such a way thermal). Of teams that the increasing concern of the modern societies has relation with the Energy availability, in average stated period. If it makes necessary you stimulate the reflection, how much the availability of Energy in the world. In Brazil it offers of inferior Energy the capacity of growth of the national industrial Park can provoke the deceleration of the economy. They ploughs necessary actions in the direction of the conservation, much of the not renewable Resources, how much of the Energy the a whole - the moment is preoccupying, therefore a scarcity horizon is found definitive on the basis of the finitude of the Resources. In the bulge of these questions the work presents a study detailed on the implantation of the system of agreed and simultaneous generation of useful Energy (cogeração) in industrial units that give the sustentation for the draining of the wealth to the country, through the roads and highways, as it is the case of the plant of asphalt of the EMPAV.
The externalidades of this process give account that the city of Juiz De Fora started to be responsible for 23% of the industrial natural gas consumption in the state, with ending of III the stage of the gas-line Mines in 2003, - lesser emission of pollutants, greater competitiveness and reduction of 22% in the costs of industrial electric Energy. In turn even so these profits have represented a real increase of productivity and uniformity of asphalt mass, the use of the plant Drum-Mixer, the natural gas, still does not make possible the exploitation of 80% of the primary Energy of this fuel - in the same measure the asphalt production was remained with the politics of attendance only of the emergencial demand. The study for it saw of the analysis of sensitivity, economic and financial, concluded in 2004 showed the viability of the system of cogeneration for the company. The to prove is of that this study he would not have been exhaustingly debated, of the opposite, of the institutional actions would be in the direction to improve the conclusion of the works. In order to retake this quarrel the present article was worried in measurer the monetary losses, over all, Energy in period 2004-2006 in the production of asphalt for the conventional way.


 

 

1. Introdução

Tendo em vista as reformas em curso no setor elétrico brasileiro, que estimulam a geração distribuída sob a forma de cogeração preocupou-se num primeiro momento em descrever a estrutura da unidade industrial da usina de asfalto da EMPAV. O objetivo com isso foi tentar identificar as demandas térmicas e elétricas em termos de energia primária no sistema convencional e compará-las com a produção sob o sistema de cogeração. Foi necessário também, verificar os custos da energia elétrica e do gás natural nos dois sistemas, além é claro da disponibilidade física para a implantação de uma planta de geração descentrallizada.

Esta análise se justifica pois a distribuição de gás natural em Minas Gerais com uma rede de 40 km tem somente no município de Juiz de Fora 6 km para atender às empresas do parque Industrial Benfica II. Ao todo, o consumo de gás natural na região é de cerca de 322.700 m3/dia. Iniciada em 2002 esta etapa ampliação do gasoduto foi concluída em maio do mesmo ano. Foram necessário recursos da ordem de R$2,3 milhões, e deste, R$ 500 mil foram gastos para contemplar a usina de asfalto da EMPAV, industria comprometida com os trabalhos de pavimentação e urbanização. E na medida em que a empresa se adapta ao sistema Drum-Mixer, alimentado pelo gás natural, sua produção de asfalto cresce em média 23% são 78.890 m3/mês. Na mesma medida impõe-se uma redução de 20,80% nos custos de energia elétrica Tabela 1, para uma média de massa asfáltica de aproximadamente 4.708.06t/mês. E neste caso 80% do calor gerado no processo, sob a forma de gases de exaustão resulta num prejuízo material e econômico.

Conforme mostra a (Figura 1) caso houvesse um interesse maior na implantação do sistema de cogeração, 60% deste calor poderia ser reaproveitado. Como se sabe, num processo industrial convencional qualquer, convertido a cogeração a energia primária do combustível (fluxos e estoques naturais) entra com 100%. Esta energia se encaminha aos centros de transformação (turbina a gás) e daí para a caldeira de recuperação. A energia secundária vai para a usina de asfalto, e aos equipamentos de uso final, mais tarde ao usuário, normalmente empresas públicas. Apesar de atender às necessidades de recomposição e pavimentação asfáltica na Zona da Mata Mineira, a EMPAV, ainda mantém grande desperdício em seu processo. De fato, estas perdas têm relação ao aproveitamento limitado de todo potencial do gás natural, justamente num momento em que se avista o pico da produção mundial de petróleo (2010-2015). E no Brasil à auto-suficiência deste insumo-produto fundamental para o progresso humano prevista para o período 2006-2008, (ponto de equilíbrio das funções de oferta e demanda interna) pode representar um avanço. Segundo alguns pressupostos econômicos pode ser que este estágio em curto prazo, condicionado às questões geopolíticas possa levar os preços tanto do barril de petróleo do gás natural e derivados inclusive o asfalto a níveis elevados.

As perspectivas dão conta de que os preços do asfalto betuminoso (CAP-20) disponibilizado pelas distribuidoras possa ser manejado segundo instrumentos tarifários, de tal sorte que os custos venham a cair. Estes preços atualmente são fixados nas refinarias, de acordo com a fórmula paramétrica mantendo-se defasados em cerca 43% em relação aos preços internacionais. Já nos demais estágios da cadeia de comercialização, os preços são liberados - não há, portanto, ressarcimentos relativos ao transporte. Cabe ressaltar que às características deste produto não energético (Cap-20) de demanda exclusiva do setor público levam a demanda inelástica. Por conta disso, o setor privado quase não consome este produto - somente as "prefeituras, os governos dos estados e a União - e neste caso, se os preços caírem à custa de uma pequeníssima redução da lucratividade destes grupos privados vai-se alavancar enormemente a capacidade de investimento público na manutenção de estradas e vias urbanas, PIMENTEL (2003). Este exemplo pode ser visto em 2001, quando os preços do asfalto experimentaram uma queda e mesmo assim foram gastos 418,70 milhões de reais com a recuperação e manutenção de estradas federais. E outros 474,6 milhões utilizados para duplicação e construção de novas rodovias", DNER (2002). Porém neste período ocorreu um outro fator determinante: a pressão eleitoral, que acabou provocando um acúmulo de obras - mesmo que distantes no tempo, estas afirmações, ainda podem ser consideradas verdadeiras. Em médio e longo prazos a EMPAV, responsável direta pelo crescimento da região, um provável aumento dos preços da massa asfáltica pode representar um aumento nos custos ainda mais quando se produz asfalto utilizando-se um combustível de hidrocarboneto.

O Gráfico 1 ratifica as afirmações sobre a curva de Hubbert, então, curva de sino. A premissa básica é a de que o pico da oferta de petróleo no mundo poderá ser atingido a partir de 2010. E neste ponto a produção em franco declínio não mais atenderá a demanda mundial, principalmente nas economias energointensivas de países industrializados e emergentes. A tendência é a de que pela primeira vez, em escassez na humanidade, esta fonte de energia primária, que fomenta a indústria de bens e serviços, sofra uma maximização de preços. Neste contexto as usinas de asfalto a gás natural poderão ser obrigadas a reduzir suas margem e diversificar processos ressaltando-se ainda mais a importância da busca de novas alternativas energéticas, como é o caso da cogeração.

 

2. A gêneses da massa asfáltica

Pode ser que uma outra mistura homogênea no futuro possa vir a substituir as convencionais de massa asfáltica composta basicamente de cimento de petróleo (CAP 20) - e que com novas exigências desempenhe o papel tanto funcional, quanto estrutural e de sustentação do sistema de circulação de mercadorias nas rodovias. Estas últimas no Brasil em condições precárias o que onera os custos de frete, consequentemente, dos produtos em uma economia de escala. Nestes tempos o asfalto betuminoso deixa de ser visto como um custo de produção, para ser tratado mais como um produto que compõe e complementa outros custos. E sua importância cresce na medida em que no futuro, como derivado não energético do petróleo poderá um dia se exauri. Enquanto este dia não chega a produção de asfalto cresce chegando a 11% em relação aos não energéticos, o coque 12%, a nafta 59%, a parafina 6% e os outros combustíveis 12% (Quadro 1). Do total dos combustíveis (energético e não energético) o asfalto representa 1,70% quase 1.652 mil m3 produzidos e distribuídos às empresas - o asfalto convertido em barril representou em 2005 11.100 mil. A partir da lei 9.478 (Lei do Petróleo) houve um aumento dos investimentos privados no setor petrolífero brasileiro o que gerou crescimento, sob novas tecnologias aproximando-se o sonho da auto-suficiência. Este aumento qualitativo na capacidade de produção de petróleo foi de 9,43% e de 4.39% em relação ao gás natural (Quadro 2).

Em curto prazo a capacidade de refino no país, também deverá crescer visto que as empresas ainda trabalham com margens, que permitem acomodar um aumento real da demanda - já a produção de asfalto poderá seguir o mesmo rumo. Portanto, maior produção de petróleo significa crescimento econômico, mais asfalto e maior competitividade a partir de novas alternativas energéticas. Acredita-se que ao acessar a tecnologia de cogeração, ou seja, da eficiência energética, a EMPAV possa atingir níveis de produtividade elevado com qualidade ambiental. Pois como se sabe, atualmente a competitividade da empresa encontra-se comprometida em função dos problemas de tarifação do gás e da utilização inadequada de energia térmica (energia primária).

Por outro lado, este problema pode ser minimizado caso o sistema de cogeração proposto em 2004 seja implementado. Além disso, em médio, a tendência de desvalorização cambial poderá provocar uma queda de preços nos equipamentos (turbina a gás e caldeira de recuperação), como ocorreu no período 2004-2006 em média 17, 94%.

2.1. Fundamentos básicos

Houve deste o início, uma preocupação em conhecer a produção de asfalto da EMPAV a partir de uma usina a gás natural. Esta nova unidade (contra fluxo) veio a substituir a antiga que exigia estoque de combustível A1 (óleo diesel). Implantada em 2000, com aporte de capital da ordem de 2,30 milhões de reais o novo equipamento garantiu uma economia aproximada de 13% sobre o saldo da energia primária gerada. De modo a compensar ainda mais todo este investimento apresentou-se em 2004, um estudo técnico, econômico de sensibilidade e viabilidade de implantação do sistema de cogeração. Naquela época o objetivo era poder maximizar a economia de energia, sob a forma de aproveitamento térmico, inclusive com a produção simultânea e combinada de energia útil. Então se são tantas as vantagens da cogeração, o porquê, de não ter sido ainda implantado este sistema na empresa? Em primeiro lugar, as dificuldades são culturais, ou seja, ainda não há difundido uma política responsável de conservação de energia. Desde sua fundação a EMPAV mantém um nível de produção de asfalto que atende exclusivamente a demanda emergencial da região.

Em segundo lugar, o estado não se capacita para gerir o crescimento urbano, sem que haja uma contrapartida política, e neste caso institucional - ao contrário historicamente o valor dos bens depende, não somente da utilidade e quantidade (elementos da teoria da utilidade marginal). Consideram-se como causas do valor o consenso social (valor social). O que obriga deixar à margem apreciações de cada indivíduo, para centralizar a analise no contexto dos grupos de indivíduos. O asfalto aí se torna fundamental para satisfazer às necessidade coletivas - sua produção e conseqüente aplicação urbana e ou rural representam a disposição das autoridades em fomentar o desenvolvimento humano permitindo-se acesso às mercadorias com um menor custo. Em meio às críticas construtivistas há de se pensar que a cogeração proposta, sobretudo, como sistema de ampliação do bem estar comum pode com recursos da economia e venda de excedentes elétricos custear no futuro outros investimentos.

2.2. Os sistemas: convencional de transformação de energia e de cogeração

Nestas condições têm-se estimativas socialmente aceitas da importância que se há de atribuir ao asfalto produzido no sistema de cogeração, isto como meio de satisfazer necessidades. De fato a EMPAV possui às condições ideais para a implantação deste sistema, quais sejam: resíduos no processo produtiva, demanda de calor e de energia elétrica, potência de máquinas, espaço físico e possibilidades de financiamento.

A (Figura 2) a seguir mostra a configuração do processo produtivo de asfalto com a instalação do sistema de cogeração. Neste exemplo a energia primária (combustível que abastece o processo) entra com 100% e se distribui em 20% energia elétrica, 20% gases de exaustão e outras perdas e 60% energia térmica reutilizável.

 

3. Conclusões

Vale destacar que este artigo não é exaustivo, ele é seletivo na identificação dos impactos da implantação do sistema de cogeração na EMPAV e suas respectivas externalidades no contexto da economia da empresa. De modo a evitar que o processo de produção de asfalto hoje, com base no uso do gás natural e na aquisição de energia elétrica da rede interliga existindo uma demanda térmica e elétrica capaz de viabilizar a implantação do sistema vem representando um prejuízo financeiro, econômico e sobretudo ambiental.

3.1 Questões relevantes

Como se sabe a "produção simultânea de potência mecânica ou elétrica e calor útil a partir de uma única fonte de calor", NOGUEIRA (2004) representa um procedimento bastante empregado nos países industrializados - já no Brasil ainda há algumas resistências. Mas com a proximidade do "peak oil" da produção mundial de petróleo a preocupação com a exaustão de energia primária passa a fazer parte das grandes discussões. O sistema, então, devido suas características de conservação toma contornos institucionais. A ANEEL editou medidas que estimula a geração distribuída. Foram criadas a COGEN-SP e a COGEN-RJ, com apoio da ONIP e de diversas concessionárias de gás natural. E o próprio IBP tem proposta para um núcleo de estudos sobre as possibilidades da cogeração. Por conta disso desenvolvem-se projetos de implantação do sistema, com insumos agrícolas e a gás natural. Na usina de asfalto da EMPAV a cogeração, além de outros benefícios, poderá permitir maior produtividade e um menor custo em m3 ou Km2 de asfalto produzido e implantado, como também poderá contribuir para a concepção da COGEN-MG.

3.2 Análise

Para atender a demanda por asfalto de modo a maximizar a produção conservando-se a energia primária na forma de gases de escape, a cogeração proposta foi retirada da (Tabela 2) a seguir. A partir daí construiu-se dois cenários - o primeiro convencional (sem cogeração) e o segundo com cogeração. Neste caso, a base foi à análise das demanda térmicas e elétrica e os respectivos preços. Em princípio, os dados foram retroalimentados pela fórmula [-(Yec. Wcm)+(Yed. Dmax)+(Yconv. Qu/eb)], e o resultado (custo do sistema convencional) foi de R$ 93.884,12 valor único para 2004-2006. Em seguida com base na fórmula [-(Yec. Wdef)+(Yed. Dmax)-(Yev. Wexc)+ (Ycog. Wcog/ncog)+ Yconv. (Qcomp)+(O&M. I)+ (Ocivil. I)] encontrou-se o valor de R$ 42.231,39 como total da produção de asfalto, sob o sistema de cogeração em 31/12/2004. Os equipamento (turbina a gás e uma caldeira de recuperação) totalizaram R$ 1.791.073,61.

Com a variação da taxa de câmbio este valor caiu para R$ 1.508.051,59, com uma economia de 15.81% cerca de R$ 283.022,02, para um sistema com valor total de R$ 39.118,15. Como mostra as (Tabelas 3 e 4) o benefício financeiro mensal deste sistema era de R$ 51.652,70 e passou a ser 6,02% menor, ou seja, de R$ 54.765,90. O cenário 1 (sem cogeração) é função do preço de compra da energia elétrica, do consumo médio desta energia elétrica, da tarifa de eletricidade pela demanda máxima, do preço do combustível (em base energética), da demanda média de energia térmica útil e do rendimento já no Cenário 2 (com cogeração) a base é a taxa de câmbio.

3.2 Desafios e questões relevantes

Os fatores institucionais, de mercado (custo benefício, financiamento) concorrem a favor da implantação do sistema de cogeração na EMPAV. A empresa poderá aproximar a sociedade desta grande discussão, qual seja: a conservação dos recursos da natureza. Enquanto que a responsabilidade tende a aumentar na medida em que se esta exaurindo um recurso (gás natural) de ciclo finito. Desde sua criação em 1974 a empresa não produz calor útil, os resíduos da produção de asfalto estão sendo conduzidos através das torres de resfriamento - para a água de resfriamento dos condensadores ou para a atmosfera. Mas com a tecnologia de cogeração, mecanismo que pressupõe o empréstimo do fluxo de calor para o processo de produção, com excedentes: térmicos e elétricos, isto poderá ocorrer e assim diminuirão as perdas de calor provenientes da queima do gás natural com melhores rendimentos.

3.2 Dos resultados

Apresenta-se no (Quadro 4) a composição do custo de 1 ton./asfalto produzido pela EMPAV e distribuído nos cenários sem e com cogeração. Com base no consumo de 78.890 m3 de gás natural para se produzir 6000t de asfalto/mês chega-se a um desembolso da ordem de R$ 782.40 referente a energia elétrica para cada 100 t de massa asfáltica produzida", CASTRO (2003). Neste caso os preços da confecção, aplicação e tapa-buraco por tonelada e os de transporte, por tonelada/km.

Preço (PJF) = (conf + apl) + (tp x Km)                               (1)

 

 

Para se saber o preço da massa asfáltica aplicada a uma distância, pôr exemplo, de 10 km, procede-se de acordo com a fórmula acima :

Em palavras, o preço da tonelada asfalto na EMPAV (PJF) = (155,00 + 14,27) + (0,56 X 10) = 169,27 + 5,6 = R$174, 87, para 1.800/t (tapa buracos) a R$ 417.600,00, 1.200/t (pavimentação) para um faturamento total de R$627.444,00. A moderna literatura sobre o desenvolvimento industrial aponta a economia de mercado e seus instrumentos como capazes de gerar excedentes produtivos em favor da diminuição dos custos unitários dos produtos .

Com a implementação de uma planta de cogeração como alternativa energética a EMPAV poderá aumentar suas receitas, minimizar seus custos e manter um controle ambiental mais eficaz e adequado às necessidades do parque Industrial Benfica II. Neste contexto o (Quadro 3), pôr exemplo, mostra que para se produzir 1 tonelada de asfalto a empresa tem um custo de R$ 8,89 de gás natural e R$ 2,77 de energia elétrica do sistema.

 

Quadro 5

 

Com o projeto de implantação da cogeração estes custos caem sistematicamente para R$ 3,67 somente com as possibilidades de melhores tarifas junto à concessionária, e do reaproveitamento a cada tonelada de R$2,20 referente à energia útil. Por outro lado, esta não parece ser uma preocupação da empresa e por isso impõem-se algumas dificuldades, tais como: falta de entendimento técnico, institucionais e problemas culturais. Acredita-se estar trabalhando produzindo asfalto dentro das possibilidade máximas do gás natural. No entanto, não há limite, pois a cogeração, no bojo de um processo muito mais amplo de produtividade marginal e conseqüente conservação da energia primária, e das fontes, também primárias de hidrocarbonetos parece ser a alternativa viável para o progresso humano.

 

8. Referências

CASTRO, Luciana Nogueira de "A implantação da rede de gasotudoMinas etapa Juiz de Fora" UFJF-COPPE/UFRJ-DNIT, Juiz de Fora-MG, 2003.

CARVALHO, Fabiano da Rosa e TEIXEIRA, F . N e NOGUEIRA, L . A H "Disseminação de Informações em Eficiência Energética" ELETROBRÁS/PROCEL, Rio de Janeiro-RJ, 2004.

_______________ Jornal O Estado de Minas, "Estudo da Petrobras comprova que em ano eleitoral o ritmo da pavimentação aumenta. Quando os eleitores vão às urnas, as empreiteiras fazem mais obras" PIMENTEL, FERNANDO, Belo Horizonte-MG, 2001.

NOGUEIRA, Luiz Augusto Horta, "Conservação de Energia - Eficiência Energética de Instalações e Equipamentos" ELETROBRÁS/PROCEL-UNIFEI, Itajubá-MG, 2001.

NOGUEIRA, Luiz Augusto Horta, "Congeração: Uma Introdução" - EFEI, Itajubá, 2000.

SILVEIRA J. L., NOGUEIRA, L . A H "Aspectos da Cogeração no Contexto da Fabricação de Papel e Celulose" O PAPEL., nº 167, São Paulo, 1989.

TEIXEIRA, Flávio Neves, "Seleção de Ciclos de Sistemas de Cogeração" - Tese de Mestrado, Instituto de Engenhaira Mecânica, EFEI, Itajubá, 1989.

WALTER, A . C S., BAJAY, S. , NOGUEIRA, L . A H "Congeração e Produção Independente de Eletricidade nas Uisnas de Açucar: sua viabilidade segundo a ética dos diferentes atores envolvidos", Anais do Congresso Brasileiro de Eneriga, COPPE/UFRJ/ Cluber de Engenhaira, Rio de Janeiro, 2000.