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An. 6. Enc. Energ. Meio Rural 2006

 

Parâmetros técnico-econômicos do recolhimento do palhiço por seis sistemas

 

Parameters technical and economical of the recovery of palhiço for six systems

 

 

Marcio Beraldo MichelazzoI; Oscar Antonio BraunbeckII

IFEAGRI/UNICAMP - Mestrado - E-mail: marcio.michelazzo@agr.unicamp.br
IIFEAGRI/UNICAMP - Professor - e-mail: oscar@agr.unicamp.br

 

 


RESUMO

Realizou-se uma análise dos parâmetros mecânicos e econômicos envolvidos na recuperação do palhiço. Um modelo foi construído para estimar o custo de recolhimento do palhiço através de uma simulação da capacidade operacional, consumo de combustível, depreciação, manutenção, mão-de-obra e transporte. Seis sistemas foram avaliados sob o ponto de vista técnico e econômico. Os resultados mostraram que o sistema de Colheita Integral apresentou o menor custo de recuperação do palhiço para qualquer distância, seguido pelos sistemas picado a granel, fardo cilíndrico, fardo algodoeiro, peletização e briquetagem.

Palavras-chaves: cana; biomassa; colheita, enfardamento, palha.


ABSTRACT

An analysis was done of the economic and mechanical parameters involved in the packing processes of the sugarcane trash. A model was defined to estimate the cost of trash recovery simulating the field capacity, oil consumption, depreciation, repair and maintenance as well as labor required for the field and transport operations. Six recovery systems were studied both from the technical and economical points of view. The results showed that handling billets and trash together, described as "Integral harvesting", has the lowest cost for trash recovery, both for short and long distances, followed by bulk handling of chopped trash, the round bale, the cotton bale and finally the pellet and briquette systems.

Keywords: sugarcane; biomass; harvesting; baling, cane residues.


 

 

1. Introdução

O Brasil está tomando a vanguarda no avanço para a utilização da biomassa canavieira como fonte energética, tendo como vantagem sua alta disponibilidade no Brasil. O aproveitamento do palhiço, que é composto basicamente por pontas, palha, folhas verdes, frações de colmos e raízes, conjetura grande potencial (RIPOLI & RIPOL, 2004).

Todavia para seu aproveitamento ocorrem dificuldades relacionadas com a heterogeneidade e baixa densidade do material. A compactação destes resíduos é de grande importância para diminuição dos custos de transporte. Há três principais sistemas de adensamento de alta pressão: rosca extrusora, peletização e briquetagem (ERIKSSON & PRIOR, 1990).

Por outro lado, colhendo a cana integralmente com o palhiço, com separação posterior deles na usina, aumentar-se-á consideravelmente a quantidade de matéria-prima para geração de energia (SCHEMBRI; HOBSON & PADDOCK, 2002). Deve-se destacar que, neste caso, o transporte da cana juntamente com o palhiço resulta em uma menor densidade de carga o que obrigaria a usar carrocerias com dimensões maiores. O volume e o peso dos veículos de transporte estão limitados pela Resolução no 12/98 do CONSELHO NACIONAL DE TRÂNSITO (1998). O peso bruto total pode atingir no máximo 45 t por veículo, com dimensões limitadas na largura, o comprimento e a altura do veículo.

O presente trabalho visa efetuar análise comparativa de seis sistemas de manuseio do palhiço, desde a colheita até a entrega na esteira da usina. A análise proposta baseia-se no desenvolvimento e utilização de um modelo que permite simular os rendimentos assim como os custos globais e detalhados das operações que compõem cada sistema.

 

2. Material e Métodos

Nesta análise comparativa dos sistemas de recuperação de palhiço foram avaliados as diversas operações e seus respectivos parâmetros operacionais. O material considerado no estudo envolve fundamentalmente máquinas para a colheita, enleiramento, recolhimento, adensamento, carregamento, transporte e redução de tamanho do palhiço.

As características gerais dos diferentes sistemas de recuperação do palhiço, considerados neste trabalho, estão apresentadas sucintamente a seguir:

a) Fardo grande: o palhiço é enleirado e, em seguida, recolhido pela enfardadora, através da qual se realiza uma prensagem de baixa pressão, com amarração, utilizando mecanismo biela-manivela ou de rolos (adotado nesta simulação). Os fardos são liberados pela enfardadora e permanecem no campo para serem posteriormente carregados e transportados até o pátio de armazenamento. No momento da queima, os fardos são picados para facilitar a alimentação e combustão na caldeira.

b) Picado a granel: as leiras são recolhidas pela picadora de forragem, a qual reduz o tamanho do palhiço, para aproximadamente 1 cm, lançando-o pelo princípio de transporte inercial até o transbordo, que carrega os caminhões que transportam o palhiço picado até o pátio de armazenamento, perto das caldeiras.

c) Briquetado: o palhiço é enleirado e, depois de ser levantado pela picadora de forragens, é lançado ao transbordo que alimenta diretamente no campo as prensas briquetadoras. Elas efetuam uma prensagem de alta pressão, sem amarração, utilizando mecanismo biela-manivela. Depois de adensado, o palhiço na forma de briquetes é transportado até a usina por caminhões.

d) Peletizado: este caminho de recuperação de palhiço equivale ao de briquetagem, acima descrito, mudando apenas na configuração da prensa que utiliza um processo de adensamento contínuo, através de rolos que comprimem e forçam a passagem do material através de uma matriz perfurada, com pressão de adensamento suficiente para provocar a coesão das fibras não sendo necessário o uso de amarração.

e) Fardo algodoeiro: o palhiço é enleirado e, posteriormente, recolhido pela picadora de forragem com lançamento pelo princípio de transporte inercial até o transbordo. Em seguida o transbordo alimenta a prensa de algodão, no campo. A prensa opera em um processo intermitente de adensamento de baixa pressão, por meio de pistões hidráulicos, em unidades estacionárias, sem amarração de fardo. O transporte é através de caminhão basculante especial (roll-on/roll-off).

f) Integral: neste sistema, a cana é apanhada juntamente com palhiço pela colhedora, que opera com os extratores desligados. A cana e o palhiço misturados são lançados, pelo princípio de transporte inercial até o transbordo que os conduzem até o caminhão. Este, por sua vez, faz o transporte desse material até a usina onde são separados em uma unidade de limpeza a seco, envolvendo separação pneumática e mecânica com discos poligonais rotativos.

Para as simulações, considerou-se neste trabalho um período anual de uso das máquinas de 210 dias (UNICA, 2003), com aproveitamento de 85 % dos dias úteis de operação (LOPES, 1995). A quantidade de palha deixada no campo após a colheita foi considerada como sendo 20 Mg·há-1 (RIPOLI, 2002). Estimou-se uma taxa de retirada de 50% (MACEDO & CORTEZ, 2000 e RIPOLI, 2002). A vida útil e os valores de aquisição e residual das máquinas foram determinados por meio de catálogos de fabricantes e contatos pessoais com revendedoras.

2.1. Tempos de trabalho

As eficiências dos equipamentos foram calculadas após estimativas dos seguintes tempos de trabalho, através de contatos pessoais com as usinas.

Tempo produtivo (Tprod): é o tempo em que a máquina está efetivamente realizando sua função produtiva.

Tempo auxiliar (Taux): corresponde ao tempo que máquina utilizou para realizar funções auxiliares necessárias à função produtiva (motor funcionando), porém sem que ela realiza-se efetivamente sua função produtiva.

Tempo perdido (Tperd): é o período que a máquina estava disponível e apta para efetuar sua função produtiva, mas não foi utilizada em função de situações gerenciais.

Tempo manutenção (Tmanut): são as horas usadas para efetuar manutenções da máquina, tanto preventivas quanto corretivas.

Jornada diária de trabalho (Jtrab): é a somatória dos tempos produtivo, auxiliar, perdido e de manutenção.

2.2. Eficiências

Após as estimativas dos tempos, foi efetuado o calculo das eficiências. A eficiência geral do sistema de recolhimento do palhiço pode ser dividida em quatro componentes principais, associadas com as características intrínsecas da operação que envolvem as características da área agrícola, do gerenciamento, da própria máquina e das determinações administrativas da direção da empresa.

Eficiência operacional (Efo): é a relação entre o tempo que a máquina está desempenhando efetivamente sua função produtiva (neste caso, processando o palhiço), e o tempo total que a máquina permaneceu em operação, incluindo os tempos auxiliares, que são aqueles necessários para a realização da operação, mas que durante os quais não existe processamento efetivo de palhiço, como, por exemplo, manobras de cabeceiras, deslocamentos entre talhões, etc., é dada pela equação:

Eficiência de utilização (Efutil): corresponde à relação entre o tempo em que a máquina esteve efetivamente em funcionamento e o período em que a máquina estava disponível, porém não sendo utilizada, conforme pode ser visto na Equação 2. Os tempos perdidos correspondem a situações gerenciais do sistema que independem da máquina, por exemplo, paradas da carregadora ou da colhedora por falta de transporte, paradas por chuva, falta de programação sobre a próxima área a ser processada, etc.

Eficiência de disponibilidade (Efd): corresponde à relação entre o tempo em que a máquina esteve disponível para operar e às horas da jornada diária de trabalho, que inclui o tempo necessário para a manutenção da máquina e durante o qual não está disponível para operar.

Eficiência de aproveitamento (Efa): corresponde à relação entre a jornada de trabalho e às 24 horas do dia, Equação 4,. Ela é determinada pela direção da empresa em função fundamentalmente das condições de luminosidade, aspectos legais relacionados com a mão-de-obra, segurança, qualidade das operações, capacidade de investimento em máquinas e sazonalidade das operações. Nesta simulação a jornada de trabalho foi considerada como 24 h.

Eficiência geral (Efgeral): representa a parte, das 24 horas do dia, em que a máquina está efetivamente desempenhando sua função produtiva e corresponde ao produto das quatro eficiências descritas acima.

Uma vez determinadas as componentes da eficiência geral é possível identificar os setores da empresa que maior peso têm no desempenho do sistema, permitindo alertar para a necessidade de melhorar eficiências baixas com potencial de aprimoramento (NUÑEZ GAGO, 1986 e FERNANDES, 2000).

2.3 Capacidades

Capacidade de campo teórica (Ccct): representa a quantidade teórica de palhiço que a máquina conseguiria processar por unidade de tempo se o funcionamento fosse ininterrupto, expressa em toneladas de palhiço processado por hora.

Capacidade de campo efetiva (Cef): é o trabalho real que a máquina realizou, também expressa em toneladas de palhiço processado por hora, mas corrigida pela eficiência geral, conforme a equação:

2.4 Custos

Com o cálculo da capacidade efetiva de cada operação, foi possível determinar os custos, expressos em R$·Mg-1. Estes custos são compostos por: despesas com manutenção e mão-de-obra; gastos com taxas e garagem, seguros; combustível e lubrificantes; depreciação das máquinas e, por fim, custo do capital.

2.5. Outros parâmetros

Analisou-se, também, a capacidade de carga dos caminhões, levando-se em consideração a Resolução 12/98 do CONTRAN, o consumo de combustível e, finalmente, o custo de transporte. Efetuou-se também a determinação do balanço energético do recolhimento do palhiço e realizou-se uma análise de sensibilidade do custo a cada parâmetro envolvido nos sistemas de recolhimento, acrescendo em 1% seu valor e quantificando a variação de custo resultante dessa variação.

 

3. Resultados e Discussão

Para todas as simulações efetuadas foram considerados parâmetros correspondentes a rendimentos altos, que corresponderiam a sistemas consolidados operando próximos de sua máxima eficiência.

3.1. Capacidade de carga

Para a simulação, foi considerando um caminhão do tipo "Romeu e Julieta" com volume de carga de 80 m3. A influência da densidade do material sobre a carga transportada pode ser vista na Tabela 1 para os sistemas de recuperação do palhiço em estudo.

Apesar do volume de carga ser o mesmo para todos os sistemas, a carga transportada varia drasticamente de um sistema para outro. No caso do sistema de recolhimento picado a granel, não existe adensamento mecânico. O fator que limita a capacidade de carga dos veículos de transporte é o volume da carga.

A Resolução 12/98 do CONTRAN restringe o comprimento, a largura e a altura de um veículo que trafega nas rodovias federais. O volume útil fica reduzido, deste modo, a aproximadamente 80 m3. Portanto, neste sistema o peso da carga transportada não alcança o peso bruto máximo permitido por lei, de 45 toneladas. O caminhão, então, é subutilizado sendo necessário um maior número de viagens e, conseqüentemente, um maior número de caminhões, como visto na Tabela 1. No sistema Fardo algodoeiro o fardo resultante do adensamento tem dimensões grandes (2,5 x 2,5 x 10 m), por isso transporta-se apenas um fardo por vez e, conseqüentemente, o caminhão, aqui também é subutilizado, precisando realizar mais viagens.

Para o sistema de fardo cilíndrico, como nos sistemas anteriores, o elevado número de viagens é explicado pelo fato de que o peso da carga transportada é inferior ao peso bruto total permitido por lei, resultando em uma subutilização do caminhão. Nos sistemas de alta pressão (peletização e briquetagem) a densidade alcançada é alta e o peso passa a ser o fator limitante pela lei da balança.

3.2. Balanço energético

A colheita integral foi o sistema que proporcionou melhor eficiência energética, visto que seu balanço energético foi de 99,94 %, mostrando que gastou para seu recolhimento, na forma de combustível fóssil, 0,06 % do total da energia contida no palhiço. Os sistemas fardo cilíndrico e picado a granel apresentaram balanço energético de 99,37 % e 99,24 %, respectivamente. O sistema de fardo algodoeiro teve eficiência energética de 98,87 %. Os sistemas de peletização e briquetagem são os de menor eficiência energética 97,82% e 96,67%, respectivamente.

3.3. Investimento

A Figura 1 mostra uma estimativa do montante de investimentos necessários em máquinas para se processar 1.000 Mg de palhiço por dia.

Para o sistema Integral o investimento foi de cerca de 3,5 milhões de reais. A maior demanda, neste sistema, está relacionada com a estação de limpeza, que apesar de ter grande capacidade (aproximadamente 2.000 Mg·dia-1) tem alto custo de implementação, próximo de 6 milhões de reais. Todavia, o valor do investimento neste sistema, de modo geral, está entre os mais baixos, pois não é preciso adquirir novos equipamentos, tais como transbordos, caminhões, colhedoras, etc., uma vez que se aproveita o maquinário já utilizado pela cana.

Já os sistemas que utilizam peletização e briquetagem foram os que apresentaram maiores investimentos, isso é decorrente do fato da peletizadora e briquetadora serem máquinas de baixa capacidade operacional, em torno de 50 Mg·dia-1, sendo preciso, portanto, adquirir-se maior número de máquinas para se processar o palhiço.

3.4. Custo total

O custo total do palhiço em três distâncias de recuperação (15, 50 e 100 km.) pode ser visto na Figura 2, a seguir.

Pode-se observar que o sistema Integral apresentou o menor custo, de 12,65 R$.Mg-1, sendo pouco influenciado pela distância de transporte. Cabe ressaltar, que no sistema de colheita integral, a colheita da cana é realizada simultaneamente com o recolhimento do palhiço, assim o custo final acaba sendo dividido entre a cana e o palhiço. Portanto, para o cálculo do custo de recuperação por este sistema, considerou-se a porção referente apenas ao palhiço, que representa 20 % da carga transportada.

O sistema picado a granel teve custo de 23,34 R$.Mg-1. O custo final desse sistema foi o mais influenciado pela distância de transporte. Esse aumento no custo do transporte ocorre, principalmente, em função da baixa densidade do material o que aumenta o número de viagens e, conseqüentemente, aumenta o consumo de combustível e os investimentos necessários para disponibilizar um maior número de veículos transportadores.

Os sistemas de adensamento de alta pressão apresentaram os maiores custos. Isto como conseqüência da baixa capacidade das máquinas adensadoras, o que resulta em maior consumo de combustível e maior necessidade de investimento em maquinário.

3.5. Análise de sensibilidade

No sistema de fardo cilíndrico, o custo de recuperação do palhiço foi mais influenciado positivamente pela corda de amarrar o fardo. Isso ocorre principalmente pela quantidade de corda utilizada (cerca de 250 g por fardo) e pelo seu valor unitário (por volta de 9,00 R$·kg-1). O custo apenas da corda é de cerca de 10,00 R$·Mg-1 de palhiço enfardado, representando quase 40 % do custo total do enfardamento.

 

 

Para o sistema de palhiço picado a granel, o parâmetro que mais onerou o custo de recuperação do palhiço, quando seu valor foi acrescido em 1%, foi o valor de aquisição das máquinas, com 0,50 % de aumento no custo final de recuperação. Neste sistema, observa-se que, a sensibilidade apresentada pelo valor de aquisição das máquinas é explicada pelo fato da necessidade de se adquirir maior número de transbordos e caminhões, visto que a carga efetiva é baixa.

O valor de aquisição das máquinas, no sistema de colheita integral, também foi o parâmetro responsável pelo maior aumento do custo final de recuperação do palhiço, aumentando-se o custo final em 0,7%. Mesmo com o aproveitamento da frota da colheita da cana, este parâmetro foi influenciado, principalmente, pela elevada demanda de investimento pela construção da estação de limpeza, aproximadamente 6 milhões de reais.

Tanto para o sistema de briquetagem quanto para o de peletização, o valor de aquisição das máquinas e o preço do combustível foram os parâmetros que mais tiveram influência no aumento dos custos. Estes parâmetros influenciaram positivamente em 0,5% e 0,4%, respectivamente, o custo final quando se aumentou 1% dos seus valores, individualmente. Isso ocorre, principalmente, pelo fato de as máquinas serem de alto valor agregado, terem elevada demanda por combustível para seu acionamento e serem equipamentos de baixa capacidade.

Por outro lado, em todos sistemas, a jornada de trabalho, sem exceção, foi o parâmetro que mais contribuiu para a redução dos custos de recuperação, demonstrando a importância de se trabalhar com máxima jornada diária. A capacidade potencial e a eficiência geral também tiveram grande influência na redução dos custos. Respectivamente, isso demonstra a importância de se utilizar máquinas de alta capacidade de trabalho e a importância do bom gerenciamento da operação, no sentido da diminuição dos tempos perdidos e de manutenção e, conseqüentemente, na redução dos custos de recuperação do palhiço.

 

4. Conclusões

A colheita integral foi o sistema de recolhimento de melhor eficiência energética.

O menor custo total de recolhimento foi o apresentado pelo sistema de colheita integral, seguido pelos sistemas picado a granel, fardo cilíndrico, fardo algodoeiro, peletizado e briquetado;

No sistema de colheita integral, os custos fixos e variáveis acabam sendo rateados entre a cana e o palhiço com o aproveitamento da frota já utilizada para a cana, a qual se encontra atualmente otimizada em termos de gerenciamento, tecnologia e manutenção;

A briquetadora e a peletizadora conseguem o maior grau de compactação entre os sistemas analisados, mas a baixa capacidade da operação de adensamento, juntamente com sua alta demanda de energia, elevam o custo final do palhiço;

A utilização conjunta do sistema a granel com o sistema de enfardamento torna-se interessante em uma mesma agroindústria que não disponha de estação de limpeza a seco. Neste caso, recomenda-se utilizar o primeiro sistema em distâncias menores de 30 km, e o segundo nas distâncias maiores.

Os fatores que mais influenciaram o custo de recolhimento do palhiço para os sistemas analisados são em ordem decrescente: a jornada de trabalho, a eficiência global da operação, o valor de aquisição dos equipamentos e o consumo de combustível.

 

5. REFERÊNCIAS

CONSELHO NACIONAL DE TRÂNSITO. Estabelece os limites de peso e dimensões para veículos que transitem por vias terrestres. Resolução no. 12, de 06 de setembro de 1998. Diário Oficial, Brasília.

ERIKSSON, S.; PRIOR, M. The briquetting of agricultural wastes for fuel. Rome, Italy: Food and Agriculture Organization of the United Nations, 1990.

FERNANDES, A.C. Cálculos na agroindústria da cana-de-açúcar. Piracicaba: STAB. 2000.193 p.

LOPES, M. B. Simulação de um sistema de carregamento e transporte de cana-de-açúcar. 1995. 143 p. Tese (Mestrado) - Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz", Universidade de São Paulo, Piracicaba.

MACEDO, I.C.; CORTEZ, L.A.B. Sugar-cane industrial processing in Brazil. In: ROSILLO-CALLE, F.; BAJAY, S.V.; ROTHMAN, H. (Ed.). Industrial uses of biomass energy. London: Taylor-Francis, 2000. p. 140-154.

NUÑEZ GAGO; J. S. Corte, carregamento e transporte de cana-de-açúcar: comparação de sistemas alternativos. In: SEMINÁRIO DE TECNOLOGIA AGRONÔMICA, 3, 1986, Piracicaba. Seminário... São Paulo: Copersucar, 1986. p. 489-522.

RIPOLI, T.C.; RIPOLI, M.L.C. Biomassa de cana-de-açúcar: colheita, energia e ambiente. Piracicaba:T.C.C.Ripoli, 2004. 302 p.

RIPOLI, M.L.C. Mapeamento do palhiço enfardado de cana-de-açúcar (Saccharum spp.) e do seu potencial energético. 2002. 91 p. Tese (Mestrado) - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Piracicaba.

SCHEMBRI, M.G.; HOBSON, P.A.; PADDOCK, R. The development of a prototype factory-based trash separation plant. Proc. Aust. Soc. Sugar Cane Technol., Vol. 24, 2002.

UNICA. Início da produção no Centro-Sul. Boletim Unica. São Paulo: Unica, ano 6, n.52, p.1, mar./abr. 2003. Bimestral.