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How to cite this paperAn. 6. Enc. Energ. Meio Rural 2006
Uso de energia em unidade suinícola em sistema de terminação com tratamento de resíduos
André Ricardo AngoneseI; Alessandro Torres CamposII
IEng. Florestal, Mestrando em Agronomia da Universidade Estadual do Oeste do Paraná - UNIOESTE e Professor da Faculdade Luterana Rui Barbosa - FALURB e-mail: aangonese@yahoo.com.br
IIEng. Agrícola, Dr. Professor da Universidade Federal - Diamantina / UFVJM atcampos3@yahoo.com.br
RESUMO
O objetivo deste trabalho foi avaliar os fluxos de energia e o balanço energético relativo à produção dos suínos e a reciclagem dos resíduos gerados no sistema para utilização como fertilizantes orgânicos. O experimento foi desenvolvido na Fazenda Vale dos Ipês, município de Ouro Verde do Oeste, no Oeste do Estado do Paraná. Uma unidade suinícola em sistema de terminação, com 600 animais, foi acompanhada nos meses de janeiro a junho de 2005. O sistema de tratamento é composto por: um biodigestor com capacidade de depósito para 50 m3, construído em aço, um tanque de sedimentação, um tanque de algas e um depósito para o biofertilizante. A limpeza das instalações é realizada diariamente por raspagem a seco. Os dejetos gerados são conduzidos nas canaletas, por gravidade, até o biodigestor. O tempo de retenção hidráulica foi de 12 dias. No cálculo da eficiência energética, o componente energético ração é o maior custo energético no sistema de produção de suínos em terminação, correspondendo a 95,3% do total da energia direta. Nas saídas de energia do sistema, o componente energético dos suínos para abate corresponde a 56,8%. O sistema se enquadrou nas características de um agroecossistema industrial, importando a maior parte da energia consumida no processo produtivo e exportando mais de 56% da produção, na forma de suínos para abate enquanto o restante é utilizado na forma de adubo na propriedade.
Palavras-chave: Análise energética, Biodigestão anaeróbia, sustentabilidade.
ABSTRACT
The purpose of this study was to assess the energy flux and energetic balance related to the swine production and the recycling of residues generated by the system for utilization as organic fertilizers. The experiment was carried out at Vale dos Ipês Farm, located in the city of Ouro Verde do Oeste, in the Western of Paraná State. One finishing phase swine unity containing 600 animals was monitored from January to June 2005. The treatment system is composed by one steel digester with capacity for 50 m3, one sedimentation tank, one algae tank and one biofertilizer storage tank. The swine barn cleaning is performed by dry scratching on a daily basis. The generated residues flow by gravitation through ducts towards the digester. The duration of the hydraulic retention period was 12 days. In the calculation of energetic efficiency, the energetic component ration is the greatest energetic cost in production system of finishing phase swine, corresponding to 95% from the total direct energy. At the way out of the energy system, the energetic component of swine for slaughtering corresponds to 56.8%. The system fitted into the features of an industrial agroecosystem, importing the majority of the consumed energy in the productive process and exporting more than 56% of the production as swine for slaughtering, while the remaining is used in the property as fertilizer.
1. Introdução
A preocupação com a elevação do consumo de combustíveis fósseis na atividade agrícola, tem estimulado o desenvolvimento de técnicas para a quantificação das entradas e saídas de energia na agricultura, possibilitando o cálculo do balanço energético (QUESADA et al., 1987).
A expansão da atividade suinícola no País e o incremento tecnológico nos sistemas de produção, tem resultado em aumento na geração de dejetos, que muitas vezes têm sido lançados em rios e mananciais. Devido à adoção de sistemas confinados de produção de suínos, grandes quantidades de dejetos têm sido produzidas. Tem-se constatado valores compreendidos entre 5,7 e 7,6 L suíno-1 dia-1 para suínos em uma faixa de peso de 57 a 97 kg, e que este volume de dejetos produzidos pode compreender entre 10 e 8% da massa do animal (SEVRIN-REYSSAC et al., 1995). Dejetos gerados de suinoculturas tem elevado potencial de poluição, mas, por outro lado, pode ser uma alternativa energética, como fertilizante e também como alimento para outras espécies (OLIVEIRA, 1993). Quando bem escolhido e conduzido, o manejo adotado permite o aproveitamento integral dos dejetos, dentro das condições estabelecidas em cada propriedade.
O balanço de energia nos sistemas agrícolas vem sendo estudado por diversos pesquisadores (CAMPOS, 2001; BEBER, 1989; CARVALHO & LUCAS JR., 2001; SANTOS et. al, 1994), e se baseia no princípio físico de conservação de energia também conhecido como primeiro princípio da termodinâmica, onde a variação de energia em um processo pode ser explicada pelo balanço de energia ou seja, entradas, saídas e variação da energia interna.
A análise de agroecossistemas sob a ótica de seus fluxos energéticos pode ser um instrumental para uma avaliação de balanço energético em sistemas de produção de suínos, e, segundo MELLO (1986), é um processo em constante aperfeiçoamento. Os balanços energéticos são indicadores relacionadores de energia e constituem promissora abordagem técnica para avaliar e investigar problemas relacionados à sustentabilidade e eficiência de sistemas agrícolas (GIAMPIETRO et al., 1992).
Sistemas biointegrados podem maximizar o aproveitamento energético dos dejetos gerados pela suinocultura, dentro do próprio agroecossistema, reduzindo a contaminação exterior dos recursos naturais.
O presente trabalho teve como objetivo Avaliar os fluxos de energia e o balanço energético relativo à produção dos suínos e a reciclagem dos resíduos gerados no sistema para utilização como fertilizante orgânicos.
2. Material e métodos
O experimento foi desenvolvido na Fazenda Vale dos Ipês, município de Ouro Verde do Oeste, no Oeste do estado do Paraná. Geograficamente é localizado a uma latitude de 24º 46'40" Sul, a uma longitude de 54º01'10" Oeste, com altitude média de 300 m (BRASIL, 1980). O clima da região é do tipo Cfa (classificação climática de Köppen), subtropical, úmido, mesotérmico, com precipitação média anual de 1.600 a 1.700 mm (IAPAR, 1994).
Na suinocultura o tipo de exploração adotado é o confinamento total dos animais, em de uma Unidade de Terminação (UT), ou seja, sistema de recria e engorda de animais. A edificação de suinocultura tem 874 m2 onde são alojados, em média, 600 suínos. A instalação é composta por um galpão em alvenaria, coberto com estrutura de madeira, sem lanternim, usando telhas de barro, piso com 5% de declive em concreto, na direção da canaleta externa, onde são conduzidos os dejetos. Corredor central para manejo e tratamento dos animais com um metro de largura. A instalação possui beiral de 0,90 m, visando evitar a entrada de água da chuva nas canaletas. Para o controle e redução do volume de dejetos a limpeza é feita diariamente através de raspagem a seco. O espaço ocupado com suínos é dividido em 30 baias, sendo 15 de cada lado, tendo as dimensões de 6,5 metros de comprimento e 3,70 metros de largura (24 m2 de área). Cada baia tem capacidade para 22 animais e contém comedor construído em madeira e dois bebedouros tipo chupeta. As divisórias internas das baias são metálica (ferragem de construção) para favorecer a ventilação natural. O piso das baias possui ressalto próximo à canaleta para formação de uma pequena lâmina de água, que visa contribuir para melhor bem estar dos suínos e com a limpeza das baias. As baias da edificação são limpas duas vezes por dia por raspagem a seco. A presença da lâmina de água nas laterais facilita a lavagem das mesmas. O dejeto segue até as canaletas que, através de um tubo de PVC, é conduzido até o biodigestor. O dejeto líquido, após sua estabilização e cumprido o Tempo de Retenção Hidráulica (12 dias), é separado no decantador, sendo o biofertilizante disposto nas áreas de pastagem por escoamento superficial e o efluente líquido é conduzido até o tanque de algas e, posteriormente, por gravidade, aos tanques de piscicultura.
A condução dos dejetos ao biodigestor é realizada de forma contínua, através de tubos PVC de 150 mm, o que evita a entrada da água da chuva e do pátio. Todo o sistema funciona por gravidade, não necessitando de bombeamento para o funcionamento das diferentes etapas.
O biodigestor é formado por três tanques cilíndricos com um volume total de 50 m3, sendo um de 20 m3 construído em fibra de vidro e dois tipo reservatório de combustível (usados em postos) de 15 m3 cada, construídos em aço carbono, com entrada e saída para fluxo contínuo dos resíduos. O diâmetro da tubulação é de 200 mm. Na parte superior foi instalada tubulação para coleta do gás metano.
O tanque de sedimentação recebe o efluente, após passar pelo biodigestor. Construído em alvenaria, de formato retangular, o tanque tem profundidade crescente no sentido da saída do efluente e possui capacidade para 30m3. Na entrada do tanque de sedimentação, existe um dispositivo de gradeamento e uma chicana (anteparo) para retenção de material flutuante. Dispõe de duas saídas: uma no fundo para a retirada da fração sólida e outra superior, para a saída da fração mais líquida que tem como destino o tanque de algas. No tanque de algas construído em alvenaria, a primeira câmara visa promover a oxidação do efluente líquido proveniente do tanque de sedimentação.
Para auxiliar a avaliação da sustentabilidade do sistema, foi feita uma análise energética.O sistema foi delimitado pelas atividades relativas ao recebimento, trato e carregamento dos suínos em sistema de terminação (22 a 110 kg) e o tratamento dos resíduos gerados, incluindo-se todos os processos, gastos e gerações energéticas embutidas na atividade, e ele pode ser visualizado no esquema estabelecido na Figura 2. O tempo de acompanhamento do sistema foi de um lote ou ciclo, ou seja, desde a chegada dos leitões até a saída para o seu abate, correspondendo a um período de 120 dias.
A eficiência energética (h) foi obtida seguindo-se a equação informada por QUESADA et al. (1991):
em que:
Σ Esaída = Σ (EDsaída + EIsaída);
Σ Econsumo = Σ (EDconsumo + EIconsumo);
ED - estimativa de energia direta;
EI - estimativa de energia indireta;
Esaída - estimativa de energia que sai no processo de produção (em forma de produto);
Econsumo - estimativa de energia consumida no processo de produção;
Considerou-se como energia útil àquela disponível no suíno para abate, a disponível na forma de biofertilizante, a disponível na forma de nutrientes (a serem utilizados na produção de algas e como adubo orgânico) e, ainda, aquela disponível pela geração de metano. Como energia direta foi utilizada aquela relativa à da ração, da energia elétrica, dos leitões e dos insumos diretamente consumidos no processo de produção e como energia indireta foi considerada aquela empregada na fabricação de equipamentos, nas construções e instalações, nos sistemas de irrigação e entre outros necessários à produção. Para obtenção dos coeficientes foi feita a transformação em unidades energética dos componentes envolvidos no processo de produção de suínos em sistema de terminação, seguindo-se valores estabelecidos por diversos autores e estes valores podem ser visualizados nas Tabelas 3 e 4.
Para o cálculo mais acurado do balanço energético das instalações rurais, optou pela composição energética mais detalhada, aplicando-se os valores de composição energética dos materiais utilizados em construções e desenvolvidos pelo CETEC, conforme FERNANDES & SOUZA (1982) e CAMPOS et al. (2003).
Instalações e sistema de tratamento de dejetos
Para o depósito da ração utilizou-se um silo pré-fabricado em aço galvanizado, com capacidade de 12 t. O depósito de água é uma caixa fabricada em aço carbono com capacidade para 10.000 L. A condução dos dejetos ao biodigestor é feita por gravidade, através de tubos de PVC de 150 mm, evitando a entrada da água da chuva e do pátio. O biodigestor é formado por tanques cilíndricos (usados em postos de combustível) construídos em aço carbono, com entrada e saída dispostas de forma a manter fluxo contínuo dos resíduos. O biodigestor possui tubulação independente, para captação do gás nele gerado, sendo armazenado em balões de PVC com capacidade para 20 m3. O medidor utilizado para a medição da produção de biogás foi da Indústria LAO modelo G1, com precisão de 0,2 dm3. Após passar pelo biodigestor, o efluente é conduzido ao tanque de sedimentação, o qual é construído em alvenaria, de formato retangular, de profundidade crescente no sentido da saída do efluente, com capacidade para 30 m3. Dispõe de duas saídas, uma de fundo, para a retirada do lodo (biofertilizante) e outra superior, para a saída da fração mais líquida que têm como destino, o tanque de algas.
No presente trabalho, utilizou-se a metodologia desenvolvida por DOERING III et al. (1977), empregada por diversos autores (BEBER, 1989; COMITRE, 1995; CAMPOS et al., 2000; CARVALHO & LUCAS JR., 2001), a qual consiste na aplicação de um método baseado na depreciação energética. À semelhança da depreciação econômica e com base na massa das máquinas, consiste em depreciá-los durante sua vida útil. O coeficiente energético do metano foi de 55,25 MJ L-1 (BRASIL, 2001). A composição mínima de metano no biogás foi adotada como 79% (TOLEDO & LUCAS JR., 1996).
3. Resultados e discussão
Consumo de energia (inputs)
Da energia empregada no sistema, o maior consumo observado foi da categoria direta, com 99,43% do total, sendo 0,57% para indireta. Pela Tabela 5, percebe-se preponderância da energia direta, através da ração (95,28%) utilizada como alimento dos animais. A ração é produzida a partir de milho e soja, tratando-se de recurso renovável. Carvalho & Lucas Jr. (2001), estudando balanço de energia na produção industrial de ovos, apontaram a ração para as aves como o componente de maior aporte de energia no processo (84,70% do total da energia empregada). A Tabela 6 mostra a quantidade de ração por tamanho, número de suínos e ração total consumida para o lote.
O total de energia indireta gasta por ciclo de produção, foi 16.638,03 MJ, sendo que a estrutura do galpão representa 55% (9.151,14 MJ), seguido pelo biodigestor, com 22,8% (3.785,8 MJ) do total de energia indireta. A Tabela 6 permite uma visualização melhor do consumo de energia indireta de cada equipamento ou instalação depreciada dentro do período estudado.
Itens como mão-de-obra, eletricidade, leitões e energia indireta utilizados no sistema, que têm uso essencial à produção, apresentaram valores energéticos baixíssimos na composição de consumo energético. Dentre os resultados obtidos referentes ao cálculo da energia indireta utilizada no sistema, o galpão da suinocultura foi o item mais representativo. COMITRE (1993) salienta que, além de ser difícil determinar um padrão médio de edificações rurais, encontrar coeficientes energéticos compatíveis com a realidade rural brasileira, representa uma tarefa extremamente difícil.
Com base na conclusão de COMITRE (1993), determinou-se o coeficiente energético (CE) do galpão, através dos diferentes componentes empregados na construção das instalações da suinocultura, conforme se pode observar na Tabela 7.
Esta instalação consumiu o total de 835.880 MJ em sua construção; considerando-se a área útil total de galpão destinada ao confinamento dos suínos (874,32 m2), o índice energético determinado foi de 956,03 MJ m-2. Este valor pode ser considerado bem abaixo daqueles apresentados por DOERING III (1980) de 1.711,43 MJ m-2 para construções de serviço e 6.260,23 MJ m-2 para residência, e bem acima do valor apresentado por PIMENTEL (1980) para instalações de madeira (58,91 MJ m-2). Já CAMPOS et al. (2003), analisando uma edificação em alvenaria com estrutura de concreto armado auto-portante para armazenamento de feno, obtiveram o coeficiente energético de 622,23 MJ m-2.
Síntese, Análise e Eficiência Energética para o Ciclo de Produção de Suínos em Sistema de Terminação
Analisou-se os diversos processos e operações envolvidos no sistema de produção de suínos, desde a chegada dos leitões, com peso médio de 22 kg, até o período de abate, com média de 110 kg suíno-1. Os resultados das análises efetuadas no efluente líquido e biofertilizante podem ser observados na Tabela 8.
A Tabela 9 apresenta condensadamente, todas as entradas de energia, nas formas direta e indireta, e o balanço energético consolidado, considerando-se os valores médios utilizados para o cálculo.
No item de saída de energia (outputs), o componente mais significativo foi o suíno, com 56,8% do total de energia produzida. Ainda, ao se verificar os valores de saídas de energia, observa-se que o componente biofertilizante assume valores importantes, com 30,2% do total da energia. CARVALHO & LUCAS JR. (2001), estudando a produção industrial de ovos, notaram valores importantes do componente dejetos, especialmente nas fases de recria, com 83% do valor total de energia nos outputs. A produção média diária de biogás foi de 31,5 m3, equivalente a 0,63 m3 m-3 do biodigestor.
O biogás foi outro componente de importância, representando, em média, 13% dos valores totais de energia (Figura 10), destacando a importância da energia da biomassa dos dejetos, corroborando com as afirmações dos autores BEBER (1989), GOLDEMBERG (1998) e CARVALHO & LUCAS JR. (2001).
Conforme Tabela 9 a eficiência energética do sistema de produção de suínos em terminação, foi de 0,38. QUESADA et al. (1987) obtiveram uma eficiência energética de 0,06, avaliando um sistema de produção de suínos no Rio Grande do Sul, entretanto se percebe que o estudo não apresentava sistema de tratamento com obtenção de biogás e o autor não considerou a utilização dos fertilizantes. A possibilidade de integração de atividades dentro de uma mesma propriedade e aproveitamento total dos resíduos proporciona maior sustentabilidade, em termos de eficiência energética e também ambiental.
Outro ponto importante que deve ser considerado é o avanço da tecnologia de produção de ração e o melhoramento genético dos animais, resultando numa conversão alimentar melhor, possibilitando melhoria desta forma no índice energético. BEBER (1989) afirma que valores de eficiência energética (η) menores que 1, demonstram que o sistema importa, praticamente, toda a energia consumida no processo produtivo. Uma das possíveis medidas a serem tomadas visando à sustentabilidade do sistema, seria a possibilidade da produção in loco da alimentação dos animais que, para o atual modelo de criação, se depara com problemas técnicos relativos ao processo de produção das rações.
4. Conclusões
De acordo com os resultados obtidos e as discussões apresentadas neste trabalho, as seguintes conclusões podem ser destacadas:
No cálculo da eficiência energética, o componente energético ração é o maior custo energético no sistema de produção de suínos em terminação, correspondendo a 95,3% do total da energia direta.
Nas saídas de energia do sistema, o componente energético dos suínos para abate corresponde a 56,8%.
O sistema se enquadrou nas características de um agroecossistema industrial, importando a maior parte da energia consumida no processo produtivo e exportando mais de 56% da produção, na forma de suínos para abate enquanto o restante é utilizado na forma de adubo, na propriedade.
A produção de dejetos tem valor energético considerável (em torno de 30% da energia de saída total do sistema), no sentido de sua efetiva utilização no próprio sistema, por meio da renovação de energia, reduzindo o impacto ambiental e minimizando a importação de energia.
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