As operações dos três sistemas de recolhimento da palha de cana são descritas identificando- se o consumo de combustível e de energia elétrica de cadas operação. As operações consideradas em cada rota de recolhimento são apresentadas na Tabela 3.2.
Tabela 3.2. Operações envolvidas em cada rota de recolhimento da palha.
Rota de Enfardamento Rota de Forrageira Rota de Colheita integral
Colheita mecânica Colheita mecânica Colheita mecânica
Enleiramento Enleiramento Carregamento
Enfardamento Recolhedora forrageira Transporte
Carregamento Carregamento Separação de palha
Transporte Transporte Trituração
Descarregamento Descarregamento
Trituração dos fardos Trituração
O consumo específico de energia para cada operação realizada nas rotas de recolhimento foi estimado a partir dos índices de consumo medidos em campo por diversos autores e através de informações obtidas em visitas às usinas. Em muitos casos, mais de uma referência ou dado referente a consumo de energia está disponível, e uma análise destes dados foi feita para escolha do índice a ser utilizado nos cálculos. Os índices de consumo de combustível adotados nesse trabalho estão apresentados na Tabela 3.3.
Para cada rota de recolhimento foi feito o cálculo da energia consumida por tonelada de palha recolhida, considerando diversas distâncias da área de colheita em relação à usina de processamento. Os dados de produtividade de cana e palha de cana também foram pesquisados e
selecionados índices para o cálculo da disponibilidade de biomassa para utilização energética. Uma análise da quantidade de palha que deveria ser deixada no campo para fins agronômicos também foi feita, a fim de estimar a quantidade que estaria disponível para utilização na geração energia. As características físico-químicas como combustível foram obtidas na literatura e também medidas em laboratório pelos autores.
Tabela 3.3. Índices de consumo adotados nas várias operações envolvidas nas rotas de recolhimento.
Sistema de recolhimento Operações Índice de consumo de diesel Unidades Referência Enfardamento
Enleiramento 0,49 L t-1 palha Franco (2003)
Enfardadora 1,42 L t-1 palha Torrezan (2003)
Carregamento 0,92 L t-1 palha Ripoli (2007)
Transporte 2,41 km L-1 Ripoli (2007)
Descarregamento 0,45 L t-1 palha Ripoli (2007)
Forrageira
Recolhedora
forrageira 3,32
L t-1 palha
Franco, (2003)
Carregamento 0,74 L t-1 palha Macedo (2004)
Transporte 2,20 km L-1 Macedo (2004)
Descarregamento 0,72 L t-1 palha Ripoli (2007)
Colheita Integral Carregamento 0,26 L t
-1 palha
Macedo (2004)
Transporte1 1,03 km L-1 Carreira (2010)
1Valor calculado a partir da referência original.
A colheita mecanizada da cana é uma operação comum a todas as rotas de recolhimento e umas das operações de maior consumo. O consumo específico das colhedoras foi estimado a partir dos índices de consumo de diesel medidos em campo. Uma compilação dos resultados de produtividade de cana e dos índices de consumo da colheita da cana obtidos por alguns autores é apresentado na Tabela 3.4.
Tabela 3.4. Índices de consumo de diesel das colhedoras de cana.
Operações Produtividade na
área [t. cana ha-1] Consumo dediesel Unidade Referência
Colheita da cana 102,0 50,6 a 63,4 L h-1 Lyra (2012) 52,8 a 74,9 L ha-1 0,39 a 0,71 L t cana-1 Colheita da cana 115,1 53,7 a 64,8 L h-1 Belardo (2010) 54,4 a 85,0 L ha-1 0,52 a 0,77 L t cana-1 Colheita da cana 82,4 40,4 L h-1 Macedo (2004) 74,0 L ha-1 0,90 L t cana-1
Sistema de colheita integral
Na maioria das operações do recolhimento da palha, o consumo de diesel combustível representa o principal consumidor de energia. Apenas as operações de trituração da palha (máquina estacionária) e a estação de separação e limpeza da palha consomem energia elétrica. A separação de palha é utilizada apenas na rota de colheita integral e a trituração de palha é uma operação comum utilizada em todas as rotas.
Dois parâmetros são importantes para cálculo do consumo específico de energia do sistema de separação e limpeza de palha, o consumo específico de energia elétrica e a eficiência de separação. Estes dados não são ainda prontamente disponíveis na literatura, pois trata-se de equipamentos ainda em desenvolvimento, pois não constam informações a respeito da utilização e operação do sistema de recolhimento integral da cana nas usinas. Outros dados podem estar disponíveis por fabricantes de equipamentos, mas tratam-se de informações de protótipos ou equipamentos ainda em desenvolvimento e não otimizado.
A palha disponível após o processo de separação e limpeza, ainda não apresenta, forma e peso adequados para o processo convencional de combustão que opera com bagaço de cana, assim a instalação de um processo de trituração da palha complementar é necessário. O protótipo desenvolvido por Schembri, Hobson e Paddock (2002), considerou a adaptação e instalação de um triturador de palha ao sistema de limpeza de cana e estes autores realizaram ensaios para determinar o rendimento, capacidade e o consumo de potência elétrica requerida.
Os índices de consumo específico de energia foram adotados com base nos dados dos autores mencionados. A Tabela 3.5 apresenta os resultados do consumo específico de energia elétrica nas operações de separação e trituração da palha de cana, além de dados de um protótipo, porém com baixa eficiência de separação.
Tabela 3.5. Capacidade operacional e consumo específico de energia de dois protótipos de separador e triturador de palha. Operação Capacidade (t. cana h-1) Consumo específico de energia MJ t-1 cana Eficiência (%) Referência
Separador de palha 300 27,91 70 Rodrigues Filho, (2005)
Separador de palha 100 25,71 98 Schembri e Hobson,
(2000)
Triturador de palha 100 43,21 - Schembri, Hobson e
Paddock, (2002)
O consumo de energia do separador de palha não foi relatado pelos autores. A partir de dados geométricos e velocidade do ar de separação relatados por Schembri e Hobson, (2000), a energia consumida foi estimada calculando-se a potência de um ventilador necessário para o equipamento, admitindo-se uma pressão do ventilador de 2500 Pa, que é um valor factível para ventiladores centrífugos. Separadores de palha para recolhimento de cana integral são equipamentos importantes para este processo, mas necessitam ainda muito desenvolvimento, a fim de otimizar o consumo de energia e o investimento.
Recolhimento da palha por colheita integral
Os índices de consumo energético relativo às operações do sistema de colheita integral foram estimados a partir dos resultados de testes realizados em campo por Marchi et al. (2005), para avaliar a influência dos diferentes índices de limpeza e remoção da palha durante colheita mecanizada da cana nas condições e densidade da carga transportada.
O consumo de diesel no transporte foi feito a partir de dados obtidos por Carreira (2010), em um levantamento sobre o transporte de cana durante a safra, em uma usina típica no estado de São Paulo. O índice médio de consumo de 1.03 km L-1 obtido a partir de uma carga média deslocada de 103,5 toneladas, sendo transportada cerca de 66,5 toneladas de cana e 37,0 toneladas referentes ao peso do caminhão. O índice de consumo específico calculado foi de 0,0147 L t-1 km-1
Para o transporte na colheita integral foi considerada uma composição com 2 unidades semirreboques, denominada rodotrem, com um volume total da composição de 182 m3 e capacidade máxima de carga de cana de 75 toneladas.
A rota de colheita integral (cana +palha) produz mudanças na composição e na densidade da carga transportada em relação ao transporte de carga contendo apenas cana. O consumo de combustível adicional devido o recolhimento de palha é calculado como a diferença entre o consumo de diesel no transporte da carga de cana mais palha e o consumo correspondente do transporte somente de cana.
Assim, para uma determinada distância da área de colheita até a usina, o consumo por viagem foi calculado segundo:
Ct=Ctruck(Load+TW)dist +CtruckTWdist (2)
Onde:
Ctruck: consumo específico no transporte por rodotrem (0.0103 L t-1 km-1)
Load: carga transportada (t)
dist: distância da área de colheita até a usina (km) Tw: peso do rodotrem vazio (ton.)
A equação anterior considera o consumo de combustível do rodotrem vazio, partindo da usina até a área de colheita, e seu retorno carregado com cana ou cana + palha. O consumo referente ao transporte da palha é calculado para cada distância em relação à usina conforme:
( ) ( )
( )
tot cane straw dist tot cane dist
straw dist straw C C C Load onde:
Cstraw(dist) : consumo específico para o transporte da palha à distância dist (L t-1)
Ctotcane+straw(dist) : consumo total por viagem, no transporte da mistura cana+palha, à distancia dist (L)
Loadstraw : carga de palha transportada por viagem (t)
Ctot cane(dist) : consumo total no transporte somente de cana à distância dist (L)
O consumo estimado no transporte somente de cana para uma viagem de distância dist é calculado para uma carga de 75 toneladas que é carga máxima de cana possível transportada no rodotrem.
O cálculo da carga total transportada foi feito a partir da densidade da carga em função do teor de palha carregada junto a cana.
A partir de dados experimentais obtidos por Fioraneli e Linero (2005), foi obtida uma relação entre a densidade de carga e a fração em peso da palha transportada juntamente com a cana, representada pela curva da Figura 3.1.
Os cálculos do comportamento da densidade de carga na colheita integral, foram realizados considerando uma produtividade de 100 t ha-1 de cana e um índice de produtividade de resíduos de considerados os índices de produtividade (b.s) de resíduos de 16,0 kg por tonelada de colmos (b.u). no transporte foi considerada uma composição rodotrem, com um volume total de 182 m3 e peso do conjunto vazio de 37,0 toneladas.