Cogeração de energia elétrica a partir da biomassa agroindustrial e florestal em uma usina do centro-Oeste Mineiro / Electricity cogeneration from agroindustrial and forest biomass in a Midwest Mineiro plant

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 10, p. 20954-20976, sep. 2019 ISSN 2525-8761

Cogeração de energia elétrica a partir da biomassa agroindustrial e

florestal em uma usina do centro-Oeste Mineiro

Electricity cogeneration from agroindustrial and forest biomass in a

Midwest Mineiro plant

DOI:10.34117/bjdv5n10-264

Recebimento dos originais: 12/09/2019 Aceitação para publicação: 21/10/2019

Tatiany Peçanha

Graduanda em Administração pelo IFMG – campus Bambuí Licenciatura em Física pelo IFMG – campus Bambuí

Instituição: IFMG Campus Bambuí

Faz. Varginha - Rodovia Bambuí/Medeiros - km 05. Caixa Postal 05 - Bambuí - MG - CEP: 38900-000.

E-mail: pecanha.tatiany@gmail.com

Isadora Aparecida Silva

Graduanda em Administração pelo IFMG – campus Bambuí Instituição: IFMG Campus Bambuí

E-mail: isadoraaps1998@gmail.com

Marcos Maciel Santos Macedo

Graduando em Administração pelo IFMG – campus Bambuí Instituição: IFMG Campus Bambuí

E-mail: marcosmsmacedo@gmail.com

Rafael Izidoro Martins Neto

Bacharelado em Administração pelo IFMG – campus Bambuí Pós-Graduação em Docência – IFMG campus avançado Arcos

E-mail: rafael.izidoro18@hotmail.com

Humberto Elias Giannecchini Fernandes Rocha Souto

Graduando em Administração pelo IFMG – campus Bambuí Instituição: IFMG Campus Bambuí

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Rafael Silva De Lima

Graduando em Engenharia de Controle e Automação Instituição: Unifei campus Itabira

Av. Emanuel Dias, 196, centro, Bambuí-MG – CEP: 38.900-000 E-mail: rafaelsilvadelima37@gmail.com

Michelle Diniz Garibaldi

Graduanda em Administração pelo IFMG – campus Bambuí Instituição: IFMG Campus Bambuí

E-mail: michellegaribaldi19@gmail.com

Jaqueline Bruno De Oliveira

Graduanda em Administração pelo IFMG – campus Bambuí Bacharelado em Direito

E-mail: jaquelinebo@gmail.com

RESUMO

Devido às alterações climáticas e às mudanças no regime hídrico das bacias hidrográficas, a utilização de biomassa nos setores energéticos vem ganhando espaço no Brasil, tanto na produção de biocombustíveis quanto na produção de energia elétrica. Portanto, é de suma importância que as indústrias sucroalcooleiras utilizem recursos renováveis como o bagaço da cana-de-açúcar para geração de energia, não somente para o atendimento à unidade industrial, mas também para suprir a demanda de abastecimento energético do Brasil. Desta forma, o presente trabalho buscou descrever o processo de cogeração de energia por meio da biomassa, em uma usina do centro-oeste de Minas Gerais. Foi realizada uma pesquisa qualitativa. Quanto ao método científico, foram utilizados a pesquisa descritiva e o estudo de caso. Parte da energia gerada é consumida pela própria empresa, e o restante é vendido. Os custos relacionados à cogeração de energia também foram mensurados. O presente trabalho possibilitou sugerir uma alternativa quanto a utilização do resíduo (bagaço).

Palavras-chave: Usina sucroalcooleira; Biomassa; Cogeração de energia elétrica; Custos.

ABSTRACT

Due to climate change and changes in the water regime of watersheds, the use of biomass in energy sectors has been gaining ground in Brazil, both in the production of biofuels and in the production of electricity. Therefore, it is of utmost importance that sugarcane industries use renewable resources such as sugarcane bagasse for energy generation, not only to serve the industrial unit, but also to supply the energy supply demand in Brazil. Thus, the present work aimed to describe the process of cogeneration of energy through biomass in a power plant in the Midwest of Minas Gerais. A qualitative research was performed. As for the scientific method, descriptive research and case study were used. Part of the energy generated is consumed by the company itself, and the rest is sold. Costs related to energy cogeneration

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 10, p. 20954-20976, sep. 2019 ISSN 2525-8761 were also measured. The present work made it possible to suggest an alternative regarding the use of the residue (bagasse).

Keywords: Sugar and alcohol plant; Biomass; Cogeneration of electricity; Costs.

1. INTRODUÇÃO

A cada ano, torna-se mais importante o desenvolvimento de fontes renováveis de energia elétrica. Os recursos fósseis e nucleares utilizados para a produção de energia são finitos e contribuem para o aumento da poluição do planeta, e, diante disso, as fontes de energia renováveis são a melhor solução para um sistema de produção sustentável.

Atualmente, a matriz energética brasileira é composta por diversas fontes de energias renováveis, sendo elas hídricas, eólicas, solares e de biomassa. Em conjunto, representam aproximadamente 78% do cenário atual. Fontes não renováveis, como combustíveis fósseis e fontes nucleares, somam cerca de 17% da produção nacional, e aproximadamente 5% da energia utilizada no Brasil provêm de outras fontes Agência Nacional De Energia Elétrica, (ANEEL, 2017).

A fonte renovável mais representativa na matriz brasileira é a hídrica (78,29%), seguida da biomassa (11,23%), eólica (9,67%) e solar (0,81%). Devido à localização tropical do País e à sua extensão territorial, a produção de energia por biomassa tem elevado potencial de crescimento, sendo que sua participação na matriz energética brasileira, atualmente, é de 8,73% (ANEEL, 2017).

A biomassa utilizada para geração de energia no Brasil é de origem agroindustrial, resíduos sólidos urbanos, resíduos animais e florestais. Quanto à participação na produção, representando 77,36%, destaca-se a biomassa agroindustrial, originária do bagaço de cana-de-açúcar, biogás, capim-elefante e casca de arroz. O bagaço da cana-de-açúcar constitui-se de 99% desta biomassa - um resíduo (subproduto) da produção do etanol e do açúcar - retratando, assim, uma importante matéria-prima para a produção de energia nestas unidades industriais. A biomassa florestal representa 21,66%, sendo constituída por lenha, resíduos florestais, licor negro, carvão vegetal e gás de alto forno. As demais fontes de biomassa correspondem a apenas 0,98% do total (ANEEL, 2017).

Devido às alterações climáticas e às mudanças no regime hídrico das bacias hidrográficas, a utilização de biomassa nos setores energéticos vem ganhando espaço no Brasil, tanto na produção de biocombustíveis quanto na produção de energia elétrica. Atualmente, o País conta com 405 (quatrocentos e cinco) usinas sucroenergéticas que utilizam bagaço da cana-de-açúcar como combustível para gerar energia, essa é utilizada para atender

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a unidade industrial, sendo o excedente exportado para a rede de distribuição. Algumas destas unidades também utilizam como combustível a biomassa florestal (ANEEL, 2017).

A produção de bioeletricidade através das varias biomassas possibilitou exportar para a rede, em 2017, o equivalente a abastecer 13,5 milhões de residências ao longo de um ano, evitando a emissão de 9,6 milhões de toneladas de dióxido de carbono “CO2” correspondente ao cultivo de 67 milhões de árvores nativas ao longo de 20 anos e poupou o equivalente a 17% da água nos reservatórios do submercado Sudeste/Centro-Oeste no período seco do ano, o qual coincidiu com a safra sucroenergética (UNICA, 2017).

Em 2017, Minas Gerais foi o quarto maior produtor de bioeletricidade do país, responsável por 10,3% da produção. Situam-se, no Estado, vinte e três usinas que vendem (exportam) energia elétrica para a rede (UNICA, 2017). Dentre estas unidades, a Bambuí Bioenergia S/A, opera com biomassa agroindustrial (bagaço) e biomassa florestal (lenha).

É de suma importância que as indústrias sucroalcooleiras utilizem recursos renováveis como o bagaço da cana-de-açúcar para geração de energia, não somente para o atendimento à unidade industrial, mas também para suprir a demanda de abastecimento energético do Brasil, complementando a produção e possibilitando a autossuficiência energética. Portanto, o presente estudo objetiva analisar o processo de produção da energia elétrica a partir da biomassa na usina instalada no município de Bambuí.

2. REFERENCIAL TEÓRICO

Nos próximos tópicos, serão apresentados conceitos encontrados na literatura que dizem respeito ao tema abordado neste estudo.

2.1 ADMINISTRAÇÃO DA PRODUÇÃO

Toda organização tem como objetivo a produção de bens ou serviços. Logo, os fatores relacionados à sobrevivência das empresas estão intimamente ligados à forma como as organizações planejam e controlam seus recursos. A administração da produção é a atividade de gerenciar recursos destinados à produção de um bem ou serviço.

O resultado de toda empresa depende do êxito de suas operações nos seus diversos aspectos. Entretanto, embora a produção seja uma atividade fundamental para a organização, ela não é a única, constituindo uma das três funções centrais, sendo as demais o marketing e o desenvolvimento de produtos/serviços (SLACK et al., 2009).

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A gestão da produção destina-se a conhecer técnicas e conceitos que podem ser aplicados na tomada de decisão em relação à produção, sendo responsável pelo planejamento, organização, direção e controle do sistema produtivo de forma a adequá-lo ao objetivo da organização. A palavra “produção” liga-se às atividades industriais; enquanto a palavra “operações”. Às atividades desenvolvidas em empresas de serviços (MOREIRA, 2012).

Na produção industrial, cada produto requer uma lista de insumos necessários para sua produção, sendo possível à indústria controlar, com rigor, a quantidade e a qualidade destes. A combinação dos insumos em um sistema de produção tem como objetivo fornecer uma saída (produto). Pode-se entender que insumos são recursos a serem transformados diretamente em produtos mais os recursos que movem o sistema (MOREIRA, 2012).

Segundo Slack e outros (2009), qualquer operação produz bens, serviços ou um misto dos dois, por meio de um processo de transformação. A Figura 1 refere-se à interação entre produção, processamento e saída.

Figura 1 – Processo input – transformação - output

Fonte: Adaptado de Slack e outros (2009).

A administração da produção consiste em gerenciar o sistema representado acima. As entradas dizem respeito aos recursos a serem transformados, que são materiais, informação e consumidores, e aos recursos de transformação, que são instalações, equipamentos e funcionários, esses agem sobre os primeiros. As saídas são resultadas do processo de transformação das entradas, podendo ser artefatos físicos e/ou serviços (SLACK et al., 2009).

2.1.1 Planejamento e controle da produção (PCP)

Para que as organizações atinjam seus objetivos, são necessárias ferramentas que gerenciem os sistemas e sejam capazes de interagir entre si para a obtenção de resultados.

Segundo Chiavenato (2011), para atingir as metas e dimensionar corretamente seus recursos, as empresas planejam e controlam sua produção, não produzindo ao acaso, nem

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funcionando de improviso. Por este motivo, o Planejamento e Controle da Produção (PCP) é fundamental para as organizações. Segundo Chiavenato (2011) o PCP determina os objetivos a serem atingidos e como fazer para alcançá-los, a fim de tornar o processo mais eficiente e menos oneroso. O propósito do PCP, segundo Slack e outros (2009), resume-se em garantir que os processos de produção ocorram eficaz e eficientemente, originando produtos e serviços como requerido pelos produtores. Chiavenato (2011) afirma que o PCP deve planejar a produção e controlar seu desempenho, atuando antes, durante e depois do processo produtivo.

2.2 PROCESSO PRODUTIVO E RESÍDUOS

Toda operação produz um produto ou serviço, transformando inputs (entradas) em

outputs (saídas). Uma operação é constituída de vários processos - unidades menores da

operação maior a que pertencem. Seja qual for a operação realizada, pode ser entendida como componente de uma rede mais extensa de operações, da mesma forma que pode ter diferentes fornecedores e consumidores, gerando uma rede de suprimentos (SLACK et al., 2009). Cada processo é um fornecedor interno e um consumidor interno de demais processos. Neste sentido, entende-se que um processo alimenta o outro.

Os processos produtivos, além das saídas (produtos), geram resíduos. O produto é o propósito da indústria; no entanto, além daquela cuja fabricação é intencional, são gerados outros materiais, de origem não intencional: os resíduos (AQUARONE, 1990).

Para Demajorivic (1995), resíduo difere-se do termo lixo porque, enquanto este não possui nenhum tipo de valor por ser aquilo que deve apenas ser descartado, o primeiro possui valor econômico agregado, por possibilitar reaproveitamento no próprio processo produtivo.

No que se refere à indústria sucroenergética, Salles e outros (2017) identificaram, como resíduos causadores de impactos ambientais, a palha, água de lavagem, bagaço, vinhaça e a torta de filtro. Porém, foi ressaltado pelos autores que, apesar de o processamento gerar esses resíduos que provocam efeitos ambientais, a usina pode transformar essas circunstâncias em vantagens para ela mesma, adotando métodos que diminuam ou extingam os danos.

O bom gerenciamento da cadeia de abastecimento considera a valorização do meio ambiente, seja na obtenção de matéria-prima, na produção, no transporte dos produtos ou na reciclagem daqueles já utilizados (BERTAGLIA, 2003). Fundamentalmente, todo produto gera impactos ambientais (KAZAZIAN, 2005).

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A definição jurídica de impacto ambiental, no Brasil, vem expressa no art. 1º da Resolução. nº1, de 23.1.1986, do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), nos seguintes termos:

Considera-se impacto ambiental qualquer alteração das propriedades físicas, químicas e biológicas do meio ambiente, causada por qualquer forma de matéria ou energia resultante das atividades humanas, que, direta ou indiretamente, afetam: a saúde, a segurança e o bem-estar da população; as atividades sociais e econômicas; a biota; as condições estéticas e sanitárias do meio ambiente e a qualidade dos recursos naturais.

Reutilizar resíduos dentro da cadeia produtiva torna-se um desafio para que as empresas consigam diminuir impactos ambientais e os custos de produção. O bagaço pode ser utilizado na produção de ração animal, papel, papelão e aglomerados; na indústria química, como sólido alternativo na construção civil; e como biomassa (REBELATO et al., 2013).

Segundo Santos e outros (2011), a estocagem do bagaço nos pátios das usinas contribui para a ineficiência de sua exploração. O bagaço úmido sofre fermentação por meio da ação microbiana um processo exotérmico que provoca sua deterioração e afeta diretamente suas características, o que, muitas vezes, ocasiona combustões espontâneas e indesejadas.

O bagaço é um resíduo composto basicamente por fibra (celulose) e água, contendo também certa quantidade de açúcar e potencial hidrogeniônico (pH) baixo. Devido à degradação da celulose, da hemicelulose e da lignina, pode ter grande efeito poluidor nas águas se descartado neste meio (REBELATO et al., 2013).

2.3 LOGÍSTICA

Segundo Ballou (2006), a estratégia logística geralmente é desenvolvida por três objetivos principais: redução de custos, redução de capital e melhoria de serviços.

O conjunto de planejamento, operação e controle do fluxo de materiais, mercadorias, serviços e informações das empresas, integrando e racionalizando as funções sistêmicas, desde a produção até a entrega, é denominado de logística, uma das mais antigas atividades humanas. Sua missão é fornecer bens e serviços originados por uma sociedade, nos locais, no tempo, na quantidade e na qualidade necessários aos consumidores (LEITE, 2009).

Portanto, logística é uma ferramenta para o gerenciamento empresarial que possibilita obter vantagens econômicas, sem desconsiderar as questões ambientais. Segundo Araújo (2001), ela pode proporcionar vantagens competitivas em decorrência da melhor aplicação da

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capacidade, da diminuição de estoques e da maior aproximação com os fornecedores no que diz respeito ao planejamento, e, por conseguinte, ampliar a vantagem em valor de mercado.

Com o passar do tempo, as empresas observaram que, para se obter vantagem competitiva duradoura frente aos concorrentes, não é necessário apenas reduzir os custos, mas é indispensável também agregar valor ao seu produto. Dessa forma, as estratégias não devem focar somente em garantir a sobrevivência imediata, mas também em longo prazo. O propósito deve ser o crescimento e a conquista de novas e maiores fatias de mercado. Ou seja, caracteriza um desafio que, para ser vencido, requer maiores esforços, tanto internos como externos à organização (NETO, 2002).

2.3.1 Logística reversa

A estratégia da logística é desenvolver competências diversificadas em seus processos, possuindo como alvo o melhor equilíbrio entre o nível de serviços de atendimento aos consumidores e a eficácia operacional na movimentação, armazenagem e distribuição dos produtos (SAKAI, 2005).

No atual cenário econômico, muitas empresas procuram reduzir custos. Nesse sentido, a logística reversa é uma área da logística empresarial que planeja, opera, controla o fluxo e as informações logísticas correspondentes, do retorno dos bens de venda e de pós-consumo ao ciclo de negócios ou ao ciclo produtivo, por meio dos canais de distribuições reversos, agregando-lhes valor de natureza econômica, ecológica, legal, logística, corporativa, entre outras (LEITE, 2009).

Segundo Guarnieri (2011), o conceito da logística reversa apoia-se na sustentabilidade ecológica e econômica, ressaltando a possibilidade de o desenvolvimento econômico e o desenvolvimento ambiental caminharem lado a lado. Além de gerar lucros e riquezas, as empresas podem adotar práticas sustentáveis que garantam a preservação do meio ambiente e também possibilitar a sustentabilidade social, respeitando a comunidade em que se insere.

Controlar os resíduos em uma indústria é fundamental no processo produtivo de qualquer bem. Reduzir e reaproveitar resíduos torna-se uma possibilidade para aumentar a eficiência do sistema produtivo. À vista disso, o principal aproveitamento do bagaço ocorre no processo de produção de energia (térmica e elétrica), conhecido como cogeração, que, segundo Coelho (1999), é a geração simultânea de energia térmica e mecânica a partir do mesmo combustível (gás natural, resíduos de madeira, casca de arroz, bagaço da cana, etc).

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A importância de se discutir o aproveitamento do bagaço da cana-de-açúcar está na possibilidade de gerar receita e reduzir custos para as usinas, concomitantemente diminuir impacto ambientais, uma vez que o resíduo poderá ser totalmente eliminado ao ser utilizado como combustível. Além disso, para um gestor da área administrativa, desenvolver alternativas de aproveitamento de biomassa é um desafio (COSTA; DUARTE, 2010).

A biomassa, segundo o Centro Nacional de Referência em Biomassa (CENBIO), é todo material renovável de origem orgânica (animal ou vegetal), excluindo-se os de origem fóssil, que pode ser utilizado para produzir energia (CENBIO, 2010).

Biomassa é um material que, normalmente, imagina-se como resíduo, sendo constituído por substâncias de origem orgânica, vegetal, animal e microrganismos. É um recurso natural renovável que resulta do uso de resíduos agrícolas, florestais, pecuários, fezes de animais ou lixo. A Biomassa é positiva no meio ambiente porque pode ser: reduzida, reciclada, reutilizada e aproveitada para produzir energia. Isso a torna, em caso de aproveitamento como fonte de energia, uma alternativa que ajuda a reduzir a necessidade de outras fontes, especialmente não renováveis (COSTA; DUARTE, 2010, p. 82).

O processo produtivo de energia a partir dos resíduos agroindustriais e florestais (biomassa) torna-se de suma importância para o meio ambiente e para as empresas.

Com vistas a amenizar a problemática de dependência de matriz monopolar, bem como de contornar os elevados níveis de emissão de gases estufa, vê-se que uma possível solução é o investimento em biomassa renovável. Quando se considera a utilização desta como nova matriz energética, pode-se pensar em processos com carbono-neutro (quando as emissões da ampla produção e consumo energético são igualadas ao sequestro de carbono realizado durante o cultivo das variedades vegetais) ou com baixo carbono-positivo (em comparação aos mecanismos convencionais de produção e utilização de energia e combustível), o que se torna bastante plausível (GONÇALVES E SOUZA, 2015, p. 16).

Conhecer as fontes de energia elétrica disponíveis e as possibilidades de expansão é imprescindível para o planejamento de políticas sustentáveis, para as empresas, e também para o meio ambiente.

2.4 COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DA BIOMASSA (NÍVEL BRASIL)

O desenvolvimento industrial, o crescimento populacional e a evolução da sociedade demandam maiores quantidades de energia a cada dia que passa. A eletricidade tornou-se uma

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das formas mais versáteis e convenientes de energia, passando a ser recurso indispensável e estratégico para desenvolvimento socioeconômico de muitos países e regiões (ANEEL, 2002). O Brasil possui aproximadamente 8,5 milhões de quilômetros quadrados, mais de 7 mil quilômetros de litoral e condições climáticas extremamente favoráveis, contando, ainda, com um dos maiores e melhores potenciais energéticos do mundo (ANEEL, 2002).

Segundo Brasil (2017), o Sudeste brasileiro detém 29,8% da capacidade de produção instalada no país; a Região Sul, 21,1%; Nordeste, 19,8%; Norte, 16,9% e Centro-Oeste, 12,4%. Vale ressaltar que Minas Gerais representa 9,9% do potencial total. A Tabela 1 demonstra a matriz energética brasileira em 2016.

Tabela 1- Geração elétrica por fonte no Brasil em 2016 (GW/h)

Ano 2012 2013 2014 2015 2016 % Part Total 552.498 570.835 590.542 581.228 578.898 100 Hidráulica 451.342 390.99 373.439 359.743 380.911 65,8 Gás Natural 46.760 69.003 81.073 79.490 56.485 9,8 Derivados do Petróleo 16.214 22.090 31.529 25.657 12.103 2,1 Carvão 8.422 14.801 18.385 18.856 17.001 2,9 Nuclear 16.038 15.450 15.378 14.734 15.864 2,7 Biomassa 34.662 39.679 44.987 47.394 49.236 8,5 Eólica 5.050 6.578 12.210 21.626 33.489 5,8 Outras 10.010 12.241 13.540 13.728 13.809 2,4

Fonte: Adaptado do Anuário Estatístico de Energia Elétrica (2017).

Percebe-se que a biomassa representa a terceira maior fonte de energia do País. Logo, demonstra a importância quanto ao desenvolvimento desse recurso energético.

3. METODOLOGIA

O presente estudo caracteriza-se como uma pesquisa qualitativa. Quanto ao método científico, serão utilizados a pesquisa descritiva e o estudo de caso.

A forma qualitativa é aquela que possui caráter exploratório, sendo empregada quando se busca entendimento sobre a natureza geral de uma questão, abrindo espaço para comprovar teorias, hipóteses e modelos já existentes (MARCONI; LAKATOS, 2005).

Segundo Trivinos (2008), as pesquisas descritivas têm por objetivo descrever criteriosamente fatos e fenômenos de determinada realidade, de forma a obter informações a respeito daquilo que já se definiu como o problema a ser investigado.

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Para Godoy (1995, p.25), “o estudo de caso se caracteriza como um tipo de pesquisa cujo objeto é uma unidade que se analisa profundamente”.

A obtenção das informações necessárias para o alcance dos objetivos se deu através de análises de documentos, entrevistas informais e visitação in loco.

3.1 OBJETO DA PESQUISA

A usina Bambuí Bioenergia S/A é uma empresa do segmento sucroenergético, instalada às margens da Rodovia MG 827, km 10, na Fazenda Ajudas, zona rural do município de Bambuí/MG, no Centro-Oeste Mineiro. Iniciou suas atividades em 03/05/2006, tendo como principais atividades a produção de etanol e a cogeração de energia elétrica.

A empresa possui capacidade instalada para processar 2,5 milhões de toneladas de cana-de-açúcar por ano e gerar 55 megawatts/hora de energia elétrica (MW/h).

Seu polo industrial está localizado no município de Bambuí, mas suas atividades abrangem as cidades de Medeiros, Tapiraí, Córrego Danta, Luz, Iguatama, Piumhi e Arcos.

4. DESCRIÇÃO DO PROCESSO PRODUTIVO

Nesta sessão, serão abordadas as etapas do processo de cogeração de energia elétrica a partir da biomassa, os custos associados e também a destinação da energia gerada. O fluxograma do processo se encontra no APÊNDICE A.

4.1 RECEPÇÃO E PREPARO

Após atingir o ponto adequado de maturação, a cana-de-açúcar é colhida nas lavouras por colhedoras, as quais possibilitam uma colheita eficiente, dispensando a queima das palhas antes da colheita, fato que reduz a emissão de poluentes nesse estágio da produção. A Bambuí Bioenergia colhe 99% de suas lavouras de forma mecanizada, sendo ínfima a colheita manual. O planejamento da safra 2018/2019 mensurou uma colheita diária de aproximadamente 6.720 (seis mil setecentos e vinte) toneladas de cana, que, ao serem trazidas do campo, passam por uma pesagem na balança, a fim de conhecer a quantidade colhida em cada fazenda. Conhecer a produtividade dos canaviais é essencial para que a empresa possa planejar os tratos culturais e também a reforma (replantio) de suas lavouras, se necessário.

Após a pesagem, aproximadamente 40% dos caminhões são selecionados e passam por uma sonda. O equipamento retira uma pequena quantidade de cana para realização de análises a fim de conhecer dados que influenciam no processo de produção do etanol, entre eles, a

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quantidade de fibras. Em seguida, todos os caminhões são direcionados a um pátio, onde os vagões carregados de cana-de-açúcar aguardam em uma fila.

Os vagões carregados são tombados em uma mesa alimentadora - como mostra a foto no apêndice B – figura 1 - disposta em um ângulo específico que direciona a cana para o local onde será lavada, a fim de que sejam retiradas as impurezas, compostas principalmente por terra, que é carregada juntamente com a cana durante a colheita. A água utilizada é continuamente reaproveitada, e seu descarte ocorre periodicamente, junto a outros subprodutos do processo (vinhaça), para irrigação e fertilização das próprias plantações.

Após ser lavada, a cana cai em uma esteira metálica que a conduz para o preparo, esse é realizado por picadores e desfibradores responsáveis pela abertura das fibras, trata-se de um pré-tratamento a fim de facilitar a extração, onde ocorre a separação do caldo e do bagaço.

A cana desfibrada é conduzida por uma esteira de borracha até as unidades de moagem. Destaca-se a necessidade de que a esteira seja de borracha, devido aos eletroímãs que ela possui para eliminação das partes metálicas, a fim de não danificar os rolos esmagadores.

4.2 EXTRAÇÃO

A moenda possui seis unidades de moagem, chamadas de ternos, cada terno possui 4 rolos cilíndricos (Apêndice B – Figura 2) que comprimem a cana a fim de extrair a sacarose. Durante essa etapa do processo, é necessária a adição de água para facilitar e aumentar a extração da sacarose. Cada terno é regulado para extrair um percentual de sacarose, ou seja, à medida que a cana passa de um terno para outro, a quantidade extraída diminui. A Bambuí Bioenergia optou por utilizar 6 ternos; entretanto, essa configuração varia de uma usina para outra. A cana é conduzida de um terno a outro por meio de esteiras intermediárias, geralmente de arraste.

A regulagem de cada termo é definida pelo planejamento e controle da produção, de acordo com a definição da quantidade a ser moída diariamente. Caso seja necessário aumentá-la, a usina deverá alterar a configuração dos ternos. Ao fim do processamento, no conjunto de ternos, são extraídos, aproximadamente, 18% de caldo e 82% de bagaço. O caldo, constituído basicamente por uma solução de sacarose e água, é direcionado ao processo de produção de etanol, enquanto o bagaço se destina ao sistema de cogeração, onde é utilizado como combustível para as caldeiras.

O bagaço é composto por 50% de água e 50% de fibras, sendo que essa mensuração é necessária para que a caldeira instalada na empresa possa ser eficiente.

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É importante ressaltar que cada tonelada de cana moída resulta em cerca de 250 quilos de bagaço. Para a safra 2018/2019, foi programada uma moagem de 280 toneladas de cana por hora, significando uma produção de setenta (70) toneladas de bagaço/hora.

4.3 QUEIMA E ESTOCAGEM DA BIOMASSA

O bagaço extraído nos ternos cai em uma esteira que o direciona para a caldeira onde uma porção é liberada. Atualmente, a caldeira queima 52,32 toneladas/hora de bagaço, essa quantidade permite gerar 112,5 toneladas de vapor por hora, - configuração necessária para o processo produtivo do etanol.

O bagaço excedente, aproximadamente 17,68 ton/h, é transportado pela esteira para o pátio situado dentro da área industrial, onde é estocado para ser utilizado em momentos de escassez de matéria-prima (cana-de-açúcar), quando essa não for suficiente para manter o fluxo da moagem. A quantidade de resíduo queimado pode ser ajustada conforme a necessidade de produção de vapor para a cogeração de energia elétrica.

A esteira que transporta o bagaço para a caldeira e o seu excedente para o estoque também é utilizada para trazê-lo de volta (Apêndice C – Figura 3), se necessário, podendo transportar, ainda, o cavaco de eucalipto para o processo, possibilitando que se misturem durante o percurso até a caldeira.

Atualmente, a empresa queima o bagaço de cana-de-açúcar e o cavaco de eucalipto. O que incentivou a queima do cavaco foi a demanda por energia elétrica, pois ele não é um resíduo do processo produtivo, necessitando, portanto, ser comprado pela empresa.

A bioenergia gerada a partir da queima do bagaço é produzida sazonalmente, no período da safra. Produzir energia a partir da queima do cavaco torna-se economicamente viável quando as hidrelétricas se deparam com estiagens - épocas em que as represas estão com seus reservatórios de água em níveis baixos, aumentando o valor da energia no mercado. O cavaco queimado pela Bambuí Bioenergia, assim como o bagaço, deve apresentar 50% de umidade, pois essa foi a configuração da caldeira instalada. Tal escolha baseou-se na viabilidade de obtenção do material para ser queimado. Queimar biomassa com umidade abaixo de 50% significa perda de rendimento energético durante a queima na caldeira.

4.4 PROCESSO DE QUEIMA E GERAÇÃO DE VAPOR NA CALDEIRA

Toda caldeira (gerador de vapor) é constituída por dois sistemas de fluxos, circuito de água e vapor e circuito de ar e gases (Foto no apêndice B – Figura 4). A usina possui um

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sistema de captação e tratamento de água antes de sua utilização no processo produtivo do etanol ou na cogeração de energia. Para o uso na caldeira, primeiramente, é necessário que a água seja desmineralizada e desareada. A parede da caldeira é revestida por uma extensa rede de tubos pelos quais circula água tratada, para que não ocorra nenhum problema, como, por exemplo, ferrugem nas tubulações. Dentro da caldeira, existem também dutos de ventilação, cujo objetivo é fornecer um dos elementos necessários à combustão, o oxigênio.

A biomassa liberada dentro da caldeira é queimada, o calor da queima faz com que a água contida dentro dos dutos laterais se transforme em vapor. Essa troca de calor acontece por meio da convecção e também da radiação - a água superaquecida transforma-se em vapor, que passa pela tubulação, no sentido da turbina. A função do vapor é movimentar as pás da turbina, cujo rotor gira juntamente com o eixo do gerador, que produz energia elétrica. As turbinas recebem o vapor superaquecido de alta pressão vindo da caldeira e, após realizarem trabalho, enviam vapor de baixa pressão para a indústria e/ou para o desareado, o qual proporcionará o retorno da água para o processo.

A Bambuí Bioenergia possui dois tipos de turbinas: de contrapressão e de condensação. A primeira libera, além da energia mecânica, vapor a ser utilizado para o processo industrial, e a segunda possui, em sua base, um condensador que transforma o vapor de saída em água condensada, a qual é devolvida a caldeira para realimentar o sistema de dutos. Como esta água já foi tratada, não há necessidade de ser desareada novamente.

É importante salientar que a queima do bagaço gera gás carbônico, oxigênio, outros tipos de gases e fuligem. Os três primeiros saem pela chaminé, e o último vai para o lavador de gases, para que não saiam pela chaminé e, assim, poluam o meio ambiente.

4.5 DESTINAÇÃO DA ENERGIA GERADA

A Bambuí Bioenergia S/A possui dois geradores instalados em sua planta, com capacidade para gerar 55 MW/h. A energia produzida pela usina tem como principal finalidade alimentar o sistema elétrico interno dos setores: industrial, posto de combustível, moto mecanização, prédio administrativo e portarias, que demandam, em média, 9,5 MW/h.

A quantidade de bagaço extraído por hora na moenda possibilita a produção de aproximadamente 18,75 MW/h. Com isso, a usina exporta 9,25 MW/h para a rede. A energia gerada é direcionada para um transformador e, em seguida, é transportada por linhas de alta tensão até a subestação instalada na zona urbana de Bambuí, que a exporta para a rede.

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4.6 CUSTOS DA COGERAÇÃO DE ENERGIA

Este estudo possibilitou conhecer os custos médios de geração de energia. A usina precisa produzir 112,5 toneladas de vapor/h para utilização no processo produtivo do etanol. Esse vapor produz 18,75 MW/h, não apresentando nenhum custo adicional para a empresa, pois sua produção já faz parte do custo fixo do processo de fabricação do etanol. Como a planta instalada consome 9,50 MW/h, a usina consegue exportar 9,25 MW/h sem nenhum custo, maximizando, assim, os seus recursos.

Atualmente, a empresa possui contratos de exportação de energia equivalentes a 14,06 MW/h, o que significa que precisa gerar 4,81 MW/h para atender a demanda. Para isso, é preciso produzir 21,65 toneladas de vapor. A Tabela 2 representa as possibilidades de produção.

Tabela 2 – Custos das biomassas

Biomassa R$/tonelad a Produtividade: (toneladas de vapor/tonelada de biomassa) Quantidade biomassa (toneladas/hora) Custo/ hora Bagaço R$ 40,00 2,12 10,21 R$ 402,80 Cavaco R$ 165,00 2,90 7,46 R$ 1.230,9 Fonte: Os autores (2018).

Durante a realização do trabalho, o preço do MW no mercado era de R$ 385,00. Dessa forma, exportar 4,81 MW/hora proporcionou uma receita de R$1.851,85/hora. A produção utilizando o bagaço custaria R$ 402,80/h, e, se fosse o cavaco, R$ 1.230,90/h. Por esse motivo, queimar o cavaco justifica-se somente quando os preços no mercado forem atrativos, já que a receita obtida com o emprego do bagaço foi de R$1.449,05/h, enquanto, com o cavaco, seria de R$620,95/h - uma diferença de aproximadamente 43%.

4.7 AUTOMAÇÃO DO PROCESSO PRODUTIVO

O processo produtivo é todo automatizado, desde a alimentação da cana, a velocidade das turbinas da moenda, o controle de vazão da água de embebição, a limpeza, o controle e o intertravamento de motores até a monitoração, os alarmes de variáveis auxiliares e o sistema de supervisão. A automação permite controlar o processo de produção, possibilitando uma moagem estável, eficiência na extração do caldo, proteção contra embuchamento, diminuição

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das perdas no bagaço e da perda por paradas não programadas, redução das perdas por inversão de sacarose, melhor embebição e umidade do bagaço, economia de energia e vapor, facilidade e segurança nas operações.

O sistema de geração e exportação de energia também é automatizado e monitorado através de um software supervisionado vinte e quatro horas por operadores do Centro de Operações Industriais (COI). O sistema monitora, ainda, a medição e a distribuição da energia produzida e fornecida pela usina para o sistema interno e a energia exportada para a rede.

O sistema permite monitoramento e alterações nas diversas fases do processo de geração de energia, como na caldeira, no pátio de estocagem de bagaço e cavaco, no vapor, na combustão, no sistema de resfriamento, no fluxo de água, nos evaporadores, etc. O grau de eficiência do sistema de cogeração depende da tecnologia empregada na usina.

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

O trabalho possibilitou perceber o quanto a utilização da biomassa como combustível é importante para as usinas e para o meio ambiente, representando um modelo sustentável de produção de energia para o país. A cogeração de energia elétrica é economicamente imprescindível, pois, além de possibilitar a autossuficiência energética, promove rendimentos econômicos positivos. Ambientalmente, é essencial para a destinação do seu maior resíduo, o bagaço da cana, produzido em larga escala e de difícil estocagem.

A cogeração de energia elétrica na usina provê um maior percentual da utilização deste resíduo gerado para produção de etanol. Utilizando a biomassa como combustível, a empresa cumpre sua responsabilidade com o resíduo gerado e aproveita a oportunidade financeira que a cogeração representa, colaborando positivamente com a matriz energética do país.

O presente estudo propõe que a empresa promova a conscientização da população do município em relação aos ganhos ambientais que a empresa proporciona ao realizar a cogeração de energia a partir da biomassa residual e florestal.

A indústria canavieira, objeto do presente estudo, adota uma política de reaproveitamento de resíduos, demonstrando, portanto, que a prática sustentável pode proporcionar benefícios monetários e ambientais para a organização e para a sociedade.

Como alternativa à utilização do bagaço para a geração de energia elétrica, sugere-se que a empresa verifique a viabilidade da utilização deste resíduo para a fabricação de ração animal, a fim de agregar diversidade ao mix de produção da empresa e maiores possibilidades junto ao mercado. Propõe-se que a empresa busque realizar parcerias junto às fábricas de ração

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da região a fim de reduzir os gastos com a construção de instalações necessárias para a fabricação da ração.

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APÊNDICE B – Fotos Figura 1 – Tombamento

Fonte: Os autores (2018)

Figura 2 – Terno da Moenda

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Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 10, p. 20954-20976, sep. 2019 ISSN 2525-8761 APÊNDICE C – Fotos Figura 3 - Esteiras Fonte: Os autores (2018) Figura 4 – Caldeira Fonte: Os autores (2018)