Universidade Federal de Viรงosa
Universidade Federal de Viçosa Departamento de Engenharia Agrícola Energia alternativa Março de 2013
Etanol – o combustível do campo Prof. Juarez de Sousa e Silva Prof. Roberto Precci Lopes
A população mundial (cerca 7 bilhões de pessoas) vai continuar a crescendo. Isto requer energia para: Habitação; Manufatura; Produção; Processamento e armaz. de alimentos; Comercialização; Transporte, etc. Em 2050 seremos quase 10 Bi
http://mundomocoh.blogspot.com/2009/12/desenho-multidao.html
Demanda por energia O consumo per capita de energia vem aumentando em função do conforto físico e da elevação dos padrões de vida.
TendĂŞncias
Energia comercial utilizada na cadeia alimentar americana
Você sabia que o homem está consumindo a cada ano 30 % a mais dos recursos naturais que o planeta é capaz de repor ?
http://pensarescorpiao.blogspot.com/201 0/07/galinha-dos-ovos-de-ouro.html
De onde vem a energia que “move� o mundo ?
Distribuição das fontes de energia na matriz mundial
Oferta interna de energia elÊtrica por fonte – Brasil
ENERGIA E MEIO AMBIENTE
A extração, conversão e utilização da energia oriunda dos combustíveis fósseis causam sérios impactos ambientais. O próprio clima pode ser afetado em decorrência dos gases liberado no processo de exploração e conversão de energia.
Petrolero Mar Egeo, 1992, La Coru単a
Acidente no Golfo do México. 2010.
Acidente P-36 (Maior plataforma de petróleo do mundo - 80 mil barris/dia, naufraga em março de 2001. 1 milhão e 500 mil litros de petróleo espalharam no mar.
Quer uma prova do aquecimento global?
ALERTA A Organização das Nações Unidas alerta para o fato de que o aquecimento global poderá desencadear um movimento em massa de pessoas (refugiados do clima), com sérias conseqüências para a segurança.
http://cleveston.blogspot.com/2009/11/onu-pede-atencaorefugiados-do-clima.html
Você sabia que nossa agricultura não é tão “verde e limpa” como parece ?
Aproximadamente 57 % da energia utilizada no setor rural s茫o oriundos de combust铆veis f贸sseis, especialmente 贸leo diesel.
Como garantir o crescimento e o desenvolvimento sem destruir nosso planeta ?
Fontes de energia renovรกvel
Fontes de energia renovável São aquelas que uma vez utilizadas pelo homem, podem ser renovadas pela natureza.
Dentre as mais importantes estão: Energia solar; Energia hidráulica; Energia eólica; Energia da biomassa;
Fontes de energia renovável
Características
. Fontes alternativas de energia; . Menor impacto ambiental; . Pode ser reposta pela natureza; . Inesgotável (dentro da escala de vida do homem); . Disponível em todo o planeta (pelo menos um tipo);
Qual o local por excelência para produção e utilização de energia renovável ?
O meio rural
Por quĂŞ
www.baciadasalmas.com/.../ilustracao/page/14/
Porque no meio rural pode-se encontrar: Quedas d água; Melhor disponibilidade de ventos; Ampla área para utilização de Energia solar; Resíduos agrícolas e de animais; Culturas energética; Florestas energéticas.
Para quais atividades precisamos de energia em nossa propriedade ?
Preparar o solo; Plantar; Colher; Edificações; Maquinário (picadeira; desintegrador, secador); Aquecimento; Resfriamento; Agroindústria; Armazenamento; Transportar a produção; Conforto e moradia. http://www.pmf.sc.gov.br/entidades/igeof/index.php?pagi na=notpagina&noti=773
PROBLEMA Nem todas as propriedades dispõe de energia suficiente para tocar uma serraria, ligar um motor para irrigação, resfriar o leite, montar um pequena fabrica de ração ou uma pequena agroindústria.
Será que não tem um jeito de produzir energia térmica, mecânica e elétrica na fazenda para secar grãos, acionar máquinas, movimentar trator, transporte e produzir alimentos
SISTEMA INTEGRADO DE PRODUÇÃO DE ENERGIA E ALIMENTOS
Embrapa milho e sorgo
Para que um sistema integrado traga os benefícios esperados é necessário: a) conservar os recursos naturais; b) reciclar os produtos orgânicos; c) usar fontes locais de energia renovável; d) diversificar a produção de alimentos e de energia; e) integrar as diversas atividades através da complementaridade; f) ter nível de investimentos compatível com as diversas escalas de produção.
Você sabia que cada fazenda pode ter um poço de “petróleo verde”, capaz de produzir sua própria energia?
Etanol – o combustĂvel da fazenda
http://www.agrocim.com/noticia/Colheitamecanizada-de-cana-cobrira-60-do-total-emSao-Paulo.html
O PORQUÊ DO USO DO ÁLCOOL COMO COMBUSTÍVEL
Aproximadamente 57% da energia utilizada no setor rural são de origem fóssil – isto faz nossa agricultura vulnerável e impactante; Trata-se de um combustível renovável e de fácil obtenção; É um combustível versátil, ou seja, pode ser utilizado para aquecimento, produção de energia mecânica e de energia elétrica;
O PORQUÊ DO USO DO ÁLCOOL COMO COMBUSTÍVEL
Os resíduos do processo de produção podem ser incorporados na propriedade; O bagaço gerado pode ser utilizado em fornalhas; A vinhaça usada na fertirrigação; As partes da cana não utilizadas podem ser utilizadas para alimentação do gado;
O PORQUÊ DO USO DO ÁLCOOL COMO COMBUSTÍVEL
Pode-se aproveitar os resíduos da produção de aguardente para produção de álcool; Reduz o custo com combustíveis fósseis; Pode atender comunidades distantes dos grandes centros produtores ou região onde a mecanização não seja viável; Existe um interesse mundial pelo uso de combustível mais “limpos”.
Cana: 90 L/t
Milho: 371 L/t
Para pensar
Cana: 80 a 85 t/ha Milho: 8,1 t/ha
Cana: 7200 7500 L/ha Milho: 3000 L/ha
a
Mas, o que é o álcool combustível Como pode ser produzido na fazenda Quanto custa produzí-lo Posso vendê-lo e ganhar Em que posso utilizá-lo
O que é ? O etanol de cana-de-açúcar é o produto obtido por meio da destilação do caldo de cana fermentado. O álcool combustível é uma mistura hidroalcoólica com, no mínimo, 85% de álcool. Quando o teor de álcool situa-se entre 38 e 54 % recebe o nome de aguardente de cana.
Como é obtido ? Por meio de várias etapas
Colheita
Limpeza e corte
Moagem
Decantação e diluição do caldo
Fermentação
Destilação
Colheita Manual
Com queima Sem Queima
Desvantagem
Destruição da Fauna e Flora
Alta reposição de fertilizantes http://www.fatoni.ind.br/noticia/cana-baixa-umidadefaz-cetesb-proibir-queima-em15-municipios.html
Vulc達o sem Montanha?
Colheita Deve ser realizada quando a cana estive madura com 20 a 22 Brix.
Colheita manual
Colheita mecanizada
Limpeza e corte A cana depois de colhida contém muitas impurezas, tais como terra (fonte de microrganismos) e palha, a matéria-prima deve ser limpa através de lavagem com água. O corte visa a obtenção de pedaços menores para facilitar o manuseio no momento do esmagamento ou moagem. Na indústria faz-se a desfibração para facilitar a posterior extração do caldo.
Moagem Nas propriedades utiliza-se apenas uma moagem. Isto faz com que o rendimento em extração seja baixo e o bagaço contenha certa quantidade de açúcar.
Se convenientemente preparo e suplementado com concentrados o bagaço pode constituir parte da alimentação do gado.
Alimentação de animais a base de ponta de cana picada
O bagaço pode ser utilizado: Como piso de confinamento e devolvido ao solo como matéria orgânica depois de convenientemente decomposto com os dejetos dos animais.
Também como combustível para fornalhas e caldeiras.
Decantação e diluição do caldo O caldo extraído depois de coado em peneira fina para retidada do bagacilho, deve permanecer em tanques denominado decantadores, para separação de materiais pesados existentes no caldo. O caldo deve ser diluído com água para possuir um teor de açúcar correspondente a 16 Brix .
Exemplo Quantos litros de água devo adicionar em 1000 L de caldo de cana com 22 Brix para reduzí-lo para 14 Brix? Qágua
Vcaldo .Bcaldo Vcaldo Bdesejado
Onde: Qagua – quantidade de água, L; Vcaldo – volume de caldo, L; Bcaldo – graus brix do caldo; Bdesejado – graus brix desejado. Qágua
1000 x 22 1000 572 L 14
Fermentação É a transformação de açúcares em álcool e gás carbônico (CO2) pela ação de microorganismos (leveduras). Na verdade os microorganismos (comumente Saccharomyces cerevisiae) nutre dos açúcares para se manterem (crescer e multiplicar). Neste processo produzem um tipo de enzima que quebra os áçucares em unidades menores (hidrólise) e as converte em álcool. Mosto Denomina-se mosto o caldo de cana preparado, isto é, com o Brix adequado para o desenvolvimento das leveduras.
Caldo diluído (mosto) misturado ao pé-decuba em processo de fermentação
Vinho
O líquido após fermentado chama-se Vinho. Este líquido possui de 88 a 93 % de água ou 7 a 12 % de álcool. Para separar o álcool da água, este material é destilado. Vinhoto, Vinhaça e Restilo É o líquido residual após o término da destilação, ou seja, o material que não se presta mais para destilar.
DORNAS
São os recipientes onde se processa a fermentação do Mosto até que se tenha o Vinho pronto para ser destilado. Este processo leva de 16 a 26 horas, e a temperatura do mosto deve estar entre 28 e 32 C.
Sala de fementação com dornas em aço inox
Destilação É o processo de separação empregado quando se deseja separar de uma solução elementos que possuem temperaturas de ebulição diferentes, como a água e o álcool presentes no Vinho. Temperatura de ebulição: Água: 100 C Álcool: 78,2 C Neste processo o álcool que se encontra líquido no vinho é transformado em vapor quando a temperatura de destilação atinge 78,2 C. O vapor é recolhido e resfriado (condensado), ou seja, transformado em álcool líquido de novo, porém mais puro.
www2.fc.unesp.br/lvq/animations.htm
O Álcool pode ser obtido:
- A partir da destilação do vinho em equipamento denominado coluna de retificação.
Coluna de refluxo para produção de álcool na fazenda.
- A partir de pré-destilados
Durante a produção de aguardente obtém-se três produtos: cabeça, coração e cauda. Cabeça: constituída por substâncias com ponto de ebulição menor que a do álcool. Para obter cachaça de qualidade, essa primeira fração de destilado, que possui 75 a 60 GL deve ser separada (cerca de 10 % do total). Coração: corresponde a fração que sai do alambique logo após o destilado de cabeça. Possui graduação de 60 a 40 GL. É a porção de melhor qualidade (corresponde a cerca de 80 % do total). Cauda: corresponde a parte final da destilação. Contém substâncias como o óleo fusel. Corresponde a 10 % do total. Deve ser eliminada.
O destilado de cabeça e de cauda podem ser misturadas e levados para uma coluna de retificação para obtenção de álcool combustível.
Produção integrada de álcool combustível em sistema cooperativo Neste sistema o fazendeiro produz o prédestilado a 85 GL, ou seja, o álcool de baixo grau e entrega a cooperativa para a retificação, ou seja, para obtenção do álcool dentro dos padrões de comercialização.
A cooperativa comercializaria parte da produção e repassaria o restante aos associados para uso na fazenda como fonte de energia.
Rendimentos (médio) 100 L de mosto produz cerca de 10 L de álcool;
1 L de álcool produz 12 L de vinhoto; 1 ton de cana produz 600 L de caldo;
1 ton de cana produz 300 kg de bagaço; 1 ton de cana produz 60 a 70 L de álcool;
Rendimentos (médio) 1 ha de cana pode produzir 100 t de cana ou mais; 1 ha de cana pode produzir 6000 L de álcool ou mais; 1 ha de cana pode produzir 11.000 L de cachaça de qualidade; Para cada 250 L de cachaça de qualidade produzida pode-se produzir 100 L de álcool com resíduo de cabeça e cauda
Rendimentos (médio)
Uma unidade de destilação pequena pode produzir 60 a 80 L/h de álcool a partir de pré-destilado;
Uma unidade de destilação de pequeno porte pode produzir 20 a 30 L/h de álcool a partir de vinho ou mosto fermentado;
Composição de Soluções Alcoólicas
Composição do vapor e do líquido de uma solução alcoólica, em função da temperatura a 760 mmHg
Batelada
ContĂnuo
Colunas em série / paralelo
Esquema de instalação de um destilador com colunas em Série/paralelo.
Destilador com colunas em série/paralelo por aquecimento direto via fornalha
Coluna de retificação com recheio Multifunção
Colunas série/paralela de multifunção
Esquema da ligação para colunas em série/paralelo
Unidade móvel com finalidade didática (álcool e aguardente)
Sistema completo para produção de álcool
Esquema para montagem de uma mini-destilaria com sistema de préaquecimento para o uso eficiente de energia
Adaptação de alambiques
Adaptação de uma coluna de retificação sobre o capelo de um pequeno alambique com dois tipos de saída de vapor.
Adaptação da coluna, por meio de tubulação com registro, sobre um suporte ao lado do alambique.
ATENÇÃO • O fato de alambiques de cobre possuirem paredes finas podem, com o tempo, apresentar vazamentos. • Se produzir álcool a partir do pré-destilado em alambique comum tenha cuidado: a pareded do alambique é fina e a mistura tem teor alcoólico elevado. Portanto, há risco de explosão. Aconselha-se panela e coluna toda em inox e com chapa de 1 a 1,5 mm de espessura.
Utilização do álcool combustível na fazenda Produção de energia elétrica por meio de motores estacionários a álcool acoplado a gerador
Exemplo: Consumo mensal: 200 kWh Horas utilizadas: 200 kWh/8,0 kW = 25 h Consumo de álcool: 95 L/mês
Potência nominal: 8,0 kVA 1 Consumo: 0,48 L/kWh R$ 13.000,00
3,8 L/h de trabalho
Gerador 3 220V 40 KVA/32 kW
Motor F-1000 4,9 i 140 cv
Preรงo do conjunto: R$ 30.000,00
Gerador 40 KVA/32 kW
Uso em veĂculos
Consumo: 10 a 12 km/L
Trator A MWM lan莽ou no mercado um trator que substitui 60 % do 贸leo diesel por etanol, sem perda de rendimento e com economia de 25 %;
Consumo 12 a 15 km/L
Motorcicleta A Honda, maior fabricante de motos no Brasil, disponibiliza no mercado o modelo CG 150 Mix com consumo de um litro de รกlcool a cada 36,5 km (36,5 km/L).
Aquecimento de รกgua
Consumo: 400 mL/h
Cocção de alimentos
Fogão a álcool aberto Consumo: 250 mL/h
Uso a Cocção de Alimentos
Fogareiro a álcool pressurizado.
Uso a Cocção de Alimentos - UFV
Fogão a álcool, não pressurizado, modelo UFV.
Vantagem do fogão a álcool Pode ser produzido e armazenado na quantidade adequada para atender a demanda por cocção durante o ano, ficando a dona de casa despreocupada em conseguir combustível para cocção; Não requer grande esforço físico para ser preparado, como é o caso da lenha, que precisa ser rachada e transportada e ainda procurada em pastos e colinas; O álcool emite menor quantidade de poluentes atmosféricos que a lenha e carvão vegetal;
O álcool permite maior controle da combustão que os combustíveis sólidos; O aquecimento do fogão a álcool é imediato quando comparado com o fogão a lenha que requer um período lento de aquecimento.
Vista geral do fogรฃo a รกlcool, modelo UFV
PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DE ETANOL DE CANA DE AÇÚCAR
Obrigado Prof. Juarez de Sousa e Silva E-mail: juarez@ufv.br Prof. Roberto Precci Lopes E-mail: roberto.precci@ufv.br