Baixe Biogás - Análise de Viabilidade e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ - UNIOESTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AGRÍCOLA VIABILIDADE DO USO DO BIOGÁS DA BOVINOCULTURA E SUINOCULTURA PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA E IRRIGAÇÃO EM PROPRIEDADES RURAIS ANDERSON COLDEBELLA CASCAVEL — Paraná - Brasil Junho — 2006. ANDERSON COLDEBELLA “Viabilidade do uso do Biogás da bovinocultura e suinocultura para geração de energia elétrica e irrigação em propriedades rurais” Dissertação aprovada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre no Programa de Pós-Graduação “stricto sensu” em Engenharia Agricola — área de concentração em Engenharia Sistemas Agromdustriais, da Universidade Estadual do Oeste do Paraná — UNIOESTE, pela comissão formada pelos professores: Orientador: Prof. Dr. Samuel Nelson Melegari de Souza UNIOESTE/CCET — Cascavel - PR Prof. Dr. José Airton Azevedo dos Santos UTFPR — Medianeira - PR Prof. Dr. Jair Antonio Cruz Siqueira UNIOESTE/CCET — Cascavel - PR Prof. Dr. Suedêmio de Lima Silva UNIOESTE/CCET — Cascavel - PR Prof. Dr. Carlos Eduardo Camargo Nogueira UNIOESTE/CCET — Cascavel - PR Cascavel, 27 de julho de 2006. À minha esposa Priscila Ferri, Aos meus pais Adilso Antonio e Nelsi Salete Coldebella, Aos meus irmãos Thiago e Gustavo Rodrigo Coldebella, DEDICO. AGRADECIMENTOS À minha esposa Priscila Ferri, pelo companheirismo, incentivo e amor. À minha família, pela motivação nas horas difíceis. Ao amigo Evandro Marcos Kolling, pelo incentivo, motivação e apoio. Ao meu orientador Dr. Samuel Nelson Melegari de Souza, pela oportunidade, confiança e paciência durante o desenvolvimento deste trabalho. À Universidade Estadual do Oeste do Paraná — campus de Cascavel, pela oportunidade, ensino de qualidade e disponibilidade dos equipamentos utilizados para o experimento. Ao CNPq, pela bolsa de estudos concedida durante parte do curso de pós-graduação. Aos Srs. Nestor Inácio Simonetto (in memoriam) e Arnaldo Bombardelli, pela disponibilidade de suas instalações para realização deste trabalho. Ao Engenheiro Mecânico Juliano de Souza, pelo apoio e disponibilidade de equipamentos para a realização deste trabalho. LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Rebanho suino dos principais estados brasileiros - 2003...................... 6 Tabela 2 - Produção leiteira no Paraná - 1998... 8 Tabela 3 Composição do biogás... eee 13 Tabela 4 Equivalência energética do biogás com outras fontes de energia.......... 13 Tabela 5 - Consumo de biogás por aparelho... 15 Tabela 6 - Principais componentes do biofertilizante..............i 20 Tabela 7 - Produção de resíduos e as principais caracteristicas físico-químicas para algumas espécies pecuárias. 23 Tabela 8 - Produção de biogás a partir de residuos pecuários............... 24 Tabela 9 - Conteúdo médio de nutrientes NPK em dejetos de suínos, de acordo com o teor de sólidos... eee 37 Tabela 10 - Tomadas de tempo para o abastecimento do gasômetro e tempos de funcionamento do equipamento com biogás da bovinocultura.......39 Tabela 11 - Tomadas de tempo para o abastecimento do gasômetro e tempos de funcionamento do equipamento com biogás da suinocultura......... 39 Tabela 12 - Consumo de biogás m*/HP/h para cada equipamento e produção de energia elétrica (kWh/mº), com biogás da bovinocultura............... 41 Tabela 13 - Consumo de biogás m*/HP/h para cada equipamento e produção de energia elétrica (kWh/mº), com biogás da suinocultura................. 41 Tabela 14 - Custo do Biogás (mº), de acordo com o tempo de amortização do investimento para bovinocultura e suinocultura............... 43 Tabela 15 - Custo da eletricidade (MWh) para a propriedade 1, com biogás da bovinocultura, de acordo com o tempo de amortização e o tempo de operação do gerador... eee eretas 45 Tabela 16 - Custo da eletricidade (MWh) para a propriedade 2, com biogás da suinocultura, de acordo com o tempo de amortização e tempo de operação do gerador... eee eretas 45 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Fontes renováveis de energia no Brasil... 3 Figura 2 - Principais opções para utilização/conversão do biogás.................... 14 Figura 3 - Quadro de comando (Esquema ilustrativo)... 26 Figura 4 - Conjunto motor-gerador utilizado na propriedade 1, operando com biogás da bovinocultura............ eee 26 Figura 5 - Conjunto motor-gerador utilizado na propriedade 2, operando com biogás da sumocultura. 27 Figura 6 - Conjunto motor-bomba utilizado para irrigação na propriedade 1, operando com biogás da bovinocultura..............ii 28 Figura 7 - Conjunto motor-bomba utilizado para irrigação na propriedade 2, operando com biogás da suinocultura... 29 Figura 8 - Abastecimento do compressor de ar com biogás............... 30 Figura 9 - Esquema utilizado para abastecimento do gasômetro com biogás...... 31 Figura 10 - Gasômetro abastecido com biogás............... 32 Figura 11 - Tempo de retorno do investimento para a propriedade 1, com biogás da bovinocultura para produção de energia elétrica..................... 4 Figura 12 - Tempo de retorno do investimento para a propriedade 2, com biogás da suinocultura para produção de energia elétrica................. 4 Figura 13 - Tempo de retorno do investimento para as propriedades 1 e 2 utilizando o biogás no sistema de irrigação............. 48 Figura 14 - Tempo de retorno do investimento para a propriedade 1, com biogás da bovinocultura para produção de energia elétrica e irigação..... 49 Figura 15 - Tempo de retorno do investimento para a propriedade 2, com biogás da suinocultura para produção de energia elétrica e irrigação........ 50 RESUMO O presente trabalho teve por objetivo avaliar a viabilidade do uso do biogás proveniente das atividades de bovinocultura de leite e suinocultura em conjuntos motor gerador e motor bomba para irrigação em propriedades rurais. O experimento foi realizado no município de Toledo/PR, em duas propriedades, uma com as atividades voltadas para bovinocultura de leite com 130 cabeças em regime de confinamento e outra com as atividades voltadas a suinocultura trabalhando como unidade produtora de leitões com um plantel de 1.000 matrizes. Ambas as propriedades utilizam biodigestores para tratamento dos efluentes gerados e tem como subprodutos o biogás e o biofertilizante. Para determinar o consumo de biogás por HP/hora foi utilizado um compressor para abastecer uma bolsa denominada de gasômetro. Com a quantidade de biogás conhecida dentro do gasômetro o mesmo foi conectado aos motores que permaneceram em funcionamento até consumir todo biogás. Para o biogás da bovinocultura o consumo foi de 0,981m?/HP/hora para o conjunto motor bomba e de 2,77mº/HP/hora para o conjunto motor gerador, enquanto que para o biogás de suinocultura o consumo foi de 1,113m?/HP/hora e 0,791m*/HP/hora para gerador e bomba respectivamente. A eficiência para produção de energia foi de 4,14% para o biogás de bovinos e de 10,3% para o biogás de suínos. Considerando o tempo de amortização de 10 anos o custo do biogás foi de R$ 0,229 por mº para bovinos e de R$ 0,063 por mº para suínos. O custo da energia elétrica gerada está em função do aproveitamento da capacidade da planta e do custo do biogás, para o biogás da bovinocultura o custo da energia gerada foi de R$ 465,07 por MWh e para o biogás de suinocultura o custo foi de R$ 90,86 por MWh considerando que ambas as plantas estejam operando durante 10 horas diárias. O tempo de retorno do investimento depende do investimento inicial e do valor da tarifa de energia elétrica cobrada pela concessionária, com uma tarifa de R$ 300,00 por MWh operando o sistema de geração por 4 horas diárias e considerando a economia gerada com o sistema de irrigação o tempo de retorno encontrado foi de 43 e 6,7 anos para bovinos e suínos respectivamente. Além disso, o biofertilizante gerado pelos bovinos pode fertilizar 37 ha/ano e o gerado pelos suinos 480 ha/ano. Apesar dos baixos níveis de eficiência para geração de energia o tempo de retorno do investimento é razoável e pode se tornar menor se for considerada a economia gerada pelo uso do biofertilizante. Palavras-chave: custo do biogás, custo da energia elétrica, eficiência e tempo de retorno. A região oeste de Paraná destaca-se pela produção agroindustrial, porém, com o aumento da demanda por esse tipo de produto e o consequente aumento da produção, a geração de esterco, seja de bovinos, suínos, aves ou de qualquer outro tipo de animal, vem se tornando um sério problema ambiental. Por outro lado, esses dejetos são importantes matérias-primas para produção de biogás, um combustivel semelhante ao gás natural que pode ser convertido em energia elétrica, térmica ou mecânica dentro da propriedade agricola, reduzindo inclusive os seus custos de produção. Quando manuseados e tratados de forma inadequada, os efluentes produzidos por sistemas de produção animal tornam-se uma fonte de contaminação do meio ambiente, porém, o manejo correto desses resíduos pode reduzir os impactos ambientais, reciclando o efluente que pode ser usado como biofertilizante e produzindo o biogás que é uma fonte de energia alternativa. O Brasil possui o terceiro maior rebanho suíno do mundo com, aproximadamente, 35 milhões de cabeças. São mais de 192 milhões de m*/ano de água demandada pelo setor de produção que está concentrado, basicamente, na Região Sul e gera mais de 100 milhões de mº/ano de efluentes (JARDIM, 2005). Esses efluentes, quando despejados na natureza, sem tratamento prévio, tornam-se uma importante fonte de poluição para os recursos hídricos, para a terra e para o ar. A grande densidade de suínos da região Sul do Brasil gera preocupação quanto à utilização dos dejetos produzidos. Os sistemas de confinamento de bovinos leiteiros também geram um considerável volume diário de dejetos, que são compostos orgânicos de alto teor energético, ricos em matéria orgânica e agentes patogênicos (AMARAL; AMARAL; LUCAS JUNIOR, 2004). Esses dejetos são utilizados, frequentemente, como fontes de adubação de forragens, porém, quando aplicados sem nenhum tratamento têm alto potencial poluidor. O processo de biodigestão anaeróbica é uma das alternativas utilizadas para o tratamento de resíduos, pois reduz o seu potencial poluidor, produz biogás e permite o uso do efluente como biofertilizante. Considerando esse conjunto de fatores e a necessidade de fontes alternativas de energia, a geração de energia elétrica com uso de biogás vem sendo desenvolvida. Por isso é importante e necessário determinar o consumo de biogás por kWh de energia produzida, para que seja possível otimizar o sistema, reduzindo o custo da produção de energia. Considerando a realidade e as necessidades apontadas acima, foi estabelecido como objetivo geral desta pesquisa avaliar a viabilidade do uso do biogás proveniente das atividades de suinocultura e bovinocultura em conjuntos motor-gerador e motor-bomba, instalados em propriedades rurais e, como objetivos específicos: determinar o consumo de biogás para esses equipamentos; quantificar a eficiência da produção de energia elétrica; determinar o custo da energia gerada; calcular o tempo de retorno do investimento; e calcular a área agricola necessária para absorver o biofertilizante produzido. 2 REVISÃO DA LITERATURA 21 FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA A necessidade de atender à demanda energética nas diversas áreas, causando o mínimo de impacto ambiental e/ou social, torna necessária a busca e exploração de fontes energéticas alternativas. As tecnologias que convertem a energia disponível na natureza, seja do vento, da água, do sol ou dos combustiveis fósseis, permitem também que o homem aumente sua capacidade de trabalho (GADANHA etal., 1991). No setor agricola, o aumento na produção de alimentos está diretamente relacionado à capacidade de produção de energia (KOLLING, 2001). Para LORENZO (1994), a eficiência energética, a redução no consumo e o atendimento futuro da demanda, devem ser baseados em fontes renováveis, que formarão o alicerce da matriz energética mundial. De acordo com PALZ (1995), o aproveitamento da biomassa, do vento, do sol e de pequenos potenciais hidráulicos são as fontes alternativas mais promissoras. Para SOUZA (1993), o aproveitamento desses potenciais surge como alternativa não poluente e economicamente viável em determinadas condições para atividades agricolas. bastante difundida. De acordo com o Balanço Energético Nacional - 2003, a participação da biomassa na matriz energética brasileira é de 27%. 11,9%, a partir da utilização de lenha de carvão vegetal, 12,6% bagaço de cana-de-açúcar e 2,5% de outras fontes. De acordo com a ANEEL, somente as centrais geradoras que utilizam o bagaço da cana têm capacidade para produzir 1.198,2 MW. Por fim, a energia eólica gerada pela força dos ventos serve tanto para produção de energia elétrica, por meio de turbinas eólicas, quanto para a realização de trabalhos mecânicos (bombeamento e moagem de grãos), por meio de cata-ventos. No Brasil, as atividades relacionadas ao potencial eólico tiveram início nos anos 90 no Ceará e em Fernando de Noronha (PE). De acordo com o Atlas do Potencial Eólico Brasileiro, o potencial brasileiro para o setor é de 143.000 MW, sendo que 7.694,05 MW já foram autorizados, porém somente 26,8 MW estão em operação. Desse total, 65% estão concentrados no Ceará. 2.3 BIOMASSAS De acordo com SGANZERLA (1983), todos os materiais que têm a propriedade de se decomporem por efeito biológico, isto é, pela ação de diferentes bactérias, são considerados biomassas. De uma maneira geral, pode-se descrever a biomassa como a massa total de matéria orgânica que se acumula em um espaço vital. Assim, são consideradas biomassas todas as plantas e todos os animais, inclusive seus resíduos, as matérias orgânicas transformadas, provenientes de indústrias alimentícias e indústrias transformadoras de madeira, também são biomassas (SOUZA et al., 2004). Até o início do século XX, a biomassa era tida como a principal fonte energética. Foi nesse periodo que teve início a chamada “era do petróleo” e a biomassa energética foi praticamente esquecida. (ROSILLO-CALLE, 2000). STAISS e PEREIRA (2001) relatam que os elementos primários da biomassa podem ser convertidos por diferentes tecnologias em bicombustiveis sólidos, líquidos ou gasosos, que por sua vez se transformam em energias térmica, mecânica e elétrica. Atualmente, a produção de energia elétrica a partir da biomassa é muito defendida como uma alternativa importante para países em desenvolvimento e também outros paises. Considerado um dos principais causadores de problemas ambientais no agronegócio, os dejetos gerados pela criação de animais estão sendo aproveitados para a geração de gás combustível e fertilizante. A matéria orgânica é utilizada como substrato para bactérias metanogênicas (bactérias formadoras de gás metano) responsáveis pela produção de biogás. Segundo FLORENTINO (2003), tendo em vista a crise de energia e a consequente busca por fontes alternativas, os biodigestores têm sido alvo de grande destaque. Ressalta-se que os biodigestores são importantes no intenso processo de modemização da agropecuária que, por um lado, demanda energia, e por outro, gera resíduos animais e de culturas que podem ocasionar problemas de ordem sanitária. 2.4 A SUINOCULTURA NO PARANÁ O estado do Paraná está em segundo lugar no ranking de produção de suinos no país, representando 13,5% da produção nacional (Tabela 1). De acordo com o IBGE (2006), a região Oeste do Paraná apresenta um rebanho de 1.228.124 cabeças de suínos. Na região, o município de Toledo é a sede da maior planta industrial de abate e é considerado o maior produtor de suinos do Brasil, com um rebanho de 331.790 cabeças, que correspondem a 27% do rebanho da região. A suinocultura esteve presente desde o início da colonização do Oeste paranaense. No princípio, era somente uma atividade de subsistência para as famílias, mas, posteriormente, tornou se uma importante fonte da renda familiar. A atividade é de fundamental importância no contexto socioeconômico do Estado, pois proporciona fonte de renda e emprego em todos os setores da economia, gerando aumento na demanda de insumos agropecuários, ampliação e modemização dos setores de comercialização e das agroindústrias (LAPAR, 2000). Tabela 1- Rebanho suíno dos principais estados brasileiros - 2003 ESTADO Nº DE CABEÇAS Santa Catarina 5.432.143 Paraná 4.364.371 Rio Grande do Sul 4.145.052 Minas Gerais 3.371.624 Bahia 1.966.482 Maranhão 1.756.418 São Paulo 1.709.256 Goiás 1.499.050 Piauí 1.367.654 Mato Grosso 1.114.592 Outros 5.578.263 Total 32.304.905 FONTE: IBGE (2006). 2.5 A BOVINOCULTURA DE LEITE NO PARANÁ De acordo com a Secretaria do Estado da Agricultura e do Abastecimento do Paraná — SEAB, o estado se caracteriza por ser sua tradição agropecuária (PARANÁ, 2000). A pecuária leiteira encontra-se praticamente consolidada nas bacias das regiões Centro Sul e Oeste do estado e está em fase de O gás produzido era utilizado para iluminação pública. Uma importante contribuição para o tratamento anaeróbio de esgotos residenciais foi feita por Karl Imhoff, na Alemanha, que desenvolveu por volta de 1920 um tanque biodigestor: o tanque Imhoff, bastante difundido na época (Nogueira 1986, citado por GASPAR. 2003). Para SGANZERLA (1983), Bombaim também é considerada como o "berço" do biodigestor. Pela literatura existente, o primeiro biodigestor posto em funcionamento regular na Índia foi no início deste século em Bombaim. Em 1950, Patel instalou, ainda na Índia, o primeiro Biodigestor de sistema contínuo. Na década de 60, o fazendeiro Fry desenvolveu pesquisas com biodigestores na África do Sul (SGANZERLA, 1983). Indiscutivelmente, a pesquisa e o desenvolvimento de biodigestores desenvolveram-se muito na Índia, onde, em 1939, o Instituto Indiano de Pesquisa Agricola de Kanpur desenvolveu a primeira usina de gás de esterco. Segundo NOGUEIRA (1986), com o sucesso alcançado os indianos deram continuidade às pesquisas e formaram o Gobar Gás Institute (1950), comandado por Ram Bux Singh. Essas pesquisas resultaram em grande difusão da metodologia de biodigestores como forma de tratar os dejetos animais, obter biogás e, ainda, conservar o efeito fertilizante do produto final (biofertilizante). A partir dos trabalhos realizados na região de Ajitmal (Norte de Índia), foram implantados quase meio milhão de biodigestores no interior do país. A utilização do biogás, também conhecido como gobar gás (que em indiano significa gás de esterco), como fonte de energia motivou a China a adotar a tecnologia a partir de 1958 e até 1979 já havia instalado 7,2 milhões de biodigestores. A partir da crise energética deflagrada em 1973, a utilização de biodigestores passou a ser uma opção adotada tanto por países ricos quanto por paises considerados de Terceiro Mundo. Em nenhum deles, contudo, o uso dessa tecnologia altemativa foi ou é tão acentuada como na China e na Índia. O interesse da China pelo uso de biodigestores deveu-se, originalmente, a questões militares. Preocupada com a Guerra Fria, a China temeu que um ataque nuclear impedisse toda e qualquer atividade econômica (principalmente industrial). Entretanto, com a pulverização de pequenas unidades biodigestoras ao longo do pais, algumas poderiam escapar ao ataque inimigo. Há pelo menos meio século, para os chineses, a implantação de biodigestores transformou-se em questão vital, incrustada em lógicas de política internacional. Pais continental com excesso de população, a China buscou, durante os anos 50 e 60, auge da Guerra Fria, uma alternativa de descentralização energética. Baseava-se em uma lógica simples: no caso de uma guerra que poderia significar a destruição quase total da civilização como a conhecemos, o ataque às centrais energéticas, como as poderosas usinas hidroelétricas, representaria o fim de toda atividade econômica. Isso porque a energia deixaria de estar disponível nos grandes centros, mas naqueles pequenos centros as pequenas unidades de biodigestão conseguiriam passar incólumes ao poder inimigo. A descentralização, portanto, implica a criação de unidades suficientes nas pequenas vilas, vilarejos e regiões distantes dos grandes centros. Desnecessário dizer a razão pela qual os biodigestores fizeram parte dessa estratégia (BARRERA, 1993). A China e a Índia são os países que dominam hoje as melhores tecnologias de utilização dos biodigestores, com dois extremos a respeito de sua utilização. Chineses buscam, nessa tecnologia, o biofertilizante indispensável para produção dos alimentos necessários ao seu excedente de população. A energia do biogás não conta muito frente à auto-suficiência em petróleo. Os Indianos, por sua vez, necessitam dos biodigestores para suprir o seu imenso déficit de energia. Com isso, foram desenvolvidos dois modelos diferentes de biodigestor: o modelo chinês, mais simples e econômico e o modelo indiano, mais sofisticado e técnico, para aproveitar melhor a produção de biogás. 2.7 BIODIGESTORES Os biodigestores são aparelhos destinados a conter a biomassa e seu produto: o biogás, facilitando a sua distribuição. O biodigestor não produz o biogás, mas proporciona as condições adequadas para que as bactérias metanogênicas atuem sobre a biomassa para produção desse combustivel. Existem centenas de projetos para construção de biodigestores, todos, inevitavelmente, constituem-se de duas partes: o tanque digestor no qual se aloja a biomassa e o gasômetro ou campânula em que fica armazenado o biogás. Há dois tipos de sistema: o continuo e o intermitente. O primeiro é o mais difundido e se adapta à maioria das biomassas, recebe cargas diárias ou periódicas e descarrega o biofertilizante automaticamente. O sistema intermitente é especifico para biomassas de decomposição lenta e de longo período de produção. Caracteriza-se por receber a carga total, retendo-a até terminar o processo de biodigestão, quando então é esvaziado e recarregado novamente (SGANZERLA, 1983). O sistema mais difundido é o sistema continuo, cujos modelos mais conhecidos são o chinês e o indiano e que são muito utilizados no Brasil. O modelo chinês é rústico, geralmente construído em alvenaria e abaixo do nível do solo. Dispõe de uma câmara reguladora e é comum que trabalhe com alta pressão, porém, a ela varia com a produção e o consumo do biogás. Sua construção não apresenta grandes dificuldades, mas exige mão-de-obra experiente, devido a suas particularidades. É semelhante a um fomo e é necessária a utilização de uma técnica em que o peso do tijolo deve mantê-lo na posição até que a argamassa seque. Entre 1960 e 1970, a China experimentou o modelo indiano de biodigestores e concluiu que a utilização de aço para construção da campânula limitaria a instalação de biodigestores a poucos produtores rurais. Partiram então, para concepção de biodigestores que não utilizassem partes móveis e fossem construídos exclusivamente em alvenaria ou material de construção local. Com 29 — UTILIZAÇÃO DO BIOGÁS O biogás é um combustível gasoso que apresenta um conteúdo energético semelhante ao gás natural. A Figura 2 mostra esquematicamente as possíveis aplicações para utilização/conversão do biogás. BIOGÁS Hp Rededegás —p> Introdução na rede pública —>>. Introdução em rede privada —P Motor —» Cogeração —) Energia mecânica —) Transportes SP combustão direta Aquecimento de ambientes Aquecimento de águas Produção de vapor Secagem Produção de frio Turbinas a gás Eras Células de combustível Figura2 - Principais opções para utilização/conversão do biogás. FONTE: SANTOS (2000). Não importa qual a forma de utilização do biogás, ela terá como resultado pelo menos uma das seguintes formas de energia: elétrica, térmica ou mecânica. Quando pelo menos uma dessas formas de energia for útil, o biogás proporcionará uma poupança de recursos, com importante valor econômico associado. O uso do biogás gera renda e economias, fato que desperta um crescente interesse por essa tecnologia (SANTOS, 2000). O biogás é utilizado diretamente em equipamentos que funcionam com GLP ou em conjuntos geradores para produção de energia elétrica. Para sua perfeita utilização, os aparelhos devem ser especificos ou adaptados, por se tratar de um gás que será utilizado, geralmente, com fluxo de baixa pressão. A adaptação, quando necessária, consiste somente em aumentar o diâmetro de vazão do injetor. Para transformá-lo em energia elétrica é necessária a utilização de geradores e para obtenção de energia térmica é necessário o uso de fornos para que ocorra a queima e sua transformação em energia térmica (AVELLAR, COELHO, ALVES, 2005). Para a utilização em motores à gasolina é necessário que se faça a conversão para biogás. Ela não exige grandes alterações nos motores, porém, modelos específicos apresentam melhores rendimentos (SGANZERLA, 1983). A Tabela 5 mostra o consumo de biogás em alguns dos aparelhos utilizados com maior frequência. Tabela 5 - Consumo de biogás por aparelho AISSE e METALURGICA APARELHO OBLADEM(1982) JACKWAL LTDA (1983) Lampião (100 velas) 0,12m?/hora 0,13m?/hora Fogão 0,33m?/pessoa/dia 0,32m?/hora Forno (fogão doméstico) - 0,44m?/hora Geladeira (Média) - 2, 2mé/dia Chuveiro 0,8m?/banho 0,8m?/banho Incubadeira 0,71Im?/hora 0,60m?/hora Campânula - 0,162m?/hora Motor combustão interna 0,45m?/HP/h 0,45m?/HP/h Produção de eletricidade 0,62mº?/kKWh - FONTE: Aisse e Obladen (1982), citados por DANIEL (2005), METALÚRGICA JACKWAL LTDA, citada por SGANZERLA (1983). 210 —COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Define-se como cogeração a produção combinada de calor e eletricidade, independentemente do processo ou equipamento utilizado para tal (caldeira com gerador a vapor, grupo motor-gerador, turbina, etc). Para grupos motor-gerador, a eficiência de conversão em energia elétrica é relativamente reduzida. Dependendo da potência a eficiência varia entre 25% e 38%, em relação à energia inicial presente no biogás. Geralmente, os motores diesel apresentam rendimentos de 3 a 5 pontos percentuais a mais que os motores ciclo Otto, operados a gás. O restante da energia contida no biogás (60-75%) é convertida em energia térmica, presente nos gases do escape (25-35%), na água de arrefecimento do motor (12-18%), no óleo do motor (5-10%) e uma parte é perdida por radiação (10-25%). Atualmente, muitas pesquisas têm sido realizadas tendo como foco o uso de biogás como combustível em sistemas de cogeração tanto em áreas rurais como nas indústrias. Poole (1993), citado por FACCENDA e SOUZA (2001), aponta a cogeração como a melhor opção energética para o Brasil, descrevendo-a como atividade promissora. Destaca ainda, que a cogeração é uma atividade tradicional nas indústrias de processamento de cana e que, no estado de São Paulo, 92% da energia elétrica dessas indústrias provêm de sistemas de cogeração. Na década passada, esse índice atingia somente 60%. É comum em propriedades rurais, localizadas em áreas afastadas em que a rede elétrica não está acessível, a utilização de grupos geradores a óleo diesel para produção de energia. Segundo PIMENTEL e BELCHIOR (2002), em determinadas regiões do norte do Brasil a eletrificação é feita por grupos geradores a diesel, que geram altos custos e prejudicam o desenvolvimento da região. STAHL et al. (1981) descreveram a utilização de um sistema de cogeração de 22,5 kW com posterior adequação de cargas térmicas e elétricas A alta capacidade de fixação apresentada pelo biofertilizante evita a solubilidade excessiva e a lixiviação dos sais, mantendo-os sob formas aproveitáveis pelas plantas, cujo delicado sistema radicular é o único capaz de desagregar esses nutrientes. O biofertilizante, ao contrário dos adubos químicos, melhora a estrutura e a textura do solo, deixando-o mais fácil de ser trabalhado e facilitando a penetração de raizes, que conseguem absorver melhor a umidade do subsolo, podendo resistir mais facilmente a longos periodos de estiagem. O biofertilizante possui partículas coloidais carregadas negativamente, o que o faz trocar por carga iônica, absorção superficial e coagulação. Seu poder de fixação dos sais é maior que o das argilas e é responsável direto pela maior parte da nutrição das plantas, com até 58% da capacidade total de troca de bases do solo. Estabiliza os agregados, de modo que resistam à ação desagregadora da água, absorvendo as chuvas mais rapidamente, evitando a erosão e conservando a terra por mais tempo (SGANZERLA, 1983). Outra vantagem advinda da aplicação de biofertilizante é que ele deixa a terra com uma estrutura mais porosa, permitindo maior penetração do ar na zona explorada pelas raizes. Assim, a respiração dos vegetais é facilitada e eles obtêm melhores condições para se desenvolver. O gás carbônico presente no ar, ao circular melhor pelo solo, forma ácido carboxílico, o qual irá solubilizar sais que se encontram em formas insolúveis, facilitando sua assimilação pelas plantas. O biofertilizante favorece a multiplicação das bactérias aos milhões, dando vida e saúde ao solo. A intensa atividade das bactérias fixa o nitrogênio atmosférico, transformando-o em sais aproveitáveis pelas plantas. As bactérias radícolas que se fixam nas raizes das leguminosas têm seu desempenho e desenvolvimento melhorados. Além dessas características, que aumentam muito a produtividade das lavouras, deve-se destacar que o biofertilizante já se encontra completamente "curado", na expressão do campo, pois não sendo passível de nova fermentação, não apresenta odor nem é poluente e, desse modo, não atrai moscas ou outros insetos. Ao contrário de outros tipos de adubos, segundo SGANZERLA (1983), o biofertilizante pode ser aplicado diretamente no solo, em forma liquida ou desidratada, dependendo das condições locais. O poder germinativo das sementes de plantas prejudiciais à lavoura e que passaram incólumes pelos sistemas digestivo e excretor dos animais é destruido pelos efeitos da biofermentação, não havendo perigo de que infestem as lavouras nas quais forem aplicados. A composição do biofertilizante varia de acordo com a biomassa utilizada. A Tabela 6 mostra os resultados encontrados para os principais componentes dos biofertilizantes. Tabela 6 - Principais componentes do biofertilizante PORCENTAGEM PLEMENTOS DANIEL (00 oo SGANZERLA (1983) Nitrogênio 1,8a4,5 1,8 Fósforo 1la2 1,6 Potássio 0,8a 1,2 1,0 Matéria Orgânica - 85,0 pH - 7,5 FONTE: Parchen (1979), citado por DANIEL (2005) e SGANZERLA (1983). O biofertilizante pode ainda, depois de desidratado, ser utilizado para dar volume à composição de rações para animais. SGANZERLA (1983) descreve que a cultura do milho apresentou mais de 28% de produtividade, o arroz de 10 a 14%, o trigo de 12,5 a 16% e, em experiências realizadas em Santa Catarina, a cultura da alface apresentou um aumento 300 vezes maior que os cultivos convencionais. DARTORA, PERDONO e TUMELERO (1998) sugerem que, para cultura do milho, seja utilizada a dose de até 160kg de mitrogênio/ha ou, aproximadamente, 60mº de biofertilizante/ha/ano, enquanto que para outras culturas de estações frias a quantidade é de 15m*/ha/ano. [8] 3 MATERIAIS E MÉTODOS 31 LOCALIZAÇÃO E DESCRIÇÃO DAS PROPRIEDADES Para o desenvolvimento deste trabalho foram coletados dados e informações em duas propriedades localizadas no município de Toledo, região Oeste do estado do Paraná. A propriedade 1, do Sr. Nestor Inácio Simonetto, está localizada no distrito de Bragantina a, aproximadamente, 15 km da sede do município e conta com as atividades de agricultura e bovinocultura de leite. Neste trabalho. foi estudada a bovinocultura de leite. Essa propriedade conta com um rebanho total de 130 animais em regime de confinamento, sendo 72 vacas em lactação, instalações para ordenha e armazenamento do leite. Os dejetos dos bovinos são conduzidos a um biodigestor com 7x40x3 m de largura, comprimento e profundidade, respectivamente. O sistema absorve também toda água de lavagem da sala de ordenha e do barracão de confinamento que é lavado diariamente. Para utilização dos subprodutos provenientes da biodigestão, o produtor utiliza um sistema de irrigação, cujo combustível é o biogás. O biofertilizante é utilizado para fertirrigação de pastagens que servem de alimento para o gado e o biogás é utilizado para produção de energia elétrica, por meio de um conjunto motor-gerador instalado na propriedade. A propriedade 2 conta com atividades de agricultura e suinocultura. Neste trabalho foi estudada a suinocultura. Essa propriedade pertence ao Sr. Arnaldo Bombardelli e está localizada a, aproximadamente, 5 km da sede do 2 constituinte das camas dos animais, diluições podem variar entre 1:0,5 e 1:7, palha para camas entre 1 a 3 kg/animal/dia; 3 — criação no solo em camas profundas, estrume considerado excremento mais material das camas (aparas de madeira ou palha cortada); 4 — estrume com dejecções sólidas e líquidas, misturadas com a cama dos animais, peso volumétrico na ordem dos 0,8 a 0,9 kg/litro. FONTE: SANTOS (2000). 3.3 CAPACIDADE DE PRODUÇÃO DE BIOGÁS Desde que as condições sejam adequadas ao desenvolvimento das bactérias anaeróbias a digestão se realiza a partir de qualquer matéria orgânica e com a fermentação provocada pelas bactérias obtêm-se o biogás. Para cada fonte de matéria orgânica temos uma produção diferente de biogás. Logo, o sistema de cultivo e a quantidade de animais é que determinarão a capacidade de produção de biogás da propriedade. Para a propriedade 1, com 130 vacas leiteiras no confinamento e considerando 0,980 mº/animal/dia de biogás, tem-se uma produção estimada de 127,4 mº/biogás/dia. A propriedade 2 tem 1.000 porcas reprodutoras em produção de leitões. Considerando-se 0,933 m*/animal/dia de biogás a produção estimada é de 933m*/biogás/dia. A Tabela 8 mostra a capacidade de produção de biogás a partir de resíduos pecuários, comuns em propriedades rurais. Tabela 8- Produção de biogás a partir de resíduos pecuários PRODUÇÃO PRODUÇÃO ESPECIFICA DE DIÁRIA BIOGÁS (mº/kg SV) (M3/ANIMAL/DIA) ESPÉCIE UNIDADE PECUÁRIA REFERÊNCIA Porca reprodutora em ciclo fechado 0,45 0,866 sinos! Porca reprodutora em criação de leitões 0,45 0,933 Porco em exploração de engorda 0,45 0,799 [8] Vaca leiteira com 600 kg 0,28 0,980 os Bezerro até 150 kg, 0,28 0,294 Bovinos . Bovino engorda entre 120 a 520 kg 0,28 0,292 Galinha 'poedeira em Galináceos baterias (2 kg) 0,46-0,77 0,010 — 0,017 Frango engorda (até 1,5 kg) 0,13 - 0,26 0,001 — 0,002 Equídeos Cavalo adulto com 400 a 500 kg, 0,28 1,225 NOTAS: SV — sólidos voláteis; 1 — chorume diluído com águas de lavagem; 2 — chorume não diluído e sem material constituinte das camas dos animais, diluições podem variar entre 1:0,5 e 1:7, palha para cama entre 1 a 3 kg/animal/dia. FONTE: SANTOS (2000). 3.4 O CONJUNTO MOTOR-GERADOR O conjunto motor-gerador é constituido por um motor originalmente a gasolina, adaptado para o biogás e acoplado a um gerador de energia elétrica e equipado com um quadro de comando que serve para monitorar o seu funcionamento (Figura 3). [8] Figura3 - Quadro de comando (Esquema ilustrativo). Legenda: 1. Amperímetro; 7. Multimetro (relação 2. Medidor de frequência; ar/combustível); 3. Medidor de tensão; 8. Chave que libera a energia do 4. Medidor de temperatura do motor; gerador para rede; 5. Medidor da pressão do óleo do 9. Ajuste fino da Tensão, motor; 10. Luz do óleo; 6. Horímetro; 11. Chave de ignição. A propriedade 1 possui um equipamento composto por um motor da marca Ford, 4.9L, 140 HP com 4900 cilindradas, a gasolina, acoplado a um gerador da marca! Kohlback, modelo 180LB, com capacidade de 44 kW em baixa rotação (Figura 4). O motor usado no conjunto, geralmente, equipa algumas linhas de montagem desse fabricante, como por exemplo, caminhonete F-1000 a gasolina, dentre outros. Figura 4- Conjunto motor-gerador utilizado na propriedade 1, operando com biogás da bovinocultura. 1 A citação de marcas e modelos neste trabalho não constitui recomendação comercial, mas somente a indicação dos materiais presentes nas propriedades estudadas. [8] Figura 7 - Conjunto motor-bomba utilizado para irrigação na propriedade 2, operando com biogás da suinocultura. 3.6 DETERMINAÇÃO DO CONSUMO DE BIOGÁS (M:/HP/H) PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA E PARA IRRIGAÇÃO Para determinação do consumo de biogás pelo conjunto motor-gerador ou pelo motor-bomba foi necessário utilizar um volume conhecido de biogás que estava condicionado em uma bolsa confeccionada em lona, denominada gasômetro. O abastecimento do gasômetro com um volume conhecido foi feito com auxílio de um compressor. Cada modelo de compressor apresenta uma determinada quantidade de deslocamento de ar, o compressor utilizado no experimento era da marca Chiaperim, modelo CJ 10 BPV 2001, pressão máx. 8 kgf/em? (120 Ibf/pol?), rotação — 800RPM e deslocamento de ar de 285 L/m 3 (Figura 8). Com o deslocamento de ar conhecido, ligava-se o compressor (com o reservatório de ar totalmente vazio) até encher o reservatório com 120 Ib. Como o deslocamento de ar é dado em L/min, o tempo de enchimento do compressor foi cronometrado, tornando possível saber quantos litros de biogás havia dentro do reservatório. Com o compressor cheio, o biogás contido no mesmo era transferido para o gasômetro deixando o compressor vazio novamente (Figura 9). Esse processo foi repetido por três vezes em cada teste (Tl, T2 e T3), ou seja, cada três compressores cheios geravam uma quantidade suficiente de biogás dentro do gasômetro para a realização de um teste. Figura 8- Abastecimento do compressor de ar com biogás. Bio —————» Comp / Saída de ar do compressor conectada an aacâmetro Admissão de ar do compressor Aivotamento conootada an Conjun to motor-gerador ou motor-bomba Figura 9 - Conhecendo-se a quantidade de biogás dentro do gasômetro (Figura 10), ele era conectado ao conjunto motor-gerador ou motor-bomba, que permanecia em funcionamento até que o biogás contido dentro do gasômetro fosse totalmente consumido, cronometrando-se o tempo de funcionamento do conjunto para aquela quantidade de biogás. Esse processo foi repetido três vezes para o sistema de geração de energia elétrica e três vezes para o sistema de nrigação em cada propriedade. Durante o periodo em que os motores estavam em funcionamento foram acompanhados os parâmetros apresentados pelo quadro de comando de cada motor, para se ter certeza que estavam trabalhando dentro dos parâmetros normais. As tomadas de tempo de funcionamento dos motores foram realizadas operando-os da mesma forma que são utilizados diariamente dentro de cada propriedade. Esquema utilizado para abastecimento do gasômetro com biogás. Em que: Ce = Custo de energia elétrica produzida via biogás (R$/kWh); CAB = Gasto anual com biogás (R$/ano); PE = Produção de eletricidade pela planta de biogás (kWh/ano); CAG = Custo anualizado do investimento no conjunto motor-gerador (R$/ano). Em que: CAG= cio FRC + IGOM (2 100 CAB = CBCNB (3) Em que: CIG — = Custo do investimento do motor-gerador (R$); OM — = Custo com operação e manutenção (Y%/ano); cB = Custo do biogás (R$/m?), CNB | = Consumo de biogás pelo conjunto motor-gerador (m?/ano). Para calcular a produção de eletricidade (PE), tem-se: PE = PotT (4) Em que: Pot = Potência nominal da planta (kW), T = Disponibilidade anual da planta (horas/ano); O fator de recuperação de capital será dado por: Id+ FRC = q pr (5) Em que: FRC | = Fator de recuperação de capital; J = Taxa de desconto (Yano); n = Anos para amortização do investimento. O custo do biogás será dado por: CAB CB = É PAB (9) Em que: CAB | = Custo anualizado do investimento no biodigestor (R$/ano); PAB = Produção anual de biogás (m?/ano). CAB = CIB.FRC + cia (M Em que: CIB | = Custo de investimento no biodigestor (R$). Para avaliar a viabilidade de geração de energia elétrica, determinou-se o Tempo de Retorno do Investimento (TRI): nc) TRI= — 4". (8) Ind + 7) Em que: A OM “cr oo O om A= CI(FRC+ — ( 100) (10) Em que: ci = Custo de investimento no sistema biodigestor/motor-gerador (R$); 3 A = Gasto anual com energia elétrica adquirida na rede (R$/ano); OM | = Gastos com amortização e manutenção da planta (R$/ano); TRI | = Tempo de retorno (anos). 3.9 UTILIZAÇÃO DO BIOFERTILIZANTE Em ambas as propriedades o biofertilizante na forma líquida é utilizado por meio da irrigação por bombeamento e espalhamento por bicos aspersores diretamente sobre a cultura ou nas pastagens. A propriedade 1 utiliza o sistema de irrigação diariamente por 2,5 horas. Esse processo é utilizado tanto para manter a adubação das culturas quanto para remover o material excedente do biodigestor que fica alojado em uma lagoa. O sistema de irrigação da propriedade é móvel e periodicamente é trocado de local conforme a necessidade observada pelo produtor. Frequentemente essa irrigação é utilizada nas pastagens, mas quando necessário também é aplicada a outras culturas, por exemplo, a do milho. Na propriedade 2 a situação é semelhante, porém, devido a maior quantidade de dejetos gerados pelo sistema, o bombeamento funciona durante 10 horas diárias para remover o excedente que também é alojado em uma lagoa. Nessa propriedade o sistema de urigação está mais distante do local em que a bomba está instalada e o efluente liquido percorre cerca de 1500 m de tubulações até chegar a um outro depósito do qual, então, é conduzido ao sistema de irrigação. Para ambas as propriedades foi calculada a área necessária para absorver a quantidade de biofertilizante que cada uma pode produzir. KONZEN (2006) descreve que para suinocultura os residuos sólidos presentes no biofertilizante 3 propriedades. As Tabelas 10 e 11 mostram as tomadas de tempo para o abastecimento do gasômetro e o tempo de funcionamento do conjunto motor-bomba e motor-gerador para cada propriedade em estudo. Tabela 10 - Tomadas de tempo para o abastecimento do gasômetro e tempos de funcionamento do equipamento com biogás da bovinocultura TEMPO PARA ABASTECIMENTO DO COMPRESSOR (MIN) MEDIDA — EQUIP Ti 1º Motorbomba sas 2 Motor-bomba 837 3 Motor-bomba 850 1 Motor-gerador 847 2 Motor-gerador 8as 3 Motor-gerador 43 T2 842 847 847 8,50 848 852 T3 848 848 8,62 85s 837 847 TOTAL (min TEMPO DE DESLOCAM. qrpg Biogás FUNCION Vin 285 285 285 285 285 285, (mi 12 1m 7,29 727 721 12 DEBIOGÁS GASÔMETRO DO EQUIP (min) 11,02 11,15 11,18 23,18 21,57 22,05, Tabela 11 - Tomadas de tempo para o abastecimento do gasômetro e tempos de funcionamento do equipamento com biogás da suinocultura TEMPO PARA TEMPO DE. ABASTECIMENTO DO DESLOCAM. QTDEBIOGÁS — FUNCION. COMPRESSOR (min) TOTAL DEBIOGÁS GASÔMETRO | DOEQUIP MEDIDA — EQUIP. TI T2 T Gin) (min) ma Guin) 1º Motorbomba 862 865 8ss 285 736 27.90 2 Motorbomba 855 858 847 285 73 21,3 3 Motorbomba 8,62 8s3 862 285 734 27,80 1º Motorgerador 862 8; 8ss 285 732 39,38 2 Motor-gerador 8,55 848 858 285 73 39,97 3 Motor-gerador 857 8,60 862 285 135 39,12 Para a propriedade 1, cujos equipamentos funcionam com biogás proveniente dos dejetos da bovinocultura, a média de tempo de abastecimento do gasômetro, tanto para o funcionamento do conjunto motor-bomba, quanto para o conjunto motor-gerador foi de 25,416 minutos, com uma quantidade média de biogás, dentro do gasômetro, de 7,24mº para cada tomada de tempo. O tempo de funcionamento médio de cada equipamento foi de 11,116 minutos para o conjunto motor-bomba e de 22,466 minutos para o conjunto motor-gerador. 4 Com o biogás proveniente da suinocultura, na propriedade 2 as médias de tempo para o abastecimento do gasômetro (min), quantidade de biogás dentro do gasômetro (m?) e o tempo de funcionamento para o conjunto motor-bomba (min), foram de 25,73, 7,33 e 27,81, respectivamente, enquanto que para o conjunto motor-gerador as médias obtidas foram 25,70, 7,32 e 39,49 para tempo de enchimento do gasômetro (min), quantidade de biogás dentro do gasômetro (m?) e tempo de funcionamento do equipamento (min). Comparando os tempos de funcionamento dos equipamentos, observa-se que para a propriedade 1 os tempos de funcionamento são menores do que os encontrados na propriedade 2. Esse fato está relacionado à potência dos equipamentos que estão sendo acionados em cada propriedade e, possivelmente, a composição do biogás, pois a proporção de gás metano pode ser diferente para cada fonte geradora, esse item não foi avaliado neste teste. Para a propriedade 1, o conjunto motor-bomba aciona uma bomba de 40 HP e o conjunto motor-gerador um gerador de 44 kW. Na propriedade 2 o conjunto motor-bomba aciona uma bomba de 20 HP e o conjunto motor-gerador um gerador de 36 kW. De acordo com os tempos de funcionamento e quantidade de biogás consumido, foram determinados os consumos (m*/HP/h) para cada equipamento em cada propriedade. Nas Tabelas 12 e 13, pode-se observar os valores dos consumos para cada medida de tempo em cada equipamento de acordo com a origem do biogás. A potência gerada (HP) está relacionada à potência do equipamento que é acionado pelo conjunto motor-gerador ou motor-bomba em cada propriedade. O consumo de biogás m*/HP/h variou de acordo com equipamento e com a fonte geradora de biogás. Para o biogás proveniente da bovinocultura, o consumo médio para o conjunto motor-bomba foi de 0,981 m*/HP/h, enquanto que para o conjunto motor-gerador o consumo foi de 2,77 m*/HP/h. O biogás oriundo dos dejetos da suinocultura apresentou resultados menores em relação ao consumo, tendo como médias de consumo 0,791 m*/HP/h para o conjunto motor-bomba e 1,113 m*/HP/h para o conjunto motor-gerador. Tabela 12 - Consumo de biogás m?/HP/h para cada equipamento e produção de energia elétrica (kWh/mº), com biogás da bovinocultura orpEBIoGás TEMPODE porência CONVERSÃO PRODUÇÃO MEDIDA EQUIP. GASÔMETRO JON. rRrADA CONSUMO CONVERSÃO “py py Mm DE ENERGIA DO EQUIP. (né/HP/h) DE HPEM KW (mu) CP) kwh KW? (horas) 1º Motar-bomba 122 0183 40 0.986 29,84 5,461 0,756 2 Motor-bomba 122 0185 40 0,976 29,84 5,520 0,765 3 Motor-bomba 729 0,186 40 0,980 29,84 5,550 0,761 1º Mota-gerador 727 0,396 7 2,623 520 2,068 0.284 2 Motor-gerada 721 0,359 7 2,869 520 1,875 0.260 3º Motorgenda 724 0,367 7 2.818 1,916 0,265 Tabela 13 - Consumo de biogás m?/HP/h para cada equipamento e produção de energia elétrica (kWh/mº), com biogás da suinocultura TEMPO DE ; TÃ QTDE BIOGÁS POTÊNCIA « xo CONVERSÃO PRODUÇÃO a FUNCION. CONSUMO CONVERSÃO MEDIDA | EQUIP. GASÔMEIRO porouip GERADA DEKWEM q (mAh) DEHPEMKW ENERGIA (mn?) Hp) KWH KWh/m* (horas) mr 1 Motor-bomba 736 0465 20 0,791 14,92 6,938 0,943 2 Motor-bomba 13 0462 20 0,790 14,92 6,893 0,944 3 Motor-bomba 734 0463 20 0,793 14,92 6,908 0,941 1 Motor-gerador 732 0,656 10 1,116 746 4,894 0,669 2 Motor-gerador 13 0,666 10 1,096 746 4,968 0,681 3 — Motor-gerador 135, 0,652 10 1127 146 4,864 0,662 Para Aisse e Obladen (1982), citados por DANIEL (2005) e SGANZERLA (1983), o consumo de biogás em motores de combustão interna é de 0,45m*/HP/h. Os resultados encontrados durante a pesquisa estão além dos referenciados por esses autores. Esse fato está diretamente relacionado à baixa eficiência dos motores e da subutilização dos equipamentos, principalmente com relação à produção de energia elétrica, cuja capacidade de produção da planta é maior que a potência que está sendo gerada em ambas as propriedades estudadas, ou seja, a implantação do sistema não foi planejada de acordo com a necessidade da propriedade. A equivalência energética do biogás com relação à energia elétrica é de 1,43, para FERRAZ e MARIEL (1980) e SGANZERLA (1983). SANTOS 4 valores encontrados para o biogás da bovinocultura são condizentes aos encontrados por SANTOS (2004). Na propriedade 2, é possível visualizar a condição de que quanto maior for a produção de biogás menor será seu custo. Com um investimento de R$ 100.000,00 para o biodigestor a propriedade tem uma capacidade de produção de 933mº/dia de biogás a um custo 70% menor que o encontrado para a propriedade 1. Os valores encontrados para produção de biogás influenciam diretamente o Ce (Custo de energia elétrica produzida via biogás (R$/kWh)). A Tabela 15 apresenta os resultados encontrados para o custo da eletricidade produzida com o biogás de bovinocultura de acordo com o tempo de amortização considerado e o tempo de operação diária do sistema. Os valores encontrados não são atrativos para um produtor que pretenda instalar um sistema semelhante em sua propriedade. Esse fato está relacionado à produção atual da planta e à capacidade de produção para a qual ela foi instalada. Com uma capacidade de produção de 44kW, mas com uma produção de apenas 5,222 kW, o custo da energia produzida torna-se elevado, em função do investimento necessário para implantação do sistema. Da forma que está sendo operada a planta de geração de energia na propriedade 1, o custo da energia passa a ser atrativo somente se for considerado um tempo de amortização de 20 anos e se o custo da energia cobrada pela concessionária for superior a R$ 356,79 que é o valor minimo encontrado com a planta operando por 4 horas diárias. Com uma produção de 7,46 kW e um custo por mº de biogás reduzido, a propriedade 2 apresenta valores menores para o custo da eletricidade produzida com o biogás da suinocultura (Tabela 16). Apesar de também apresentar uma produção de eletricidade menor que a capacidade instalada, os custos obtidos para geração de energia elétrica estão mais atrativos economicamente, pois o custo máximo encontrado para a propriedade 2 foi de R$ 239,83/MWh para um tempo de amortização de 5 anos e operando por somente 4 horas diárias. Esse valor está abaixo do cobrado pelas concessionárias de energia elétrica para propriedades rurais que é de, aproximadamente, R$ 300,00/MWh. Tabela 15 - Custo da eletricidade (MWh) para a propriedade 1, com biogás da bovinocultura, de acordo com o tempo de amortização e o tempo de operação do gerador TEMPO DE CUSTO DA ELETRICIDADE(R$/MWh). AMORTIZAÇÃO 4HDE 6SHDE SHDE 10HDE 12HDE (ANOS) OPERAÇÃO OPERAÇÃO OPERAÇÃO OPERAÇÃO OPERAÇÃO 5 856,71 818,72 799,72 788,33 780,73 10 498,21 476,11 465,07 458,44 454,02 15 400,19 382,44 373,57 368,24 364,69 20 356,79 340,97 333,06 328,31 325,15 Tabela 16 - Custo da eletricidade (MWh) para a propriedade 2, com biogás da suinocultura, de acordo com o tempo de amortização e tempo de operação do gerador TEMPO DE CUSTO DA ELETRICIDADE $/MWh). AMORTIZAÇÃO 4HDE, SHDE SHDE 10HDE 2 HDE (ANOS) OPERAÇÃO OPERAÇÃO OPERAÇÃO OPERAÇÃO OPERAÇÃO 5 239,83 193,39 170,18 156,25 146,96 10 139,47 11247 98,96 90,86 85,46 15 112,03 143,91 79,49 72,99 68,65 20 99,88 80,54 70,87 65,07 61,20 As Tabelas 15 e 16 evidenciam que quanto maior for o tempo de operação do sistema, menor será o custo de produção da energia elétrica. Pode-se observar também que os custos são maiores para a propriedade 1. Isto se deve ao fato dessa propriedade produzir uma menor quantidade de biogás e, principalmente, por estar produzindo pouca energia, em relação à sua potência nominal. O tempo de retorno deste investimento está relacionado com o valor pago pelo produtor por kWh à concessionária de energia elétrica. Para propriedades rurais o custo cobrado gira em tono de R$ 300,00/MWh, logo pode-se calcular o tempo de retorno do investimento pela economia que o 4 produtor está fazendo quando deixa de comprar energia da rede e consome a energia produzida dentro da própria propriedade. Considerando que a propriedade 1 opere em sua capacidade máxima, ou seja, produza os 44 kW que o gerador é capaz, o tempo de retono do investimento com o biodigestor e o conjunto motor-gerador é de 5,4 anos, operando por 4 horas diárias com a energia elétrica a um custo de R$ 300,00/MWh, mas se a planta operar por 12 horas diárias o tempo de retorno do investimento será reduzido para 1,4 anos, com o mesmo custo pago para energia elétrica. Na Figura 11, pode-se observar os tempos de retorno do investimento para diferentes tarifas cobradas pelo MWh de energia elétrica, em relação aos diferentes tempos de funcionamento diário do sistema de geração de energia. A capacidade instalada na propriedade 2 é de 36 kW com um investimento de R$ 120.000,00 entre o biodigestor e o conjunto motor-gerador, observa-se então que o tempo de retorno deste investimento para mesma tarifa de R$ 300,00/MWh com o tempo de funcionamento diário do equipamento de 4 horas é de 27 anos, mas pode chegar a 3,3 anos se o sistema funcionar durante 12 horas diárias (Figura 12). 6,0 7 50 | E £L 4,0 ê 8 es 30 Cs 8 o 20 + 44 ——a 2 E FE +— + — + SE 810 0,0 290 300 310 320 330 340 350 360 Tarifa de energia eletrica (R$/MMh) —— 4h 6h &-8h —— 10h = 12h 4 diárias e com o sistema de bombeamento por 2,5 horas diárias (Figura 14). Para a mesma propriedade o tempo de retorno pode chegar a 1,5 anos se o sistema de geração de energia operar por 12 horas diárias e o sistema de bombeamento por 2,5 horas diárias. Para a propriedade 2, trabalhando simultaneamente com o conjunto motor-gerador e com o conjunto motor-bomba, o tempo de retorno é de 6,7 anos, gerando energia por 4 horas diárias e realizando o bombeamento dos dejetos por 10 horas diárias com uma tarifa de energia elétrica de R$ 300,00/MWh (Figura 15). O tempo de retorno do investimento é de 2,7 anos quando o gerador funciona por 12 horas diárias e a bomba por 10 horas diárias, com o mesmo valor pago pela energia elétrica. e LO ++ — Tempo de retorno (anos) o MN onannawvanstwa 290 300 310 320 330 340 350 360 Tarifa de energia elétrica (R$/MMn) —-—4h 6h +—-8h —— 10h > 12h Figura 14- Tempo de retorno do investimento para a propriedade 1, com biogás da bovinocultura para produção de energia elétrica e irrigação. Tempo de retorno (anos) Sano saoNo 290 300 310 320 330 340 350 360 Tarifa de energia elétrica (R$/MMM) —-— 4h = 6h +—-8h —+— 10h > 12h Figura 15- Tempo de retorno do investimento para a propriedade 2, com biogás da suinocultura para produção de energia elétrica e irrigação. A utilização do biofertilizante como fonte de nutrientes para pastagens e plantações também resulta em economia para os produtores. Na propriedade 1 a produção de biofertilizante é da ordem de 2.400 m?/ano. De acordo com a Tabela 9, considerando que o efluente possui 2,5% de sólidos, a quantidade de nitrogênio por mº de efluente é de 2,52 kg, significando que se tem disponível 6.000 kg/N/ano. Seguindo a recomendação de DARTORA, PERDONO e TUMELERO (1998), na propriedade 1 tem-se nitrogênio disponível para fertilizar 37 ha/ano. A fonte de nitrogênio comumente utilizada na agricultura é a uréia que tem um custo de R$ 900,00/ton, logo o produtor economiza R$ 5.400,00/ano utilizando o biofertilizante, considerando somente o benefício do uso do nitrogênio. Para a propriedade 2, a produção de dejetos é maior e, consequentemente, a economia gerada também. Com uma produção de 85.000 litros de dejetos por dia, considerando os mesmos parâmetros utilizados na propriedade 1, o produtor tem disponível 78 ton/N/ano que podem fertilizar, 5 aproximadamente, 480 ha/ano, com uma economia de R$ 70.200,00/ano, considerando o biofertilizante como fonte de nitrogênio. REFERÊNCIAS AMARAL, C. M. C.; AMARAL, L. A; LUCAS JUNIOR, J.. Biodigestão anaeróbia de dejetos de bovinos leiteiros submetidos a diferentes tempos de retenção hidráulica. Ciência Rural, Santa Maria - R$, v.34, n..6, p.1897-1902, nov./dez. 2004.. ISSN 0103-8478. AVELLAR, L. H. N., COELHO, S. T., ALVES, J. W. 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