Marcelo Flores

7/23/2019 Marcelo Flores

1/34

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS UNIFAL -MG

MARCELO COSTA FLORES

VIABILIDADE ECONMICA DO BIOGSPRODUZIDO POR BIODIGESTOR PARA PRODUO

DE ENERGIA ELTRICA ESTUDO DE CASO EMCONFINADOR SUNO

Poos de Caldas/MG2014


2/34

MARCELO COSTA FLORES

VIABILIDADE ECONMICA DO BIOGSPRODUZIDO POR BIODIGESTOR PARA PRODUO

DE ENERGIA ELTRICA ESTUDO DE CASO EMCONFINADOR SUNO

Poos de Caldas/MG2014

Dissertao apresentada como parte dosrequisitos para obteno do ttulo deEngenheiro Qumico pela UniversidadeFederal de Alfenas.

Orientador: Prof. Dr. Marcos Vincius

Rodrigues.


3/34

FICHA CATALOGRFICA

F634v Flores, Marcelo Costa.Viabilidade econmica do biogs produzido por biodigestor para produo de

energia eltricaestudo de caso em confinador suno./ Marcelo Costa Flores;

Orientao de Marcos Vinicius Rodrigues. Poos de Caldas: 2014.32 fls.: il.; 30 cm.

Inclui bibliografias: fls. 31-32

Trabalho de Concluso de Curso (Graduao em Engenharia Qumica)Universidade Federal de AlfenasCampus de Poos de Caldas, MG.

1. Energias renovveis. 2. Biogs. 3. Biomassa. I .Rodrigues, Marcos Vinicius(orient.). II.Universidade Federal de AlfenasUnifal. III. Ttulo.

CDD 660.6


4/34


5/34

AGRADECIMENTOS

Fazenda Santa Elisa, pela excelente recepo durante a visita e por toda informao

fornecida.

Ao orientador Dr. Marcos Vincius Rodrigues pela oportunidade, pelo conhecimento

compartilhado, pela orientao, pela confiana e pacincia na realizao do trabalho.

Dra. Giselle Patricia Sancinetti por toda colaborao e apoio na graduao.

minha companheira, Caroline de Paiva Gonalves.

minha famlia, por toda motivao e por acreditar na minha competncia.

Ao amigo Walter Pomarico Neto, por toda ajuda na utilizao das ferramentas

financeiras.

Ao engenheiro mecnico Juliano de Souza, pelas informaes do motor-gerador.

Universidade Federal de Alfenas campusPoos de Caldas, pela oportunidade, e

ensino de qualidade.


6/34

Na Natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma.

(Antoine Laurent deLavoisier,1773).
http://pt.wikipedia.org/wiki/Lavoisierhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Lavoisier


7/34

RESUMO

A preocupao com a preservao ambiental, alm da escassez e dos elevados preos de

energias obtidas atravs de combustveis fsseis motivou a procura por fontes renovveis. Agrande produo agrcola do Brasil gera biomassa em abundncia para ser utilizada comofonte renovvel de energia. Dentre as diversas formas de biomassa, o dejeto de sunos umadas mais abundantes e com maior potencial de produo de biogs. O biogs o gs

produzido nos biodigestores a partir da digesto anaerbia. A sua composio varia de acordocom o tipo de biomassa utilizada e pode conter at 70% de gs metano (CH4) que altamentecombustvel, possui elevado poder calorfico e apresenta maior impacto de efeito estufa doque o dixido de carbono. Neste contexto, um estudo de caso na Fazenda Santa Elisa mostroua viabilidade econmica de utilizar o biogs para produzir energia eltrica. A produo de

biogs representa um avano para resolver o problema dos dejetos produzidos pelasuinocultura e pode fornecer energia para as atividades do meio rural. A anlise econmicadesenvolvida neste trabalho demonstrou que o projeto de implantao do sistema decogerao vivel seja com 1 ou 2 grupos de geradores, desde que o tempo de operao sejade 14 horas dirias.

Palavras-chave: Energias Renovveis. Biomassa. Sunos. Biogs. Viabilidade econmica.


8/34

SUMRIO

1.INTRODUO.................................................................................................................... 9

1.1. OBJETIVO .......................................................................................................................... 9

2.REVISOBIBLIOGRFICA ........................................................................................ 10

2.1.ASUINOCULTURAEMSOPAULO........................................................................ 10

2.2BIODIGESTOR................................................................................................................ 10

2.3. BIOFERTILIZANTE ........................................................................................................ 11

2.3.1 Ao do biofertilizante no solo ..................................................................................... 11

2.4.BIOGS:ENERGIARENOVVEL............................................................................. 11

2.4.1. Utilizao do biogs ...................................................................................................... 12

2.5.PRODUODEENERGIANOBRASIL.................................................................... 13

2.5.1. Biogs no Brasil ............................................................................................................ 14

3.MATERIAISEMTODOS ............................................................................................. 16

3.1. LOCALIZAO E DESCRIO DA PROPRIEDADE................................................ 16

3.2. CAPACIDADE DE PRODUO DE BIOGS .............................................................. 18

3.3. EQUIVALNCIA ENERGTICA DO BIOGS............................................................ 18

3.4. ESPECIFICAES DO CONJUNTO MOTOR-GERADOR......................................... 19

3.5. ANLISE ECONMICA ................................................................................................. 22

4. RESULTADOS E DISCUSSO ....................................................................................... 26

4.1. CENRIO 1 - MODIFICAO DO TEMPO DE OPERAO..................................... 29

4.2. CENRIO 2DOIS CONJUNTOS DE MOTOR-GERADOR...................................... 30

4.3. CENRIO 3MODIFICAO DA TARIFA DE ENERGIA....................................... 31

5. CONCLUSO ..................................................................................................................... 32

REFERNCIAS ..................................................................................................................... 33


9/34

9

1.INTRODUO

Os produtores rurais como importantes colaboradores para produo de alimentos

necessitam de polticas que incentivem as suas atividades. Sabe-se, porm, que as zonas ruraisainda enfrentam escassez de energia para fins produtivos.

A grande quantidade de biomassa proveniente das atividades agrcolas e a

possibilidade de sua utilizao para fins energticos pode ser uma forma de obter energia

eltrica no meio rural; alm de reduzir o potencial poluidor, a utilizao de recursos naturais e

o custo da energia no valor final dos produtos (ANGONESE, 2006).

A Empresa de Pesquisa Energtica (EPE) prev o crescimento mdio de 4,3% no

consumo de energia eltrica entre os anos de 2013 e 2023 no Brasil. Entre as regies do pas oaumento de consumo de energia eltrica por ano at 2023 a regio Norte ser responsvel por

5,9%, Nordeste 4,3%, Sudeste/Centro-Oeste 4,0%, e a regio Sul 3,9%. Estes dados sero

utilizados para elaborao do Plano Nacional de Energia (PNE) que pretende oferecer

instrumentos e alternativas de expanso do setor energtico brasileiro nos prximos anos

(CERPCH, online, 2014).

Portanto, necessrio estimular e desenvolver novas fontes de energia para oferecer

segurana energtica ao pas, alm de substituir o uso de combustveis fsseis. A biomassa,

como fonte para gerao de energia eltrica destaca-se devido o seu potencial em termos de

natureza, origem, tecnologia de converso e produtos energticos.

A converso termoqumica, bioqumica ou fsico-qumica da biomassa uma etapa

necessria para utiliz-la como fonte de energia. A converso bioqumica utiliza processos

biolgicos e bioqumicos, pela qual atravs da digesto anaerbia apresenta as melhores

condies para gerao de energia eltrica ao converter diretamente biomassa em biogs. A

composio do biogs pode variar de acordo com a quantidade e o tipo de biomassa, dentre

outros fatores, por exemplo, a temperatura e a umidade (BRASIL, 2007).

1.1. OBJETIVO

Este trabalho teve como objetivo identificar a viabilidade econmica da implantao

de um sistema de gerao de energia eltrica ao utilizar o biogs proveniente de resduos da

suinocultura. A simulao da converso de biogs em energia eltrica foi realizada atravs de

uma reviso bibliogrfica aplicada como um estudo de caso realizado na Fazenda Santa Elisalocalizada na zona rural da cidade de guas da Prata - SP.


10/34

10

2.REVISOBIBLIOGRFICA

2.1.ASUINOCULTURAEMSOPAULO

O estado de So Paulo est em stimo lugar no rankingde produo de sunos no pas,

o qual representa 4,0% da produo nacional (Tabela 1).

Tabela 1 - Rebanho suno dos principais estados brasileiros.

Fonte: Fundao Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica - IBGE (2006).

Devido importncia da atividade para o contexto socioeconmico do Estado e do pas,

por agregar produo, renda e emprego; o Ministrio da Agricultura Pecuria e

Abastecimento promove polticas pblicas para incentivar o setor.O Brasil, na produo e exportao da carne suna, est em quarto no rankingmundial.

A mdia anual estimada para o crescimento da produo de sunos no Brasil, entre 2008 a

2018, de 2,84%, e de exportao no mesmo perodo a estimativa de 21% (ASEMG, 2010).

2.2BIODIGESTOR

O biodigestor um equipamento usado para produo de biogs (mistura de gases

produzidos por bactrias anaerbias ao decompor a matria orgnica). A matria orgnica que

alimenta o biodigestor possui um alto potencial energtico e pode ser proveniente dos

Estado N de cabeas

Santa Catarina 7.480.183

Rio Grande do Sul 6.213.316

Paran 5.518.927

Minas Gerais 5.157.142

Gois 2.016.444

Mato Grosso 1.789.390

So Paulo 1.557.481

Bahia 1.513.425

Maranho 1.320.953

Piau 891.040

Outros 5.337.601

TOTAL 38.795.902


11/34

11

resduos e subprodutos das atividades agrcolas, agroindustriais, produo animal (esterco e

urina), e da atividade humana (fezes, urina e lixo domstico).

O biodigestor pode ser operado de maneira contnua ou intermitente. O contnuo o

mais difundido no Brasil, por apresentar melhor adaptao maioria das biomassas, enquanto

o intermitente especfico para biomassas de decomposio lenta (COLDEBELLA, 2006).

2.3. BIOFERTILIZANTE

O efluente do biodigestor possui propriedades fertilizantes, alm de gua, o lquido de

colorao escura, comumente conhecido como biofertilizante, possui nitrognio, fsforo e

potssio em quantidade e composio adequada, que pode ser utilizado diretamente na

adubao das plantas (IPEC, 2008).

O biofertilizante por ser um insumo barato e eficaz na fertilizao do solo uma

alternativa para o produtor rural recuperar o solo e fornecer os nutrientes ausentes ou em

baixa concentrao necessrios para o desenvolvimento das plantaes.

2.3.1 Ao do biofertilizante no solo

Uma das principais vantagens do biofertilizante recuperar o solo desgastado, visto

que possui pH em torno de 7,5 que funciona como corretor de acidez, dificulta a multiplicao

de fungos malficos, e intensifica a atividade das bactrias que conseguem fixar o nitrognio

atmosfrico; essencial para o desenvolvimento e manuteno das atividades das plantas

(ICLEI, 2009).

O solo biofertilizado facilita a penetrao das razes e a absoro da gua da chuva,

impede a eroso e torna o solo mais mido e mais poroso, e torna possvel uma maior

penetrao de ar, o que proporciona melhores condies para o desenvolvimento das plantas.

2.4.BIOGS:ENERGIARENOVVEL

Para a produo do biogs no h necessidade de uma grande extenso de rea, assim,

ela pode ser destinada para outros fins como a produo de alimentos, o que no possvel,

por exemplo, na produo de lcool a partir da cana-de-acar. O gs produzido pela digesto

anaerbia renovvel, abundante e pode ser obtido de diversas fontes (atividades agrcolas,

agroindustriais, produo animal e das atividades humana). Os excrementos de animais so os


12/34

12

mais indicados para o processo de biodigesto, uma vez que, a decomposio facilitada

pelas bactrias anaerbias provenientes dos seus intestinos (OLIVER, 2008).

Atravs da digesto anaerbia o principal gs obtido o metano que pode constituir

at 70% do biogs. O gs metano incolor, apresenta elevado poder calorfico (5000 - 7000

kcal m-3), altamente combustvel, no produz fuligem, e o impacto de efeito estufa 21 vezes

maior do que o dixido de carbono. A quantidade de metano obtido varia de acordo com a

quantidade, o tipo de biomassa, clima, e dimenso do biodigestor. A Tabela 2 apresenta a

composio do biogs.

Tabela 2Composio do biogs.

Fonte: CETESB (2011).

2.4.1. Utilizao do biogs

O biogs um combustvel gasoso com contedo energtico semelhante ao gs

natural. Obtido atravs da ao de determinadas espcies de bactrias pode ser utilizado para

diversas aplicaes (Figura 1).

Composio %

Metano (CH4) 50 - 70

Dixido de Carbono (CO2) 25 - 50

Nitrognio (N2) 0 - 7

Gs Sulfdrico (H2S) 0 - 3

Oxignio (O2) 0 - 2

Hidrognio (H2) 0 - 1

Amonaco (NH3) 0 - 1

Monxido de Carbono (CO) 0 - 0,2

Gases em menor concentrao 0,01 - 0,6


13/34

13

Figura 1 - Principais opes para utilizao do biogs.

Fonte: COLDEBELLA (2006).

A utilizao do biogs independente da forma de energia obtida; eltrica, trmica ou

mecnica requer equipamentos especficos e adaptados por se tratar de um gs gerado comfluxo de baixa presso. A adaptao consiste em aumentar o dimetro de vazo do injetor. Os

geradores e os fornos so necessrios pra transformar o biogs em energia eltrica ou trmica,

respectivamente (COLDEBELLA, 2006).

O interesse em utilizar o biogs despertado por gerar renda, economia, e reduzir os

impactos ambientais.

2.5.PRODUODEENERGIANOBRASIL

Atravs de uma anlise elaborada pelo Balano Energtico Nacional (BEN) referente

ao ano de 2013, a respeito da matriz energtica do Brasil, as fontes no renovveis no pas

totalizam 54,7% (BEN, 2013).

O histrico da oferta interna de energia em tep (tonelada equivalente de petrleo)

mostra a participao das diversas fontes na produo de energia no Brasil (Grfico 2).


14/34

14

Grfico 1 - Oferta interna de energia por fontes em tep.

Fonte: Balano Energtico Nacional - BEN (2013).

Nota-se que as atuais matrizes energticas brasileiras ainda contribuem negativamente

para o estado crtico do aquecimento global, ao liberar grande quantidade de CO2durante asua queima.

Alm disso, sabe-se que uma das principais fontes de energia no Brasil provm da

gua (energia hidrulica) que pode ser afetada em caso de baixos ndices de chuva. Portanto,

para que o Brasil no sofra com a falta de energia eltrica e reduza o uso do petrleo,

importante diversificar a matriz energtica dando espao para outros tipos de fontes como a

energia solar, a energia elica, a energia das mars e a energia proveniente da biomassa.

2.5.1. Biogs no Brasil

Desde 1970, com a crise energtica do petrleo, a produo de energia atravs da

utilizao de biomassa ganhou destaque no Brasil. O meio rural atravs do aproveitamento de

resduos agropecurios o principal responsvel pela produo de biogs no pas. A queima

do metano presente no biogs reduz o impacto do efeito estufa e o transforma em algo de

valor econmico. O Brasil possui nove usinas de biogs para produo de energia distribuda

nos estados de So Paulo (3), Paran (4) e Minas Gerais (2) (CEMIG, 2012).

0

20.000.000

40.000.000

60.000.000

80.000.000

100.000.000

120.000.000

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Fontesprimriasdeenergia(

tep) Petrleo

Gs natural

Carvo vapor

Carvo metalrgico

Energia hidrulica

Urnio

Lenha

Caldo de cana

Bagao de cana

Outras fontes primrias

Elica


15/34

15

O Programa de Incentivo s Fontes de Energia no Brasil (PROINFA) objetiva

aumentar a participao de energias renovveis para gerao de eletricidade com a

colaborao de produtores independentes. Assim, novas oportunidades para implantao de

sistemas de gerao de energia eltrica utilizando biogs como fonte primria de energia

podem ser implantadas para reduzir a participao na matriz energtica do pas de

combustveis fsseis e da gua. A China comprovou desde a dcada de 70 com a instalao de

7,2 milhes de digestores que o biogs pode ser uma importante matriz para gerao de

energia. Estes biodigestores produziram um valor energtico equivalente a cinco Itaips ou

48 milhes de toneladas de carvo mineral (NEVES, 2010).

O PROINFA criou em 2010 o Plano da Agricultura de Baixo Carbono (ABC), com a

finalidade de destinar e ampliar os recursos para financiamento de custeio, comercializao einvestimento para os produtores rurais adotarem tcnicas agrcolas sustentveis. A produo

de biogs a partir da biodigesto de dejetos de animais foi englobado pelo ABC, e pretende

tratar 4,4 milhes de metros cbicos de dejetos, e evitar a emisso de 6,9 milhes de toneladas

de CO2 ao utilizar o biogs como fonte de obteno de energia eltrica ou para aquecimento

nas propriedades (MAPA, 2013).


16/34

16

3.MATERIAISEMTODOS

3.1. LOCALIZAO E DESCRIO DA PROPRIEDADE

Para desenvolver este trabalho foram coletadas informaes na Fazenda Santa Elisa

localizada no municpio de guas da Prata, estado de So Paulo. A propriedade est

localizada na divisa entre os Estados de So Paulo e Minas Gerais, e entre os municpios de

guas da Prata e Poos de Caldas, prxima SP-342 (Figura 2).

Figura 2: Localizao da propriedade avaliada.

Fonte: Mapa elaborado pelo autorFazenda Santa Elisa, guas da Prata-SP.

A propriedade possui atividades de suinocultura, bovinocultura, agricultura, fbrica derao e criao de cavalos. Conta com um rebanho de 600 porcas reprodutoras em ciclo

fechado, e 300 porcas reprodutoras em criaes de leites, que somadas aos demais sunos

chega ao total de 5.000 animais.

Na propriedade as porcas reprodutoras ficam no confinamento por cerca de 115 dias, e

recebem at 3 quilos de rao balanceada duas vezes ao dia. O local possui espao limitado

para facilitar a alimentao adequada, permitir a observao e evitar brigas entre os animais.

As instalaes so mantidas em boas condies de higiene e limpeza. Depois do tempodeterminado no confinamento que pode ultrapassar at 4 dias, elas so transferidas para o


17/34

17

local onde os filhotes vo nascer. Nesta fase as matrizes consomem cerca de 8 quilos de

rao.

Os dejetos dos sunos so conduzidos para um biodigestor com 11x26x5 m de largura,

comprimento e profundidade, respectivamente. Toda a gua utilizada para limpeza diria das

salas de confinamento, terminao, e berrio tambm encaminhada para o biodigestor.

Como produto da biodigesto obtido o biogs, e como efluente o biofertilizante. O

biofertilizante encaminhado para uma lagoa de armazenamento para posteriormente ser

bombeado para a plantao de milho na mesma propriedade. O biogs chega na chamin

atravs de uma tubulao ligada ao biodigestor, e logo aps queimado. A Figura 3 mostra

todo o sistema que a propriedade possui.

Figura 3Sistema de tratamento dos resduos existente na propriedade.

Fonte: Fotos tiradas pelo autorFazenda Santa Eliza, guas da PrataSP.

O biodigestor e a chamin so de propriedade da empresa Brascarbo que realizou um

acordo em implantar todo sistema sem nenhum custo para o proprietrio, e com isso obter

crdito de carbono com o direito de queimar o biogs por 10 anos. O acordo termina em 2015,

e a partir de ento, o biogs poder ser utilizado pelo produtor para gerar energia eltrica.


18/34

18

3.2. CAPACIDADE DE PRODUO DE BIOGS

A produo do biogs depende da fonte de matria orgnica e da quantidade de

animais. Para os sunos, os dejetos de cada fase do desenvolvimento do animal soresponsveis por determinada produo de biogs como mostra Tabela 3.

Tabela 3Impacto na produo do biogs de acordo com a fase de desenvolvimento.

Espcie Unidade de refernciaProduo especficade biogs (m/kg)

Produo diria(m/animal/dia)

Sunos

Porca reprodutora em ciclofechado

0,45 0,866

Porca reprodutora emcriao de leites 0,45 0,933Porco em explorao deengorda

0,45 0,799

Fonte: SANTOS (2000).

3.3. EQUIVALNCIA ENERGTICA DO BIOGS

De acordo com Coldebella (2006), devido o elevado teor de metano no biogs que

pode variar entre 50 e 70%, o metro cbico de biogs pode gerar 0,670 kWh de energia

eltrica. A Tabela 4 mostra a equivalncia energtica do biogs com outras fontes de energia.

Tabela 4Equivalncia energtica do biogs em relao outras fontes energticas.

EnergticoFERRAZ EMARIEL

(1980)

SGANZERLA(1983)

NOGUEIRA(1986)

COLDEBELLA(2006)

Gasolina [L] 0,61 0,613 0,61 -Querosene [L] 0,58 0,579 0,62 -Diesel [L] 0,55 0,553 0,55 -GLP [kg] 0,45 0,454 1,43 -lcool [L] - 0,79 0,80 -Carvo M. [kg] - 0,735 0,74 -Lenha [kg] - 1,538 3,50 -Eletricidade [kWh] 1,43 1,428 - 0,67

Fonte: Adaptado de COLDEBELLA (2006).


19/34

19

O biogs utilizado por Coldebella (2006) para realizar o trabalho foi oriundo de um

biodigestor com resduos da suinocultura, e a equivalncia energtica obtida por ele foi

utilizada neste trabalho.

3.4. ESPECIFICAES DO CONJUNTO MOTOR-GERADOR

Motores e geradores destinados converso do biogs em energia j so encontrados

para atender a pequena ou grande escala de produo. A transformao do biogs em energia

para mdia produo realizado por algumas empresas atravs da adaptao de motores

gasolina ou diesel para funcionar com o biogs.

A Fazenda Santa Elisa, enquadra-se como uma mdia produtora de biogs, maior que1000 mdia-1e menor que 16000 mdia-1. Assim, para obter dados mais prximo possveis da

realidade, e conseguir obter o tipo de conjunto de motor-gerador recomendado para sua

demanda diria de produo de biogs foi realizada uma visita na Granja Beira Rio, que

produz cerca de 5200 sunos e j possui o sistema de cogerao a partir do biogs, e portanto,

escolhida por possuir um perfil semelhante Fazenda Santa Elisa.

A potncia dos motores geradores, e as instalaes eltricas e fsicas devem ser

dimensionadas corretamente para o sucesso da unidade geradora de energia movida biogs.A granja Beira Rio est localizada no municpio de Andradas em Minas Gerais,

prxima a Casa So Geraldo. Ela possui um conjunto de motor-gerador adaptado e destinado

produo de energia a partir do biogs proveniente de dejetos sunos.

A empresa brasileira Biogs Motores Estacionrios LTDA foi responsvel pelo projeto

de implantao e escolha do conjunto motor-gerador nesta propriedade.

O conjunto motor-gerador formado por um motor anteriormente movido diesel

adaptado para o biogs acoplado um gerador de energia eltrica. O funcionamento monitorado por um quadro de comando. O motor de marca Mercedes1, 4.9 L, 128 HP, a

diesel, acoplado um gerador da marca Kcel, modelo 180 LB, com capacidade de 47,5 kW.

Todo conjunto pode ser visto na Figura 4.

1As marcas e modelos citados neste trabalho no uma exigncia comercial, apenas pretendedescrever com maiores detalhes o sistema de cogerao.


20/34

20

Figura 4Conjunto motor-gerador da Granja Beira Rio.

Fonte: Foto tirada pelo autorGranja Beira-Rio, Andradas-MG.

Todo este sistema possui uma etapa de filtragem do biogs antes de ser injetado no

motor para que os equipamentos no sofra a corroso causada pelo gs sulfdrico (H2S).

Assim, um sistema com 20 tambores plsticos preenchidos com pequenos pedaos de ferro e

ligados atravs de tubulaes de PVC so responsveis por esta etapa. Este sistema foi uma

adaptao realizada pelos prprios funcionrios da granja com orientao da empresa, aps

constatarem que o motor precisava realizar manuteno constantemente quando ainda

utilizava o filtro original do projeto. A Figura 5 ilustra o sistema de filtragem.

Figura 4Sistema de filtragem do biogs.


QUADRO DE COMANDO

GERADORMOTOR


21/34

21

A instalao da casa de mquinas deve ser ampla para ser possvel realizar

manutenes e proporcionar boa ventilao para no afetar o desempenho do motor-gerador

(Figura 6).

Figura 6Instalao da casa de mquinas.


Aps a gerao de energia, a eletricidade distribuda para toda a propriedade.

Quando a produo de biogs no suficiente para atender a demanda de consumo do motor-

gerador, a chave no painel de controle eltrico possibilita modificar o fornecimento de

energia, de tal modo que a propriedade utilize a linha de transmisso da distribuidora de

energia. As instalaes eltricas e o painel de controle so elaborados como mostra a Figura 7.

Figura 7Painel de controle eltrico.Fonte: Foto tirada pelo autorGranja Beira-Rio, Andradas-MG.


22/34

22

3.5. ANLISE ECONMICA

Considerando condies ideais de operao e manuteno, o biodigestor pode injetar

biogs no gerador durante todo o ano. O conjunto motor-gerador da Granja Beira-Rio

funciona em mdia 10 horas por dia, este valor foi adotado para os clculos que consideram o

tempo de operao.

Os clculos foram realizados com uma taxa de desconto do Plano da Agricultura de

Baixo Carbono, que possui taxa de juros 5% ao ano e com prazo de pagamento de 5 a 15 anos

(MAPA, 2013).

O biodigestor constantemente alimentado pelos dejetos e produz biogs diariamente.

Deste modo a produo anual de biogs pode ser dada pela eq.(1):

(1)

Onde,

PAB- produo anual de biogs, [m3ano-1];

PDB- produo diria de biogs, [m3 dia-1], e

TD- disponibilidade anual da planta, [dias ano-1].

De acordo com o fornecedor do grupo gerador, o consumo especfico de biogs de

60 m/h, este valor representa o volume de biogs que deve ser consumido para gerar energia

atravs do conjunto motor-gerador. A propriedade funciona durante 10 horas diariamente, o

consumo anual de biogs pelo gerador pode ser dado pela eq.(2):

(2)

Em que,CAB- consumo anual de biogs, [m

3ano-1];

CEB- consumo especfico de biogs pelo motor-gerador, [m3h-1], e

TD- disponibilidade anual da planta, [h ano-1].

Considerando a quantidade de energia produzida de acordo com o consumo anual do

grupo gerador e a tarifa de energia eltrica obtm-se o benefcio que interpretado como a

reduo do valor que passado para distribuidora, e pode ser obtido pela eq.(3):

(3)


23/34

23

Na qual,

BGEE- benefcio com a gerao de energia eltrica, [R$ ano-1];

EEP- energia eltrica produzida, [kWh ano-1];

TEE- tarifa de energia eltrica, [R$ kWh-1].

Para implementar o sistema de cogerao de energia necessrio um investimento

inicial para compra e instalao dos equipamentos. A equao 4 fornece a estimativa do

investimento inicial.

(4)

Onde,II - investimento inicial, [R$];

CM - custos com materiais e equipamentos, [R$], e

MO - custos com mo de obra, [R$].

O mtodo de depreciao utilizado foi o da depreciao linear, descrito por Bauer

(2008), pelo qual a depreciao dos custos fixos ou variveis avaliada conforme mostra a

eq.(5):

(5)

Em que,

D - depreciao anual, [R$ ano-1];

Cicustos com materiais depreciveis, [R$];

Cfvalor final do ativo, [R$], e;

Vuvida til, [ano].

Os juros sobre o capital investido foram determinados em relao ao capital mdio

durante a vida til dos bens, a uma taxa de juros de 5,00% ao ano, e segundo o mtodo

descrito por Bauer (2008) dado pela equao 6 os juros pode ser obtido por:

(6)

Para a qual;

J - juros sobre capital investido, [R$ ano-1] ;


24/34

24

Vi - valor total do investimento, [R$];

Vf - valor final do ativo, [R$];

r - taxa de juros, [% ano-1].

Os custos com a manuteno dos equipamentos consideram o intervalo de manuteno

dos componentes e os valores cobrados pelos tcnicos responsveis. Portanto, o gasto anual

pode ser obtido utilizando-se a eq.(7):

(7)

Para qual,

GM - gastos com a manuteno, [R$ ano-1];

T - tempo de operao, [h ano-1];

IM - intervalo de manuteno dos componentes, [h], e

AT- assistncia tcnica, [R$].

Os custos anuais do sistema foram determinados considerando-se os custos fixos

referentes depreciao, aos juros sobre o capital investido; e os custos variveis referentes

manuteno e operao.

A partir dos custos e benefcios obtidos possvel determinar o fluxo de caixa do

projeto e realizar a anlise de viabilidade econmica por meio do Valor Presente Lquido

(VPL), da Taxa Interna de Retorno (TIR) e pelo Perodo de Retorno do Capital (Payback).

O valor presente lquido (VPL) indica o quanto um processo vivel durante sua vida

til, dado pela diferena entre o valor atual dos benefcios e dos custos. Caso o VLP seja

positivo, implica que o investimento inicial foi recuperado, e quanto maior o seu valor mais

atrativo o investimento. O projeto que apresenta a taxa interna de retorno (TIR) maior que a

taxa mnima de atratividade vivel. necessrio anular o VLP (equao 8) para obter a taxa

interna de retorno, como mostra a eq.(9):

() (8)

() (9)

Em que,


25/34

25

Bi - benefcio do projeto, em unidades monetrias, no [ano i];

Ci - custo do projeto, em unidades monetrias, no [ano i];

r - taxa de desconto, [%a.a];

i - contador de tempo, em [ano], e

n - perodo de vida til do investimento, em [ano].

O objetivo do mtodo do Perodo de Retorno do Capital obter tempo de retorno do

valor investido, para isso o somatrio do fluxo de caixa deve ser igual ao investimento inicial

(BAUER, 2008).


26/34

26

4. RESULTADOS E DISCUSSO

A Fazenda Santa Elisa possui 600 porcas reprodutoras em ciclo fechado, 300 porcas

reprodutoras em criaes de leites; e considerando os 4.100 sunos como porcos em

explorao de engorda a produo estimada de biogs de 4.075,4 mbiogs /dia.

A produo de biogs depende das condies operacionais do biodigestor. O conjunto

motor-gerador funcionar em mdia 10,0 horas dia-1 durante 360 dias, o que totaliza 3.600

horas de operao por ano. A produo de biogs de 1.271.524,8 m ano-1, no entanto,

apenas 16,9% deste volume foi considerado, pois a capacidade de consumo do conjunto

motor-gerador de apenas 216.000 m ano-1.

O investimento inicial e os custos anuais de operao foram estabelecidos de acordocom informaes fornecidas pela propriedade Granja Beira Rio.

Os materiais e equipamentos (conjunto motor-gerador) foram avaliados em R$

32.000,00. Ainda como investimento foi considerado a construo da casa de mquinas

estimada em 8%, mo de obra considerou-se 7%, e para as instalaes eltricas 10%, todos

estimados em relao ao valor do grupo gerador. A Tabela 5 apresenta os valores obtidos.

Tabela 5Valores obtidos para os investimentos.

Investimento Valor (R$)

Aquisio do grupo gerador 32.000,00

Construo do biodigestor (1) --

Construo do abrigo do grupo gerador 2.560,00

Instalaes eltricas 3.200,00

Mo de obra para implantao 2.240,00

Total 40.000,00

(1)Biodigestor foi cedido pela Brascarbo.

A avaliao dos custos do sistema foi realizada de forma anual e considerou os custos

de depreciao, os juros sobre o capital, e os custos de operao e manuteno.

A depreciao representa a desvalorizao dos bens da propriedade, que perdem valor

com o passar do tempo, os quais so denominados de bens depreciveis. Os bens depreciveis

avaliados foram: equipamentos, mquinas e edificaes. A Tabela 6 apresenta os dados

obtidos.


27/34

27

Tabela 6Depreciao dos bens depreciveis.

Equipamento/MaterialValor inicial

(R$)Valor Final (2)

(R$)Vida til

(ano)Depreciao

(R$/ano)

Abrigo do conjuntomotor-gerador

2.560,00-- 20

128,00

Instalaes eltricas 3.200,00 -- 10 320,00

Grupo gerador 32.000,00 -- 10 3.200,00

Total 37.760,00 -- 3.648,00

Fonte: Tempo de vida til de acordo com CERVI (2010).

(2)No foi considerado o valor final, pois os valores de revenda no foram obtidos.

Os juros obtidos para o capital investido esto representados na Tabela 7.

Tabela 7Juros sobre o capital de investimento.

Equipamento/MaterialValor inicial

(R$)Valor Final (3)

(R$)Taxa de juros

(%/ano)Juros

(R$/ano)

Abrigo do conjuntomotor-gerador

2.560,00-- 5,00

64,00

Instalaes eltricas 3.200,00 -- 5,00 80,00Grupo gerador 32.000,00 -- 5,00 800,00

Total 37.760,00 -- 944,00

(3)No foi considerado o valor final, pois os valores de revenda no foram obtidos.

Os custos j inclusos o valor da assistncia tcnica provenientes da manuteno do

grupo gerador esto descritos na Tabela 8.

Tabela 8Manuteno do conjunto motor-gerador.(continua)

Componente Intervalo (horas)

Custo deOperao eManuteno

(R$)

Custo anualde Operao

e Manuteno(R$)

leo lubrificante Troca de leo a cada100 horas

100,00 3120,00

Filtro de leo Troca de filtro de leo acada 400 horas

82,00 639,60

Sistema de combustvel Limpeza dos filtros acada 200 horas 25,00 390,00Limpeza da vlvula degs a cada 2.000 horas

25,00 390,00


28/34

28

Tabela 8Manuteno do conjunto motor-gerador.(concluso)

Componente Intervalo (horas)

Custo deOperao e

Manuteno(R$)

Custo anualde Operao

e Manuteno(R$)

Filtro de ar Limpeza a cada 1.000horas

-- --

Troca do filtro de ar acada 2.000 horas

-- --

Sistema de Refrigerao Troca do lquidorefrigerante, da correiadentada e do esticadorda correia a cada 1.000horas

270,00 842,40

Alternador Troca da correia e dojogo de velas a cada1.000 horas

240,00 748,80

Troca dos rolamentos acada 2.000 horas

160 249,60

Rolamento do gerador Lubrificar a cada 1.000horas

120 374,40

Total6.754,80

Fonte: Valores fornecidos pelo mecnico da Granja Beira Rio. Estimativa para tempo de troca deacordo com CERVI (2010).

(4)Valor de manuteno desconsiderado devido o material filtrante ser cedido por uma metalrgica daregio.

O custo para manuteno e operao do sistema, ao desconsiderar a mo-de-obra, por

se tratar de um sistema simples que precisa apenas da ignio e desligamento do motor, e que

pode ser realizada por um funcionrio que j trabalha na propriedade chegou a R$ 6.754,80. ATabela 9 resume o valor dos custos totais para operar o sistema.

Tabela 9Custos totais de operao do sistema de cogerao.

Itens de Custo (R$/ano)

Depreciao 3.648,00

Juros 944,00

Manuteno preventiva do grupo gerador6.754,80

Mo de obra para operao do sistema --

Total 11.346,80


29/34

29

O conjunto motor-gerador de acordo com as estimativas capaz de produzir 144.720

kWh/ano ao consumir 216.000 mano-1 de biogs.

O grupo gerador o bem adquirido de maior valor econmico, sendo assim, a sua vida

til que corresponde 10 anos foi utilizada para elaborar o fluxo de caixa do projeto, com

taxa de desconto de 5,00% ao ano.

Com a operao de 10 horas por dia, os benefcios anuais obtidos foram de R$

13.314,24 e custos anuais de R$ 10.402,802, e fluxo de caixa de R$786,96 do primeiro ao

dcimo ano. A data zero corresponde ao valor do investimento inicial de R$ 40.000,00. De

acordo com estes dados, os indicadores de viabilidade econmica apresentam resultados

economicamente inviveis (Tabela 11), e, portanto, nas condies adotadas o sistema de

cogerao no dever ser implantado.Neste contexto, foram simulados diversos cenrios para produo de energia eltrica.

4.1. CENRIO 1 - MODIFICAO DO TEMPO DE OPERAO

O tempo de operao est estritamente relacionado com o custo de manuteno do

grupo gerador e com a produo de energia eltrica. Foi escolhido o tempo de operao de

10,11, 12, 13 e 14 horas para a simulao (Tabela 10).

Tabela 10 - Valor do custo de manuteno do grupo gerador em relao ao tempo de operao.

Tempo de operao do gerador (h/dia) Custo com manuteno (R$/ano)

10 6754,80

11 7430,28

12 8105,76

13 8781,24

14 9456,72

Os resultados mostraram que o investimento vivel economicamente, quando o

perodo de utilizao da planta for de 14 horas por dia, quando a produo atinge 202.608,00

2

Nos custos para o fluxo de caixa no considerado os juros sobre o capital, pois o fluxo de caixa j descontado por uma taxa de desconto.


30/34

30

kWh/ano com valor de VLP de R$ 2.741,47, TIR de 6,39% e PRC de 7,23 anos. Os

resultados obtidos com simulao esto na Tabela 11.

Tabela 11Simulao da produo de energia com variao do tempo de operao.

Produo deEnergia (kWh/ano)

Tempo deoperao(h/dia)

Benefcio(R$/ano)

Custo(R$/ano)

VPL (R$)TIR

(% a.a)PRC(ano)

144.720,00 10 13.314,24 10.402,80 -17518,63 -5,39%--

159.192,0011 14.645,66 11.078,28 -12453,61 -2,03%

--

173.664,00 12 15.977,09 11.753,76 -7.388,58 1,00% 10,47

188.136,00 13 17.308,51 12.429,24 -2.323,55 3,79% 10,20

202.608,00 14 18.639,94 13.104,72 2.741,47 6,39% 7,23

Os benefcios totais para 14 horas por dia de operao foram estimados em R$

18.639,94 ao ano, e os custos totais foram de R$ 13.104,72 a cada ano.A Fazenda Santa Elisa, propriedade de estudo, consome em mdia 32.500 kWh/ms, e

ao produzir energia, o produtor interromperia a transferncia de renda para a concessionria

de energia. A propriedade est classificada com tarifa rural (B2), e o preo estabelecido pela

Companhia de Fora e Luz (CPFL) de 0,092 R$/kWh.

Assim, a propriedade consome anualmente 390.000 kWh de energia que corresponde

ao valor de R$ 35.880,00 por ano. A utilizao do biogs como fonte de energia ao considerar

o cenrio adequado (To= 14 h/dia) reduziria em 52,0% o valor da tarifa anual a ser paga pelapropriedade.

Sabe-se, que esta reduo no valor da tarifa pode ser ainda mais significativa, pois o

potencial de produo de biogs da propriedade muito maior que o volume que apenas um

conjunto motor-gerador consegue consumir.

4.2. CENRIO 2DOIS CONJUNTOS DE MOTOR-GERADOR

Foi simulada a instalao de dois motores-geradores com as mesmas caractersticas de

desempenho e manuteno (Tabela 12).


31/34

31

Tabela 12 - Simulao da produo de energia para diferentes tempo de operao ao utilizar 2motores-geradores.

Produo de

Energia(kWh/ano)

Tempo

deoperao(h/dia)

Benefcio(R$/ano) Custo(R$/ano) VPL (R$) TIR(% a.a) PRC(ano)

289.440,00 10 26.628,48 20.805,60 -35.037,26 -5,39% 13,74318.384,00 11 29.291,33 22.156,56 -24.907,21 -2,03% 11,21347.328,00 12 31.954,18 23.507,52 -14.777,16 1,00% 10,47376.272,00 13 34.617,02 24.858,48 -4.647,11 3,79% 10,20405.216,00 14 37.279,87 26.209,44 5.482,94 6,39% 7,23

Os dados mostram que o investimento vivel economicamente, quando o perodo de

utilizao da planta for de 14 horas por dia, quando a produo atinge 405.216,00 kWh/anocom valor de VLP de R$ 5.482,94, TIR de 6,39% e PRC de 7,23 anos. Nestas condies, a

propriedade tornar-se-ia autossuficiente em energia com lucro anual de R$ 11.070,43.

A Companhia de Fora e Luz (CPFL), responsvel na transmisso de energia para a

propriedade, estabelece o preo de 0,092 R$/kWh. A propriedade consome anualmente

390.000 kWh de energia que corresponde ao valor de R$ 35.880,00 por ano. De acordo com

SOUZA et al. (2004), um dos parmetros importantes para o sucesso do investimento a

tarifa de energia paga pelo produtor .

4.3. CENRIO 3MODIFICAO DA TARIFA DE ENERGIA

Os resultados da simulao da tarifa cobrada por uma distribuidora hipottica (H)

contra a tarifa cobrada pela Companhia de Fora e Luz (CPFL), sendo a tarifa da H de 0,192

R$/kWh e da CPFL de 0,092 R$/kWh esto na Tabela 13.

Tabela 13Viabilidade econmica para diferentes tarifas.

DistribuidoraQuantidade

de grupogerador

Tempode

operao(h/dia)

Benefcio(R$/ano)

Custo(R$/ano)

VPL (R$)TIR

(% a.a)PRC(ano)

CPFL 110 13.314,24 10.402,80 -17.518,63 -5,39% --14 18.639,94 13.104,72 2741,47 6,39% 7,23

H 110 27.786,24 10.402,80 94.230,32 42,17% 2,3014 77.801,47 26.209,44 318.380,00 64,03% 1,55

Portanto, quanto maior o tempo de operao e do valor da tarifa de energia, maisatraente o investimento.


32/34

32

5. CONCLUSO

A utilizao do biogs no deve ser tratada apenas como um interesse econmico, ao

utiliz-lo como fonte de energia eltrica nos motores de combusto, ou ainda, apenas queim-lo evita a emisso de gs metano para a atmosfera que possui maior potencial de poluio

comparado ao dixido de carbono.

A Fazenda Santa Elisa possui um elevado potencial de produo de biogs, aproveitar

este recurso para produzir energia pode reduzir a tarifa cobrada pela distribuidora e ainda

contribuir com a conservao do meio ambiente.

As simulaes mostraram que ao considerar 14 horas de operao diria, quando o

sistema de cogerao for constitudo por 2 conjuntos de motores geradores a propriedadetornara-se autossuficiente em energia e o investimento vivel, no entanto, o investimento em

apenas 1 conjunto de motor gerador para as mesmas 14 horas de operao no invalidado,

de modo que reduzir em 52% o valor da tarifa anual de energia paga pela propriedade, e

mostraram tambm que o investimento torna-se mais interessante quanto maior for o valor da

tarifa.


33/34

33

REFERNCIAS

ANGONESE, A.; CAMPOS, A. T.; ZACARKIM, C. E. Eficincia energtica de sistema de

produo de sunos com tratamento dos resduos em biodigestor. Revista Brasileira deEngenharia Agrcola e Ambiental,Campina Grande, v.10, n.3, p.745-750, jul./set. 2006.

ASSOCIAO DOS SUINOCULTORES DE MINAS GERAISASEMG. Suinoculturaem Minas Gerais 2010. Disponvel em:. Acessado em 12 de Maio de 2014.

BALANO ENERGTICO NACIONALBEN. Balano energtico 2013. Disponvel em:

.Acesso em 5 de Maio de 2014.

BAUER, U. R. Matmatica Financeira Fundamental. So Paulo: Atlas, 2008.

BRASIL. Ministrio de Minas e Energia - MME. Secretaria de Planejamento eDesenvolvimento Energtico. Plano Nacional de Energia. Braslia, DF, 2007.

CEMIG. Companhia Energtica de Minas Gerais. Alternativas Energticas: uma visoCemig. Belo Horizonte, 2012.

CERPCH. Centro Nacional de Referncia em Pequenas Centrais Hidreltricas. EPE:Consumo de energia vai crescer 4,3% ao ano. 2014. Disponvel em:http://www.cerpch.unifei.edu.br/noticias/epe-consumo-de-energia-vai-crescer-4-3-ao-ano.html. Acessado em: 20 Jan. 2014.

CERVI, R.G; ESPERACINI, M.S.T; BUENO, O.C. Viabilidade econmica da utilizao dobiogs produzido em granja suncola para gerao de energia eltrica.Eng. Agrc.,Jaboticabal, v.30, n.5, p.831-844, set./out. 2010.

CETESBSECRETARIA DO MEIO AMBIENTE DE SO PAULO. Biogs. Disponvelem: .Acesso em 10 Janeiro de 2014.

COLDEBELLA, A.Viabilidade do uso do biogs da bovinocultura e suinocultura paragerao de energia eltrica e irrigao em propriedades rurais. Paran, 2006. Dissertao

(Mestrado em Engenharia Agrcola)Centro de Cincias exatas e Tecnologia, UniversidadeEstadual do Oeste do Paran.
http://www.asemg.com.br/site/wp-content/uploads/2011/11/SUINOCULTURA-MINEIRA-2010-UFMG-IMA-ASEMG-Resumo-novembro2011.pdfhttp://www.asemg.com.br/site/wp-content/uploads/2011/11/SUINOCULTURA-MINEIRA-2010-UFMG-IMA-ASEMG-Resumo-novembro2011.pdfhttp://www.mme.gov.br/mme/galerias/arquivos/publicacoes/BEN/2_-_BEN_-_Ano_Base/1_-_BEN_Portugues_-_Inglxs_-_Completo.pdfhttp://www.mme.gov.br/mme/galerias/arquivos/publicacoes/BEN/2_-_BEN_-_Ano_Base/1_-_BEN_Portugues_-_Inglxs_-_Completo.pdfhttp://www.mme.gov.br/mme/galerias/arquivos/publicacoes/BEN/2_-_BEN_-_Ano_Base/1_-_BEN_Portugues_-_Inglxs_-_Completo.pdfhttp://www.mme.gov.br/mme/galerias/arquivos/publicacoes/BEN/2_-_BEN_-_Ano_Base/1_-_BEN_Portugues_-_Inglxs_-_Completo.pdfhttp://www.asemg.com.br/site/wp-content/uploads/2011/11/SUINOCULTURA-MINEIRA-2010-UFMG-IMA-ASEMG-Resumo-novembro2011.pdfhttp://www.asemg.com.br/site/wp-content/uploads/2011/11/SUINOCULTURA-MINEIRA-2010-UFMG-IMA-ASEMG-Resumo-novembro2011.pdf


34/34

34

ICLEI -Governos Locais pela Sustentabilidade, Secretariado para Amrica Latina e Caribe.Manual para aproveitamento do biogs: aterros sanitrios. So Paulo, 2009.

IPECInstituto de Permacultura e Ecovilas do Cerrado. O hectare. Gois, 2008.

INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATSCA - IBGE. CensoAgropecurio. Disponvel em:.

Acessado em 20 de Maro de 2014.

MINISTRIO DA AGRICULTURA, PECURIA E ABASTECIMENTOMAPA.Secretaria de Poltica Agrcola - Plano agrcola e pecurio 2013/2014. 2013.

NEVES, V.L.T. Construo de biodigestor para produo de biogs a partir dafermentao de esterco bovino. Tese (Graduao em Tecnologia em Bicombustveis)Faculdade de Tecnologia, Centro Estadual de Educao Tecnolgica Paula Souza, Araatuba,2010.

OLIVER, A.P.M. Manual de tratamento em biodigesto. Brasil: USAIDAgncia dosEstados Unidos para o Desenvolvimento Internacional, 2008.

SANTOS, P. Guia tcnico de biogs. Portugal: Centro para a Conservao de Energia, 2000.

SOUZA, S.N.M.; PEREIRA, W.C.; NOGUEIRA, C.E.C.; PAVAN, A.A.; SORDI, A. Custoda eletricidade gerada em conjunto motor-gerador utilizando biogs da suinocultura.Acta Scientiarum Technology, Maring, v.26, p.127-133, 2004.

Documents

Marcelo Flores