RESUMO
Determinou-se o balanço e rendimento energéticos de uma indústria madeireira integrada. Utilizou-se uma série mensal média de dados (janeiro/1998 a julho/1999). Conclui-se que a cogeração de energia é um processo viável. O maior consumidor de energia elétrica e térmica foi a serraria, seguido dos painéis para a térmica e da laminadora para a elétrica. O consumo por produto foi maior na lâmina, madeira serrada e painéis para energia elétrica, e madeira serrada, lâmina e painéis para a térmica. O consumo energético por produto foi inversamente proporcional à disponibilização de resíduos para a energia. Todos os setores foram autosuficientes energeticamente.
Palavras-chaves:
Cogeração; energia; resíduos
ABSTRACT
This work determined the energy balance and yield of the energy from a wood industry. The study was carried out by examining a monthly historical series of data (january 1998/july 1999). The results indicate that the coogeneration of energy is a possible process. The major consumer of thermal and power was the sawmill. The comsumption of power by each product was greater in the veneer, the saw wood and boards, while the saw wood, veneer and boards consumed more thermal energy. The energetical consumption by product was inversely proportional to the disponibility of waste to generate energy. All these sectors were energetically self-sufficient.
Key words
energy; waste wood; coogeneration
INTRODUÇÃO
O setor elétrico do Brasil enfrenta dificuldades significativas. O consumo de eletricidade cresceu 56% de 1983 para 1998. Para o futuro a Eletrobrás prevê altos riscos de déficit. O sistema de geração brasileiro apresenta altas características sazonais devido a origem de sua hidroeletricidade, sendo que no período de secas o risco de interrupção de energia é ainda maior. Com base nesta informação, o governo brasileiro está desenvolvendo políticas para o incentivo à instalação de termo-elétricas, cuja fonte energética pode ser a biomassa (Coelho et al, 2002COELHO, S.T; VARKULYA, Jr. A.; PALETTA, C.E.M.; GUARDABASSI, P.; MARTINS, O.S. Geração de energia da madeira de reflores-tamento. Revista da Madeira. Curitiba, Ano 11, nº65, p. 24-26, 2002.).
Considerando-se somente a biomassa oriunda da madeira, tanto de florestas energéticas como dos resíduos da transformação industrial, com certeza o suprimento desta fonte energética seria suficiente para garantir o fornecimento de energia sem problemas de sazonalidade.
Esta afirmação pode ser feita pois, levando-se em conta somente as florestas plantadas de Pinus, o consumo nacional de madeira roliça na indústria, em 2001, foi em torno de 94 milhões de m3 (Caron Neto, 2001CARON NETO, M. Pinus conquista espaço na região sul. Revista da Madeira. Curitiba, Ano 10, nº58, p 24-28, 2001.). Aliado a isso, na indústria de transformação da madeira, quase metade da matériaprima torna-se resíduo na forma de casca, aparas, costaneiras, refilos, destopos, cavacos ou uma mistura destes. Este resíduo ou é utilizado para a geração de energia térmica na própria indústria ou fica armazenado sem nenhuma destinação, causando poluição ambiental e ocupando um espaço físico que poderia ter melhor aproveitamento.
Outro aspecto que deve ser considerado na utilização da biomassa para a geração de energia é seu caráter estratégico, pois em um país em desenvolvimento como o Brasil, nenhuma fonte de energia deve ser esquecida ou subvalorizada, especialmente as de caráter renovável como é o caso da madeira (Souza, 1997SOUZA, MR. Tecnologias para usos alternativos de resíduos florestais: experiência do laboratório de produtos florestais - IBAMA na área de utilização de resíduos florestais e agrícolas. In: WORKSHOP SUL-AMERICANO SOBRE USOS ALTERNATIVOS DE RESÍDUOS DE ORIGEM FLORESTAL E URBANA. Anais. Curitiba, 1997. p. 49-70.). Além disso, nos últimos anos, tem sido chamada a atenção para o uso deste tipo de fonte energética como favorável ambientalmente, pois poluí menos que os combustíveis fósseis. Sendo que, esta mudança de visão tem promovido a criação de políticas setoriais para o incentivo do desenvolvimento de tecnologias mais eficientes para a conversão da biomassa em energia térmica e elétrica (FAO, 1999FAO. Contribution of woodfuels to energy sector. State of the world’s forests. Editoral Group FAO Information Division. Rome: FAO, 1999. p 37-40.).
Assim, a geração simultânea de energia térmica e elétrica com a utilização de resíduos da indústria da madeira pode se constituir em uma alternativa, tanto para a minimização da crise energética que o Brasil vem atravessando como para solucionar o problema de disponibilização e falta de uso dos resíduos.
Porém, para que esta alternativa torne-se viável é necessária a realização prévia de estudos regionais, abrangendo a determinação da demanda de energia de fontes renováveis; da disponibilidade destes resíduos para fins energéticos; do estabelecimento de especificações para os resíduos (qualificação dos resíduos); do local de produção do resíduo e onde este será utilizado para energia; das legislações vigentes sobre o assunto; dos métodos e equipamentos disponíveis para a transformação do resíduo em energia; e outros fatores como incentivos governamentais para a atividade, interesse da comunidade empresarial, levantamento dos custos da utilização ou não utilização dos resíduos.
Neste sentido, este trabalho objetivou a determinação do balanço e rendimento energéticos de uma indústria integrada, através da caracterização do sistema de cogeração energética da indústria; determinação da contribuição de cada setor e produto acabado para a geração e consumo de energia elétrica e térmica e da determinação da eficiência energética de cada setor e produto.
MATERIAL E MÉTODOS
O trabalho foi desenvolvido na Empresa Battistella Indústria e Comércio Ltda, situada à margem direita da rodovia BR 280, Km 133, aproximadamente 10 km da cidade de Rio Negrinho, Santa Catarina.
A indústria é composta por uma laminadora e uma serraria que são responsáveis pelo fornecimento de matéria-prima para o setor que produz painéis laminados e sarrafeados ou para a venda de lâminas e madeira serrada brutas. Tendo ainda um setor que gera energia térmica e elétrica que supre a indústria.
A indústria utiliza somente madeira de florestas plantadas, restringindo-se à madeira das espécies Pinus taeda L. e Pinus elliottii var. elliottii Engelm.
Coleta de dados
Análise da indústria
Foram inicialmente realizadas visitas à empresa, onde o processo produtivo de cada setor foi descrito a analisado, para posterior formulação e aplicação de questionários. Estes tiveram o objetivo de verificar a existência e nível de confiança que poderiam ser atribuídos aos dados produtivos da empresa.
A partir das informações obtidas nos questionários determinou-se que a indústria seria dividida em quatro setores para facilitar o estudo do rendimento energético. O setor um é composto da laminadora, o dois da serraria, o três da manufatura de painéis e o quatro da geração de energia.
Foi elaborada uma série histórica média mensal (janeiro de 1998 a julho de 1999), e os dados constituíram-se em tabelas de consumo e entrada de matéria-prima em todos os setores da indústria; compra de matéria-prima; produção; estoques e vendas. Estes dados foram distribuídos em planilhas e utilizados nas equações elaboradas para o estudo.
Determinação do balanço e rendimento energético do processo produtivo
Foram utilizados os princípios do balanço energético, que é o resultado da diferença entre a quantidade de material que entra na caldeira e a quantidade de energia gerada por ela e o conceito básico de rendimento que é a relação percentual entre a quantidade que produto saído de um processo de manufatura e a quantidade de matériaprima que entrou neste processo.
Na determinação do balanço energético foram incluídos a distribuição da energia em cada setor da indústria, o consumo energético para a produção de cada tipo de produto e sua contribuição para a geração de energia.
Portanto, a análise do rendimento energético consistiu em relacionar as quantidades de resíduos gerados na laminadora, serraria e manufatura que entram na caldeira e os valores de energia térmica e elétrica gerados. Através desta análise foi possível a determinação da oferta interna de energia, o consumo total de energia e o consumo final por fonte, além da contribuição de cada fonte para a geração de energia, fechando um ciclo. Porém, o balanço energético limitou-se à energia térmica e elétrica, sendo a entrada considerada como o consumo de biomassa pela caldeira e as saídas como vapor e energia elétrica produzidos.
A tabela 1 mostra o consumo de energia nos setores, obtido a partir de dados já existentes na indústria.
Determinação do balanço e rendimento energéticos
Com base nas planilhas foi possível estabelecer relações para a obtenção do consumo de matériaprima e volume de resíduos gerados para a manufatura de cada m3 de produto acabado; o consumo de energia térmica e elétrica por setor e por produto; e o potencial de geração de energia térmica e elétrica a partir dos resíduos:
Consumo de energia térmica e elétrica em cada setor da indústria.
Table 1
Comsumption of the thermal energy and power in the industry.
Consumo de matéria-prima → m3 de matériaprima para a produção de 1 m3 de produto = 100 / rendimento geral do setorI
Resíduos gerados por m3 de produto (m3 / m3) Þm3 de resíduos / m3 de produto = volume de matéria-prima para cada 1 m3 de produto - 1 m3 de produto
Consumo de energia térmica (ET) (tvapor/ mês) ou elétrica (EE) (kWmês) por setorI Ii→ Consumo de ET ou EE = (consumo geral de ET ou EE da indústria x Fator de consumo de ET ou EE do setor) / 100
Consumo de ET (tvapor / m3) ou EE por produto (kWh / m3) Þ Consumo de ET ou EE por m3 de produto = consumo de ET ou EE no setor / volume de produto
Potencial de geração de ET (t vapor) ou EE (kW) a partir dos resíduos I IIi→ Potencial de geração de vapor ou eletricidade a partir do setor (tvaporh ou kWh / m3 de resíduo) = (m3de resíduo / m3 produto) / (m3 biomassa / tvapor ou kWh)
O tempo de trabalho diário e mensal da empresa foi considerado para o cálculo do consumo energético horário e potencial produtivo energético horário da empresa.
Elaboração do Fluxograma do Balanço Energético
Este fluxograma foi construído através da avaliação da contribuição da matéria-prima e da energia para a manufatura dos produto; o volume de resíduos gerados e a potencialidade de geração de energia a partir deste resíduo (Figura 1).
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O rendimento geral da laminadora foi de 40,71%; da serraria de 38,62% e da manufatura de painéis de 63,16%.
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A quantidade de vapor consumido pela indústria (CETG) é diferente da quantidade gerada na caldeira, porque o vapor é gerado em função do turbo-gerador, para a produção de energia elétrica e não do processo produtivo. Foi considerado que 80% do vapor é utilizado na indústria, o restante é condensado e volta para a caldeira.
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m3 de biomassa/kWh ou tvapor = biomassa que entra na caldeira/produção de EE ou ET (RCC/PEE) ou (RCC/PET)
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Caracterização do setor de geração de energia
A caldeira é alimentada com uma mistura de resíduos picados oriundos da laminadora e serraria (armazenados ao ar) e manufatura que são destinados diretamente para a queima.
O turbo gerador funciona a partir da passagem de todo vapor produzido na caldeira para a geração de energia elétrica. Após a passagem do vapor pela turbina, o mesmo é destinado para o setor produtivo. A indústria é auto-suficiente, tanto em termos de energia térmica como elétrica. Porém, existe um contrato de demanda suplementar de reserva com a concessionária pública, no qual a energia elétrica desta somente é utilizada quando ocorrem problemas com a caldeira, atendendo neste caso somente 60% das necessidades energéticas da indústria.
Além do processo produtivo, o refeitório, a administração e a creche utilizam a energia elétrica gerada no turbo gerador.
Esquema de construção do fluxograma do consumo energético e de matéria-prima e fornecimento potencial de energia de 1 m) de produto.
Figure 1.
Construction of the ílowchart of the energy balance.
Equipamentos e atividades componentes do setor de geração de energia.
Table 2
Equipment and activities of the energy generation department.
A constituição do setor de geração de energia está apresentada na tabela 2.
A cogeração apresenta uma vantagem competitiva, unia vez que as quantidades de resíduos gerados na indústria de transformação da madeira, principalmente serrarias, são suficientes para a geração de vapor e energia elétrica para suprir as demandas do processo produtivo.
O modelo integrado de indústria e a cogeração possibilitam a distribuição da energia necessária gerada, de forma que os setores superavitários supram as necessidades dos setores deficitários, tornado a indústria auto-suficiente. Neste sentido, o estudo da viabilização deste tipo de indústria é muito importante para o desenvolvimento da indústria de base florestal.
Determinação do rendimento energético de cada setor e produto acabado
A tabela 3 apresenta o consumo de matériaprima na indústria, sendo este o ponto de partida para a análise do balanço energético de cada setor considerado.
O produto que consumiu maior quantidade de matéria-prima foi a madeira serrada, sendo este fato explicado pelo baixo rendimento apresentado pela serraria, que foi cm torno de 38%.
Consequentemente, o menor consumo de matéria-prima foi o da manufatura de painéis, pois neste setor a matéria-prima tem dimensõ.es mais próximas do produto final, resultando em menores perdas.
O consumo de energia térmica e elétrica por setor está representado na tabela 4 e o consumo por produto acabado na tabela 5.
O setor com maior consumo. tanto de energia térmica como elétrica, foi a serraria. Um dos motivos do maior consumo é o fato dos secadores de madeira funcionarem 24 horas por dia. durante todos os dias do mês. enquanto que os outros setores tem turnos de funcionamento que não ultrapassam 18 horas diárias, somente nos dias úteis do mês. O segundo consumidor de energia térmica foi a manufatura de painéis devido ao maior número de equipamentos que consumem vapor (prensas e coladeiras) e em energia elétrica o segundo foi a laminadora.
O cálculo do consumo de energia por produto foi feito em função do volume de produção da indústria, e apesar da serraria ter tido o maior volume de produção, ainda foi o produto com maior consumo de energia térmica e o segundo em energia elétrica. A lâmina seca classificada foi o produto com menor volume de produção mensal e o maior consumidor de energia elétrica e o segundo em energia térmica. Os painéis manufaturados foram os produtos que menos consumiram energia para fabricação.
Consumo de matéria-prima para cada tipo de produto acabado.
Table 3.
Comsumption of the raw material in the industry.
Consumo médio de energia térmica e elétrica por setor da indústria.
Table 4
Comsumption of the thermal energy and power each department.
Consumo médio de energia para cada m3 de produto acabado.
Table 5
Comsumption of the energy for each meter of the manufactured product.
Potencial gerador de energia a partir dos resíduos.
Table 6
Potential to produce energy through wood waste.
Kock (1976)KOCK, P. Material balances and energy required for manufacture of ten wood commodities.. Energy and the wood products industry. Georgia: Forest Products Research Society 1976. 173p. também avaliou o consumo de indústrias de base florestal e segundo o autor, para a manufatura de uma tonelada seca de madeira serrada, com rendimento de 35%, são gastos 131,62 kWh e 1,02 t de vapor. Fazendo-se as devidas conversões para a padronização das unidade, pode-se dizer que na indústria estudada seriam gastos 247 kWh e 3,17 t de vapor, sendo este valores bem superiores aos dados de literatura.
Considerando que os rendimentos nos dois trabalhos comparados foram muito próximos, o motivo da diferença no consumo energético provavelmente está na eficiência dos equipamentos utilizados na produção. Assim, os equipamentos da indústria estudada por Koch (1976) foram mais eficientes que os da indústria em questão, apesar do estudo ter sido realizado 24 anos antes deste.
Para a manufatura de uma tonelada seca de compensados, o autor considera que são consumidos 22,80 kWh de energia elétrica e 1,54 t de vapor, sendo que neste estudo o consumo também foi maior, sendo que esta diferença deve ser devida ao mesmo motivo apresentado para a madeira serrada.
Ekono (1980)EKONO. Power and heat plants. Finlândia: FAO, 1980. apresenta valores inversos aos mostrados por Kock (1976)KOCK, P. Material balances and energy required for manufacture of ten wood commodities.. Energy and the wood products industry. Georgia: Forest Products Research Society 1976. 173p., afirmando que o consumo de energia elétrica é maior para a manufatura de compensados que para a manufatura de madeira serrada, sendo de 120 kWh/m3 e 40 kWh/ m3, respectivamente para estes dois produtos. A indústria analisada apresentou a tendência inversa a apresentada por este autor.
O potencial de geração de energia dos resíduos pode ser vista na tabela 6.
O setor com maior potencial gerador de energia foi a serraria (maior volume de resíduos produzido), seguido da manufatura de painéis para energia térmica (resíduo seco) e da laminadora para energia elétrica.
Os dados foram compilados nos fluxogramas das figuras 2, 3 e 4.
A laminadora, serraria e manufatura de painéis foram auto-suficientes energeticamente, ou seja, geraram mais energia que consumiram. Sendo que, as laminadoras, quando não fazem parte de uma indústria integrada consomem mais energia do que tem capacidade de gerar.
Consumo energético e de matéria-prima e fornecimento potencial de energia de I m' de lâmina seca classificada.
Figure 2.
Comsumption of the enegy and raw material and provide of the energy through I m1 of the vencer.
Consumo energético e de matéria-prima e fornecimento potencial de energia de m1 de madeira seca classificada.
Figure 3.
Comsumption of the enegy and raw material and provide of the energy through 1 m1 of the lumber.
Consumo energético e de matéria-prima e fornecimento potencial de energia de I m' de painel manufaturado.
Figure 4.
Comsumption of the enegy and raw material and provide of the energy through I m' of the paneis.
CONCLUSÕES
a) A cogeração de energia é um processo viável na indústria de base florestal, garantindo à indústria auto-suficiência energética.
b) O maior consumidor de energia elétrica e térmica foi a serraria, para a térmica, o segundo foi a manufatura de painéis, e para a elétrica foi a laminadora.
c) O produto que consumiu mais energia elétrica foi a lâmina, seguida da madeira sc1i-ada e dos painéis. Para a térmica, o maior consumidor foi a madeira serrada, seguida da lâmina e dos painéis. O consumo energético por produto foi inversamente proporcional à disponibilização de resíduos para energia.
d) O setor com maior potencial de contribuição para a geração de energia foi a serraria, seguido da laminadora e da manufatura de painéis, sendo que este último setor foi também o menor consumidor de energia térmica e elétrica.
e) Todos os setores foram auto-suficientes tanto em energia térmica como elétrica.
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I
O rendimento geral da laminadora foi de 40,71%; da serraria de 38,62% e da manufatura de painéis de 63,16%.
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II
- A quantidade de vapor consumido pela indústria (CETG) é diferente da quantidade gerada na caldeira, porque o vapor é gerado em função do turbo-gerador, para a produção de energia elétrica e não do processo produtivo. Foi considerado que 80% do vapor é utilizado na indústria, o restante é condensado e volta para a caldeira.
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III
-m3 de biomassa/kWh ou tvapor = biomassa que entra na caldeira/produção de EE ou ET (RCC/PEE) ou (RCC/PET)
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
- CARON NETO, M. Pinus conquista espaço na região sul. Revista da Madeira Curitiba, Ano 10, nº58, p 24-28, 2001.
- COELHO, S.T; VARKULYA, Jr. A.; PALETTA, C.E.M.; GUARDABASSI, P.; MARTINS, O.S. Geração de energia da madeira de reflores-tamento. Revista da Madeira. Curitiba, Ano 11, nº65, p. 24-26, 2002.
- EKONO. Power and heat plants. Finlândia: FAO, 1980.
- FAO. Contribution of woodfuels to energy sector. State of the world’s forests. Editoral Group FAO Information Division. Rome: FAO, 1999. p 37-40.
- KOCK, P. Material balances and energy required for manufacture of ten wood commodities.. Energy and the wood products industry. Georgia: Forest Products Research Society 1976. 173p.
- SOUZA, MR. Tecnologias para usos alternativos de resíduos florestais: experiência do laboratório de produtos florestais - IBAMA na área de utilização de resíduos florestais e agrícolas. In: WORKSHOP SUL-AMERICANO SOBRE USOS ALTERNATIVOS DE RESÍDUOS DE ORIGEM FLORESTAL E URBANA. Anais Curitiba, 1997. p. 49-70.
Datas de Publicação
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Publicação nesta coleção
30 Out 2023 -
Data do Fascículo
Jan-Dec 2002
