(tcc George Guida)a Importância Do Bagaço Da Cana De Açúcar Para A Geração De...

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Faculdade Rio Sono Credenciada pelo Decreto Governamental nº 2.365 de 04/03/2005 Rua 04, nº 350 - Centro - CEP 77710-000 - Pedro Afonso – TO. Tel.: (63) 2112 0110 / (63) 3466 2432 / (63) 8447 2002 George Guida de Souza A importância do Bagaço da Cana de Açúcar para a Geração de Energia da Unidade de Pedro Afonso Açúcar e Bioenergia. Pedro Afonso – TO 2015 Faculdade Rio Sono Credenciada pelo Decreto Governamental nº 2.365 de 04/03/2005 Rua 04, nº 350 - Centro - CEP 77710-000 - Pedro Afonso – TO. Tel.: (63) 2112 0110 / (63) 3466 2432 / (63) 8447 2002 George Guida de Souza A importância do Bagaço da Cana de Açúcar para a Geração de Energia da Unidade de Pedro Afonso Açúcar e Bioenergia. Trabalho de conclusão de curso apresentado à Banca Examinadora da Faculdade Rio Sono – RISO, como requisito parcial para a obtenção de grau de Bacharel em Tecnologia em Agroindústria, sob a orientação da Professora Adm. Esp. Laenna Silva Noia Ribeiro. Pedro Afonso – TO 2015 George Guida de Souza A importância do Bagaço da Cana de Açúcar para a Geração de Energia da Unidade de Pedro Afonso Açúcar e Bioenergia. Trabalho de conclusão de curso apresentado à Banca Examinadora da Faculdade Rio Sono – RISO, como requisito parcial para a obtenção de grau de Bacharel em Tecnologia em Agroindústria, sob a orientação da Professora Adm. Esp. Laenna Silva Noia Ribeiro. Banca Examinadora ___________________________________________ Adm. Esp. Laenna Silva Noia Ribeiro. Orientadora – RISO ___________________________________________ Prof.ª Adm. Esp. Ana Maria Pereira de Souza Examinador – RISO ___________________________________________ Prof. Adm. Esp. Luciane de Jesus Martins Examinador – RISO Data da aprovação: _____/_____/_____ Pedro Afonso – TO 2015 DEDICATÓRIA Dedico este trabalho primeiramente a Deus pelo o seu amor para comigo e a oportunidade de vida até o presente momento. E principalmente a minha noiva Esdras Oliveira da S. Mota minha fonte de inspiração que sempre me apoiou em todos os momentos que eu sempre precisei. À minha família pelo carinho e pelo apoio aos meus estudos. AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus por ter me concedido forças e me guiado até o presente momento para que eu possa seguir em frente e conquista os objetivos que ele tem preparado em minha vida. Agradeço a minha noiva Esdras Oliveira da S. Mota pelo o incentivo e a inspiração, e aos meus pais por sempre acreditar em meus objetivos e pela confiança. A Diretora Adm. Laenna Silva Noia Ribeiro, minha orientadora, pela a sua dedicação na orientação do meu trabalho, e o incentivo nos mementos em que sempre precisei. Aos amigos que no decorrer do curso, sempre me apoiaram e pela força que sempre me deram. EPÍGRAFE “Ainda que eu falasse as línguas dos homens e dos anjos, e não tivesse caridade, seria como o metal que soa ou como o sino que tine”. (I Coríntios. Cap.13 vers.1) RESUMO Em ralação as consequências ambientais, as empresas vêm se adequando cada vez mais em sustentabilidade. Pois se desperta olhares de todo o planeta onde o crescente consumo da população versus o fornecimento de alimentos e a “geração de energia”, seja uma fonte proveniente e renovável ao meio ambiente. Diante das grandes concentrações de usinas de cana-de-açúcar no Brasil e a sua biomassa proveniente que essas agroindústrias oferecem para a geração de energia, faz com o que as usinas priorizem não só a sua produção, mas principalmente a grande importância ao aspecto à sustentabilidade. A unidade de Pedro Afonso Açúcar e Bioenergia, como todas as empresas também prioriza a importância da sustentabilidade. A unidade de Pedro Afonso visa o aproveitamento do “bagaço da cana” como um produto indispensável para a sua produção, pois o consumo através da queima do bagaço em caldeiras de alta pressão é gerar vapor, onde sustenta a funcionalidade da planta para a fabricação do Álcool, e a superprodução de energia. A unidade de Pedro Afonso Açúcar e Bioenergia produzem em media ao dia 720 MWH de energia, e além de consumir o que antes sobrava, o estoque de bagaço da unidade precisa se utilizado junto a outros resíduos provenientes a combustão, assim possibilitando o aumento e a geração de energia da unidade. O presente trabalho tem o papel principal de mostrar a importância dos aspectos ambientais que estão envolvidos junto a Cogeração de energia, e apresentando notadamente as vantagens obtidas e a minimização aos impactos que são causados pelos os resíduos gerados da cana de açúcar no meio ambiente. A cogeração de energia por meio de sua queima é mostrar a importância da comercialização do excedente de uma energia limpa e renovável. Palavras-chave: Sustentabilidade, Cana-de-açúcar, Cogeração. ABSTRACT In grating the environmental consequences, companies are increasingly being adapted in sustainability. For awakens looks around the planet where the growing consumption of the population versus the food supply and the "power generation", is a source from the environment and renewable. Given the large concentrations of cane sugar mills in Brazil and its biomass from these agro-industries offer for power generation, makes the mills prioritize not only their production, but mostly great importance to the aspect sustainability. The unit of Pedro Afonso Sugar and Bioenergy, like all businesses also emphasizes the importance of sustainability. The Pedro Afonso unit aimed at taking advantage of the "bagasse" as an indispensable product for its production, and its use by burning bagasse in highpressure boilers generate steam is where the plant maintains functionality for manufacturing alcohol, and the overproduction of energy. The unit of Pedro Afonso Sugar and Bioenergy produce on average 720 daily energy MWH, and besides consume what was left before the stock unit bagasse need if used together with other waste from the combustion, thus allowing for the increase and the unit of energy generation. The present work has the main role to show the importance of the environmental aspects that are involved with energy cogeneration, and notably presenting the advantages gained and minimizing the impacts that are caused by the waste generated from sugar cane in the environment. The cogeneration through its burning is to show the importance of marketing the surplus of clean and renewable energy. Keywords: Sustainability, cane sugar, Cogeneration. LISTA DE FIGURAS FIGURA 01 – Analise de PCTS................................................................................37 FIGURA 02 – Caminhão sendo descarregado em Mesa Alimentadora...................38 FIGURA 03 – Eletroímã em esteira de cana desfibrada .........................................39 FIGURA 04 – Rolo Flutuante....................................................................................40 FIGURA 05 – Terno de Secagem.............................................................................40 FIGURA 06 – Caldeira Aquatubular de Alta Pressão...............................................41 FIGURA 07 - Turbina a Vapor..................................................................................42 FIGURA 08 - Turbina a Vapor em funcionamento....................................................43 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................12 1.1PROBLEMATICA..................................................................................................13 1.2 JUSTIFICATIVA...................................................................................................13 1.3 OBJETIVOS.........................................................................................................14 1.3.1 OBJETIVO GERAL...........................................................................................14 1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.............................................................................14 2. METODOLOGIA.....................................................................................................15 3. REFERENCIAL TEÓRICO ................................................................................... 16 3.3.1 A origem da cana-de-açúcar e a história da produção de açúcar no Brasil......16 3.3.2 Início da expansão da cana-de-açúcar e seu desenvolvimento na história do Brasil...........................................................................................................................18 3.3.3 Programas de Incentivos a Superprodução......................................................20 3.3.4 Inícios da produção do Combustível da cana-de-açúcar..................................21 3.4. O início da geração de energia através da biomassa da cana...........................22 3.4.1 Históricos da cogeração no Brasil.....................................................................24 3.5 Processo Industrial...............................................................................................26 3.5.1 Recepção da Cana............................................................................................26 3.5.2 Processos de retirada das impurezas da cana.................................................27 3.5.3 Preparo da cana................................................................................................27 3.5.4 Processo de difusão..........................................................................................28 3.5.5 Processos feitos por Moendas..........................................................................28 3.5.6 Bagaço da cana................................................................................................30 3.5.7 Poder Calorífico do Bagaço...............................................................................30 3.6 Sistema operacional de uma Caldeia Aquatubular..............................................31 3.6.1 Processos de queima do bagaço na Caldeira...................................................31 3.7 Turbinas a Vapor..................................................................................................33 3.7.1 Princípios de Funcionamento............................................................................33 3.7.2 Componentes de uma Turbina a Vapor............................................................34 4. Estudo de Caso......................................................................................................37 4.4.1 Recepção, Preparo e Extração (RPE)...............................................................37 4.4.2 Operações em Caldeiras de Alta Pressão........................................................41 4.4.3 Operação em Turbinas a Vapor........................................................................42 5. Apresentação da empresa.....................................................................................45 6. RESULTADOS E CONCLUÇÕES.........................................................................47 7. CONCLUSÃO........................................................................................................49 8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS......................................................................50 1. INTRODUÇÃO A cana-de-açúcar é um produto agrícola de grande importância para o nosso país desde a época da sua colonização. Graças a esse cultivo da cana, o Brasil se tornou o país maior produtor dessa planta que vem se destacando na matriz de fontes renováveis e viáveis a economia do país, sendo um grande destaque como uma fonte de opções de sua produção, seja ela favorável ou não, na linha de produção de energia ou na produção do açúcar e álcool. Diante das grandes concentrações de usinas de cana-de-açúcar no Brasil e da sua biomassa proveniente e diversificada a produção surgem novos implementos de técnicas e aprimoramentos de utilização de fontes renováveis, como a cogeração de energia com a utilização de resíduos da própria cana-de-açúcar. Antes, resíduos como o bagaço da cana, era apenas usado sem muita função e que apenas sobrava e só servia de acumulo no pátio das usinas, pois o bagaço queimado nas caldeiras era utilizado apenas para suprir a demanda da produção de açúcar e álcool. Com a necessidade de novos investimentos no setor energético, e o emprego de técnicas que minimizem as agressões ao meio ambiente, à geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis tem se mostrado importante na matriz energética brasileira, (Basquerotto, 2010). Notadamente a cogeração de energia através da utilização do bagaço da cana será abordada no decorrer deste trabalho, com o objetivo de mostrar à importância que o mesmo tem, e que rapidamente se tornou em uma matéria-prima importante para o país. 1.1 PROBLEMATICA Para se obter uma boa combustão do bagaço da cana para a geração energia, é preciso garantir a eficiência na produção e uma boa extração do bagaço. Para garantir a funcionalidade das caldeiras de alta pressão é necessário que se obtenha um auto fluxo continuo do bagaço final, com uma umidade devidamente baixa (bagaço completamente seco). Mas ao contrário, se a umidade do bagaço final for muito elevada à operação nas caldeiras poderá acarretar sérios transtornos, como o abafamento ou até mesmo a parada total do processo de produção. Outro problema que pode causar sérios transtornos com a parada da planta, é se não obtermos um bom sistema de limpeza de impurezas minerais e vegetais vindas diretamente do campo junto com a cana de tal maneira que foi colhida. Pois isso trará diversos problemas, como o desgaste dos equipamentos com o alto nível de impurezas minerais, e até mesmo podendo encher as fornalhas das caldeiras de terras, e isso também trará percas na produção, pois será necessária a parada da planta para a limpeza nas fornalhas onde terá percas na geração de energia. 1.2 JUSTIFICATIVA Devido às condições climáticas e a escassez de água os sistemas hídricos estão se tornando cada vez mais uma grande dor de cabeça para as autoridades, pois os níveis dos reservatórios das usinas hídricas estão cada vez mais baixos gerando caos ao setor hidrelétrico, e provocando o aumento na conta de luz dos brasileiros. Portanto houve o interesse de aprofundar na matéria prima que ao longo dos tempos se tornou um produto totalmente reaproveitável, e que possivelmente será proveniente para garantir a demanda de energia do futuro. Desta forma, foi desenvolvida a pesquisa feita no presente trabalho com o intuito de mostrar a importância da produção de energia elétrica através da utilização do “bagaço da cana-de-açúcar”. 1.3 OBJETIVOS 1.3.1 OBJETIVO GERAL Observar a importância do bagaço da cana de açúcar para a geração de energia na unidade de Pedro Afonso – TO. 1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Mostrar a contribuição e a importância que a cana-de-açúcar trouxe para o Brasil e o seu desenvolvimento desde os dias atuais.  Avaliar a utilização do bagaço como fonte de geração de energia.  Mostrar o Processo Industrial e a importância do bagaço. 2. METODOLOGIA A metodologia utilizada para a elaboração deste trabalho constitui-se, em um primeiro momento, de pesquisa bibliográfica e descritiva com enfoque qualitativo. A pesquisa bibliográfica, segundo (Ripoli; Ripoli, 2009), “é uma pesquisa que procura explicar a importância do Bagaço da cana de açúcar para a Cogeração de Energia a partir de referencias teóricas publicadas em documentos. Pode ser realizada independentemente ou como parte da pesquisa descritiva”. Enquanto que a pesquisa descritiva é aquela que observa, registra, analisa e correlaciona fatos ou fenômenos sem manipulá-los. Esta pesquisa busca conhecer os diversos desenvolvimentos tecnológicos que ocorrem na cogeração de energia da cana de açúcar de uma empresa sucroalcooleira e demais aspectos. A metodologia é um processo inerente à pesquisa, por sua vez adotado na elaboração de um determinado assunto, e que deve ser seguido para que possamos responder os problemas do tema em questão, propiciando então de forma clara e objetiva pretendidos com o trabalho. Sendo assim, o trabalho em pauta é baseado em levantamentos bibliográficos, concernentes à importância do Bagaço da Cana de Açúcar na empresa sucroalcooleira de Pedro Afonso - TO. Com vistas aos objetivos propostos, foram empregados passos metodológicos que permitiram o pleno desenvolvimento do estudo pretendido, tais como livros, acessos eletrônicos (internet), e Trabalho outrora conduzido (teses, dissertações, monografias etc.). Trata-se também de uma pesquisa descritiva, que segundo Cervo e Bervian (2002, p.66) “é aquela que observa, registra, analisa e correlaciona fatos ou fenômenos sem manipulá-los”. Esta pesquisa busca conhecer as diversas situações e relações que ocorrem na vida social, política econômica e demais aspectos do comportamento humano, tanto do individuo tomado isoladamente como de grupos mais complexos. 3. REFERENCIAL TEÓRICO 3.3.1 A ORIGEM DA CANA-DE-AÇÚCAR E A HISTÓRIA DA PRODUÇÃO DE AÇÚCAR NO BRASIL. Para Junior (2011, apud BNDS, 2008, p.16), “a cana-de-açúcar é uma planta do tipo C4 pertencente ao gênero Saccharum, vindas de regiões temperadas quentes e tropicais da Ásia”. Mas Foi na Nova Guiné Bissau que o homem teve o seu primeiro contato com a cana-de-açúcar. De lá, a planta foi levada para a região do Golfe de Bengala, e foi na Índia que seu primeiro nome deu origem à palavra "shakkar" da língua “sânscrita” antiga língua originaria da Índia, e no Brasil ficou conhecida até hoje nacionalmente como “cana-de-açúcar”. Segundo Machado, “a cana-de-açúcar é, talvez, o único produto de origem agrícola destinado à alimentação que ao longo dos séculos foi alvo de disputas e conquistas, mobilizando homens e nações”. Sousa afirma que, “segundo os mais antigos relatos, o açúcar foi primitivamente relatado quando o general Niarchos, subordinado do imperador macedônico Alexandre, o Grande, foi encarregado de realizar a conquista da Índia Oriental”. Com o passar dos tempos naquela região, o general Niarchos observou que os nativos daquele lugar consumiam o açúcar através de um suco da cana que eles deixavam em repouso até se transformar em um “mel” próprio da cana-deaçúcar. E através dessa descoberta, os ocidentais consumiam entre si o açúcar da cana que ficou conhecido naquela época como “sal indiano”. Além disso, foi o único tipo de adoçante utilizado naquela época, e que era feito apenas do melaço e o sumo da própria cana. Segundo Machado, “os árabes introduziam seu cultivo no Egito no século X e pelo Mar Mediterrâneo, em Chipre, na Sicília e na Espanha. Credita-se aos egípcios o desenvolvimento do processo de clarificação do caldo da cana e um açúcar de alta qualidade para a época”. Através desse processo de clarificação, os egípcios conseguiram a obter um açúcar naquela época com suas características próximas ao açúcar que consumimos nos dias de hoje, e com uma nova aparência aos olhares do consumidor, e logo o produto passou a ser comercializado, mas somente em pequena quantidade devido o seu valor ser muito elevado onde só quem poderia consumir era apenas quem tinha mais condições na época. Segundo Sousa, “por volta de 650, os exércitos árabes conquistaram a Pérsia, região em que existiam avançados estudos referentes ao desenvolvimento de técnicas que facilitariam o transporte do açúcar através do seu refinamento”. Os árabes ao dominarem esse espaço na produção de açúcar, despertaram o interesse de plantar mudas de cana-de-açúcar em regiões em que se prosperassem cada vez mais as plantações. Por volta do século X e XI, os árabes e os egípcios, vieram a aprender com os povos persas a maneira como se produzia o açúcar sólido, e foi desta forma nessa época que se estabeleceram uma nova formula de expandir o açúcar e a maneira de como se produzia atreves de caravanas entre países asiáticos e africanos. Aproximadamente pelo o século XII, a cana chegou a uma boa parte do território português onde rapidamente se adequou ao ambiente, e se tornou em grandes centros de pesquisas de novas culturas da planta, e aperfeiçoamento de técnicas de plantio. E neste mesmo período os portugueses observaram que em algumas regiões o cultivo da cana não se mostravam favoráveis. E somente pelo século XV, com as navegações portuguesas no seu auge, os espanhóis juntamente com os portugueses começaram a comercializar a cultura da cana-de-açúcar para vários outros países. Por volta de 1454, o açúcar obtido da cana-de-açúcar já era considerado mercadoria de grande importância para ser vendido, mas a produção e a mão-de-obra não eram suficientes para a demanda de exportação do produto para outros países. Desta forma, uma das alternativas para suprir a mão-de-obra daquela época era a vinda de escravos africanos capturados e vendidos principalmente na Ilha Madeira, (Junior, 2011, apud Magalhães, 2009, p.16). Segundo Fiomari (2004, p.24), “em 1492, o navegador genovês Cristóvão Colombo, a serviço da rainha Isabel da Espanha, procurava uma nova rota para as Índias e acabou descobrindo a América”. Em sua segunda viagem à América (1493) ele introduziu a cana de açúcar na região onde hoje é a República Dominicana. Mas, com a descoberta do ouro e prata pelos espanhóis no início do século XVI, o cultivo e a produção de açúcar foram praticamente esquecidos, (Fiomari, 2004, APUD Machado, 2003, p.24). Com a grande descoberta dos espanhóis na América, vieram também os portugueses com o grande interesse de explorar novas terras juntamente com Pedro Álvares Cabral em 1500, onde avistaram somente uma terra muito exuberante. Pois seus interesses estavam mais voltados às regiões da Índia, onde naquela época estavam bastante viáveis as comercializações de seus artigos e especiarias. Somente trinta anos depois, os portugueses despertaram novos interesses de retornar a América e decidiu definitivamente explorar terras brasileiras, e isso só veio a acontecer porque as terras brasileiras juntamente com todo o território Sul Americano já estavam sendo ameaçadas e exploradas pelo os ingleses e franceses. Então os portugueses decidiram aprimorar um modelo de ocupação que já avia experimentado em territórios espanhóis e mais precisamente na Ilha da Madeira, que foi a produção do açúcar, onde a descoberta da produção do açúcar estava sendo o grande auge, de valor bastante elevado, e que geraria grandes recursos para a manutenção de posse da colônia portuguesa no Brasil. Os portugueses tinham esse modelo baseados em largas extensões de terras, contando principalmente com a mão de obra dos negros escravos e o uso extensivo que o território brasileiro oferecia com o solo proveniente a cultura da cana-de-açúcar. 3.3.2 INÍCIO DA EXPANSÃO DA CANA-DE-AÇÚCAR E SEU DESENVOLVIMENTO NA HISTÓRIA DO BRASIL Somente em 1532 chega à primeira muda de cana-de-açúcar ao Brasil, trazida pela mão de um nobre e militar português Martim Affonso de Souza, onde ele próprio cultivou e construiu o primeiro engenho de açúcar na Capitania de São Vicente. Com as necessidades de explora e valorizar as riquezas de terras que o Brasil oferecia ao governo de Portugal, logo se viu a necessidade de instalar novos engenhos produtores de açúcar. E esse grande interesse de investimento do governo português em terras brasileiras, foi devido a essa cultura ser um produto de alto valor no comercio europeu e pelo o seu crescente consumismo daquela época. Somente nos séculos XVI e XVII, o açúcar se tornou em principal produto brasileiro, onde se tornou a base e a sustentação da economia do país. Mas o açúcar só veio a ser conhecido popularmente nas cozinhas do mundo somente a partir do século XVII, quando o produto veio a se tornar uma mercadoria bastante favorável ao bolso do consumidor. Historicamente com o passar dos séculos, Piracicaba, era a região que possuía os três maiores engenhos centrais do país e usinas de porte, com o decorrer dos anos Piracicaba se tornou o maior produtor de açúcar do estado de São Paulo. Mas foi no Nordeste, principalmente nas capitanias de Pernambuco e da Bahia, que os engenhos de açúcar vieram a se progredir. E com a crescente produção de açúcar no decorrer dos anos, as plantações de cana-de-açúcar vieram a se expandir pelo o litoral brasileiro em menos de vinte anos. E somente por volta de 1550 o país já tinha se tornado como o maior produtor mundial de açúcar. A monocultura da agroindústria açucareira gerou riqueza para o Brasil Colônia e a consequente cobiça externa. Durante a invasão holandesa ocorrida no litoral nordestino (Bahia, Pernambuco, Maranhão e Sergipe), o processo produtivo da cana-de-açúcar atingiu cifras admiráveis, impulsionadas pelo capital e pela experiência holandesa no comércio entre mares, Segundo Vieira. Em 1654 ocorreu no Brasil à expulsão dos holandeses devido às agroindústrias canavieiras terem uma grande queda na produção, e isso veio ocorrer porque os holandeses adquiriram conhecimentos na produção de açúcar no Brasil mais precisamente no litoral nordestino e passaram a fazer concorrência com o produto nas Antilhas e na América Central. E aconteceu que, após um século depois o Brasil deu a volta por cima e voltou a ocupar a sua liderança novamente no cenário mundial da produção de açúcar, e devido à queda na produção do açúcar levado pelos holandeses nas Antilhas e na América Central, essa decadência foi causada por agitações políticas e conflitos sociais que estava acontecendo na independência das colônias européias. Com a expansão dos holandeses nas Antilhas e na América Central na produção de açúcar, os Estados Unidos estava apenas começando a ser o principal exportador de açúcar para a Inglaterra e outros países, mais isso só não aconteceu devido à independência na América Central; contudo o Brasil acabou assumiu novamente o seu posto de maior produtor e começou a exportar para a Inglaterra e para outros países. Na primeira metade do século XIX, os Estados Unidos e a Europa passaram a produzir açúcar de um tipo de beterraba açucareira, o que fez o Brasil perder de novo a liderança. Nesse período surgiu o engenho a vapor como a sua inovação também no início do século XIX. E os produtores brasileiros rapidamente adquiriram a essa inovação de engenhos a vapor, e seus patrimônios e os engenhos passaram a ser mais complexos e atualizados para a época, Cita Vieira. E com o passar dos tempos, muitas outras inovações foram executadas nos engenhos indústrias e logo começaram a surgir grandes desenvolvimentos na indústria açucareira. Mais precisamente no ano de 1854 com o surgimento das ferrovias no Brasil, surgiu o consórcio “ferrovia indústria”. Através desse consórcio, trabalhadores dos engenhos passaram a ajudar a construir e a utilizar a ferrovia para transportar a cana, o que permitiu a expandir essa iguaria de vez, e em todo o território nacional. Desta forma, começaram a surgir unidades maiores de produção do açúcar, onde os engenhos estavam se desenvolvendo cada vez mais conforme a sua produção, e devido à alta demanda na produção do açúcar, e ao mesmo tempo em que aumentava a produção, os engenhos maiores reduzia seus pequenos números de concorrentes, devido a Revolução Industrial que acontecia nessa época. E rapidamente com as necessidades de maior produção do açúcar, os engenhos foram se transformando em usinas de açúcar, assim comercializando o produto, tanto, para o consumo direto ou quanto para a exportação para vários países. As usinas nordestinas eram as principais responsáveis por toda exportação brasileira e ainda completavam toda a demanda dos estados do sul. A produção do nordeste somada a de Campos, no norte fluminense, e a rápida expansão das usinas paulistas acenavam para um risco que estava prestes a acontecer, que foi a superprodução. 3.3.3 PROGRAMAS DE INCENTIVOS A SUPERPRODUÇÃO Em 1933 o governo Getúlio Vargas lançou o programa IAA (Instituto do Açúcar e Álcool), criado para controlar a produção, e que atribuía a cada usina, uma quantidade de cana para ser moída para a produção de açúcar e também do álcool. E para a aquisição de novos equipamentos ou modificação dos existentes, onde os produtores precisavam também de uma autorização do IAA. Segundo Machado, “Desde a 2ª Guerra Mundial, os esforços da indústria brasileira açucareira se concentraram na multiplicação da capacidade produtiva” [...]. As constantes alterações na cotação do açúcar no mercado internacional e equipamentos de vida útil ultrapassados forçaram as mudanças de atitude para a manutenção da rentabilidade. Mas foi em 1959 que se formou a Coopersucar, uma cooperativa formada por mais de uma centena de produtores paulistas com a finalidade de defesa de seus preços de comercialização, e a iniciativa de buscar novas tecnologias para as usinas. Indústrias açucareiras investiram nos principais países como a Austrália e África do Sul aonde vieram a maior parte dos equipamentos modernos, que representavam o modelo de modernidade desejada para os produtores brasileiros. 3.3.4 INÍCIO DA PRODUÇÃO DO COMBUSTÍVEL DA CANA-DE-AÇÚCAR A utilização do álcool como combustível foi uma inovação brasileira para tentar diminuir a dependência frente ao petróleo. “A partir de meados da década de 70, passou por importante transformação, deixando de ser exclusivamente voltado para o setor de alimentos, para destinar-se ao setor energético, através do Proálcool”, (Paoliello 2006 apud Waack; Neves, 1998, p.21). Em 1973 a modernização das indústrias e a maioria das usinas brasileiras foram totalmente remodeladas. No ano de 1975 o governo federal desenvolveu o programa nacional do Álcool (Proálcool), pois o Brasil por sua vez, vinha sofrendo grandes consequências com a crise do petróleo, um problema que vinha impedindo o desenvolvimento econômico do agronegócio brasileiro. Paoliello (2006, p.21), afirma que, “este fomentou o destino da cana para produção de combustível, tendo efeito positivo no aumento da competitividade do sistema como um todo”. A escolha da cana-de-açúcar na fabricação de novos combustíveis foi devido à queda nos preços do açúcar, o que veio a levar o Brasil a produzir 15 bilhões de litros de combustível nos dez anos após o surgimento do programa do Proálcool. Assim o Brasil conseguiu se defender da crise do petróleo que abalou o mundo em 1979. O projeto do Proálcool veio a entrar em crise, quando o petróleo passou pelo lado inverso, o preço do barril de petróleo veio a cair, e os investimentos em álcool já não estavam mais sendo vantajoso para os produtores, e para completa, o preço do açúcar veio a subir, onde era de grande vantagem se produzir mais o açúcar do que o álcool. Somente em meados da década de 1980, o álcool veio a ter a sua volta por cima, quando aumentaram a cobrança por novas tecnologias de que a fabricação do combustível não fosse tão poluente. O governo observando que devido ao grande efeito positivo que a cana-de-açúcar tem como grandes alternativas bastantes viáveis, e de grande lucratividade no aumento da competitividade e tornando-se sempre em novos investimentos no setor sucroalcooleiro das indústrias, buscaramse novas técnicas e regras para reduzir as agressões ambientais. E decorrente a esse fator a demanda por produtos no setor sucroalcooleiro vem aumentando cada vez mais no cenário mundial, e neste ramo o Brasil não vem sendo diferente, e está sendo líder absoluto na produção mundial. Onde 111 países produtores de açúcar, 73 cultivam a cana-de-açúcar e são responsáveis por fornecer ¾ da produção mundial de açúcar. Com isso o Brasil se tornou em uma grande potência como maior produtor mundial de açúcar e álcool, seguido pela Índia e por Cuba e também liderando no ranking de maior exportador mundial de açúcar. Esse programa teve por finalidade um grande incentivo na produção do uso do álcool como combustível em substituição à gasolina onde usinas sucroalcooleiras alavancaram em alto desenvolvimento, e em menos de cinco anos a produção de pouco mais de milhões de litros ultrapassou o alto consumo por bilhões de litros de álcool assim caracterizando o programa Proálcool como o maior programa renovável que já se estabeleceu em termos mundiais. 3.4 O INÍCIO DA GERAÇÃO DE ENERGIA ATRAVÉS DA BIOMASSA DA CANA Após o choque do petróleo ocorrido na década de 70, foi necessário buscar formas de reduzir o consumo e depender menos do petróleo importado. Assim os países deram maior impulso ao desenvolvimento dos modelos de cogeração, através dos quais se faz simultaneamente, a geração de trabalho (energia elétrica ou mecânica) e calor (energia térmica) a partir de um único combustível, que pode ser o gás natural, o carvão, os derivados do petróleo, ou a biomassa (Dantas, 2000). Com a privatização do sistema elétrico e consequentemente o aumento das tarifas de eletricidade, a cogeração passou a ser desenvolvida e alimentada por combustíveis que começaram a ser avaliados como uma solução econômica e bastante viável para o fornecimento de energia e com garantia de operações das empresas brasileiras. Em 1776, a idéia de utilizar cogeração foi aplicada por Watt e Boulton nas máquinas de combustão para moendas de cana de açúcar na West Indies & Co. Considerando que a mesma combustão usada para ferver o açúcar fosse utilizada para produzir o vapor que seria necessário para o processo da fábrica. Essa idéia foi logo difundida e aplicada em outras indústrias, destaca Júnior (2009). Somente em 1787, Oliver Evens, teve a idéia genial de fabricar maquinas a vapor de alta pressão para serem usadas em destilarias, cervejeiras, fabricas de sabonete, e de papel, assim economizando combustível para todos estes propósitos com o aproveitamento de vapor de exaustão das maquinas a vapor. Além disso, ele projetou um sistema de resfriamento de oficinas utilizando a refrigeração por absorção operada pelo o gás de escape de uma máquina a vapor. Por volta da década de 80 que vieram a construir as primeiras plantas geradoras de abastecimento elétrico, época em que a baixa tensão de geração limitava a cobertura de ação da rede de distribuição em uma pequena distância em torno do ponto de produção. Mas foi somente em 1870, que a cogeração veio a dar início ao seu desenvolvimento moderno, foi quando desenvolveram maquinas a vapores remodelados e acoplados a geradores elétricos em áreas com capacidade a alta densidade populacional. Manfrin (2011) cita que, “desde a crise do petróleo ficou clara a importância das usinas que cogeravam energia por meio da queima de um subproduto da canade-açúcar, o bagaço, e, assim, complementavam a matriz energética nacional”. Para utilizar o bagaço da cana-de-açúcar como combustível nas caldeiras, as usinas instalaram turbinas a vapor e tornaram as caldeiras aptas para o processo, o que lhes permitiu gerar sua própria energia e ainda vender a energia excedente do processo, segundo (Manfrin et.al, 2011, apud; Rached, 2009). Além das vantagens da cogeração na redução dos gastos em energia, com independência da rede elétrica e segurança no fornecimento, maior proteção do meio ambiente, maior eficiência na geração de energia, menores gastos de transporte e de distribuição e melhores adequações entre ofertas e procura de energia. Faz com que as indústrias brasileiras consigam pontos positivos com a cogeração, que é uma forma bem simples, segura e barata, na questão energética, sem contar com os benefícios ambientais. A potência elétrica produzida pode atender boa parte ou as necessidades da própria planta industrial, existindo também a possibilidade de se produzir a energia elétrica para a venda de terceiros, constituindo-se em mais um produto de alto valor para a empresa. A cogeração tem o processo de produção combinada de energia térmica e potência mecânica ou elétrica, assim se aplica o uso de energia liberada pela mesma fonte primaria de combustível, em quais quer que seja o ciclo termodinâmico. Fiomari (2004) relata que, As usinas do setor sucroalcooleiro podem ser consideradas empreendimentos de cogeração, pois, a partir da queima de bagaço, que é considerada uma fonte primária de energia, gera o vapor que será fornecido às turbinas de acionamentos mecânicos, como bombas, moendas, desfibradores, entre outros, e, também, para os geradores de energia elétrica. Hoje, cada vez mais a energia se torna no meio da sociedade um bem indispensável e de grande importância, ou até mesmo às vezes podendo chegar à escassez de energia em alguns estados devido ao autoconsumo. 3.4.1 HISTÓRICOS DA COGERAÇÃO NO BRASIL O termo “cogeração” é de origem americana, e a palavra tem a principal importância de determinar os tempos em que a produtividade seja a palavra chave na obtenção de resultados, pois a cogeração é uma das alternativas mais viáveis para plantas de usinas de açúcar e álcool, papel e celulose, entre outras, e principalmente a sua produção sem que causem tão grandes danos ao meio ambiente. “Os primeiros sistemas de cogeração (termelétricas) somente surgiram no final do século XIX, quando o fornecimento de energia elétrica ainda era raro pelas geradoras”, (Basquerotto, 2010 apud LORA, 2004, p.11). Segundo Cardoso (2011 p.7), “ainda de acordo com a Cogen (2011), a cogeração no Brasil era bastante usada no começo do século XX, pois nessa época ainda não existia nenhuma forma eficiente de geração de energia de maneira centralizada”. Nessa época era muito difícil a produção de energia elétrica, pois ainda não existiam as grandes centrais geradoras devido à falta de uma tecnologia eficiente. E era muito comum de se ver o próprio consumidor de energia elétrica instalar a sua própria central de geração de energia, onde essa dificuldade durou até a década de 40. Em 1905, ouve a existência de uma grande competição entre as empresas existentes, na busca de um maior espaço no mercado em expansão. “Com o passar dos anos a centralização foi ganhando espaço na indústria elétrica como consequência da continua melhoria dos serviços realizados e de uma melhoria na qualidade da energia fornecida, (Basquerotto, 2010 apud Linero, 2006, p.11)”. As tecnologias eram atribuídas aos sistemas de transmissão que favoreceram a interconexão de sistemas e mercados. Com passar dos anos o avanço da tecnologia veio se adequando em novos conceitos, e a geração surgiu através da interligação de sistemas elétricos, e isso fez com que o sistema ocasionasse de forma centralizada e com o apoio das grandes centrais (hidrelétrica e térmica), e a energia passou a ser distribuída em quantidade maior do que o suficiente, com baixo custo, e com isso a cogeração veio a perder a sua participação no mercado. Com o passar dos anos e o melhoramento tecnológico fez com que as turbinas e motores de alta capacidade aumentassem o seu desempenho funcional para melhor atender as necessidades de consumo, assim a cogeração ganhou novamente o seu espaço entre os consumidores, por volta da década de 80. Atualmente a cogeração se mostra uma alternativa, devido à instabilidade das grandes hidrelétricas devido à quantidade de chuvas e os impactos ambientais causados por elas. As indústrias conseguem com a cogeração uma forma simples, segura e barata, na questão energética, sem contar os benefícios ambientais, afirma (Cardoso 2011 p.7). 3.5 PROCESSO INDUSTRIAL 3.5.1 RECEPÇÃO DA CANA Pesagem: essa operação deve ser bastante rigorosa e bem executada , pois esse valor é terminantemente decisivo para os cálculos de balanço e rendimento da fabrica. Pois sendo utilizadas duas balanças rodoviárias para a realização deste serviço, essa operação deve ser muito ágil, pois qualquer falha de operação pode causar percas no processo de produção da fabrica. Amostragem: Após o termino da pesagem, as amostragens da matéria-prima serão enviadas ao laboratório para analises de Pol (quantidade de sacarose presente num caldo), Brix (medida de quantidade de solido solúvel) e a Fibra da cana. São essas as análises feitas na recepção da cana. Descarga e Armazenamento: “(Fujita e Pires 2011), afirma que, a descarga da cana é realizada de forma mecanizada, podendo ser armazenada ou enviada diretamente para a mesa alimentadora da moenda”. Na prática, a estocagem da cana não é recomendada, principalmente se a cana estiver picada ou em toletes. Caso isso ocorra algumas modificações serão alteradas podendo ocorrer percas como:  O ressecamento do colmo: onde haverá perda de peso, aumento de teor de fibras e Brix. E até mesmo reduzindo a eficiência da moagem além de ter que usar uma elevada quantidade de água aquecida (embebição).  “Inversão de Sacarose: depois a cana mantém sua atividade metabólicas, ocorrendo à inversão da sacarose em glicose e frutose, reduzindo o valor do caldo se for destinado à fabricação de açúcar, (Fujita e Pires 2011)”.  Contaminação por microrganismos: As leveduras selvagens, fungos e bactérias se desenvolverão no meio rico em nutrientes da cana. Isso ocorrerá devido à ação desses microrganismos que irão produzir uma enzima chamada invertase, que irá causar a inversão do açúcar. 3.5.2 PROCESSOS DE RETIRADA DAS IMPUREZAS DA CANA Assim como em todas as etapas que necessitam da locomoção da cana principalmente na sua produção industrial, essa também não é diferente onde é transportada através de duas esteiras metálicas. Esse processo é o mais usado em usinas de cana-de-açúcar, sendo a ponta pé inicial propriamente dito do processo industrial. Segundo (Fujita e Pires 2011), “na colheita mecanizada, há o aumento da quantidade de impurezas (argila, areia, palha e pedras), variando em média de 4% em dias secos a 15% em dias úmidos”. A presença desses resíduos indesejáveis, além de desgastar os equipamentos, causa o aumento do tempo de decantação do caldo, ocasionando o aumento da perda do açúcar por inversão da sacarose, distribuição de açúcares redutores (AR) e outras indesejáveis reações. Além de causar o acumulo do volume de cinzas de terras na câmara de combustão das caldeiras, e outros problemas como de infiltrações em tubulações. Para evitar essas inconveniências indesejáveis, muitas usinas utilizam esse método de lavagem ou de limpeza a seco da cana para uma melhor eficiência no processamento industrial. Essa operação pode acarretar uma perda adicional de sacarose, principalmente se houver exposição exagerada de colmo. O volume de água adicionada é bastante variável, sendo o mínimo de 5m³/ (t de cana*h) para a realização de uma lavagem razoável, podendo variar conforme a inclinação da mesa alimentadora. Ressalta (Fujita e Pires 2011). 3.5.3 PREPARO DA CANA A cana pode oferecer uma alta resistência à recuperação de sacarose em função da proporção entre suas partes duras e moles. Assim, o principal objetivo dessa etapa é desintegrá-la, de modo que seja facilitada a extração do caldo (sacarose) contido nas células. Além disso, visa aumentar a densidade da massa de alimentação das moendas, bem como produzir um bagaço no qual ação da embebição se torne mais eficaz, (Fujita e Pires 2011). Além disso, utiliza-se o (OPEN-CELL), ou seja, índice de células abertas da cana, que visa à medição da eficiência de preparo. Visto que o preparo excessivo pode prejudicar a moagem. Um bom índice de preparo tem que está em torno de 90%, tanto na utilização de moendas e difusores. Os equipamentos utilizados nessa etapa são as facas rotativas e desfibradores. Essas facas são divididas em dois tipos: as niveladoras, que regularizam e uniformizam a carga de cana formando um colchão uniforme e homogêneo; e as cortadoras (Picador). Os desfibradores têm por sua vez a finalidade de destruir por completo a estrutura da cana, resultando num ganho significativo na extração, pois aumenta o número de células abertas, (Fujita e Pires 2011). 3.5.4 PROCESSO DE DIFUSÃO O processo de difusão funciona da seguinte forma aonde a cana é desfibrada, e ao invés de passar pelos os ternos da moenda, passará por um banho de água aquecida onde irá obter o caldo da cana que será extraído por um fluxo de contracorrente, através de adição de embebição. Esse processo ocorre da seguinte maneira, onde uma boa parte do caldo é extraído, que é a lavagem da (OPEN CELL), ou seja, células abertas da fibra da cana, esse processo é conhecido como processo de (lixiviação). Ou a obtenção de extração do caldo por um processo de troca físico-químico por pressão osmótica e difusão celular. Após o difusor, o bagaço é enviado para uma prensa para o deságue, originando o caldo de retorno. “Para difusão, a água de embebição e do caldo de retorno da prensa devem ser mantidos a 80ºC a fim de evitar o desenvolvimento de microrganismos, (Procknor, 2001)”. 3.5.5 PROCESSOS FEITOS POR MOENDAS O processo de extração do caldo inicia-se logo após o preparo da cana. Este é então tratado e concentrado para ser destinado à produção de etanol e/ ou açúcar e tem como objetivo separar os materiais de forma que recupere a máxima quantidade possível de caldo e produza o bagaço com a umidade adequada para uma queima satisfatória na caldeira, (Vilela, 2013 apud Pellegrini, 2009; Payne, 1989). O processo de moagem utilizado por ternos de moendas são equipamentos utilizados nesse processo de extração, onde varia entre quatro e sete ternos. A moenda é uma unidade esmagadora constituída basicamente por ternos, sendo cada um composto por três cilindros dispostos de tal forma que a união de seus centros forma um triângulo praticamente isóscele. Os cilindros inferiores possuem seus eixos fixos e gira no mesmo sentido. Já o rolo superior possui um regulador de pressão hidráulico que controla a posição de seu eixo. “Atualmente, há uma tendência à incorporação de um 4º, o rolo de pressão, que efetua uma compressão prévia facilitando a extração, (Fujita e Pires 2011)”. No primeiro terno é alcançada uma extração de 50 a 70%, onde o bagaço é redirecionado aos ternos seguintes, assim completando o processo de extração do bagaço. O objetivo é de recuperar a quantidade máxima possível do caldo e esmagando o bagaço com o objetivo de se obter uma umidade adequada para uma boa queima na caldeira. A obtenção de uma elevada capacidade de moagem e eficiência de extração são parâmetros primordiais no intuito de atingir alta produtividade nas usinas, por isso, nos últimos anos, os seguintes componentes de projeto foram otimizados: calha Donnely (alimentação por gravidade), embebição, rolos de pressão, eixos e castelos de moendas, esteiras e moendas e aplicação da automação, (Vilela, 2013 apud Leal, 2010; CTC, 1990). Com a alta demanda na produção e por ganhos em competitividade as indústrias optam por esses requisitos no processo para aumentar a sua eficiência na extração do caldo, onde se realiza a adição de água aquecida (embebição), onde o bagaço ainda pode conter certa quantidade de caldo que escapou ao ser esmagado. Um fato importante na eficiência da embebição é o preparo da cana, já que a água adicionada ao bagaço deve encontrar uma grande área de contato superficial para ser absorvida, e promover a diluição do caldo residual. “Algumas usinas empregam embebição com água quente (T > 70⁰C), uma vez que as temperaturas elevadas facilitam o transporte de massa”, (Fujita e Pires 2011). Essa eficiência de extração por ternos tem o papel de extrair o máximo do açúcar do bagaço que varia entre 94,0% a 97,5%, e de obter uma umidade do bagaço final que ficará em torno de 50%. 3.5.6 BAGAÇO DA CANA O bagaço é uma biomassa fibrosa constituída por 50-60 % de celulose, 2025% de hemicelulose e 20-25 % de lignina (Camargo et. al., 1990), e com uma umidade de cerca de 50% (Prieto, 2003). Uma parcela gerada no sistema de extração é enviada para a planta de utilidades, onde é queimado nas caldeiras, sendo uma parte armazenada como reserva técnica (Pellegrini, 2009). Paoliello (2006) Afirma que, “o rendimento de uma caldeira depende do material a ser utilizado como combustível, visto que o seu poder calorífico é determinado com base em suas propriedades (composição física, peso específico e composição química)”. Além da utilização do bagaço para a cogeração de energia, o excedente do bagaço é utilizado em outras indústrias, onde pode ser utilizado como ração animal, na produção de celulose, na fabricação de papel, e chapas semelhantes à madeira, entre outras. 3.5.7 PODER CALORÍFICO DO BAGAÇO O poder calorífico do bagaço é a quantidade de calor que a combustão de 1 kg do combustível considerado pode fornecer. Podem-se distinguir dois valores de poder calorífico: Poder Calorífico Superior (PCS), e Poder Calorífico Inferior (PCI). Segundo Paoliello (2006), o poder calorífico superior, ou PCS: é o calor desprendido pela combustão de 1 kg do combustível bruto. O PCS é medido em bomba calorimétrica onde o combustível é queimado na presença de O² a 30 bares (kgf/cm²), com o vaso de combustão mergulhado na água com temperatura na faixa de 20°C a 25°C. O poder Calorífico Inferior, ou PCI, é obtido de forma contraria, onde a água é formada pela combustão, assim como a água fisiológica do combustível obtida através do estado de vapor. Paoliello (2006) afirma que, “o PCI fornece uma idéia mais exata do calor realmente obtenível. Portanto, na prática deve-se adotar o PCI [...]”. 3.6 SISTEMA OPERACIONAL DE UMA CALDEIA AQUATUBULAR As caldeiras mais utilizadas nas indústrias brasileiras para a queima do bagaço da cana-de-açúcar são as caldeiras aquatubulares, portanto para se obter uma boa eficiência na geração de energia, necessita-se e muito da pressão do vapor para o funcionamento da planta, e a melhor solução econômica e eficiente é o aquecimento da água, que será transformada também em vapor e, depois, enviada para os pontos de consumo. A geração de vapor é sem dúvida indispensável para usina de cana-deaçúcar, a caldeira é o setor que requer bastante atenção e preocupação dentro de uma usina. Pois é a partir de um bom funcionamento da caldeira, que é obtido o vapor para gerar a energia elétrica, e ainda movimentar as turbinas de acionamento da moenda e outros equipamentos da própria planta. Nas usinas, as caldeiras aquatubulares têm a função de circular à água por dentro de tubos e os gases por fora. Onde este tipo de caldeira é caracterizado por uma maior produção de vapor e maior rendimento térmico do que outros tipos de caldeiras. 3.6.1 PROCESSOS DE QUEIMA DO BAGAÇO NA CALDEIRA O bagaço que sai do último terno de moenda é transportado através de uma esteira de borracha para a caldeira. Através dessa esteira de borracha, o bagaço é despejado em uma esteira distribuidora metálica, que tem a função de distribuir o bagaço em dosadores ou alimentadores de bagaço, onde geralmente nas usinas se utilizam seis dosadores com a velocidade controlada por inversores de nível e de frequência. Logo em seguida é utilizado um ventilador pneumático chamado “espargidor”, que tem a função de soprar todo o bagaço que cair dentro da fornalha da caldeira. Junior (2012, p.28) Afirma que, “O bagaço é dosado dentro da fornalha, onde ele queima em suspensão, ou seja, no fundo da fornalha chega apenas algumas cinzas do bagaço [...]”. A fornalha como as demais paredes da caldeira podem ser construídas com chapas de aço e o uso de camadas de lã de vidro servindo como isolante térmico do ambiente quente das partes internas da caldeira. Também os tubos existentes na parte interna da caldeira são revestidos contra a perca de vapor, onde o objetivo é fazer com que a temperatura chega acima de 800ºC. “Sob o fundo da fornalha é instalada uma grelha, geralmente basculante. Os elementos da grelha possuem furos suficientemente dimensionados para a passagem de ar externo, pré-aquecido, que mistura com o bagaço e produz sua queima, (Junior, 2012 apud Empresarial, 2002, p. 28)”. Essa queima do bagaço no interior da fornalha gera as cinzas e fuligem que se fixam nas áreas de troca térmica da caldeira, causando a perca na produção de vapor. Periodicamente é feita limpezas no interior da fornalha com sopradores de fuligem, ele tem a função de sopra em alta pressão fazendo com que evite o acumulo de fuligem e cinzas nas partes térmicas e estratégicas da fornalha. Através da queima do bagaço na fornalha geram-se gases que é conduzido para o pré-aquecedor de ar. Esse equipamento tem a função de pré aquecer o ar que passa por fora dos tubos ocasionando uma troca térmica com os gases que passam por dentro dos tubos. Do pré-aquecedor de ar, os gases da fornalha passam pelo Economizador, que é uma estrutura em forma de serpentina que efetua o aquecimento da água de alimentação da caldeira aproveitando parte do calor dos gases resultantes da combustão. Pode ser instalado antes ou após o pré-aquecedor de ar. Com a elevação da temperatura da água, há redução significativa de consumo de combustível produzindo a mesma quantidade de vapor, afirma (Junior, 2012, p. 29). Em seguida utiliza-se o lavador de gás, esse tem a função de jatear à água formando um spray em toda a área interna da fornalha, permitindo que passe somente os gases e impedindo a passagem da fuligem. Onde a fuligem resultante dessa lavagem é depositada em uma lagoa de sedimentação externa, próxima a caldeira. E finalmente para conduzir os gases para a chaminé, utilizam-se os exaustores. Este também tem a função de favorecer na pressão negativa de dentro da fornalha. Sem o uso dos exaustores, pode ocasionar um arraste de combustível ou até mesmo ocorrer uma explosão. A chaminé também o papel de conduzir os gases formados na combustão para a atmosfera. 3.7 TURBINAS A VAPOR As turbinas a vapor são equipamentos térmicos acionadores de alta velocidade que utiliza o vapor em alta pressão para o seu funcionamento. Quando a turbina é acoplada a um gerador, se obtém a transformação da energia mecânica em energia elétrica. Os componentes básicos de uma turbina é o rotor adaptado com paletas, hélice, lamina ou cubos colocados ao redor de sua circunferência, fazendo com que a pressão do vapor que entra na turbina, gere movimento de forma tangencial girando o eixo. A turbina a vapor é o equipamento mais utilizado atualmente entre os acionadores primários existentes na indústria. 3.7.1 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO Uma turbina a vapor tem o principal objetivo de transformar a energia contida num fluxo continuo de vapor em um trabalho mecânico, que somente parte da energia contida na turbina poderá ser convertida em trabalho, e a outra parte da energia que não pode ser transformada em trabalho, permanece no vapor descarregado pela máquina. E essa energia não é utilizada, em muitos casos, é simplesmente transferida para um condensador ou utilizada para outros fins de aquecimento. Chiericato (2010, p.19), “o trabalho mecânico realizado pela máquina pode ser o acionamento de um equipamento qualquer, como, por exemplo, um gerador elétrico, um compressor, uma bomba. [...]”. Em uma turbina a vapor a transformação de energia é feita em duas etapas: Primeiramente, a energia do vapor é transformada em energia cinética. E para que isso ocorra é necessário que o vapor escoasse por pequenos orifícios, denominados expansores, e a sua capacidade de passagem é muito pequena, fazendo com que a passagem do vapor adquira alta velocidade no interior da turbina, assim aumentando a velocidade da energia cinética e diminuindo consequentemente a energia expressa pelo o calor do vapor. O expansor, além do aumento de velocidade e da diminuição da energia térmica, pode ocorrer também uma queda de pressão, acarretando a queda na temperatura e no aumento do volume especifico de vapor. Já na segunda etapa, o funcionamento da turbina gera uma força de um jato de vapor que produz trabalho mecânico, e conforme a essa transformação de energia, pode ser definida por duas maneiras diferentes: segundo o princípio da ação ou segundo o princípio da reação. Se o expansor for fixo e o jato de vapor dirigido contra um anteparo móvel, a força de ação do jato de vapor irá deslocar o anteparo, na direção do jato, levantando o peso. Se, entretanto o expansor puder mover-se, a força de reação, que atua sobre ele, fará com que se desloque, em direção oposta do jato de vapor, levantando o peso, Chiericato (2010, p. 20). Em ambos os casos a energia do vapor é transformada em energia cinética no expansor, e em seguida é convertida em trabalho. 3.7.2 COMPONENTES DE UMA TURBINA A VAPOR  Carcaça ou Estator: é a estrutura da turbina, e no seu interior giram o eixo e os discos, ou tambor, e tem a capacidade de suportar diversas peças fixas, tais como diafragma (ação), palhetas fixas, bocais, válvulas, e mancais.  Expansores: são peças de seção variáveis, que tem a função de reduzir e aumentar a pressão, e aumentar a velocidade do vapor. Os expansores podem ser convergentes ou convergente-divergentes. Os convergentes são usados para determinadas pressões de descarga maior ou igual a 55% da pressão de entrada. Já os convergente-divergentes são utilizados para pressões de descarga menores que 55% da pressão de entrada.  Conjunto Rotativo: O conjunto rotativo é diferente, dependendo do tipo da turbina. Para as turbinas de alta rotação ou de altas temperaturas, onde a montagem poderia apresentar sérios problemas durante a operação, eixo e rotores são usinados e forjados uma fez única. Na periferia dos rotores são montadas as palhetas. Onde todas as partes principais do conjunto rotativo da turbina, sempre que possível devem receber na sua montagem ou manutenção, balanceamento dinâmico multiplano, e fazer a correção e verificação do balanceamento a cada adição de dois componentes.  Palhetas: são fabricadas de aços-liga especiais, usinadas e forjadas com acabamento fino. As palhetas fixas podem ser montadas diretamente no estator, ou em anéis suportes, que são presos ao estator. Já as palhetas do conjunto rotativo são removíveis e fixadas ao disco do rotor pelo malhete.  Diafragma: é constituído por dois semicírculos, que são montados na carcaça por um sistema de ranhuras, e adaptados de forma que não toque no eixo. Entre o diafragma e o eixo, são instalados os labirintos, fixando no diafragma ou no eixo, com o objetivo de garantir a selagem interna entre os estágios intermediários.  Acoplamento: Tem a função de ligar o eixo da turbina ao eixo do equipamento acionado.  Sistema de Vedação: esse sistema tem a função de vedar algumas folgas existentes entre as partes estacionarias e o conjunto rotativo, podendo ocorrer o escape de vapor nas zonas de alta pressão para a baixa pressão, ou até mesmo podendo entrar ar em turbinas de condensação. Sem um sistema de vedação adequado, faz com que o escape do vapor diminui a potência útil e aumenta o consumo de vapor. Os sistemas de vedação são os seguintes: Labirinto – São anéis bipartidos e montados no estator, e seu objetivo é reduzir o escape de vapor pela alta perda de carga ocasionada pela restrição ao fluxo e turbilhonamento causados pelas aletas. Mista – Em turbinas de utilização especial, multiestágios, se utiliza labirintos nas selagens internas e externas do eixo, e na extremidade das palhetas fixas e palhetas movem nos estágios de reação, assim como entre o eixo e diafragmas nos estágios de ação. Nas turbinas de condensação, para evitar a entrada de ar, pode ser injetado vapor com pressões ligeiramente superiores a pressão atmosférica nas selagens de baixa pressão.  Sistemas de Apoio: este sistema tem o objetivo de apoiar o eixo da turbina e sustentar os esforços radias e axiais que atuam sobre o conjunto rotativo. Garante também as folgas entre as partes moveis e estacionárias.  Válvulas de Controle de Admissão: para manter o controle de sobrecarga de vapor que entra na turbina é utiliza-se múltiplas válvulas em paralelo (válvulas de sobrecarga). Cada válvula tem o papel de alimentar um grupo de expansores diferentes, e trabalham automaticamente, ficando em casos de vazão baixa de vapor, apenas um grupo de expansores com as válvulas aberta em automático. Permitindo um controle eficiente e preciso.  Governadores: Os governadores mecânicos ou de massa oscilantes compactas e basicamente em pesos articulados, que giram a uma velocidade igual ou proporcional a turbina, e atua contra a pressão de uma mola que dar o ajuste de velocidade desejada. Se a turbina aumenta a velocidade, os pesos articulados se abrem, e movimenta a haste no sentido no sentido de fechar a válvula de admissão. E se a velocidade diminui, os pesos se fecham, fazendo com que a válvula de admissão se abra.  Sistema de Segurança: para garantir a segurança da operação de uma turbina, é instalado diversos sensores e dispositivos. Esse sistema tem a opção de acionamento automático ou manual, local ou remoto, atuando em alarme ou corte.  Sistema de Lubrificação: a lubrificação de mancais de uma turbina é feita por um sistema de pressurização com reservatório externo. As bombas de óleo devem trabalhar sempre com o nível de óleo adequado e ter o acionamento separado ao da turbina. E um sistema de refrigeração indicando a temperatura na entrada e na saída. 4. ESTUDO DE CASO 4.4.1 RECEPÇÃO, PREPARO E EXTRAÇÃO (RPE) Ao chegar à usina a cana irá passar por um processo de pesagem, aonde o caminhão se posicionará em uma balança para obter o seu peso. Em seguida o caminhão seguirá para um local de análise chamado PCTS (Pagamento de Cana por Teor de Sacarose) onde se posicionará em uma sonda de amostragem para identificar a quantidade de açúcares presente na cana, e também outros itens da cana como: o teor de fibra da cana, açúcares redutores (glicose e frutose), dextrana e impurezas minerais e vegetais. Figura 1: Analise de PCTS Fonte: Embrapa Após todo esse processo, a cana será direcionada para o descarrego, que será realizado da seguinte maneira, simples e bem prático, com o auxílio de um guindaste, mas conhecido como (Guincho Hilo) que é composto de uma estrutura tubular, com uma altura aproximadamente a 16m, e com a capacidade de descarregar até 50 toneladas. Ao posicionar-se o caminhão na mesa alimentadora, o guincho hilo fará a sua função operacional levantando o vagão arremessando toda a carga na mesa alimentadora, no qual terá a função de receber a cana já picada vinda do campo, fazendo com o que fique uma alimentação uniforme. A mesa alimentadora possui duas partes com correntes metálicas e arrastadores que tem a função de arrastar toda a cana a uma esteira metálica. Figura 2: Caminhão sendo descarregado em Mesa Alimentadora. Fonte: Reis, F. A.; Andrade, W. M. (2013). Em seguida neste mesmo processo, acontece a separação da cana com as impurezas minerais; onde a cana cai na esteira metálica, e com o auxílio de quatro potentes sopradores, tento a finalidade de soprar as impurezas contidas na cana onde se retira aproximadamente 70% das impurezas minerais vindas diretamente do campo. O preparo da cana funciona da seguinte forma: ao passar pelo sistema de limpeza, a cana é direcionada por uma esteira metálica que conduz a cana para os seguintes equipamentos; fazendo um processo de desfibração da cana, proporcionando a abertura das células em torno de 90% após ser desfibrada. Em seguida o bagaço segue em uma esteira de borracha, onde é feita a limpeza de metais retirados do campo, feito por um eletroímã. Figura 3: Eletroímã em esteira de cana desfibrada. Fonte: Reis, F. A.; Andrade, W. M. (2013). Após a garantia de que não terá partes metálicas que poderia ocasionar a quebra de equipamentos subsequentes, o bagaço e despejado em uma esteira chamada transversal de entrada. Feito esse processo, a cana está pronta para ser extraída no difusor, a esteira transversal de entrada é responsável por nivelar, e selar o bagaço dentro do difusor, e também tem a função de aumentar ou diminuir a altura do colchão do difusor. Dentro do difusor contém correntes com talíscas metálicas que transportam o bagaço. O processo de difusão consiste na condução do bagaço, a fim de que a sacarose adsorvida ao bagaço seja diluída e removida por lixiviação ou lavagem por um processo de contracorrente. Reduzindo a quantidade de água necessária, onde é feita uma operação de retorno de caldo diluído extraído. Figura 4: Rolo Flutuante. Fonte: Bastos Neto (2010). No final do difusor, possui um rolo desaguador rotativo, sua função é manter o bagaço final enxuto, e ao cair na próxima esteira de saída do difusor, o bagaço é descompactado por placas defletoras que são ajustável e assim proporcionado um carregamento perfeito na esteira transversal de saída. Figura 5: Terno de Secagem. Fonte: Reis, F. A.; Andrade, W. M. (2013). Feito esse processo o bagaço será guiado para o processo de desaguamento no qual tem a função de garantir que o bagaço seja esmagado retirando certa quantidade de caldo que foi obtida pela a lavagem que feita no difusor. Após a essa etapa de esmagamento o bagaço é conduzido ao terno de secagem que irá retirar o restante do caldo, deixando totalmente o bagaço seco pronto para ser queimado nas caldeiras. 4.4.2 OPERAÇÕES EM CALDEIRAS DE ALTA PRESSÃO As caldeiras ou geradores de vapor são equipamentos destinados a transformar água em vapor. A energia necessária à operação, isto é, o fornecimento de calor sensível à água até alcançar a temperatura de ebulição, mais o calor latente a fim de vaporizar a água e mais o calor de superaquecimento para transformá-la em vapor superaquecido, é dada pela queima de um combustível. Figura 6: Caldeira Aquatubular de Alta Pressão. Fonte: http://www.vetorial.ind.br/pt/sustentabilidade/co-geracao-de-energia. 4.4.3 OPERAÇÃO EM TURBINAS DE VAPOR Na unida de Pedro Afonso Açúcar e Bioenergia no processo de cogeração, temos um o conjunto de caldeiras, turbinas, redutores e turbo gerador. A usina é dimensionada com duas caldeiras de 200 toneladas cada, e tem uma vazão total de 400 toneladas e duas turbinas de alta pressão e alta velocidade, sendo uma de contrapressão com uma velocidade nominal de 4820 RPM e a outra de condensação em uma velocidade nominal de 6050 RPM e dois turbos geradores com potência elétrica de 35mw e 45mw, geração total de 80mwh. O primeiro passo é a queima do combustível (o bagaço-da-cana), que tem a sua queima em alta pressão e com grandes motores no auxílio do processo é gerado um vapor em grandes números para mandar para as turbinas de alta pressão. Figura 7: Turbina a Vapor. Fonte: Rozales Rangel. Ao chegar o vapor na turbina (NG HB 900) de contrapressão, um vapor de 65kgf/cm² entrando e passa em suas paletas e adquire as suas perdas, chegando a uma pressão de 1,5 kgf/cm² para atender o processo na fabricação do açúcar e álcool. Em seguida com essa pressão é possível girar o eixo da turbina de 25 toneladas em alta rotação de 4820 rpm; e com esta rotação de 4820 RPM, é preciso passar por um redutor de velocidades, reduzido a mesma para 1800 RPM para que gire o eixo do gerador e gerando uma potência de 13,8 kV (equivalente a 13800 volts). Figura 8: Turbina a Vapor em funcionamento. Fonte: Degaspari. R. Após a geração da energia a mesma é mandada para um cubículo de media tensão aonde é transportada para a Substação 138kv, e elevando de 13,8 kv para 138kv através de outro transformador de alta tensão e mandado em uma linha de transmissão com dispositivos de alta tecnologia para a Substação da Aneel de Miracema do Tocantins. Na turbina de condensação (TGM CT-40), o processo de funcionamento é um pouco diferente da de contrapressão, na mesma linha de vapor de 65kgf/cm² é preciso rebaixar (por válvulas rebaixadoras), para outra pressão de 19kgf/cm², que serve para fazer a selagens em alta e baixa pressão que significa o pré e aquecimento continuo da máquina. E após as selagens o vapor que sobra vai para o condensador que é um tanque que faz o processo de condensação seguido de outro tanque chamado Hotwel, aonde vem uma linha de pressão de 04kgf/cm² de água da torre de resfriamento, e gerando o processo de condensação que é reenviado para as caldeiras ajudando a mesma. Mas processo de turbina de condensação na geração de energia é o mesmo da turbina de contrapressão, o que muda é a rotação que é uma por maior de 6050 RPM e a potência do gerador que é 35 MW. O contrato de energia da unidade é de 30 MWH somando em 720 MWH ao dia que atender aproximadamente a uma cidade de 330 mil habitantes. Mas o consumo da unidade é de 18 MWH, e podendo ter a exportação de até 62 MWH que é a capacidade de do transformador que a Substação tem, mas respeitando as vazões das caldeiras que as soma das duas é de 400 toneladas, mas em sempre pode ter sujeiras de terra e pedras que pode atrapalhar na queima do bagaço da cana. A eficiência das turbinas de condensação (TGM) é de três toneladas de vapor por MWH e a da turbina de contrapressão (NG) é de até sete toneladas de vapor por MWH dependendo do processo do álcool e a açúcar quando estiver processando. 5. APRESENTAÇÃO DA EMPRESA A unidade sucroalcooleira localizada no município de Pedro Afonso – TO deu o seu inicio no Brasil desde 1905, e é uma das principais empresas de agronegócio e alimentos do Brasil e uma das maiores exportadoras. Atua de forma integrada do campo à mesa do consumidor. Desde a produção e a comercialização de fertilizantes, compra e processamento de grãos (soja, trigo e milho), produção de alimentos (óleos, margarinas, maioneses, azeite, arroz, farinhas), serviços portuários até a produção de açúcar e bioenergia. Hoje, conta com mais de 20 mil colaboradores, atuando em cerca de 150 instalações, entre fábricas, usinas, moinhos, portos, centros de distribuição e silos, em 17 estados de todas as regiões brasileiras. Marcas como Serrana, Manah, Salada, Soya, Cyclus, Delícia, Primor, estão profundamente ligadas não apenas à história econômica brasileira, mas também aos costumes, à pesquisa científica, ao pioneirismo tecnológico e à formação de gerações de profissionais. A construção da usina em Pedro Afonso – TO teve início em janeiro de 2009 e em julho de 2010, a unidade já havia iniciado a operação em caráter experimental. O plantio do canavial teve início em julho de 2007, com um viveiro de mudas em 237 hectares. Hoje, são mais de 24 mil hectares plantados e a projeção até 2012 foi de atingir 32 mil hectares de cana-de-açúcar na região. Em parceria com centros de pesquisa, a empresa se dedicou também à inovação ao desenvolver variedades de cana-de-açúcar específicas para o clima e o solo da região. Localizado no interior do Tocantins, a usina Pedro Afonso - TO a primeira unidade greenfield e a oitava usina produtora de Álcool e Energia da empresa no Brasil. Com capacidade inicial de moagem de 2,5 milhões de toneladas de cana-deaçúcar por ano, a nova usina utiliza o que há de mais moderno em tecnologia, realiza plantio e colheita totalmente mecanizados, além de aproveitar integralmente o bagaço da cana para a produção de energia elétrica, processo conhecido como cogeração. A usina Pedro Afonso Açúcar e Bioenergia tem capacidade para produzir 180 Gwh por ano de energia e, a partir de 2013, a unidade deu inicio na contribuição de fornecimento de energia elétrica do estado do Tocantins. Foram investidos mais de 20 milhões de dólares no processo de cogeração, que consiste na queima do bagaço da cana (resíduo da produção) para gerar energia elétrica. Uma parte desta energia será utilizada internamente para operar a usina, ou seja, a unidade é autossuficiente energeticamente. Outra parte poderá ser disponibilizada ao sistema elétrico nacional, com capacidade para abastecer uma cidade de até 300 mil habitantes. 6. RESULTADOS E CONCLUÇÕES Com base nos resultados obtidos na realização deste trabalho, o objetivo é mostrar a importância que o bagaço da cana tem para a geração de energia. A cana é uma biomassa que pode ser transformada totalmente em energia aproveitável atreves de processos industriais, e além de ter um custo menor na geração de energia por biomassa, e ainda tem uma grande vantagem, que é gerar uma emissão praticamente a zero na atmosfera. Segundo Nova Cana, “a grande utilização atual do bagaço é o seu aproveitamento como combustível das caldeiras, gerando vapor para aquecimento e para geração de energia elétrica para consumo na usina e para venda às concessionárias de energia elétrica”. A palha da cana, na atualidade, é ainda muito pouco aproveitada pelas indústrias para fins industriais energéticos, sendo que em grandes casos ainda se obtêm a queima no próprio campo. O seu aproveitamento também resulta como um grande potencial na geração de energia para o setor. A utilização do bagaço de cana para a geração de energia vem sendo amplamente pesquisada e divulgada nos últimos anos. E atualmente em tempos de escassez de energia, devido à falta de chuvas que está reduzindo cada vez mais as capacidades hídricas do país. Faz com que especialistas do setor sucroalcooleiro afirmam que o bagaço da cana está se tornando uma fonte de alternativa de energia. Com 87% da matriz energética proveniente de hidroelétrica, o Brasil está à beira de uma crise, devido ao baixo nível dos reservatórios nas usinas hídricas, pois esse tipo de fonte de energia depende e muito das chuvas. O país precisa aproveitar seu potencial e suas vantagens dada a diversidade de fontes disponíveis. O setor sucroalcooleiro é candidato natural porque representa uma enorme oportunidade para nossa economia. Não por outro motivo, o Brasil chegou a ser reconhecido como a “Arábia Saudita verde”, (Fonte: Folha de S. Paulo). De acordo com a Única, “o Brasil é destaque mundial no uso de energias renováveis, que representam mais de 44% da matriz energética do país [...]”. O setor sucroenergético possui papel chave nesta participação, uma vez que somente os produtos da cana-de-açúcar são responsáveis por 15,7% de toda a oferta de energia do país. Este valor já ultrapassa o fornecido pelas usinas hidroelétricas 7. CONCLUSÃO Com o intuito de mostrar a importância do bagaço da cana de açúcar para a cogeração de energia. É que atualmente, o bagaço da cana está sendo o recurso de maior potencial para a geração de energia elétrica no país. A entrada de investimentos em capacidade instalada para a geração de energia proveniente de fontes renováveis, como a biomassa, gera maior flexibilidade, além de reduzir os impactos ambientais, ainda proporciona a autossuficiência e disponibiliza a energia elétrica a custos significativos. O setor sucroalcooleiro tem uma grande vantagem, que a oportunidade de utilizar a sua própria matéria-prima, que é a, biomassa para a geração de energia elétrica e utiliza para o seu próprio consumo e também para exportação a partir da cogeração. Com a alta produtividade alcançada pela as lavouras canavieiras, ter se estendido em ganhos sucessivos nos processos de transformação da biomassa sucroalcooleira, e disponibilizado enorme quantidade de matéria orgânica sob a forma de bagaço nas usinas de cana-de-açúcar, e interligados aos principais sistemas elétricos. Umas das principais dificuldades ao maior uso da biomassa na geração de energia elétrica são os custos relativamente altos de produção e transporte e, de um modo geral, incluindo aspectos socioambientais. Tais medidas tendem a ser contornar pelo o desenvolvimento, aplicação, aprimoramento e investimento de novas e eficientes tecnologias no ramo da automação industrial, visando maior produtividade, ao menor custo e com maior qualidade. 8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS BASQUEROTTO, CLÁUDIO HENRIQUE. COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA COM BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR COMPRESSADO (BRIQUETE). 2010. 56f. (1. Cogeração 2. Briquete 3. Cana-de-açúcar. II. 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