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Universidade Federal de Viรงosa


Universidade Federal de Viçosa Departamento de Engenharia Agrícola Energia alternativa Março de 2013

Etanol – o combustível do campo Prof. Juarez de Sousa e Silva Prof. Roberto Precci Lopes


A população mundial (cerca 7 bilhões de pessoas) vai continuar a crescendo. Isto requer energia para:  Habitação;  Manufatura;  Produção;  Processamento e armaz. de alimentos;  Comercialização;  Transporte, etc. Em 2050 seremos quase 10 Bi

http://mundomocoh.blogspot.com/2009/12/desenho-multidao.html


Demanda por energia O consumo per capita de energia vem aumentando em função do conforto físico e da elevação dos padrões de vida.


TendĂŞncias

Energia comercial utilizada na cadeia alimentar americana


Você sabia que o homem está consumindo a cada ano 30 % a mais dos recursos naturais que o planeta é capaz de repor ?

http://pensarescorpiao.blogspot.com/201 0/07/galinha-dos-ovos-de-ouro.html


De onde vem a energia que “move� o mundo ?


Distribuição das fontes de energia na matriz mundial


Oferta interna de energia elÊtrica por fonte – Brasil


ENERGIA E MEIO AMBIENTE

A extração, conversão e utilização da energia oriunda dos combustíveis fósseis causam sérios impactos ambientais. O próprio clima pode ser afetado em decorrência dos gases liberado no processo de exploração e conversão de energia.


Petrolero Mar Egeo, 1992, La Coru単a


Acidente no Golfo do México. 2010.

Acidente P-36 (Maior plataforma de petróleo do mundo - 80 mil barris/dia, naufraga em março de 2001. 1 milhão e 500 mil litros de petróleo espalharam no mar.


Quer uma prova do aquecimento global?


ALERTA A Organização das Nações Unidas alerta para o fato de que o aquecimento global poderá desencadear um movimento em massa de pessoas (refugiados do clima), com sérias conseqüências para a segurança.

http://cleveston.blogspot.com/2009/11/onu-pede-atencaorefugiados-do-clima.html


Você sabia que nossa agricultura não é tão “verde e limpa” como parece ?


Aproximadamente 57 % da energia utilizada no setor rural s茫o oriundos de combust铆veis f贸sseis, especialmente 贸leo diesel.


Como garantir o crescimento e o desenvolvimento sem destruir nosso planeta ?


Fontes de energia renovรกvel


Fontes de energia renovável São aquelas que uma vez utilizadas pelo homem, podem ser renovadas pela natureza.

Dentre as mais importantes estão:  Energia solar;  Energia hidráulica;  Energia eólica;  Energia da biomassa;


Fontes de energia renovável

Características

. Fontes alternativas de energia; . Menor impacto ambiental; . Pode ser reposta pela natureza; . Inesgotável (dentro da escala de vida do homem); . Disponível em todo o planeta (pelo menos um tipo);


Qual o local por excelência para produção e utilização de energia renovável ?


O meio rural

Por quĂŞ

www.baciadasalmas.com/.../ilustracao/page/14/


Porque no meio rural pode-se encontrar:  Quedas d água;  Melhor disponibilidade de ventos;  Ampla área para utilização de Energia solar;  Resíduos agrícolas e de animais;  Culturas energética;  Florestas energéticas.


Para quais atividades precisamos de energia em nossa propriedade ?


 Preparar o solo;  Plantar;  Colher;  Edificações;  Maquinário (picadeira; desintegrador, secador);  Aquecimento;  Resfriamento;  Agroindústria;  Armazenamento;  Transportar a produção;  Conforto e moradia. http://www.pmf.sc.gov.br/entidades/igeof/index.php?pagi na=notpagina&noti=773


PROBLEMA Nem todas as propriedades dispõe de energia suficiente para tocar uma serraria, ligar um motor para irrigação, resfriar o leite, montar um pequena fabrica de ração ou uma pequena agroindústria.


Será que não tem um jeito de produzir energia térmica, mecânica e elétrica na fazenda para secar grãos, acionar máquinas, movimentar trator, transporte e produzir alimentos


SISTEMA INTEGRADO DE PRODUÇÃO DE ENERGIA E ALIMENTOS

Embrapa milho e sorgo


Para que um sistema integrado traga os benefícios esperados é necessário: a) conservar os recursos naturais; b) reciclar os produtos orgânicos; c) usar fontes locais de energia renovável; d) diversificar a produção de alimentos e de energia; e) integrar as diversas atividades através da complementaridade; f) ter nível de investimentos compatível com as diversas escalas de produção.


Você sabia que cada fazenda pode ter um poço de “petróleo verde”, capaz de produzir sua própria energia?


Etanol – o combustível da fazenda

http://www.agrocim.com/noticia/Colheitamecanizada-de-cana-cobrira-60-do-total-emSao-Paulo.html


O PORQUÊ DO USO DO ÁLCOOL COMO COMBUSTÍVEL

Aproximadamente 57% da energia utilizada no setor rural são de origem fóssil – isto faz nossa agricultura vulnerável e impactante; Trata-se de um combustível renovável e de fácil obtenção; É um combustível versátil, ou seja, pode ser utilizado para aquecimento, produção de energia mecânica e de energia elétrica;


O PORQUÊ DO USO DO ÁLCOOL COMO COMBUSTÍVEL

Os resíduos do processo de produção podem ser incorporados na propriedade;  O bagaço gerado pode ser utilizado em fornalhas; A vinhaça usada na fertirrigação; As partes da cana não utilizadas podem ser utilizadas para alimentação do gado;


O PORQUÊ DO USO DO ÁLCOOL COMO COMBUSTÍVEL

 Pode-se aproveitar os resíduos da produção de aguardente para produção de álcool;  Reduz o custo com combustíveis fósseis;  Pode atender comunidades distantes dos grandes centros produtores ou região onde a mecanização não seja viável;  Existe um interesse mundial pelo uso de combustível mais “limpos”.


 Cana: 90 L/t

 Milho: 371 L/t

Para pensar

 Cana: 80 a 85 t/ha  Milho: 8,1 t/ha

 Cana: 7200 7500 L/ha  Milho: 3000 L/ha

a


Mas, o que é o álcool combustível Como pode ser produzido na fazenda Quanto custa produzí-lo Posso vendê-lo e ganhar Em que posso utilizá-lo


O que é ? O etanol de cana-de-açúcar é o produto obtido por meio da destilação do caldo de cana fermentado. O álcool combustível é uma mistura hidroalcoólica com, no mínimo, 85% de álcool. Quando o teor de álcool situa-se entre 38 e 54 % recebe o nome de aguardente de cana.


Como é obtido ? Por meio de várias etapas

Colheita

Limpeza e corte

Moagem

Decantação e diluição do caldo

Fermentação

Destilação


Colheita Manual

Com queima Sem Queima


Desvantagem

Destruição da Fauna e Flora

Alta reposição de fertilizantes http://www.fatoni.ind.br/noticia/cana-baixa-umidadefaz-cetesb-proibir-queima-em15-municipios.html


Vulc達o sem Montanha?


Colheita Deve ser realizada quando a cana estive madura com 20 a 22 Brix.

Colheita manual

Colheita mecanizada


Limpeza e corte A cana depois de colhida contém muitas impurezas, tais como terra (fonte de microrganismos) e palha, a matéria-prima deve ser limpa através de lavagem com água. O corte visa a obtenção de pedaços menores para facilitar o manuseio no momento do esmagamento ou moagem. Na indústria faz-se a desfibração para facilitar a posterior extração do caldo.


Moagem Nas propriedades utiliza-se apenas uma moagem. Isto faz com que o rendimento em extração seja baixo e o bagaço contenha certa quantidade de açúcar.


Se convenientemente preparo e suplementado com concentrados o bagaço pode constituir parte da alimentação do gado.

Alimentação de animais a base de ponta de cana picada


O bagaço pode ser utilizado: Como piso de confinamento e devolvido ao solo como matéria orgânica depois de convenientemente decomposto com os dejetos dos animais.

Também como combustível para fornalhas e caldeiras.


Decantação e diluição do caldo O caldo extraído depois de coado em peneira fina para retidada do bagacilho, deve permanecer em tanques denominado decantadores, para separação de materiais pesados existentes no caldo. O caldo deve ser diluído com água para possuir um teor de açúcar correspondente a 16 Brix .


Exemplo Quantos litros de água devo adicionar em 1000 L de caldo de cana com 22 Brix para reduzí-lo para 14 Brix? Qágua

Vcaldo .Bcaldo Vcaldo Bdesejado

Onde: Qagua – quantidade de água, L; Vcaldo – volume de caldo, L; Bcaldo – graus brix do caldo; Bdesejado – graus brix desejado. Qágua

1000 x 22 1000 572 L 14


Fermentação É a transformação de açúcares em álcool e gás carbônico (CO2) pela ação de microorganismos (leveduras). Na verdade os microorganismos (comumente Saccharomyces cerevisiae) nutre dos açúcares para se manterem (crescer e multiplicar). Neste processo produzem um tipo de enzima que quebra os áçucares em unidades menores (hidrólise) e as converte em álcool. Mosto Denomina-se mosto o caldo de cana preparado, isto é, com o Brix adequado para o desenvolvimento das leveduras.


Caldo diluído (mosto) misturado ao pé-decuba em processo de fermentação


Vinho

O líquido após fermentado chama-se Vinho. Este líquido possui de 88 a 93 % de água ou 7 a 12 % de álcool. Para separar o álcool da água, este material é destilado. Vinhoto, Vinhaça e Restilo É o líquido residual após o término da destilação, ou seja, o material que não se presta mais para destilar.


DORNAS

São os recipientes onde se processa a fermentação do Mosto até que se tenha o Vinho pronto para ser destilado. Este processo leva de 16 a 26 horas, e a temperatura do mosto deve estar entre 28 e 32 C.

Sala de fementação com dornas em aço inox


Destilação É o processo de separação empregado quando se deseja separar de uma solução elementos que possuem temperaturas de ebulição diferentes, como a água e o álcool presentes no Vinho. Temperatura de ebulição: Água: 100 C Álcool: 78,2 C Neste processo o álcool que se encontra líquido no vinho é transformado em vapor quando a temperatura de destilação atinge 78,2 C. O vapor é recolhido e resfriado (condensado), ou seja, transformado em álcool líquido de novo, porém mais puro.


www2.fc.unesp.br/lvq/animations.htm


O Álcool pode ser obtido:

- A partir da destilação do vinho em equipamento denominado coluna de retificação.

Coluna de refluxo para produção de álcool na fazenda.


- A partir de pré-destilados

Durante a produção de aguardente obtém-se três produtos: cabeça, coração e cauda. Cabeça: constituída por substâncias com ponto de ebulição menor que a do álcool. Para obter cachaça de qualidade, essa primeira fração de destilado, que possui 75 a 60 GL deve ser separada (cerca de 10 % do total). Coração: corresponde a fração que sai do alambique logo após o destilado de cabeça. Possui graduação de 60 a 40 GL. É a porção de melhor qualidade (corresponde a cerca de 80 % do total). Cauda: corresponde a parte final da destilação. Contém substâncias como o óleo fusel. Corresponde a 10 % do total. Deve ser eliminada.

O destilado de cabeça e de cauda podem ser misturadas e levados para uma coluna de retificação para obtenção de álcool combustível.


Produção integrada de álcool combustível em sistema cooperativo Neste sistema o fazendeiro produz o prédestilado a 85 GL, ou seja, o álcool de baixo grau e entrega a cooperativa para a retificação, ou seja, para obtenção do álcool dentro dos padrões de comercialização.

A cooperativa comercializaria parte da produção e repassaria o restante aos associados para uso na fazenda como fonte de energia.


Rendimentos (médio) 100 L de mosto produz cerca de 10 L de álcool;

1 L de álcool produz 12 L de vinhoto; 1 ton de cana produz 600 L de caldo;

1 ton de cana produz 300 kg de bagaço; 1 ton de cana produz 60 a 70 L de álcool;


Rendimentos (médio) 1 ha de cana pode produzir 100 t de cana ou mais; 1 ha de cana pode produzir 6000 L de álcool ou mais; 1 ha de cana pode produzir 11.000 L de cachaça de qualidade; Para cada 250 L de cachaça de qualidade produzida pode-se produzir 100 L de álcool com resíduo de cabeça e cauda


Rendimentos (médio)

Uma unidade de destilação pequena pode produzir 60 a 80 L/h de álcool a partir de pré-destilado;

Uma unidade de destilação de pequeno porte pode produzir 20 a 30 L/h de álcool a partir de vinho ou mosto fermentado;


Composição de Soluções Alcoólicas

Composição do vapor e do líquido de uma solução alcoólica, em função da temperatura a 760 mmHg


Batelada

ContĂ­nuo


Colunas em série / paralelo

Esquema de instalação de um destilador com colunas em Série/paralelo.

Destilador com colunas em série/paralelo por aquecimento direto via fornalha


Coluna de retificação com recheio Multifunção


Colunas série/paralela de multifunção

Esquema da ligação para colunas em série/paralelo

Unidade móvel com finalidade didática (álcool e aguardente)


Sistema completo para produção de álcool

Esquema para montagem de uma mini-destilaria com sistema de préaquecimento para o uso eficiente de energia


Adaptação de alambiques

Adaptação de uma coluna de retificação sobre o capelo de um pequeno alambique com dois tipos de saída de vapor.

Adaptação da coluna, por meio de tubulação com registro, sobre um suporte ao lado do alambique.


ATENÇÃO • O fato de alambiques de cobre possuirem paredes finas podem, com o tempo, apresentar vazamentos. • Se produzir álcool a partir do pré-destilado em alambique comum tenha cuidado: a pareded do alambique é fina e a mistura tem teor alcoólico elevado. Portanto, há risco de explosão. Aconselha-se panela e coluna toda em inox e com chapa de 1 a 1,5 mm de espessura.


Utilização do álcool combustível na fazenda Produção de energia elétrica por meio de motores estacionários a álcool acoplado a gerador

Exemplo: Consumo mensal: 200 kWh Horas utilizadas: 200 kWh/8,0 kW = 25 h Consumo de álcool: 95 L/mês

Potência nominal: 8,0 kVA 1 Consumo: 0,48 L/kWh R$ 13.000,00

3,8 L/h de trabalho


Gerador 3 220V 40 KVA/32 kW

Motor F-1000 4,9 i 140 cv

Preรงo do conjunto: R$ 30.000,00


Gerador 40 KVA/32 kW


Uso em veĂ­culos

Consumo: 10 a 12 km/L


Trator A MWM lan莽ou no mercado um trator que substitui 60 % do 贸leo diesel por etanol, sem perda de rendimento e com economia de 25 %;

Consumo 12 a 15 km/L


Motorcicleta A Honda, maior fabricante de motos no Brasil, disponibiliza no mercado o modelo CG 150 Mix com consumo de um litro de รกlcool a cada 36,5 km (36,5 km/L).


Aquecimento de รกgua

Consumo: 400 mL/h


Cocção de alimentos

Fogão a álcool aberto Consumo: 250 mL/h


Uso a Cocção de Alimentos

Fogareiro a álcool pressurizado.


Uso a Cocção de Alimentos - UFV

Fogão a álcool, não pressurizado, modelo UFV.


Vantagem do fogão a álcool Pode ser produzido e armazenado na quantidade adequada para atender a demanda por cocção durante o ano, ficando a dona de casa despreocupada em conseguir combustível para cocção;  Não requer grande esforço físico para ser preparado, como é o caso da lenha, que precisa ser rachada e transportada e ainda procurada em pastos e colinas;  O álcool emite menor quantidade de poluentes atmosféricos que a lenha e carvão vegetal;


O álcool permite maior controle da combustão que os combustíveis sólidos;  O aquecimento do fogão a álcool é imediato quando comparado com o fogão a lenha que requer um período lento de aquecimento.


Vista geral do fogรฃo a รกlcool, modelo UFV


PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DE ETANOL DE CANA DE AÇÚCAR


Obrigado Prof. Juarez de Sousa e Silva E-mail: juarez@ufv.br Prof. Roberto Precci Lopes E-mail: roberto.precci@ufv.br

Alcool combustivel na Fazenda  

Mostra como produzir e usar o alcool combustível no meio rural

Alcool combustivel na Fazenda  

Mostra como produzir e usar o alcool combustível no meio rural

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