AULA BIOELETRICIDADE

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BIOELETRICIDADE: ENERGIA DO 
BAGAÇO DA CANA 
• A energia do bagaço da cana de açúcar vem 
ganhando relevância na matriz energética brasileira 
de maneira a compatibilizar segurança no 
suprimento energético com sustentabilidade 
ambiental. Esse cenário favorável à geração e 
comercialização da bioeletricidade é consequência 
da atual estrutura do setor elétrico brasileiro e das 
perspectivas de ampliação da produção 
sucroalcooleira. 
 
 INTRODUÇÃO 
• A matriz energética brasileira caracteriza-se pela 
predominância da hidroeletricidade; 
• De acordo com o resultado preliminar do Balanço 
Energético Nacional 2011, 74,9% da oferta interna 
de energia corresponde a energia hidráulica; 
• É necessário considerar o risco hidrológico, ou seja, 
a irregularidade do regime de chuvas e a 
sazonalidade das afluência;. 
• Energia Natural Afluente – ENA. 
 MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA E A 
NECESSIDADE DE COMPLEMENTAÇÃO 
 MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA E A 
NECESSIDADE DE COMPLEMENTAÇÃO 
 
 Figura 1 – Energia Natural Afluente: média histórica do ano 2010. 
 Fonte: dados ONS. 
• Em 2010, a carga média do SIN foi de 54.252,49 
MWméd, dado superior a ENA média no período seco, 
de maio a novembro, que foi de 35.978,23 Mwméd; 
• Neste cenário, as usinas hidrelétricas com reservatórios 
estocam água durante o período de chuvas para que 
esta possa ser turbinada na seca, mantendo a geração 
de energia elétrica estável ao longo do ano; 
• Energia Armazenada – EAR; 
• O perfil do parque gerador hídrico brasileiro está em 
processo de transição e a perspectiva é que as próximas 
usinas hidrelétricas construídas sejam do tipo fio d´água. 
As restrições à construção de novos reservatórios são de 
ordem física e ambiental. 
 MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA E A 
NECESSIDADE DE COMPLEMENTAÇÃO 
 MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA E A 
NECESSIDADE DE COMPLEMENTAÇÃO 
 
Figura 2 - Evolução da capacidade de regularização dos reservatórios. 
 Fonte: Castro et al. 
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
EAR
 má
x/C
arga
EAR máx/Carga
 
 
• Sem dispor de novos reservatórios de regularização, 
em poucos anos será necessário dispor 
crescentemente de geração complementar à hídrica. 
Por esta razão, na estação seca a carga terá que ser 
atendida basicamente por usinas situadas em bacias 
regularizadas e por termoelétricas. 
 
 MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA E A 
NECESSIDADE DE COMPLEMENTAÇÃO 
• A ampliação do parque térmico é uma solução para 
diminuição da capacidade de regularizar a 
disponibilidade de energia do sistema hídrico; 
• Usinas sucroalcooleiras, surge como uma alternativa 
interessante, importante e necessária, devido à vocação 
técnica e econômica da bioeletricidade sucroenergética; 
• Durante a estação chuvosa a carga será atendida pela 
geração hídrica crescente e na estação seca os 
reservatórios precisariam regularizar apenas uma parte 
da carga, aquela não atendida pela geração 
sazonalmente complementar. 
 A GERAÇÃO COM SAZONALIDADE 
COMPLEMENTAR 
• A bioeletricidade é a energia elétrica gerada pela 
transformação da energia térmica de produtos 
orgânicos com grande valor energético. 
• Bioeletricidade é a energia elétrica cogerada, a 
partir da biomassa, com previsibilidade e qualidade 
de oferta assegurada, que agrega valor a indústria 
canavieira e complementaridade ao sistema elétrico 
e reduz emissões para matriz elétrica de baixo 
carbono (SILVESTRIN, 2008). 
 
 BIOELETRICIDADE: ENERGIA DO 
BAGAÇO DA CANA 
• O potencial de geração de bioeletricidade é função 
da safra de cana-de-açúcar, pois é o montante de 
cana colhida que determina o volume de biomassa 
residual disponível para a geração de 
bioeletricidade. O potencial depende também da 
tecnologia adotada, que determina a eficiência da 
conversão da biomassa em energia elétrica 
 O Potencial da Bioeletricidade 
• Na safra 2010/2011, de acordo CONAB, a área 
cultivada com cana-de-açúcar que foi colhida e 
destinada à atividade sucroalcooleira está estimada 
em 8.442,8 mil hectares. O Estado do Mato Grosso 
do Sul corresponde com 5,69% . Estima-se uma 
produtividade média brasileira em 76,039 quilos por 
hectare bem como uma produção de 641.982,0 mil 
toneladas de cana açúcar. 
 
 O Potencial da Bioeletricidade 
 O Potencial da Bioeletricidade 
 
 Figura 3 - Produção de cana de açúcar no Brasil. 
 Fonte: dados CONAB e UNICA. 
 
 
• A Resolução no 21 da ANEEL, de 21 de janeiro de 
2000, define a cogeração como o processo de 
produção combinada de calor útil e energia 
mecânica, geralmente convertida total ou 
parcialmente em energia elétrica, a partir da energia 
química disponibilizada por um ou mais 
combustíveis. 
 COGERAÇÃO DE ENERGIA NO SETOR 
SUCROALCOOLEIRO 
• O bagaço é um subproduto agroindustrial resultado 
do processo de moagem dos colmos 
industrializáveis. Para sua obtenção, a cana é 
primeiramente colhida e transportada para usina 
onde é preparada para a moagem, passando, pois, 
por diversos equipamentos, quais sejam, a mesa 
alimentadora, esteiras, picador, nivelador, 
desfibrador, espalhador, separador magnético e 
moenda. A biomassa da cana, o bagaço, é utilizada 
como combustível nas caldeiras em um processo de 
cogeração de energia. 
 
 MATERIAS USADOS NA PRODUÇÃO DO 
BAGAÇO 
• Caldeiras ou geradores de vapor são equipamentos que 
permitem a geração de formas de energia térmica de 
amplo uso; 
• Caldeiras são geradores de vapor constituídos por um 
conjunto de equipamentos que transformam água 
líquida em vapor à pressão acima da atmosférica, numa 
temperatura igual ou maior do que a temperatura de 
saturação nessa pressão, mediante calor obtido da 
queima de um combustível (PETROBRAS, 2008); 
• A esse respeito, a NR-13 (2006, p.07) define que 
caldeiras a vapor são equipamentos destinados a 
produzir e acumular vapor sob pressão superior à 
atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia. 
 Caldeira 
 Caldeira 
 
 Figura 12 – Gerador de vapor e seus componentes básicos. 
 Fonte: Dall'Orto. 
• Fornalha: também chamada de câmara de combustão, é o 
local onde se inicia o processo de queima seja de 
combustível, sólido liquido ou gasoso. 
• Cinzeiro: local onde se depositam cinzas e ou, 
eventualmente, restos de combustíveis que atravessam o 
suporte de queima sem completarem sua combustão. 
• Queimadores: são equipamentos destinados a introduzir 
continuamente o combustível e o ar dentro da fornalha, 
mantendo a combustão dentro de parâmetros necessários. O 
queimador é composto de registro e maçarico. 
• Tambor: o tubulão superior ou tambor de vapor é o elemento 
da caldeira onde é injetada a água de alimentação e de onde 
é retirado o vapor. 
 Caldeira 
• Tubos evaporadores: correspondem a vasos fechados e 
pressurizados contendo água no seu interior, a qual, ao 
receber calor, transforma-se em vapor. 
• Economizador: é um trocador de calor tubular gás-
líquido instalado na região de passagem dos gases de 
combustão direcionados a chaminé com a finalidade de 
propiciar o aproveitamento de energia térmica (calor 
sensível residual) contida nesses gases, transferindo-a 
para a água de alimentação. 
• Superaquecedor: responsável pela elevação da 
temperatura do vapor saturado gerado na caldeira 
produzindo vapor superaquecido. 
 
 Caldeira 
• Pré-aquecedor de ar: são trocadores de calor gás-gás 
que elevam a temperatura do ar de combustão antes de 
sua entrada na fornalha,através do aproveitamento do 
calor sensível dos gases de combustão saindo da 
caldeira. 
• Canais de gases: são trechos ou finais de circulação dos 
gases de combustão até a chaminé. Podem ser de 
alvenaria ou de chapas de aço, conforme a temperatura 
dos gases que neles circulam. 
• Chaminé: é a parte que garante a expulsão dos gases de 
combustão com velocidade e altura determinadas para o 
ambiente. 
 
 Caldeira 
 Caldeira 
 
 Figura 12 – Gerador de vapor e seus componentes básicos. 
 Fonte: Dall'Orto. 
 
 
 
• Este modelo de caldeira é empregado apenas para 
pequenas capacidades de produção de vapor, na 
ordem de 10 toneladas por hora, e quando se deseja 
vapor de baixa pressão, variando de 5 a 20 kgf/cm2. 
 Caldeira Flamotubular 
 Caldeira Flamotubular 
 
 Figura 13 – Caldeira flamotubular multitubular. 
 Fonte: HowStuffWorks. 
 
 
 
• As capacidades de produção de vapor variam da 
ordem de 50 a 350 toneladas por hora, com pressões 
de 67 até 94 kgf/cm2 e temperatura do vapor 
variando de 480 a 520 oC 
 Caldeira Aquatubular 
 Caldeira Aquatubular 
 
 Figura 14 – Caldeira aquatubular. 
 Fonte: HowStuffWorks. 
 
 
• Turbina a vapor é uma máquina térmica e rotativa 
que transforma a energia do vapor d'água sob forma 
de energia cinética em energia mecânica; 
• As turbinas a vapor são turbomáquinas que operam 
com vapor de alta pressão na condição 
superaquecida. 
 
 Turbina a Vapor 
• Dependendo da pressão do escape de uma turbina, 
pode-se ter uma máquina de contrapressão ou uma 
máquina de condensação. 
• No primeiro caso o vapor que deixa a turbina, cuja 
pressão é mais alta que a atmosférica, é direcionado 
a uma rede de vapor, onde a energia contida no 
mesmo será utilizada para fins de aquecimento ou 
para realização de algum processo industrial. 
 Turbina a Vapor 
• Na máquina de condensação o vapor que deixa a 
turbina segue para o condensador, onde se 
processará sua condensação sob vácuo. A energia 
contida no vapor de escape é transmitida a um meio 
refrigerante sem ser reaproveitada. As turbinas 
podem apresentar ainda tomadas intermediárias de 
vapor entre a admissão e o escape. 
• O restante do vapor (quantidade não extraída) 
continua seu trajeto ao longo dos estágios seguintes 
da turbina a vapor até à exaustão. 
 
 Turbina a Vapor 
 
 
• O gerador é uma máquina elétrica que realiza a 
conversão de energia mecânica em energia elétrica. 
• O princípio de funcionamento desta máquina é 
fundado na Lei de Faraday que preconiza que uma 
tensão é induzida nos terminais de um condutor 
sujeito a um campo magnético variante no tempo 
ou no espaço. 
 
 Gerador Síncrono 
 Gerador Síncrono 
 
 Figura 15 – Representação mecânica do gerador síncrono. 
 Fonte: Júnior e Filho. 
• O condensador de vapor é um componente 
importante do ciclo de vapor em instalações de 
cogeração de energia. 
• O condensador é trocador de calor onde ocorre a 
condensação do vapor de escape, de forma que o 
fluído de trabalho seja trazido à condição de líquido 
saturado para o reinício do ciclo. 
• Os condensadores podem ser classificados como de 
superfície e barométricos. 
 Condensador 
 
 
• Poderia se pensar em injetar diretamente o vapor de 
escape à caldeira sem antes liquefazê-lo. 
 
• Deve-se procurar ainda realizar a condensação de 
forma que não haja subresfriamento do 
condensado. 
 Condensador 
 Condensador 
 
 Figura 16 – Condensador de superfície com tubos e carcaça. 
 Fonte: Duarte. 
• A bomba de alimentação promove a compressão do fluido de 
trabalho, ora líquido saturado, até a pressão de operação da 
caldeira. 
• Para a alimentação de caldeira são empregadas bombas do 
tipo centrífugas, devido às pressões exigidas no recalque, 
podendo estas possuírem vários estágios 
• Bombas centrífugas são bombas hidráulicas cujo propósito, é 
converter a energia de uma fonte motriz principal (um motor 
elétrico ou turbina a vapor), a princípio, em velocidade ou 
energia cinética, e então, em energia de pressão do fluido 
que está sendo bombeado. 
• As transformações de energia acontecem em virtude de duas 
partes principais da bomba: o impulsor e a voluta, ou difusor. 
 Bomba de Alimentação 
 Bomba de Alimentação 
 
 Figura 17 – Bomba centrífuga. 
 Fonte: Viana e Nogueira. 
• Uma subestação é um grupamento de equipamentos 
elétricos com a finalidade de dirigir o fluxo de energia 
elétrica num sistema de potência e de possibilitar a 
operação segura do sistema; 
• Basicamente, qualquer subestação consiste de um 
número de circuitos chegando e partindo, conectados 
entre si através de uma barra ou sistema de barramento 
comum; 
• Os equipamentos principais que constituem cada 
circuito são: os disjuntores, os transformadores para 
instrumentos, chaves seccionadoras, pára-raios e os 
transformadores de potência. 
 
 Subestação Elevadora de Tensão 
 
• No ciclo de vapor, também conhecido como ciclo de 
Rankine, o fluido de trabalho existe na fase vapor 
durante uma parte do ciclo e na fase líquida durante 
a outra parte; 
• No ciclo de potência a vapor, o fluido de trabalho, 
geralmente o vapor d'água, é alternadamente 
vaporizado e condensado. 
 Ciclo a Vapor 
 Ciclo a Vapor 
 
 Figura 18 – Ciclo de Rankine. 
 Fonte: MSPC. 
 
 
 
 
• Um meio mais viável de se melhorar o ciclo é a 
instalação de um dispositivo para superaquecimento 
na caldeira. 
 Ciclo a Vapor com Superaquecedor 
 Ciclo a Vapor com Superaquecedor 
 
 Figura 20 – Ciclo de Rankine com superaquecedor. 
 Fonte: MSPC.