slide sobre biocombustiveis

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL- REI
Curso de Engenharia Química
Disciplina de Introdução à Engenharia Química
Biocombustíveis
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Discentes:
Beatriz Silva Rezende
Camila Pego Padilha
Carlos Eduardo Marques Carvalho
Iasmim Silva Resende
Maísa de Oliveira Alexandre
Lara Cristina de Sousa
Thaislanne Larissa S. de Almeida
Vanessa Carolina M. Gonçalves
Docente: Patrícia da Luz Mesquita
Biocombustíveis
São obtidos através da transformação e fermentação de fontes biológicas não-fosséis.
Como óleo vegetais, cereais e resíduos agroindustriais.
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Figura 1. Combustíveis Ecológicos.
 Fonte: BRASIL ESCOLA.
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Biocombustíveis
As principais razões para o interesse pelos biocombustíveis são as seguintes:
Diminuir a dependência externa de petróleo;
 Minimizar os efeitos das emissões veiculares na poluição local;
 Controlar a concentração de gases de efeito estufa na atmosfera.
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Biocombustíveis
Década de 1970:
Após a duas crises de petróleo, incentivou-se as nações importadoras de petróleo a buscarem alternativas para este insumo fóssil. 
Nos anos 1970:
A preocupação com a qualidade do ar nas grandes cidades renovou o interesse por esses combustíveis.
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Biocombustíveis
Década de 80:
A Convenção do Clima no Rio de Janeiro,em 1992, e a assinatura do Protocolo de Quioto, em 1997, oficializaram as preocupações sobre o fenômeno do aquecimento global.
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Figura 2. Emblema das nações unidas.
 Fonte: AMBIENTAL SUSTENTÁVEL.
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Biocombustíveis
Últimas décadas:
Os preços do petróleo aumentaram significativamente. 
É nesse cenário que os biocombustíveis vêm se inserir no mercado.
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Figura 3. Aumento do preço do petróleo.
 Fonte: COSTA LEAL.
Tipos de biocombustíveis
Os principais tipos de biocombustíveis são:
Biodiesel; 
Biogás; 
Etanol.
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Figura 4. Biocombustíveis.
 Fonte: CLMAIS.
Biodiesel
É derivado de óleos vegetais e gorduras animais, obtido através de um processo de transesterificação.
Os óleos vegetais mais comuns no Brasil são soja, milho, amendoim, algodão, babaçu e palma.
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Figura 5. Biodiesel.
 Fonte: UOL.
Biogás
É produzido através da digestão anaeróbia de matéria orgânica.
A produção de biogás também é possível a partir de diversos resíduos orgânicos.
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Figura 6. Produção de Biogás.
 Fonte: DOUTORES DA ENERGIA.
Etanol
É produzido pela fermentação dos açúcares encontrados em produtos vegetais (cereais, beterraba e cana).
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Figura 7. Vegetais para produção de Etanol. Fonte: AMCESP.
Etanol de Primeira Geração
O ciclo produtivo do etanol de primeira geração tem início na fase agrícola e engloba o plantio, o cultivo e a colheita da matéria prima que será usada como insumo para os próximos estágios de produção.
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Matérias primas para a produção do Etanol
É possível produzir etanol a partir de diversas plantas cultivadas, como:
 Milho.
 Beterraba.
 Cana de açúcar.
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Matéria prima: Milho
O etanol é produzido a partir de milho como uma biomassa industrial através de fermentação, destilação e tratamento químico. A produção de etanol pode ocorrer através de dois métodos de transformação do milho: moagem seca ou  úmida .
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Figura 8. Produção de etanol através do milho. Fonte: Canal da Cana.
Matéria prima: Beterraba
O processo de produção do etanol a partir da beterraba açucareira (Beta vulgaris) é o mesmo que o etanol de cana-de-açúcar, uma vez que a beterraba é uma matéria-prima sacarínea ou açucarada, portanto, o etanol é produzido a partir da sacarose.
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Figura 9. Produção de etanol através da beterraba. Fonte: A Gazeta News
Matéria prima: Cana de açúcar
Dentre todas as matérias-primas do etanol presentes na natureza, a cana-de-açúcar é a mais eficiente em uso no mercado.
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Figura 10. Plantio de cana de açúcar.
 Fonte: Agronegócio
No Brasil, o sistema tradicional de colheita é dado: pela queima prévia do canavial e corte da cana inteira de forma manual. 
O processo produtivo do etanol inicia-se logo com a chegada da matéria prima à indústria.
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Matéria prima: Cana de açúcar
Processo de produção do etanol  
 Dividido em: 
Plantio 
Colheita 
Transporte para a indústria 
Preparação da matéria-prima
Extração do caldo
Tratamento do caldo 
Fermentação  
Destilação 
Desidratação
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Campo
Transporte
Limpeza
Preparação da matéria-prima
Extração do caldo
Água
Caldo extraído
Tratamento do caldo
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Água, óxido de cálcio, ácido fosfórico.
Impurezas
-Orgânicas: palha e folhas.
-Inorgânicas: solo. 
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Tratamento do caldo
Evaporação do caldo (quando necessário)
Caldo clarificado
Preparo do mosto
Fermentação
Água, levedura
Vinho
Destilação
Etanol de segunda, óleo fúsel
Desidratação
Etanol Hidratado
Água
Fluxograma 1. Processo do Etanol. Fonte: autoria do grupo. Baseado em Copersucar (2010) e Usina Ester (2010)
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Etanol Anidro
Água, óxido de cálcio, ácido fosfórico.
Plantio
As variedades de cana podem ser classificadas em função do estágio de maturação, em: 
precoces;
médias;
ou tardias.
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Plantio
O planejamento para o plantio da cana deve contemplar: 
a variedade da cana a ser utilizada;
os adubos específicos;
os defensivos contra doenças e pragas;
as máquina e os serviços.
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Colheita   
Pode ser manual ou mecânica.
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Figura 11. Colheita mecanizada. Fonte: Cana Online
Figura 12. Colheita manual. Fonte: Uol
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Transporte   
Predominantemente, o transporte da cana até a usina é o rodoviário, salvo algumas exceções nas quais a plantação encontra-se nas mesmas propriedades das usinas.
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Figura 13. Carreteira pronta para o transporte.  Fonte: Blog do Caminhoneiro
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Preparação da matéria-prima
Após a chegada da matéria-prima à indústria 
a cana é pesada;
são colhidas amostras da cana e levadas para a análise;
ocorre lavagem da cana para a eliminação de terra, folhas e palha;
é realizado o preparo básico, que visa aumentar sua densidade e capacidade de moagem. 
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Classificação
% de impurezas 
Cana limpa
0,6
Boa qualidade 
1,0
Média qualidade
1,5
Baixa qualidade
2,5
Inaceitável
4,0
Tabela 1. Classificação da cana de açúcar de acordo com a quantidade de impurezas presentes na chegada à usina. Fonte: Rein (2007). 
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Extração do caldo
A extração do caldo pode ser realizada por difusão ou, mais usualmente empregado, por moendas.
Pode ocorrer o processo de embebição.
O caldo deve ser submetido a um peneiramento e deve ser encaminhado para tratamento com agentes químicos.
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Figura 14. Moenda instalada na US Sugar: capacidade de processar 28 mil toneladas por dia. Fonte: Revista ALCOOLbrás.
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Fluxograma do setor de moendas
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Fluxograma 2. Setor de moendas. Fonte: Usina Ipiranga Mococa. 
Tratamento do caldo
Objetivos: 
Eliminação de impurezas grosseiras;
 Preservação dos nutrientes;
Minimização de contaminantes microbianos.
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Figura 15. Cana. Fonte: Remédio Caseiro
Etapas de tratamento 
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Fluxograma 3. Etapas de tratamento. Fonte: autoria do grupo
Peneiramento
Redução de partículas leves e pesadas 
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Figura 16. Peneira vibratória. Fonte: vibramax - máquinas e equipamentos 
Figura 17. Hidroclone. Fonte: VLC- indústria e comércio 
Caleação
Adição de leite de cal;
Floculação e favorece a decantação das impurezas;
A importância do pH.
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Figura 18. Leite de cal. 
Fonte: Ihoist South American 
Aquecimento
 Elevação da temperatura do caldo entre 103 e 105º C.
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Figura 19. Aquecedor vertical. 
Fonte: Semag 
Decantação
Processo contínuo de retirada das impurezas floculadas nos processos anteriores.
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Figura 20. Decantador. Fonte: Brumazi 
Concentração do caldo
Elevação do teor de açúcar total 
Aumento do teor alcoólico;
Garantir a continuidade do processo fermentativo.
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Evaporação do caldo 
Retirar o excesso de água presente no caldo
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Figura 21. Tanques de evaporação. 
Fonte: SMAR
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O preparo do mosto
Mosto ideal:
CONCENTRAÇÃO:
-Ele deve ter de 14
a 16% de açucares aptos a fermentar.
-É calculada pelo diagrama de cobenze.
		
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Figura 22. Fonte: Info Escola. 
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Preparo do mosto
ACIDEZ 
Ele deve estar entre 2,5 a 3,0 g/l.
SAIS MINEIRAIS
É utilizado para enriquecer o mosto de fermentação com 0,2 g/l com diamino de fosfato, também conhecido com DAP, que fornece nitrogênio e fosfato, indispensáveis ao processo.
VITAMINAS 
A levedura alcoólica tem a capacidade de sintetizar todas as vitaminas que necessita. É utilizado adicionar vitaminas do complexo B para estimulá-los.
A bio-transformação da matéria-prima em álcool é efetuada por microrganismos, usualmente leveduras da espécie Saccharomyces cerevisiae, através da fermentação alcoólica. 
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Bio-transformação
Figura 23. Equação da bio-transformação. Fonte: Info Escola
Fermentação
Preparar o mosto;
Preparar o fermento;
Leveduras irão, de modo gradativo, converter os açúcares em gás carbônico e álcool;
A maioria das instalações produtoras no País fermenta o mosto em regime de batelada.
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Processos descontínuos
Batelada simples;
Batelada alimentada.
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Figura 24. Processo de Batelada
Fonte: Blog Carlos Edison
Processos contínuos
Os processos contínuos vêm sendo pesquisados a cerca de 30 a 40 anos no país, entretanto, somente a pouco mais de 15 anos em caráter industrial. 
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Processos contínuos – Vantagens 
Maior produtividade;
Menor volume de dornas;
Possibilidades de total automação ou grande parte automatizadas e informatizadas;
Redução ampla de operações como limpeza, enchimento, esvaziamento, transferência de fermento resultando em redução de mão-de-obra e de tempo de operação.
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Destilação
Baseia-se na diferença do ponto de ebulição das substâncias voláteis. 
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Figura 26. Coluna de destilação
Fonte: Portal da Engenharia Química – Universidade de Coimbra
Etanol Hidratado
O álcool hidratado é aquele vendido como etanol comum, ou apenas etanol. Esse é o mesmo tipo de álcool utilizado na produção de bebidas, alimentos, cosméticos, aromatizantes, produtos de limpeza, remédios, vacinas, entre outros produtos, mudando nesses casos o processo de pós-fabricação.
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Figura 25. Amostra de Etanol hidratado Fonte: Carros Infoco
Desidratação
Artifício que propicia o fracionamento da mistura azeotrópica ( Etanol e Água);
Os processos físico-químicos que deslocam ou mesmo suprimem o ponto de azeotropismo são os mais recomendados;
Ciclohexano.
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Figura 27. Processo de desidratação do Etanol 
Fonte: Ebah
Etanol Anidro
Está presente como combustível em sua mistura com a gasolina.
Até 25%, o etanol pode ser misturado à gasolina sem a necessidade de nenhum ajuste no motor. 
Além do uso combustível, o etanol anidro também tem grande utilidade industrial, estando presente em solventes, tintas e aerossóis.
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Resíduos
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Fluxograma 4. Subprodutos gerados na produção de etanol. Fonte: BONASSA, Gabriela et al, 2015.
Resíduos
Palha/palhiço:
Proveniente da matéria-prima;
Fonte alternativa de energia;
Depositada no solo.
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Figura 28. Palha da cana de açúcar. 
Fonte: FAPESP, 2008.
Resíduos
Bagaço:
Gerado na saída da moenda;
Fonte alternativa de energia;
Chapas de fibra;
Massa de papel (celulose);
Ração animal;
Etanol de segunda geração.
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Figura 29. Bagaço da cana-de-açúcar.
Fonte: UniEnergia, 2015.
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Figura 30. Processo de geração de energia elétrica a partir da queima do bagaço.
Fonte: O Estado de S. Paulo, 2001.
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Figura 31. Processo de produção de etanol de segunda geração.
Fonte: Revista FAPESP.
Resíduos
Água de lavagem
Lavagem da cana-de-açúcar;
Reutilizada. 
Vinhaça
Destilação;
Adubo.
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Figura 32. Aplicação da vinhaça.
Fonte: Nature.
Resíduos
Torta de filtro
Filtração do caldo;
Nutrientes - Fósforo (P);
Irrigação; 
Fertilizante.
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Figura 33. Torta de filtro.
Fonte: Ageitec.
Segurança
Riscos:
Altamente inflamável;
Alta toxidade; 
Perigoso ao ambiente aquático; 
Pode formar misturas explosivas com o ar.
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Segurança
Rótulo:
Identificação e informação do produto; 
Pictogramas alertando sobre os perigos. 
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Figura 34. Pictogramas presentes no rótulo de etanol
Fonte: Biosev, 2016.
Segurança
Precauções pessoais:
Usos de EPI’s (Equipamentos de proteção individual):
Botas e luvas impermeáveis; 
Óculos de segurança;
Proteção respiratória;
Protetor auricular.
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Figura 35. Equipamentos de proteção individual . Fonte: INBEP, 2017.
Segurança
Medidas de controle local:
EPC’s (Equipamentos de proteção coletiva);
Piso com dique de contenção;
Ventilação para evitar a formação de vapores/névoas;
Chuveiros de emergência e lavador de olhos.
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Mercado e perspectivas
Proálcool;
 Incentivo para automóveis a álcool;
 Comercio exterior do álcool;
 Veículos Flex Fuel.
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Figura 36. Bomba de combustível, plantação de cana e reservatório. 
Fonte: Notícias de formosa
Mercado e perspectivas
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Gráfico 1. Projeções de demanda total e da capacidade industrial de produção do etanol
Fonte: elaboração EPE a partir de EPE [20], MAPA [34], UNICA [30], UDOP [54], CTC [12]
Vantagens e Desvantagens
Vantagens:
Ecológicas;
Energia renovável;
Substratos.
Desvantagens:
Custo/Beneficio;
Capacidade de combustão;
Terrenos de cultivo.
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Figura 37. Bomba de gasolina. Fonte: Blog da Química 206
Etanol x Gasolina
Poder calorífico ;
Octanagem;
Calor de vaporização;
Ponto de fulgor;
Preço.
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Figura 38. Charge sobre diferenças entre combustíveis. Fonte: WDicas
Etanol x Gasolina
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Considerações Finais
Os biocombustíveis tem ganhado seu espaço nas últimas décadas. Atualmente, o uso do etanol é bem presente na vida dos brasileiros.
Gases estufas pelo uso do etanol à base de cana-de-açúcar são reduzidos de 70 % a 90 %, comparado com o uso da gasolina.
Melhorar o cumprimento dos críterios sociais e de meio ambiente podem ser uma grande chance para o Brasil na venda de etanol pelo mercado mundial.
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Referências
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AGROADVISOR. Milho e Etanol. Disponível em: < http://agroadvisor.com.br/wp-content/uploads/Milho-e-Etanol.jpg --Imagem do milho>.Acesso em: 15 jun. 2017.
A GAZETA NEWS. Açúcar e álcool são extraídos da beterraba na França. Disponível em:<http://www.agazetanews.com.br/noticia/rural/46151/acucar-e-etanol-sao-extraidos-da-beterraba-na-franca---Imagem da beterraba>.Acesso em: 15 jun. 2017.
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Referências
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BLOG DO CAMINHONEIRO. Carreteiras nos canaviais. Disponível em: <http://blogdocaminhoneiro.com/2010/12/carreteiras-nos-canaviais/>. Acesso em: 15 jun. 2017.
CANA ONLINE. Setor sucroenergético do estado de são paulo frente à crise econômica. Disponível em: <http://canaonline.com.br/conteudo/setor-sucroenergetico-do-estado-de-sao-paulo-frente-a-crise-economica.html.wulqrpdyu00>. Acesso em: 15 jun. 2017.
DEBIQ. Aula aguardente. Disponível em <http://www.debiq.eel.usp.br/~joaobatista/AULAAGUARDENTE1.pdf>.Acesso em: 14 jun 2017.
ESTUDIO 01. Tecnologia e produção de bioenergia. Disponível em: <http://estudio01.proj.ufsm.br/cadernos/ifsul/tecnico_biocombustivel/tecnologia_producao_bioenergia_ii.pdf>.Acesso
em: 14 jun 2017.
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VLC. Equipamentos. Disponível em: <http://www.vlc.com.br/imagens/equipamentos/hidrociclone-g.jpg>.Acesso em: 16 jun 2017.
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Obrigado!