Artigo TCC II - Pedro Henrique Pinheiro Vasconcelos 213416

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FACULDADE SANTO AGOSTINHO (FASA)
PEDRO HENRIQUE PINHEIRO VASCONCELOS
GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ATRAVÉS DO APROVEITAMENTO DOS GASES EMITIDOS PELO ATERRO SANITARIO DE MIMOSO
MONTES CLAROS - MG
2019
PEDRO HENRIQUE PINHEIRO VASCONCELOS
GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ATRAVÉS DO APROVEITAMENTO DOS GASES EMITIDOS PELO ATERRO SANITARIO DE MIMOSO
Artigo científico apresentado à Faculdade Santo Agostinho, para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica. 
Aprovada em: ___/_____/______
Prof. Kely Fabiana de Assis. 
Faculdade Santo Agostinho
(Orientador)
Professor José Albuquerque Junior
Faculdade Santo Agostinho
Professor Nelson Mendes da Silva Filho
Faculdade Santo Agostinho
MONTES CLAROS - MG
2019
GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ATRAVÉS DO APROVEITAMENTO DOS GASES EMITIDOS PELO ATERRO SANITARIO DE MIMOSO
Vasconcelos, P. H. P.1; de Assis, K. F.2*
1- Acadêmico do 10° período do curso de Engenharia Elétrica, Faculdades Santo Agostinho, Montes Claros-MG, Brasil.
2- Professor Mestre do curso de Engenharia Elétrica, Faculdades Santo Agostinho.
Montes Claros-MG, Brasil.
Vasconcelos, P. H. P.: pinheiro.vasconcelos@gmail.com
Resumo—A produção de energia elétrica através dos gases emitidos pela decomposição do lixo em aterros sanitários tem se tornado indispensável no desenvolvimento da matriz energética mundial, uma vez que possibilita diversos benefícios ambientais e econômicos. O processo de conversão do biogás em energia reduz drasticamente as emissões de gás metano oriundo do processo de decomposição dos resíduos sólidos, convertendo o mesmo em dióxido de carbono e água. Foi inaugurado em julho de 2015 o primeiro aterro sanitário do norte de Minas Gerais, localizado no município de Mimoso, o aterro foi desenvolvido para atender as necessidades da cidade de Montes Claros e região. Este estudo tem como objetivo analisar a viabilidade realizando o dimensionamento dos gases e desenvolvendo o projeto do sistema de conversão, utilizando o sistema de conversão que melhor se adeque a condições do aterro sanitário.
Palavras-chave—Energia elétrica, biogás, fontes renováveis, aterro sanitário. 
Abstract—The production of electricity through the gases emitted by the decomposition of the garbage in landfills has become indispensable in the development of the world energy matrix, since they allow diverse environmental and economic benefits. The process of converting biogas into energy drastically reduces methane gas emissions from the solid waste decomposition process, converting it to carbon dioxide and water. It was inaugurated in July 2015 the first landfill of the north of Minas Gerais, located in the municipality of Mimoso, the landfill was developed to meet the needs of the city of Montes Claros and region. The objective of this study is to analyze the feasibility of the gas sizing and the design of the conversion system, using the conversion system that best suits the conditions of the landfill.
Keywords—Electricity, biogas, renewable sources, landfill.
INTRODUÇÃO
Com a crescente demanda na geração de energia elétrica e as preocupações em relação ao meio ambiente, vem se buscando novas fontes sustentáveis para gerar energia elétrica limpa. Foram notadas também, as consequências das emissões de gases, lançados na atmosfera pela decomposição de resíduos sólidos descartados pela sociedade, o que vem agravando o efeito estufa e causando graves consequências ambientais (ARCADIS, 2010).
Segundo Arcadis (2010), os gases lançados na atmosfera pelos aterros sanitários através da decomposição da biomassa podem ser recolhidos e utilizados como combustível na produção de energia elétrica, substituindo gases de origem mineral provenientes de fontes não renováveis, reduzindo as emissões de gases danosos ao meio ambiente. 
Conforme Reis (2011) atualmente a geração de energia do setor elétrico brasileiro é constituído em sua maioria por usinas hidrelétricas e termoelétricas a base de combustíveis fósseis, como o gás natural e o carvão mineral. Ainda segundo Reis (2011), durante períodos de seca, com o baixo nível das águas, as usinas hidrelétricas perdem produtividade e essas termoelétricas passam a ser mais participativas na geração de energia para atender a demanda do setor.
Coldebella et al. (2006) afirma que, o desenvolvimento de tecnologias que fazem a utilização de fontes renováveis para gerar energia elétrica possibilita, além da redução da emissão de GEE[footnoteRef:1] a descentralização da geração de energia elétrica através de usinas de pequena escala, um fator essencial para o desenvolvimento sustentável. [1: GEE- Gases de efeito estufa.] 
A solução proposta para sanar parcialmente estes problemas, é o aproveitamento destes gases emitidos pelos aterros sanitários conhecidos como biogás na geração de energia elétrica através de pequenas usinas termoelétricas, descentralizando a geração de energia das grandes termoelétricas a combustíveis fosseis.
Segundo Polprasert (1996) apud Silva (2015) o biogás é uma composição gasosa constituída principalmente pelo hidrocarboneto Metano (CH4) e Dióxido de Carbono (CO2). Estes gases, quando liberados na atmosfera, são grandes responsáveis por contribuir com o fenômeno do efeito estufa, fenômeno este responsável por causar o aumento das temperaturas no planeta (UNFCCC, 2007 apud Silva, 2015).
Porém, segundo Arcadis (2010), o gás metano, principal constituinte do biogás, é inflamável e pode ser armazenado e empregado na geração de energia elétrica através da sua queima, reduzindo drasticamente as emissões de gases poluentes na atmosfera.
A queima do gás metano proveniente de fontes renováveis na geração de energia, produz menor quantidade de poluentes atmosférico em relação a quantidade de energia gerada do que a queima de outros combustíveis fosseis. (BEUX, 2005)
A qualidade do biogás para a geração de energia elétrica depende da quantidade de gás metano na sua composição, determinando o seu poder calorífico. Quanto maior a concentração de resíduos orgânicos, mais metano será produzindo durante o processo (COLDEBELLA et all, 2006).
Segundo ABRELPE (2013), existem no Brasil 23 projetos para aproveitamento do biogás de aterros sanitários na geração de energia elétrica declarados no DCP[footnoteRef:2] com uma capacidade total instalada de 254 MW. [2: DCP- Documento de concepção de projeto] 
ABRELPE (2013) afirma que os sistemas mais comuns utilizados na conversão dos gases oriundos de aterro sanitário em energia elétrica são o motor a combustão de “ciclo-faísca”, o gerador por turbina a gás e a vapor, normalmente utilizado nas termoelétricas a gás natural e as microturbinas.
Coelho et al. (2006) afirma que há uma grande diversidade de tecnologias disponíveis no mercado que podem ser empregadas na conversão de energia utilizando o biogás como fonte de combustível. Ele enfatiza ainda que é entendido como conversão energética a transformação de um tipo de energia em outra, como no caso dos gases, onde sua energia química é convertida através de um sistema de combustão em energia mecânica, na qual é convertida em energia elétrica através de um gerador.
Segundo Rosa (2015), o motor a combustão de “ciclo-faísca” funciona comprimindo uma mistura de gás combustível com ar dentro de uma câmara com pistão, onde a combustão ocorre por uma centelha que é acionada no tempo programado.
Outro sistema de conversão do biogás em energia elétrica é a turbina a gás, porém, estas requerem um custo de implementação mais alto do que o motor de “ciclo-faísca”, tornando-as atrativas apenas para altas capacidades de geração, onde passam a ter operação com menor custo (SILVA, 2015).
Outra desvantagem na aplicação de turbinas a gás citada por MMA (2005) é a necessidade de sistemas de purificação do biogás, evitando umidade, partículas e substâncias contaminantes que podem causar danos ao sistema gerador, além da implementação de dispositivos para pressurizar o biogás na entrada das turbinas.
As turbinas a vapor são geralmente os sistemasmais utilizado nas termoelétricas a gás natural, devido a sua grande capacidade de geração e confiabilidade. Porém são pouco aplicadas na geração de energia elétrica utilizando LFG[footnoteRef:3] devido a limitação de produção dos gases em aterro sanitários, já que a aplicação desse sistema de turbinas é adequada para aterros com pelo menos 15 milhões de toneladas dispostas de resíduos sólidos urbanos (ABRELPE, 2013). [3: LFG-Gás de aterro sanitário.] 
A Tabela 1 apresenta uma comparação com as vantagens e desvantagens das tecnologias mais utilizadas na conversão do biogás em energia elétrica.
Tabela 1. Tecnologias para geração de energia através do biogás.
	Tecnologia
	Vantagens
	Desvantagens
	Motor de Combustão interna
	Baixo custo de manutenção
	Limitação da potência
	
	Pequeno tamanho de instalação
	
	
	Rápida instalação
	
	
	Modularidade do sistema
	
	
	Diversidade de fornecedores equipamentos
	
	
	Eficiência em carga total e parcial
	
	Turbina a gás
	Sem formação de condensadores
	Investimento inicial elevado
	
	Maior confiabilidade mecânica
	Maior sensibilidade a partículas e impurezas
	
	Combustão mais completa
	
Fonte: Adaptado de MMA (2005)
Atualmente, motores de combustão interna já estão sendo preparados para funcionar com o biogás, abrangendo diversos teores de metano (SILVA, 2015)
A geração de energia elétrica se dá através da utilização de um dos meios citados para converter a energia química do biogás em energia mecânica. Essa energia mecânica despois é convertida em energia elétrica através do acoplamento a um gerador síncrono através de um eixo (KUNZ 2013)
A Figura 1 apresenta um diagrama de um sistema de aproveitamento do biogás na geração de energia elétrica em aterro sanitário. 
Figura 1. Diagrama de funcionamento de uma Usina termoelétrica em aterro sanitário
Fonte: CHP Brasil (2018)
Segundo Kosow (2005), os geradores, são máquinas que transformam energia mecânica em energia elétrica alternada. A energia mecânica tem origem de uma outra máquina. O princípio de funcionamento de um gerador é baseado na conversão eletromagnética de energia, sendo empregados as Lei de Faraday e da Lei de Lenz.
A Figura2 a seguir representa o esquema de funcionamento de um gerador elementar de armadura fixa com campo giratório. Nestes tipos de geradores tem o estator formado por espiras e o rotor onde se tem o campo magnético girante onde se insere a tensão de excitação da máquina. Desta forma a tensão é retirada diretamente pelos terminais da armadura. No gerador de armadura fixa e campo girante a potência de excitação é aproximadamente 5% da nominal do gerador, fazendo com que seja o mais utilizado (KOSOW, 2005).
Figura 2 - Esquema de funcionamento de um gerador elementar (armadura fixa).
Fonte: Adaptado de WEG (2018)
Segundo Kundur (1994) em um gerador deve haver um sistema de controle de tensão, este controle ocorre através de circuito que realiza a medição do TC e TP e faz uma comparação com valores de referência gerando um sinal de erro para o regulador, que ajusta a tensão da excitatriz. O conjunto excitatriz/regulador geralmente possui limitadores para sobre e sub excitação limitando a potência reativa que é injetada ou consumida pelo gerador.
A Figura 3 a seguir representa um diagrama esquemático do sistema de controle de excitação de um gerador síncrono.
Figura 3. Diagrama do esquema de controle da excitatriz em um gerado síncrono
Fonte: Adaptado de Kunz (2013)
Kosow (2005) afirma que a frequência de um gerador é determinada em função do seu número de pólos e rotação síncrona e pode ser expressa pela Equação 1 a seguir.
	
	
	(1)
Onde: f (frequência em Hz ou ciclos por segundo); p (número de pólos); n (rotação síncrona em rpm). 
Utilizando como base a fórmula afim de definir a frequência do gerador podemos definir a Tabela 2 com as respectivas velocidades síncronas de acordo com o número de pólos para a frequência de operação.
Tabela 2. Velocidades síncronas em função do número de polos de um gerador.
	Número de polos
	Frequência
	
	60 [Hz]
	50 [Hz]
	2
	3600 rpm
	3000 rpm
	4
	1800 rpm
	1500 rpm
	6
	1200 rpm
	1000 rpm
	8
	900 rpm
	750 rpm
	10
	720 rpm
	600 rpm
	12
	600 rpm
	500 rpm
Fonte: Adaptado de Kosow, 2005.
Segundo Kunz (2013) uma unidade de geração distribuída, conectada a rede de distribuição da concessionária deve seguir um conjunto de normas atribuídas pela concessionaria local de forma a evitar que um mal acoplamento possibilite erros de sincronismo, atuação indevida da proteção do gerador ou da rede elétrica, instabilidade e mau funcionamento do gerador e eventos indesejáveis na rede da concessionária.
Ainda segundo Kunz (2013) para que possa haver uma geração distribuída é necessário a disponibilidade de um sistema de monitoramento, controle e proteção (SMCP) a fim de atenderas necessidades dos diversos agentes do setor elétrico: concessionárias, consumidores e agências reguladoras. O SMCP garante que a unidade geradora atenda os requisitos apresentados na Tabela 3.
Tabela 3. Requisitos que devem ser atendidos pelo SMCP
	Requisitos
	Descrição
	Sincronismo
	A tensão gerada deve possuir o mesmo módulo e frequência, e deve estar em fase com a da rede.
	Monitoramento
	Acompanhar a situação operacional do sistema, possibilitando a atuação do controle.
	Controle
	Mantem a geração em sincronismo com a rede; protege a unidade geradora e a rede de distribuição contra distúrbios; garante a segurança dos operadores.
	Proteção
	Deve atender às exigências da concessionária local e da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) para a interconexão da unidade de geração à rede elétrica.
Fonte: Adaptado de Kunz (2013)
A Figura 4 a segui apresenta o esquema de representação do SMCP em uma geração distribuída.
Figura 4– Representação esquemática do SMCP em geração distribuída.
Fonte: Adaptado de Kunz (2013)
Onde: 
1 - Controle sobre a admissão e qualidade do biogás injetado no motor; 
2 - Medição da velocidade de rotação da máquina primária; 
3 - Controle de excitação do gerador; 
4 - Medição da frequência, corrente e tensão nas três fases do gerador;
5 - Atuação e estado do contator da rede (MCB) e do gerador local (GCB);
6 - Medição da frequência, corrente e tensão nas três fases da rede; 
7 - Condição de óleo e temperatura do motor a combustão
ABRELPE (2013) afirma que o calor emitido pelo grupo gerador durante o processo de conversão de energia pode ser utilizado na evaporação do chorume, minimizando custos com tratamento de efluentes.
No caso do município de Montes Claros localizado no norte do estado de Minas Gerais foi inaugurado no dia 24 de setembro de 2015 o primeiro aterro sanitário do norte de Minas Gerais, localizado na região da comunidade de Mimoso, para atender a demanda dos municípios de Montes Claros, cidades e povoados próximos, o mesmo possui uma capacidade de receber até 370 toneladas de lixo diariamente e tem uma vida útil estimada de 35 anos (SUPRAM-NM, 2012)
Este estudo de caso tem como objetivo o planejamento e desenvolvimento do projeto de uma UTE[footnoteRef:4] que possibilite o aproveitamento do gás metano liberado no processo de decomposição do lixo descartado no aterro sanitário de Mimoso para geração de energia elétrica, reduzindo a quantidade de gases nocivos ao meio ambiente emitidos e contribuindo com a descentralização do sistema elétrico brasileiro de energia elétrica. [4: UTE- Unidade termoelétrica] 
MATERIAIS E METODOS
O aterro sanitário de Mimoso foi selecionado como estudo de caso para este trabalho por sua grande importância para a região norte do estado de Minas Gerais, marcando um novo caminho no que diz respeito a tratamento de resíduos urbanos.
Para o desenvolvimento do projeto, foi realizada a analises de dados técnicos afim de estudar alternativas para o sistema de conversão termoelétrica a partir do biogás, estudos de viabilidade técnico e econômica através de cálculos de prospecção do potencial de biogás a ser produzido pelo aterro e seu potencial energético para dimensionamento dos sistemasde conversão. Para isso, foi utilizado o modelo de primeira ordem desenvolvido pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (USEPA) e recomendado por ABRELPE (2013) através do software “LandfillGasEmissionsModel (LandGEM) Version 3.02”.
O software define a produção de metano em um aterro sanitário através da expressão apresentada pela Equação 2 a seguir:
	
	
	(2)
Onde se insere a quantidade de resíduos dispostos anualmente e adotasse os parâmetros de degradação (k) e potencial de Metano (L0) de acordo com as condições do local onde o aterro se encontra.
O software LandGEM fornece uma prospecção anual da produção de biogás no aterro sanitário através da introdução dos dados e parâmetros solicitados. A Figura 5 apresenta um gráfico com a prospecção de emissão de biogás anual para o aterro sanitário de Mimoso fornecida pelos resultados do software LangGEM com um percentual de 50% de gás Metano.
Será considerado um percentual padrão baixo para aterros sanitários de 50% de gás metano na composição do biogás já que os dados se baseiam em uma prospecção futura das emissões considerando que o gás será tratado a fim de obter o seu melhor aproveitamento. É previsto para 2050 o pico de geração de biogás, ano no qual é previsto o ultimo deposito de resíduos obtendo maior disposição de resíduos em decomposição.
Figura 5. Gráfico de representação da prospecção de vazão de biogás em m³/ano no aterro sanitário de mimoso.
Fonte: Elaboração autoral
Os resultados dos programas são obtidos pela unidade de medida metros cúbicos (m³) em função do tempo, porém se tratando de um substância gasosa com a capacidade de se adequar ao espaço onde está sendo armazenado, essa medida pode variar a disponibilidade de CH4 em função da pressão e temperatura influenciando os resultados. Para que isso não ocorra os resultados deve ser convertido para a unidade de medida de vasão padrão Normal Metro Cúbico por Hora (Nm³/h), que define condições de temperatura e pressão padrão.
Essa conversão pode ser expressa pela Equação 3
	
	(3)
Tp: Temperatura padrão em kelvin (273,15 K = 0 °C)
Tr: Temperatura real do ar em kelvin
Pp: Pressão padrão em bar absoluto (1,013 bar)
Pr: Pressão real do ar em bar absoluto
Pv: Pressão parcial de vapor em bar absoluto
Rh: Umidade relativa local (%)
Utilizando a Eq. 2 para parametrizar a vasão de gás metano temos o resultado representado pela Figura 6 a seguir
Figura 6. Gráfico de representação da prospecção de vazão de gás metano em Nm³/h a cada ano no aterro sanitário de mimoso
Fonte: Elaboração do autor
Após a realização da prospecção da emissão de biogás e análise definindo o potencial estimado de emissão de gás metano foi realizado uma pesquisa de mercado, definindo o grupo gerador que melhor atende as condições do aterro sanitário de Mimoso.
A fim de obter um melhor aproveitamento foi definido o projeto com início de geração para o ano de 2020 onde as emissões de metano já ultrapassam 480 Nm³CH4/h.
Considerando os valores de emissão estimado de metano foi definido para este projeto o grupo motor gerador GSCA420 da empresa ER-BR com potência nominal de 250kW e eficiências de 30% trabalhando com biometano, resultando em um consumo aproximado de 76 Nm³/h. O grupo gerador é constituído por um motor estacionário de ciclo otto – “Long block” original Scania a gás OC 13 de 4 tempos com 6 cilindros e 24 válvulas acoplado a um gerador WEG AG10250MI10AI – Síncrono de 4 polos, atuando uma velocidade síncrona de 1800 rpm (60 Hz). A Tabela 4 a seguir apresenta as características técnicas básicas do gerador utilizado.
Tabela 4. Características técnicas básicas do gerador
	Modelo
	WEG AG10250MI10AI
	Fabricante
	WEG Equipamentos Elétricos S.A.
	Norma Técnica
	ABNT NBR 6148 / 5432 / 6375
	Excitação
	Eletrônico – Brushless com bobina auxiliar
	Sistema de ligação
	Trifásico
	Potência de saída 
	Potência nominal de 268 kW Contínuo (Base Load)
	Tensão de saída 
	380V ou 440V
	Frequência 
	60 Hz
	Fator de Potência 
	0,8
	Rendimento 
	94,1% com 100% de carga
	Velocidade Síncrona 
	1800 rpm
	Sobrevelocidade 
	2250 RPM (25%)
	Ligação do Estator 
	Estrela com Neutro acessível
	* Grau de proteção 
	IP-23
Fonte: Elaboração autoral a partir de dados fornecido pela ER-BR
O sistema de controle a ser utilizada fornecida ela empresa é montado em um painel fechado fabricado em aço carbono, constituindo por:
· 01 Módulo Controlador;
· Bornes P/ Interfaces;
· Reles P/ Lógicas Adicionais;
· Sinaleiros P/ Indicação de Status dos GMGs, Seccionadoras e Qta's;
· Botão de Emergência;
· Fonte de Alimentação Chaveada;
· Circuito Auxiliar (Luminária e Tomada para Manutenção);
· Contator.
Para atender as normas da geração distribuída é dimensionado um painel de segurança utilizando o conceito de SMCP, será utilizado um sistema de proteção em paralelismo permanente com hardware, software, aplicação, interface do usuário e comunicação afim de atender a resolução normativa 482/2012. O sistema de proteção é baseado em relé SEG/Woodward Highprotec-2 MCA4 / MRA4 que incorpora os conceitos de ANSI e IEC para cumprir os requisitos de interconexão.
O sistema de proteção de geração distribuída será montado em painel com pintura epóxi e disjuntor de conexão ABB motorizado com bobina de abertura e fechamento, carregador de bateria, NO-BREAK, “DPS-classe1”, “TP’s” e “TC’s” para isolamento galvânico e proteções das entradas de tensão e corrente.
Por fim, foi realizado uma análise comparativa de custos estimados de investimento para atender as necessidades do aterro sanitário de Mimoso, custos de manutenção e operação do sistema termoelétrico e a possibilidade de lucro estimada, baseando-se na prospecção de potencial energético disponível e utilizando como referência o valor médio do MW nos últimos leilões de geração de energia realizados pela ANEEL.
O excedente do gás metano não utilizado para geração será queimado para auxiliar no processo de evaporação do chorume, assim como o calor gerado pelos grupos moto geradores em funcionamento, a fim de reduzir a emissão do mesmo na atmosfera, assim como é realizado enquanto não há um projeto de aproveitamento de geração termoelétrica em funcionamento. 
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os custos de aquisição, implementação dos sistemas, assim como custos de operação e manutenção foram fornecidos pela empresa ER-BR via contato eletrônico. Estes custos podem ser observados na Tabela 5 a seguir.
Tabela 5. Custos de aquisição operação e manutenção do grupo gerador GSCA420
	Sistema
	Quantidade
	Valor (R$)
	Sistema grupo gerador
	Grupo gerador modelo GSCA420
	01
	537.700,00
	Start up
	01
	12.700,00
	Sistema de Filtragem do biogás
	Master 200
	01
	27.700,00
	Sistema para geração distribuída
	Painel automático e painel de proteção para geração distribuída.
	88.700,00
	Total
	666.800,00
	Operação e manutenção
	Valor (R$/h)
	Manutenção e operação
	
	9,29
Fonte: Elaboração do autor com base em dados fornecidos pela ER-BR
Os valores acima são referentes ao custo dos equipamentos e instalação dos mesmos. A ER-BR fornece para o comprador todo o treinamento operacional do sistema, podendo ocorrer nas dependências da ER-BR ou no próprio local de instalação da termoelétrica incluso nos custos citados.
Segundo ANEEL (2018) no último leilão realizado no ano de 2018 o valor médio da venda de energia ficou em R$137,33 reais/MW. Considerando um grupo gerador da empresa ER-BR com uma potência de 0,25MW/h e o valor médio do último leilão, deduzindo os custos de operação e manutenção, obtém-se uma arrecadação de R$25,04 reais por hora de funcionamento através da Equação 4.
	
	(4)
Onde: L = Lucro por hora; VMW = Valor do MW; Pn = Potência nominal do grupo gerador; Cm = Custo de manutenção; e Co = Custo de operação.
A ER-BR especifica um funcionamento de 22h/dia em base load[footnoteRef:5], considerando 2 horas diárias para manutenção preventiva e corretiva, considerando os valores calculados prevê-se uma arrecadação de R$ 201.091,27 reais/ano. Observa-se que o investimento inicial para um grupogerador é de R$ 666.800,00 e o lucro anual, será necessário um payback[footnoteRef:6] aproximado de 3 anos e 4 meses para pagar o investimento realizado por grupo gerador como apresenta a Tabela 6. [5: Base load – Funcionamento continuo sem interrupções.] [6: Payback – Tempo de retorno do investimento realizado.] 
Tabela 6. Payback por grupo gerador 
	Ano
	Fluxo
	Saldo
	0
	-R$ 666.800,00
	-R$ 666.800,00 
	1
	R$ 201.091,27
	-R$ 465.708,73 
	2
	R$ 201.091,27
	-R$ 264.617,46 
	3
	R$ 201.091,27
	-R$ 63.526,19 
	4
	R$ 201.091,27
	 R$ 137.565,08 
	5
	R$ 201.091,27
	 R$ 338.656,35 
	6
	R$ 201.091,27
	 R$ 539.747,62 
	7
	R$ 201.091,27
	 R$ 740.838,89 
	8
	R$ 201.091,27
	 R$ 941.930,16 
	9
	R$ 201.091,27
	 R$ 1.143.021,43 
	10
	R$ 201.091,27
	 R$ 1.344.112,70 
	
	
	
	Payback
	2,32 anos
Fonte: Elaboração do autor com base em dados fornecidos pela ER-BR
Para o grupo gerador GSCA420 é estimada uma vida útil de 80.000 horas de funcionamento, considerando um funcionamento de 22 h/dia estima-se uma vida útil de 10 anos com um lucro estimado de R$1.344.112,70 reais por gerador em um prazo de 10 anos, já deduzido todos os gastos de investimento, operação e manutenção do sistema, resultando em um lucro líquido superior a 200% por gerador instalado.
O presente projeto baseia na geração de energia elétrica a partir do ano de 2020 com fim previsto para o ano de 2080 quando a produção de gás passará a ser insatisfatória para implementação de novos grupos geradores. 
Para o ano de 2020 é previsto uma produção de aproximadamente 488 Nm³/h de gás metano, o que viabiliza a instalação de 6 grupo geradores em base load com uma potência instalada de 1,5MW/h. Após início do projeto é previsto a ampliação gradativa com a instalação de novos grupos geradores em função do aumento de produção de biogás ao longo do tempo como demonstra a Figura 7.
Para que haja um melhor aproveitamento e que não tenha a necessidade de implementação de um novo gerador a cada ano, foi definido a inserção de dois novos grupos geradores para determinados anos até 2044 onde adequando da melhor forma a disponibilidade de geração à vida útil do gerador.
Figura 7. Grupo geradores em atividade em função do ano.
Fonte: Elaboração autoral
Considerando a vida útil dos grupos geradores e estimando a troca do equipamento após 10 anos de funcionamento será necessário a compra de 88 grupo geradores para atender o período de funcionamento da usina termoelétrica, com um investimento total de aproximadamente R$ 58.678.400,00 de reais que será realizado gradativamente até a última troca de geradores no ano de 2070. 
A Figura 8 apresenta a curva com o fluxo de caixa da planta termo elétrica que começa com um investimento inicial de R$ 4.000.800,00 de reais no ano de 2020 e mais um de R$ 1.312.574,00 no ano de 2022, a partir do ano de 2023 o projeto passa a ser autossuficiente pagando os investimentos realizados inicialmente e possuindo saldo em caixa suficiente para aquisição dos novos equipamentos e investimentos futuros.
Figura 8. Representação do fluxo de caixa do empreendimento 
Fonte: Autoral
Observa-se saldo negativo nos primeiros nos referentes ao investimento realizado, após o terceiro ano de funcionamento o saldo de caixa se torna positivo e crescente. Pode ser observado no decorrer da curva variações no saldo referente aos investimentos realizados na aquisição de novos grupos geradores e troca dos que atingiram o prazo da vida útil.
A vida útil do grupo gerador é estima em 80 mil horas de funcionamento, podendo apresentar uma variação considerável. A ER-BR relata a existência de grupo geradores com mais de 120 mil horas de funcionamento apresentando desempenho dentro dos padrões. Os grupos geradores só serão substituídos caso não possam mais atuar e não havendo a possibilidade de restauração, neste caso será vendido como sucata a fim de reduzir custos de investimentos.
É estimado uma geração de energia elétrica de aproximadamente 1.760.000 MW até o ano de 2080 quando será encerrado o funcionamento da planta com uma renda bruta total estimada de R$ 241.700.800,00 reais. Deduzindo custos de investimento, manutenção e operação é estimado um lucro total liquido de R$ 117.603.200,00 reais.
CONCLUSÃO E PERSPECTIVAS FUTURAS
Como pode ser observado no estudo de caso, o aterro sanitário de Mimoso apresentou um potencial de geração considerável com uma capacidade de lucros estimada 200% do investimento total no prazo de 60 anos. Sendo necessário um investimento inicial de R$ 5.334.400,00 reais com payback de 3 anos, após este período o projeto se torna autossustentável, possuindo saldo em caixa suficiente para manter todos os investimentos futuros e obter lucros. Considera-se ainda que não foram deduzidos valores referentes a licenciamentos e impostos.
Deve-se considerar também que a projeção da emissão de gases é estimada baseada um uma média mínima nacional para aterros sanitários, podendo varia ao longo do processo de acordo com a composição dos resíduos sólidos dispostos no aterro, assim como a vida útil dos grupos geradores é uma estimativa mínima, com grandes chances de redução nos custos com aquisição de grupo geradores.
O projeto foi realizado com base na venda da energia gerada, sem considerar a venda dos créditos carbono junto ao MDL, que poderá gerar um valor significativo para as receitas do projeto. 
Outro fator importante a se considerar é que a análise foi realizada em comparação somente ao sistema de vendas da energia gerada por meio de leilão junto a ANEEL considerando os valores contemplados no ano de 2018, que podem variar. Existem também outras formas de aproveitamento da energia gerada, como a geração compartilhada que é regulamentado pela resolução normativa 482/2012 da ANEEL, onde o sistema alimenta o consumo da planta e injeta o excedente na rede, gerando créditos que podem abater nos valores de consumo de outras plantas da empresa e outras empresas dentro de um sistema de consórcio previamente registrados junto a concessionária local ou através da venda direta a terceiros por meio do livre mercado.
Através de parcerias entre grupos detentores de aterros e empresas especializadas na produção de grupo geradores específicos para trabalhar com biogás os custos de implementação do sistema podem ser reduzidos além do surgimento de novas tecnologias com maior aproveitamento e menor custo, possibilitando lucros mais atrativos para os investidores.
Contudo, levando-se em conta as questões ambientais que o projeto possibilita, através de incentivos do governo para geração de energias renováveis e a possibilidade da venda dos créditos de carbono junto ao MDL o projeto pode se tornar mais atrativo financeiramente, uma vez que oferece a possibilidade de geração de lucros, reduzir impactos ambientais provocados pela emissão de CH4 e sanar parcialmente o problema da centralização da geração de energia elétrica no Brasil.
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Emissão de biogás em m³ por ano
Total Gases	m³/ano	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2022	2023	2024	2025	2026	2027	2028	2029	2030	2031	2032	2033	2034	2035	2036	2037	2038	2039	2040	2041	2042	2043	2044	2045	2046	2047	2048	2049	2050	2051	2052	2053	2054	2055	2056	2057	2058	2059	2060	2061	2062	2063	2064	2065	2066	2067	2068	2069	2070	2071	2072	2073	2074	2075	2076	2077	2078	2079	2080	2081	2082	2083	2084	2085	2086	2087	2088	2089	2090	2091	2092	2093	2094	2095	2096	2097	2098	2099	2100	2101	2102	2103	2104	2105	2106	210	7	2108	2109	2110	2111	2112	2113	2114	2115	2116	2117	2118	2119	2120	2121	2122	2123	2124	2125	2126	2127	2128	2129	2130	2131	2132	2133	2134	2135	2136	2137	2138	2139	2140	2141	2142	2143	2144	2145	2146	2147	2148	2149	2150	2151	2152	2153	2154	2155	0	2245000	4381000	6412000	8344000	10180000	11930000	13590000	15180000	16680000	18110000	19470000	20770000	22000000	23170000	24290000	25350000	26360000	27320000	28230000	29100000	29920000	30710000	31460000	32170000	32840000	33490000	34100000	34680000	35230000	35760000	362	60000	36740000	37190000	37620000	38030000	38420000	36550000	34770000	33070000	31460000	29920000	28460000	27080000	25760000	24500000	23300000	22170000	21090000	20060000	19080000	18150000	17260000	16420000	15620000	14860000	14130000	13450000	12790000	12170000	11570000	11010000	10470000	9961000	9475000	9013000	8573000	8155000	7757000	7379000	7019000	6677000	6351000	6042000	5747000	5467000	5200000	4946000	4705000	4476000	4257000	4050000	3852000	3664000	3486000	3316000	3154000	3000000	2854000	2715000	2582000	2456000	2336000	2223000	2114000	2011000	1913000	1820000	1731000	1647000	1566000	1490000	1417000	1348000	1282000	1220000	1160000	1104000	1050000	998700	949900	903600	859500	817600	777800	739800	703700	669400	636800	605700	576200	548100	521300	495900	471700	448700	426800	406000	386200	367400	349500	332400	316200	300800	286100	272200	258900	246300	234300	222800	212000	Dioxido de Carbono (CO2)	m³/ano	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2022	2023	2024	2025	2026	2027	2028	2029	2030	2031	2032	2033	2034	2035	2036	2037	2038	2039	2040	2041	2042	2043	2044	2045	2046	2047	2048	2049	2050	2051	2052	2053	2054	2055	2056	2057	2058	2059	2060	2061	2062	2063	2064	2065	2066	2067	2068	2069	2070	2071	2072	2073	2074	2075	2076	2077	2078	2079	2080	2081	2082	2083	2084	2085	2086	2087	2088	2089	2090	2091	2092	2093	2094	2095	2096	2097	2098	2099	2100	2101	2102	2103	2104	2105	2106	2107	2108	2109	2110	2111	2112	2113	2114	2115	2116	2117	2118	2119	2120	2121	2122	2123	2124	2125	2126	2127	2128	212	9	2130	2131	2132	2133	2134	2135	2136	2137	2138	2139	2140	2141	2142	2143	2144	2145	2146	2147	2148	2149	2150	2151	2152	2153	2154	2155	0	1123000	2190000	3206000	4172000	5091000	5965000	6797000	7588000	8340000	9056000	9737000	10380000	11000000	11	590000	12140000	12670000	13180000	13660000	14110000	14550000	14960000	15350000	15730000	16080000	16420000	16740000	17050000	17340000	17620000	17880000	18130000	18370000	18600000	18810000	19020000	19210000	18270000	17380000	16540000	15730000	14960000	14230000	13540000	12880000	12250000	11650000	11080000	10540000	10030000	9540000	9075000	8632000	8211000	7811000	7430000	7067000	6723000	6395000	6083000	5786000	5504000	5236000	4980000	4737000	4506000	4287000	4078000	3879000	3690000	3510000	3338000	3176000	3021000	2873000	2733000	2600000	2473000	2353000	2238000	2129000	2025000	1926000	1832000	1743000	1658000	1577000	1500000	1427000	1357000	1291000	1228000	1168000	1111000	1057000	1006000	956500	909800	865500	823300	783100	744900	708600	674000	641100	609900	580100	551800	524900	499300	475000	451800	429800	408800	388900	369900	351900	334700	318400	302900	288100	274000	260700	248000	235900	224400	213400	203000	193100	183700	174700	166200	158100	150400	143100	136100	129400	123100	117100	111400	106000	Gás Metano (CH4)	m³/ano	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2022	2023	2024	2025	2026	2027	2028	2029	2030	2031	2032	2033	2034	2035	2036	2037	2038	2039	2040	2041	2042	2043	2044	2045	2046	2047	2048	2049	2050	2051	2052	2053	2054	2055	2056	2057	2058	2059	2060	2061	2062	2063	2064	2065	2066	2067	2068	2069	2070	2071	2072	2073	2074	2075	2076	2077	2078	2079	2080	2081	2082	2083	2084	2085	2086	2087	2088	2089	2090	2091	2092	2093	2094	2095	2096	2097	2098	2099	2100	2101	2102	2103	2104	2105	2106	2107	2108	2109	2110	2111	2112	2113	2114	2115	2116	2117	2118	2119	2120	2121	2122	2123	2124	2125	2126	2127	2128	2129	2130	2131	2132	2133	2134	2135	2136	2137	2138	2139	2140	2141	2142	2143	2144	2145	2146	2147	2148	2149	2150	2151	2152	2153	2154	2155	0	1123000	2190000	3206000	4172000	5091000	5965000	6797000	7588000	8340000	9056000	9737000	10380000	11000000	11590000	12140000	12670000	13180000	13660000	14110000	14550000	14960000	15350000	15730000	16080000	16420000	16740000	17050000	17340000	17620000	17880000	18130000	18370000	18600000	18810000	19020000	19210000	18270000	17380000	16540000	15730000	14960000	14230000	13540000	12880000	12250000	11650000	11080000	10540000	10030000	9540000	9075000	8632000	8211000	7811000	7430000	7067000	6723000	6395000	6083000	5786000	5504000	5236000	4980000	4737000	4506000	4287000	4078000	3879000	3690000	3510000	3338000	3176000	3021000	2873000	2733000	2600000	2473000	2353000	2238000	2129000	2025000	1926000	1832000	1743000	1658000	1577000	1500000	1427000	1357000	1291000	1228000	1168000	1111000	1057000	1006000	956500	909800	865500	823300	783100	744900	708600	674000	641100	609900	580100	551800	524900	4993	00	475000	451800	429800	408800	388900	369900	351900	334700	318400	302900	288100	274000	260700	248000	235900	224400	213400	203000	193100	183700	174700	166200	158100	150400	143100	136100	129400	123100	117100	111400	106000	Ano
m³
Estimativa média de geração de CH4 em Nm³/h por ano
2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2022	2023	2024	2025	2026	2027	2028	2029	2030	2031	2032	2033	2034	2035	2036	2037	2038	2039	2040	2041	2042	2043	2044	2045	2046	2047	2048	2049	2050	2051	2052	2053	2054	2055	2056	2057	2058	2059	2060	2061	2062	2063	2064	2065	2066	2067	2068	2069	2070	2071	2072	2073	2074	2075	2076	2077	2078	2079	2080	2081	2082	2083	2084	2085	2086	2087	2088	2089	2090	2091	2092	2093	2094	2095	2096	2097	2098	20992100	2101	2102	2103	2104	2105	2106	2107	2108	2109	2110	2111	2112	2113	2114	2115	2116	2117	2118	2119	2120	2121	2122	2123	2124	2125	2126	2127	2128	2129	2130	2131	2132	2133	2134	2135	2136	2137	2138	2139	2140	2141	2142	2143	2144	2145	2146	2147	2148	2149	2150	2151	2152	2153	2154	2155	0	107.65594284840695	209.94346824399938	307.34189917363562	399.9471002346873	488.04666521926976	571.83232332212617	651.59166833537142	727.42056485637772	799.51074207988813	868.14979379801753	933.43358460813795	995.07452071813384	1054.5105710885814	1111.0706835378778	1163.7962120923069	1214.6044486993021	1263.4953933588638	1309.5104000972747	1352	.6494689145343	1394.829891758078	1434.1343766804705	1471.5215696554296	1507.9501166566711	1541.5027257367628	1574.0966888431369	1604.7733600020774	1634.4913851873009	1662.2921184250908	1689.1342056891638	1714.0590010058029	1738.0251503487254	1761.032653717931	1783.0815111134191	1803.2130765614738	1823.3446420095279	1841.5589155101493	1751.4461939807625	1666.1267023199582	1585.6004405277392	1507.9501166566711	1434.1343766804705	1364.1532205991371	1298.0066484126721	1234.7360141473569	1174.3413178031926	1116.8225593801794	1062.1797388783161	1010.4128562976043	961.52191163804275	914.54825892591498	869.97122114807939	827.50320451242112	787.14420901894027	748.79837007026481	712.2	739584716511	677.47510962572778	644.49768812986656	613.05410019195244	583.14434581198543	554.6725603925936	527.63874393377762	501.94703183816472	477.40569491101223	454.11059774969181	431.96587575683151	410.97152893243162	390.93582808174858	371.85877320478244	353.74036430153325	336.48473677462908	319.99602602669853	304.46596125248487	289.60694865987318	275.41898824886306	261.99794461682666	249.24795316639188	237.07314930018742	225.56939761558468	214.54496891784041	204.09572780432634	194.12580967767065	184.6352145378734	175.62394238493465	167.09199321885424	158.94350244226064	151.17847005515389	143.79689605753384	136.79878044940051	130.08825863338225	123.761	19520685077	117.72172557243429	111.96984973013299	106.50556767994672	101.32887942187548	96.439784955919322	91.694487386020725	87.217610688762875	82.970809025196999	78.925323016111719	75.071566201769812	71.40953858217128	67.929653697578985	64.612738628518514	61.458793374989959	58.467817936993242	55.611052935316906	52.898084829698092	50.319327160399652	47.865193467684414	45.535683751552369	43.311625092529191	41.202603950352021	39.189447405546531	37.281741917849935	35.460314567787826	33.734751815097425	32.085880740304376	30.523287803145838	29.037386543884661	27.618590502783658	26.26689967984284	24.991900534799374	23.774420148178923	22.614458519981	493	21.512015650207058	20.45750507911848	19.460513266452903	18.511453752473184	17.610326537179301	16.747545160834104	15.932696083174749	15.156192844464067	14.418035444702058	13.718223883888722	13.047171702286899	12.40487889989658	11.800931936454944	11.225744352224806	10.679316147206178	10.161647321399055	Ano
Nm³CH4/h
Grupo geradores ativos em função do ano 
Geradores ativos	2020	2021	2022	2023	2024	2025	2026	2027	2028	2029	2030	2031	2032	2033	2034	2035	2036	2037	2038	2039	2040	2041	2042	2043	2044	2045	2046	2047	2048	2049	2050	2051	2052	2053	2054	2055	2056	2057	2058	2059	2060	2061	2062	2063	2064	2065	2066	2067	2068	2069	2070	2071	2072	2073	2074	2075	2076	2077	2078	2079	2080	6	6	8	8	10	10	12	12	12	14	14	14	16	16	16	18	18	18	18	20	20	20	20	20	22	22	22	22	22	22	22	22	22	22	20	20	18	18	18	16	16	16	14	14	12	12	12	12	12	10	10	10	8	8	8	6	6	6	6	6	0	Ano
Quantidade
Fluxo de caixa	2020	2021	2022	2023	2024	2025	2026	2027	2028	2029	2030	2031	2032	2033	2034	2035	2036	2037	2038	2039	2040	2041	2042	2043	2044	2045	2046	2047	2048	2049	2050	2051	2052	2053	2054	2055	2056	2057	2058	2059	2060	2061	2062	2063	2064	2065	2066	2067	2068	2069	2070	2071	2072	2073	2074	2075	2076	2077	2078	2079	2080	-2794252.38	-1587704.76	-1312574.5999999999	296155.56000000006	973468.26	2984380.96	4063876.1999999997	6476971.4399999995	8890066.6799999997	10371744.459999999	9186222.2399999984	12001500.019999998	12551760.339999998	15769220.659999998	17653080.979999997	19939123.839999996	22225166.699999996	25844809.559999995	29464452.419999994	30819077.819999993	30840103.219999991	34861928.61999999	36216554.019999988	40238379.419999987	41995187.359999985	45085595.299999982	48176003.23999998	52600011.179999977	57024019.119999975	58780827.059999973	59204034.99999997	63628042.939999968	65384850.879999965	69808858.819999963	72497084.219999969	75185309.619999975	78804952.479999974	82424595.339999974	86044238.199999973	87928098.519999966	87144758.839999959	90362219.159999952	91843896.939999953	94659174.719999954	97072269.959999949	98151765.199999943	100564860.43999994	102977955.67999993	105391050.91999993	107401963.61999993	105412076.31999993	107422989.01999994	1090317	19.17999993	110640449.33999993	112249179.49999993	113455727.11999993	114662274.73999994	115868822.35999994	117075369.97999994	118281917.59999995	118281917.59999995	Ano
Saldo de caixa