CAMILA FERREIRA NETTOrepositorio.unicamp.br/bitstream/REPOSIP/333177/1/Netto_CamilaFe… · Este exemplar corresponde à redação final da Dissertação de Mestrado defendida por

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA AGRÍCOLA

CAMILA FERREIRA NETTO

ANÁLISE DE VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA DO

RECOLHIMENTO DE PALHA DE CANA-DE-AÇÚCAR POR

FORRAGEIRA E COLHEITA INTEGRAL

CAMPINAS

2018

CAMILA FERREIRA NETTO

ANÁLISE DE VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA DO

RECOLHIMENTO DE PALHA DE CANA-DE-AÇÚCAR POR

FORRAGEIRA E COLHEITA INTEGRAL

Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia

Agrícola da Universidade Estadual de Campinas

como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do

título de Mestra em Engenharia Agrícola, na Área de

Máquinas Agrícolas.

Orientador: Prof. Dr. Paulo Sérgio Graziano Magalhães

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO

FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA

ALUNA CAMILA FERREIRA NETTO, E ORIENTADA

PELO PROF. DR. PAULO SÉRGIO GRAZIANO

MAGALHÃES.

CAMPINAS

2018

Este exemplar corresponde à redação final da Dissertação de Mestrado defendida por Camila

Ferreira Netto, aprovada pela Comissão Julgadora em 02 de Fevereiro de 2018, na Faculdade

de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas.

________________________________________________________________

Prof. Dr. Paulo Sergio Graziano Magalhães– Presidente e Orientador

FEAGRI/UNICAMP

______________________________________________________________

Profa. Dra. Terezinha de Fátima Cardoso – Membro Titular

CNPEM/CTBE

________________________________________________________________

Prof. Dr. Jorge Luís Mangolini Neves – Membro Titular

CNPEM/CTBE

A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de

vida acadêmica da discente.

AGRADECIMENTOS

À Faculdade de Engenharia Agrícola e Laboratório de Máquinas Agrícolas e Agricultura de

Precisão – LabMAAP pelo apoio institucional.

Ao Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais – CNPEM, em especial ao Laboratório

Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol – CTBE pelo suporte técnico, científico e

material, infraestrutura e apoio financeiro para o desenvolvimento deste trabalho.

Ao Projeto Sugarcane Renewable Electricity - Sucre pela oportunidade de desenvolver este

trabalho.

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES pela bolsa de

mestrado.

Ao Prof. Paulo Graziano pela orientação e oportunidade de desenvolver este trabalho.

Ao pesquisador Doutor Paulo Eduardo Mantelatto pela coorientação, direcionamento das

análises em laboratório, disponibilidade e apoio.

À Doutora Terezinha de Fátima Cardoso pela atenção, disponibilidade, incentivo, sugestões e

ensinamentos durante a realização deste trabalho.

À equipe de recolhimento e indústria do projeto Sucre, em especial ao Caio Soares, Carlos

Roberto Trez, Daniel Duft, Fábio Okuno, pela amizade, convivência, ensinamentos, motivação,

confiança e apoio.

Ao apoio dos amigos e integrantes do LabMAAP e GITAP, em especial Marcelo, Julyane,

Marcos, Micael e Thiago.

À convivência, amizade, companheirismo e atenção dos amigos de sala no CTBE, em especial

Bruna, Leandro, Sarah, Carla e João.

Às amigas: Jéssica, Thuane, Fernanda, Emanueli e Raquel agradeço todo apoio, incentivo,

amizade, carinho e paciência.

À minha família, por toda motivação e suporte, em especial meus pais: Hugo e Ivonete, Celso

e Marli. Aos meus irmãos: Gustavo e Fernanda, em especial, agradeço todo apoio intelectual e

científico da minha irmã Mayra.

Ao Natan, pela paciência, incentivo, carinho e amor.

RESUMO

A proibição da queima dos canaviais contribuiu para a substituição gradual da colheita manual

pela colheita mecanizada. A palha proveniente da colheita mecanizada de cana-de-açúcar vem

sendo utilizada no processo de queima em caldeira para produção de energia elétrica.

Atualmente, para utilizar a palha para queima misturada ao bagaço, as usinas vêm considerando

a qualidade, o custo de recolhimento da palha (considerando o trajeto do campo até a caldeira)

e o custo de processamento na indústria. Diante disso, este trabalho teve como objetivo avaliar

técnica e economicamente duas rotas de recolhimento de palha do campo até a usina. A duas

rotas avaliadas neste trabalho foram o recolhimento de palha a granel, por forrageira (rota 1) e

recolhimento de palha por meio da colheita integral (rota 2). Foi investigado a qualidade do

bagaço, palha e mistura de palha e bagaço para queima em caldeiras, sendo caracterizados de

acordo com o teor de umidade, impureza mineral e granulometria. Além disso, foi avaliado o

custo de recolhimento da palha para as duas rotas, por meio do software CanaSoft. Analisando

os resultados de qualidade, os teores médios de umidade (b.u.) para o bagaço, palha e mistura

(palha e bagaço), para rota 1, foram, respectivamente, 45,54%, 13,42% e 41,43%. Na rota 2, os

teores de umidade foram 49,76% para o bagaço, 67,21% para a palha e 51,34% para a mistura.

Nas duas rotas analisadas a umidade do bagaço se apresentou bem uniforme de acordo com o

esperado (± 50%). A palha, na rota 1, apresentou umidade bem abaixo da umidade do bagaço,

devido a exposição da palha ao sol, uma vez que o recolhimento foi realizado alguns dias (±10

dias) após a colheita. Para as duas rotas a umidade da mistura está bem próxima ao

recomendável (± 50%), sendo passíveis de utilização para queima em caldeiras. O recolhimento

de palha via colheita integral apresentou menor custo em todos os cenários. A restrição da carga

de transporte de carga, devido à “Lei da Balança”, favoreceu o recolhimento via colheita

integral em razão do melhor aproveitamento da capacidade volumétrica do rodotrem. O

aumento da distância de transporte favoreceu o aumento do custo de recolher a palha para as

duas rotas, em todos os cenários; porém, a rota 2 apresentou custos mais atrativos em

comparação à rota 1. O custo de recolhimento da rota 1 foi mais atrativo para 20% de

recolhimento da área em todos os cenários, sendo também mais atrativo no cenário sem “Lei

da Balança” em distâncias maiores que 60 km com 80 Mg ha-1 e 50% de recolhimento de palha.

Compreendemos que a melhoria das operações mecanizadas pode influenciar positivamente no

material entregue para queima; além disso, as duas rotas de recolhimento apresentaram grande

potencial de utilização para contribuir com a produção de bioeletricidade na matriz energética

brasileira.

Palavras chave: Bioenergia, colhedora de cana-de-açúcar, recolhimento a granel, cogeração de

energia

ABSTRACT

Mechanized sugarcane green harvesting has been adopted in Brazil with the restriction of

sugarcane burning. Sugarcane mills are using straw from mechanical sugarcane harvesting for

electricity production. Currently, to use mix (straw and bagasse), mills have been considering

the quality, the straw recovery cost (considering path from field to boiler) and processing cost

in industry. Thus, the aim of this study was to evaluate the biomass quality used in sugarcane

mills and recovery costs for two routes. The first route is hay harvesting (route 1) and the second

route is integral harvesting (route 2). The quality of the bagasse, straw, and mix (bagasse and

straw) for burning in boilers was characterized according to moisture content, mineral

impurities, and granulometry. The costs were determined using CanaSoft model, which is

intended for simulation and assessment of the most important agricultural parameters of

biomass production system alternative. Analyzing the quality results, the mean moisture content

(wt) for bagasse, straw, and mix for route 1 were 45.54%, 13.42% and 41.43%, respectively.

For route 2, moisture contents were 49.76% for bagasse, 67.21% for straw, and 51.34% for mix.

For two routes, the bagasse moisture content was as expected (± 50%). The moisture content of

straw, on route 1, was lower than bagasse moisture content, due to sun exposure straw, around

10 days after harvest. For two routes, the moisture content of mix was according to

recommended (± 50%), being able to use for burning in boilers. The straw recovery by integral

harvesting showed lower cost in all scenarios. The load restriction favored recovery by integral

harvesting, due to the best utilization of the volumetric capacity of transport. Increased transport

distance favored the increased cost recovery for two routes in all scenarios; however, route 2

presented more attractive costs compared to route 1. The recovery cost of route 1 was more

attractive to 20% of recovery area to all scenarios as well as in scenario without load restriction

at distances greater than 60 km with 80 Mg ha-1 and 50% straw recovery. We understand that

the improvement of mechanized operations can positively influence the material delivered for

burning; in addition, the two recovery routes presented great potential to contribute to

bioelectricity production in brazilian energy matrix.

Keywords: Bioenergy, sugarcane harvester, hay harvester, cogeneration

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Componentes da cana-de-açúcar 17

Figura 2 – Colheita mecanizada de cana-de-açúcar para alguns municípios do estado de São

Paulo na safra 2016/2017 20

Figura 3 – Diagrama da colhedora de cana-de-açúcar 21

Figura 4 – (a) Operação de aleiramento da palha de cana-de-açúcar e (b) leira de palha de cana-

de-açúcar 22

Figura 5 – Enfardamento de palha de cana-de-açúcar 22

Figura 6 – Recolhimento de palha de cana-de-açúcar via forrageira 23

Figura 7 - Produção de Energia das Unidades Industriais de Cana-de-açúcar Signatárias do

Protocolo Agroambiental, por RA, estado de São Paulo, Safra 2015/16 27

Figura 8- Ponto de coleta das amostras de bagaço no último terno da moenda na usina 30

Figura 9 - Ponto de coleta de amostra de palha após o descarregamento no pátio da usina

próximo ao monte de bagaço 31

Figura 10- Ponto de coleta das amostras de mistura de palha e bagaço no pátio da usina após a

mistura da palha e bagaço 31

Figura 11 - Ponto de coleta das amostras de palha lavada na esteira de correia na usina 32

Figura 12 – Ponto de coleta de amostra de bagaço e de mistura durante o transporte no Chute

Donelly da moenda dentro da usina 32

Figura 13 - Composição e homogeneização das cinco subamostras (b.s.) para obter uma

amostra de cada tipo (bagaço, palha e mistura) 33

Figura 14 - Moagem das amostras de bagaço, palha e mistura para queima no forno mufla 34

Figura 15 - Determinação do teor de umidade das amostras após o processo de moagem 34

Figura 16 - Pesagem das amostras em cadinhos em balança de precisão para a queima em forno

mufla 35

Figura 17 - Cadinhos acomodados no interior do forno mufla para queima 35

Figura 18 - Lavagem das amostras no desfibrador 36

Figura 19 – Peneiramento da amostra após a lavagem 36

Figura 20 - Agitador de peneiras Analysette 3 PRO 37

Figura 21 - Estrutura do modelo com os diferentes módulos de cálculo 39

Figura 22 – Cálculo do custo de recolhimento de palha para as duas rotas estudadas 42

Figura 23 - Cenários para o cálculo do custo de recolhimento de palha 43

Figura 24 – Distribuição granulométrica do bagaço, da rota 1, para os três horários de

amostragem 52

Figura 25 - Distribuição granulométrica da palha, da rota 1, para os três horários de amostragem

53

Figura 26 - Distribuição granulométrica da mistura de palha e bagaço, da rota 1, para os três

horários de amostragem 54

Figura 27 - Distribuição granulométrica do bagaço, da rota 2, para os três horários de

amostragem 54


55


horários de amostragem 56

Figura 30 – Custo de colmo e de recolhimento de palha sem “Lei da Balança” para as rotas 1 e

2, para 30% e 50% de recolhimento de palha para as produtividades de 65 Mg ha-1 e 80 Mg ha-

1 60

Figura 31 – Quantidade de palha recolhida para 30% e 50% de taxa de recolhimento, nas

produtividades de 65 Mg ha-1 e de 80 Mg ha-1 61

Figura 32 – Custo de colmo e de recolhimento de palha com “Lei da Balança” para as rotas 1 e


1 62

Figura 33 – Custo de recolhimento para colheita integral com e sem “Lei da Balança” para 30%

e 50% de taxa de recolhimento e para 65 Mg ha-1 e 80 Mg ha-1 63

Figura 34 – Custo total da palha para 30% e 50% de taxa de recolhimento e 65 Mg ha-1 e 80

Mg ha-1 para o cenário com e sem “Lei da Balança” 66

Figura 35 – Custo de recolhimento de palha para diferentes distâncias de transporte, com 65

Mg ha-1, para 30% e 50% de taxa de recolhimento 67

Figura 36 - Custo de recolhimento de palha para diferentes distâncias de transporte, com 80 Mg

ha-1, para 30% e 50% de taxa de recolhimento 67


ha-1 e “Lei da Balança” (LB), para 30% e 50% de taxa de recolhimento 68


ha-1 e com “Lei da Balança” (LB), para 30% e 50% de taxa de recolhimento 69

Figura 39 – Custo de recolhimento de palha para diferentes porcentagens de área recolhida,

com 65 Mg ha-1, para 30% e 50% de taxa de recolhimento, sem “Lei da Balança” 70

Figura 40 - Custo de recolhimento de palha para diferentes porcentagens de área recolhida, com

80 Mg ha-1, para 30% e 50% de taxa de recolhimento, sem “Lei da Balança” 70


65 Mg ha-1, para 30% e 50% de taxa de recolhimento, com “Lei da Balança” 71


80 Mg ha-1, para 30% e 50% de taxa de recolhimento, com “Lei da Balança” 72

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Análise imediata dos componentes da cana-de-açúcar 18

Tabela 2 – Análise imediata da palha de cana-de-açúcar 18

Tabela 3 – Análise elementar dos componentes da cana-de-açúcar 19

Tabela 4 - Combinações usuais no transporte de cana-de-açúcar 25

Tabela 5 - Composição elementar de bagaço e palha (folhas verdes, folhas secas e ponteiro) 28

Tabela 6 - Sequência das aberturas das peneiras utilizadas para os três tipos de amostras 37

Tabela 7 - Variáveis de entrada dos módulos de cálculos do CanaSoft 38

Tabela 8 – Parâmetros da colhedora utilizados na colheita integral 40

Tabela 9 – Parâmetros utilizados para o rodotrem 41

Tabela 10 – Teor de umidade (% b.u.) das amostras de bagaço, palha e mistura para a rota 1 47

Tabela 11 - Teor de umidade (% b.u.) das amostras de bagaço, palha e mistura para a rota 2 48

Tabela 12 – Impureza mineral das amostras de palha, bagaço e mistura, para a rota 1 49

Tabela 13 - Impureza mineral das amostras de palha, bagaço e mistura para a rota 2 50

Tabela 14 – Classificação do Teor de Impurezas Minerais 51

Tabela 15 – Parâmetros da operação de aleiramento 57

Tabela 16 - Parâmetros da operação de recolhimento via forrageira 58

Tabela 17 - Parâmetros da operação de transporte da palha 58

Tabela 18 – Custo de investimento nos equipamentos do SLS 64

Tabela 19 – Custo dos serviços para o SLS 64

Tabela 20 – Custo de manutenção e operação do SLS 65

Tabela 21 – Quantidade de palha recolhida (Mg) para 30% e 50% de taxa de recolhimento de

palha, para as produtividades de 65 Mg ha-1 e 80 Mg ha-1 65

Tabela 22– Dados referentes ao cenário da rota de recolhimento via forrageira, com 30% de

recolhimento de palha com 65 Mg ha-1 81

Tabela 23 – Dados referentes ao cenário da rota via forrageira, com 50% de recolhimento de

palha com 65 Mg ha-1 81

Tabela 24– Dados referentes ao cenário da rota de recolhimento via colheita integral, com 30%

de recolhimento de palha com 65 Mg ha-1 82




recolhimento de palha com 80 Mg ha-1 83

Tabela 27– Dados referentes ao cenário da rota via forrageira, com 50% de recolhimento de

palha com 65 Mg ha-1 83













LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ASTM – American Society for Testing and Materials

B - Bagaço

b.s. – base seca

b.u. – base úmida

CNPEM - Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais

CONAB – Companhia Nacional de Abastecimento

CONTRAN - Conselho Nacional de Trânsito

CTBE- Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol

CTC – Centro de Tecnologia Canavieira

CV – Coeficiente de variação

CVC - Combinações de Veículos de Cargas

DENATRAN – Departamento Nacional de Trânsito

DP – Desvio padrão

EPE – Empresa de Pesquisa Energética

FGV - Fundação Getúlio Vargas

GEF - Fundo Global para o Meio Ambiente

IEA – Instituto de Economia Agrícola

IGP-M - Índice Geral de Preços – Mercado

IM – Impurezas minerais

LB - “Lei da Balança”

MME – Ministério de Minas e Energia

NREL - National Renewable Energy Laboratory

P - Palha

PB - Mistura de palha e bagaço

PBTC – Peso Bruto Total Combinado

PNUD - Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento

Rota 1 – Recolhimento de Palha via Forrageira

Rota 2 – Recolhimento de Palha via Colheita Integral

SIN - Sistema Interligado Nacional

SLS - Sistema de Limpeza a Seco

Sucre - Sugarcane Renewable Electricity

TIR – Taxa Interna de Retorno

SUMÁRIO

1 Introdução 14

1.1 Objetivos 16

2 Revisão bibliográfica 17

2.1 Cana-de-açúcar 17

2.2 Colheita mecanizada de cana-de-açúcar e recolhimento de palha 19

2.3 Custos de recolhimento de palha 23

2.4 “Lei da Balança” 25

2.5 Cogeração de energia elétrica 26

2.6 A palha nas caldeiras 27

3 Material e métodos 30

3.1 Coleta da biomassa 30

3.2 Qualidade da biomassa 33

3.2.1 Determinação do teor de umidade 33

3.2.2 Determinação da impureza mineral 33

3.2.3 Determinação da granulometria 36

3.3 Viabilidade econômica 38

3.3.1 Determinação do custo de recolhimento 38

3.3.2 Parâmetros técnicos 39

3.3.3 Cenários tecnológicos 41

3.3.4 Determinação de custo industrial 43

3.3.5 Análise de sensibilidade 45

4 Resultados e discussão 46

4.1 Qualidade da Biomassa 46

4.1.1 Teor de umidade 46

4.1.2 Impurezas Minerais 49

4.1.3 Granulometria 51

4.2 Viabilidade econômica 57

4.2.1 Parâmetros técnicos 57

4.2.2 Custo de recolhimento 59

4.2.3 Custo Industrial 64

4.2.4 Análise de sensibilidade 66

5 Conclusão 73

Referências bibliográficas 75

Apêndice 1 – Resultados dos cenários sem “Lei da Balança” 81

Apêndice 2 – Resultados dos cenários com “Lei da Balança” 85

14

1 INTRODUÇÃO

As usinas de cana-de-açúcar vêm aumentando a produção de energia elétrica nos

últimos anos, tanto para suprir a energia consumida no processo de produção de etanol e açúcar

como para venda de energia excedente para o Sistema Interligado Nacional (SIN) (EPE, 2017).

Em 2016, o setor sucroenergético injetou no SIN o montante de 2,8 GW médios, apresentando

aumento de 11,6% ao total injetado em 2015 (EPE, 2017).

O aumento da utilização da biomassa de cana-de-açúcar para produção de energia

elétrica pode ser relacionado ao processo de transição da colheita manual para colheita

mecanizada devido à proibição da queima dos canaviais (Lei 11.241/2002). Pois, a colheita

mecânica com a cana crua, deixa sobre o solo uma camada considerável de palha, que segundo

Hassuani et al. (2005), para cada tonelada de colmo tem-se 140 kg de palha (base seca).

A palha deixada no campo após a colheita possui grande potencial energético a ser

aproveitado. De acordo com Ripoli e Ripoli (2001), o material remanescente sobre a superfície

do talhão após a colheita fornece, aproximadamente, 13.551 MJ Mg-1. Dessa forma, a palha

recolhida, representa uma fonte significativa para geração de eletricidade nas usinas do setor

sucroenergético.

A utilização da palha para queima nas usinas implica investimentos em rotas de

recolhimento, assim como alguns equipamentos para o seu processamento na indústria. A

escolha da rota está diretamente relacionada ao custo que representa recolher a palha e a

qualidade com que é entregue na usina. Com isso, o Laboratório Nacional de Ciência e

Tecnologia do Bioetanol (CTBE), que integra o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e

Materiais (CNPEM), vem desenvolvendo o Projeto Sucre (Sugarcane Renewable Electricity),

que tem como objetivo identificar e superar as principais barreiras que impedem a expansão da

utilização da palha de cana-de-açúcar como fonte para geração de energia elétrica. O Sucre é

uma inciativa financiada pelo Fundo Global para o Meio Ambiente (GEF) e gerida pelo

Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (PNUD).

Este trabalho, que é parte do projeto Sucre, visa avaliar duas rotas de recolhimento

que não necessitam de um triturador de palha na usina para fragmentar a palha a ser incorporada

ao bagaço para queima. A exclusão do triturador na indústria resulta na redução significativa

dos custos com manutenção e operação do triturador. Dessa forma, o custo de recolher a palha

é importante para auxiliar as usinas na tomada de decisão de qual rota é ideal para cada situação.

Além do custo, entender a qualidade da palha entregue para a queima é de fundamental

importância no sentido de minimizar danos, bem como redução dos custos de manutenção dos

15

1.Carroceria com dispositivo hidráulico, rebocada por trator ou caminhão, utilizada no transporte de

cana.

equipamentos na indústria.

Neste trabalho são abordadas duas rotas de recolhimento utilizadas nas usinas

parceiras do projeto Sucre. O recolhimento de palha a granel via forrageira é denominada como

rota 1. Nessa rota, após a colheita convencional da cana-de-açúcar, a palha é deixada no campo

por aproximadamente 10 dias, em seguida é aleirada e recolhida pela colhedora de forragens.

A forrageira recolhe, tritura e transfere a palha para os transbordos1 no campo. Na usina, a palha

é disposta próxima a pilha de bagaço para realizar a mistura (palha e bagaço) para subsequente

queima direta nas caldeiras.

A rota 2 é o recolhimento da palha por meio da colheita integral. Nessa rota, a

velocidade dos extratores da colhedora é reduzida para aumentar o teor de impurezas vegetais

junto aos colmos. Dessa forma, a palha e os colmos são transportados até a usina. Na usina, a

palha é separada dos colmos pelo Sistema de Limpeza a Seco (SLS) e enviada, via úmida, para

o último terno da moenda, em que é triturada e incorporada ao bagaço para queima.

A Resolução Nº 211, de 2006, do Conselho Nacional de Trânsito (CONTRAN),

conhecida como “Lei da Balança” (LB), regulamenta o transporte rodoviário, quanto às

dimensões e capacidades máximas de carga. Essa lei limita a carga de transporte para as

Combinações de Veículos de Cargas (CVC), de acordo com o número de eixos e estrutura dos

caminhões. Deste modo, é necessário avaliar como a restrição de carga interfere no custo de

recolher a palha.

Portanto, este trabalho busca entender como é o custo de recolher a palha para as

duas rotas de recolhimento, obedecendo ou não a restrição de carga. Assim como, caracterizar

a palha proveniente das duas rotas para queima na caldeira.

16

1.1 Objetivos

O objetivo geral deste trabalho é avaliar técnica e economicamente duas rotas de

recolhimento de palha de cana-de-açúcar do campo até a usina.

Para isso, os objetivos específicos são:

• Caracterizar a qualidade da biomassa para produção de energia elétrica;

• Identificar o custo de recolhimento de palha do campo até a caldeira;

• Avaliar os impactos da “Lei da Balança” no custo de recolhimento de palha;

• Avaliar a influência da distância entre talhão e usina no custo de recolhimento

de palha;

• Avaliar a influência da porcentagem de área recolhida no custo de recolhimento

de palha.

17

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Cana-de-açúcar

A cana-de-açúcar é apontada como umas das principais fontes do setor de

biocombustíveis em razão do grande potencial de produção de etanol de 1ª e 2ª geração, e dos

outros produtos provenientes dos seus resíduos (CONAB, 2017). As unidades sucroenergéticas

estão cada vez mais produzindo energia elétrica excedente com a utilização do bagaço e palha,

o que resulta no aproveitamento quase integral da cana-de-açúcar.

O conhecimento dos componentes da cana-de-açúcar auxilia no entendimento do

potencial energético a ser aproveitado nas unidades sucroenergéticas. Dessa forma, a cana-de-

açúcar é dividida em pontas ou ponteiros, folhas verdes, folhas secas, colmos e raízes no subsolo

(Figura 1). Os ponteiros são formados por folhas verdes presentes no topo da planta e nos

últimos nós na parte superior, já as folhas secas são as folhas envelhecidas com coloração

amareladas e castanhas aderidas aos colmos ou presentes no solo (MENANDRO et al., 2017).

Os colmos referem-se ao caule da planta sendo o local onde ocorre o maior armazenamento de

açúcar.

Figura 1 – Componentes da cana-de-açúcar

Fonte: Adaptado de Hassuani et al., (2005)

18

A caracterização da cana-de-açúcar é importante para avaliar o potencial energético

de cada componente (HASSUANI et al., 2005). Pois, cada parte da planta apresenta

características diferentes para teor de umidade, cinzas, carbono fixo e materiais voláteis

(HASSUANI et al., 2005). Dessa forma, Hassuani et al. (2005), encontraram diferenças

consideráveis para o teor de umidade entre os componentes da cana-de-açúcar (Tabela 1). Neste

mesmo estudo, foi possível perceber que a palha, nas diferentes formas, não apresentou grandes

variações para carbono fixo e material volátil quando comparada ao bagaço. Já o teor de

umidade e cinzas totais apresentaram variações, sendo o teor de cinzas inferior para o bagaço.

Tabela 1 – Análise imediata dos componentes da cana-de-açúcar

Folhas secas Folhas verdes Ponteiros Bagaço

Teor de umidade (%) 13,5 67,7 82,3 50,2

Cinzas totais (%) 3,9 3,7 4,3 2,2

Carbono fixo (%) 11,6 15,7 16,4 18,0

Material volátil (%) 84,5 80,6 79,3 79,9


Os estudos realizados com a palha de cana-de-açúcar comprovam a existência de

variações em sua composição (Tabela 2), por exemplo, o teor de material volátil apresentou

variação de 74% a aproximadamente 87% nos trabalhos apresentados na tabela a seguir. O

mesmo comportamento pode ser observado para os outros parâmetros; no entanto a umidade

apresentou menor variação (Tabela 2).

Tabela 2 – Análise imediata da palha de cana-de-açúcar

PELÁEZ

SAMANIEGO

(2007)

PAULA,

(2010)

MESA-

PÉREZ et al.,

(2013)

BIZZO et al.,

(2014)

RUEDA-

ORDÓÑEZ e

TANNOUS,

(2015)

Teor de umidade (%) 9,92 n.a.a 10,4 n.a. 8,42

Cinzas totais (%) 11,70 4,32 16,4 7,5 3,85

Carbono fixo (%) 6,90 17,46 13,0 10,1 9,51

Material volátil (%) 81,55 78,64 74,0 82,25 86,64

a Não avaliado

19

Nos processos de combustão incompleta, as cinzas são formadas por materiais

inorgânicos que fazem parte do combustível. Os compostos inorgânicos encontrados nas cinzas

provenientes da queima da palha e do bagaço dependem das espécies de planta, do solo, do tipo

de adubação e também dos materiais minerais aderidos durante a colheita e recolhimento de

palha (LENÇO, 2010). Por isso, os resultados das análises imediatas da Tabela 2 apresentam

diferenças em cada trabalho realizado.

A análise dos elementos presentes nos combustíveis é melhor compreendida com a

realização da análise elementar. Assim, Hassuani et al. (2005), caracterizaram os elementos

presentes na palha e no bagaço (Tabela 3). Os teores de carbono, hidrogênio, nitrogênio,

oxigênio e enxofre mostraram que as composições das diferentes partes da planta de cana-de-

açúcar são similares, exceto pelo cloro que apresentou maior quantidade para folha seca, verde

e ponteiros.

Tabela 3 – Análise elementar dos componentes da cana-de-açúcar

Folhas secas Folhas verdes Ponteiros Bagaço

Carbono (%) 46,2 45,7 43,9 44,6

Hidrogênio (%) 6,2 6,2 6,1 5,8

Nitrogênio (%) 0,5 1,0 0,8 0,6

Oxigênio (%) 43,0 42,8 44,0 44,5

Enxofre (%) 0,1 0,1 0,1 0,1

Cloro (%) 0,1 0,4 0,7 0,02


2.2 Colheita mecanizada de cana-de-açúcar e recolhimento de palha

A colheita manual de cana-de-açúcar foi gradualmente substituída pela colheita

mecanizada em razão das preocupações com emissão de gases poluentes provenientes da

queima do canavial. Assim, foi estabelecida a Lei 11.241, em setembro de 2002, no estado de

São Paulo. Essa lei orienta sobre a eliminação gradual das queimadas nos canaviais

mecanizáveis, até 2021, e em áreas não mecanizáveis (declividade acima de 12%) até 2031. No

entanto, o Protocolo Agroambiental do setor sucroenergético no estado de São Paulo, reduziu

os prazos para 2014 para áreas mecanizáveis e 2017 para não mecanizáveis.

20

Em levantamento realizado pelo Instituto de Economia Agrícola (IEA), em

novembro de 2016, a safra 2016/2017 apresentou índice de mecanização de 90%, em uma área

de corte de 5,6 milhões de hectares, no estado de São Paulo (IEA, 2017). Os municípios de

Andradina, Fernandópolis, Jales, Presidente Venceslau e Votuporanga estão próximos a atingir

a totalidade da mecanização com porcentagens acima de 98% (Figura 2).

Figura 2 – Colheita mecanizada de cana-de-açúcar para alguns municípios do estado de São

Paulo na safra 2016/2017

Fonte: IEA, 2017

A colheita mecanizada de cana-de-açúcar é composta por seis principais operações:

corte basal dos colmos, corte dos ponteiros, levantamento das linhas caídas, retirada das folhas,

picagem dos colmos e colheita realizada em paralelo (BRAUNBECK e MAGALHÃES, 2010).

No interior na máquina os colmos são cortados e separados da palha, pelos extratores da

máquina (Figura 3).

99,5%95,5%

92,1% 94,2% 91,3% 93,2%98,7%

92,3% 92,3%99,0% 97,9%

92,7% 93,0%98,6% 98,0%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

21

Figura 3 – Diagrama da colhedora de cana-de-açúcar

Fonte: Braunbeck et al., (2008)

O sistema de colheita mecanizada com cana crua deixa no solo as folhas verdes,

secas e ponteiros (LEAL et al., 2013). A quantidade de palha deixada sobre o solo depende de

fatores como: variedade e estágio vegetativo da cana-de-açúcar, condições edafoclimáticas e

práticas de manejo (HAMES et al., 2003; SANTOS et al., 2012).

Segundo Bizzo et al. (2014), a palha apresenta poder calorífico de 17,1 MJ kg-1 , e

representa uma fonte significativa para a geração de eletricidade pelas usinas do setor

sucroenergético. A utilização da palha, para queima, é viabilizada a partir do seu recolhimento

e transporte do campo até a usina. No entanto, essas operações apresentam custos para usina, e

por isso a rota de recolhimento deve ser escolhida analisando para qual finalidade a palha será

utilizada.

Atualmente, as rotas de recolhimento utilizadas pelo setor sucroenergético são:

colheita integral ou parcial, enfardamento e recolhimento via granel por forrageira. No

recolhimento por enfardamento e forrageira, a palha é lançada no solo durante a colheita e

posteriormente aleirada por meio da operação de aleiramento.

O aleiramento é realizado com intervalo de 10 a 15 dias após a colheita mecanizada,

com isso a palha perde teor de umidade devido a exposição ao sol (MICHELAZZO e

BRAUNBECK, 2008). A etapa de aleiramento refere-se à aglomeração da palha em leiras para

facilitar a operação das rotas de recolhimento (Figura 4). O aleiramento pode influenciar

negativamente na qualidade da palha, em razão da incorporação de impurezas minerais, pois a

22

palha é rastelada sobre o solo, pelo ancinho do aleirador (BRAUNBECK e ALBRECHT NETO,

2008)

Figura 4 – (a) Operação de aleiramento da palha de cana-de-açúcar e (b) leira de palha de

cana-de-açúcar

O recolhimento da palha aleirada pode ser realizado pela enfardadora ou pela

recolhedora de forragens. O enfardamento é iniciado após a palha apresentar umidade adequada

para a operação, pois a palha com teor elevado de umidade aumenta os custos de operação de

recolhimento, transporte e de processamento na usina para a queima. A palha recolhida é

compactada e amarrada para a formação dos fardos, após essa etapa, os fardos são depositados

no campo durante a operação (Figura 5). Posteriormente, os fardos são transferidos para um

pátio no campo, onde são empilhados para serem carregados e transportados para a usina.

Figura 5 – Enfardamento de palha de cana-de-açúcar

(a) (b)

23

A forrageira passa pelas leiras recolhendo a palha, que é triturada e lançada no

transbordo. Os caminhões transportam a palha até a usina, descarregando próximo ao monte de

bagaço para mistura, e posteriormente a queima nas caldeiras (Figura 6).

Figura 6 – Recolhimento de palha de cana-de-açúcar via forrageira

Na colheita integral, os colmos e a palha são lançados pela colhedora aos veículos

de transporte, sem contato com o solo, por meio da redução da rotação ou desligamento dos

extratores, e em seguida devem ser separados na usina, utilizando o SLS (BRAUNBECK E

ALBRECHT NETO, 2008). A separação dos colmos e das impurezas minerais e vegetais é uma

etapa importante para o processo de produção de álcool e açúcar, que visa reduzir os impactos

negativos que a palha provoca no processamento da cana. Assim, o SLS utiliza a ação do ar,

por meio de ventilação, e a ação mecânica, para eliminar as impurezas vegetais e minerais,

respectivamente (ROMÃO JÚNIOR, 2009).

2.3 Custos de recolhimento de palha

Os trabalhos de recolhimento de palha realizados anteriormente, em sua maioria,

abordaram a colheita integral e o enfardamento. Contudo, neste trabalho foram estudadas as

rotas de recolhimento via forrageira e via colheita integral. Assim, a seguir serão discutidos

alguns trabalhos que apresentaram o custo de recolhimento da palha para essas duas rotas.

Franco (2003), avaliou o desempenho do recolhimento por forrageira de 353 kW

de potência, que obteve teor médio de impureza mineral de 7,47% e custo total da palha (em

R$ de 2003), do campo até a usina, de R$ 21,03 Mg-1, concluindo que o sistema de recolhimento

24

a granel, sob o ponto de vista operacional, pode ser viável para o recolhimento de palha de cana-

de-açúcar.

Ripoli (2004), avaliou o recolhimento de palha via colheita integral e enfardamento,

obtendo os melhores resultados para a colheita integral, sendo o custo de recolhimento da palha

do campo até a usina de R$ 5,42 Mg-1 (em reais de 2004) e índice de impureza minerais de

1,39%. O mesmo foi evidenciado por Michelazzo (2005), que comparou seis rotas de

recolhimento de palha, tendo entre essas rotas o recolhimento via colheita integral e forrageira.

Nesse estudo, a colheita integral apresentou menor custo de recolhimento de palha, já a

forrageira obteve o maior custo entre os seis sistemas estudados, sendo o custo da rota com

palha picada a granel o mais influenciado pelo aumento da distância de transporte.

Michelazzo e Braunbeck (2008), compararam a colheita e o transporte de palha até

a usina por meio de seis sistemas diferentes (fardo grande, picagem a granel, briquetagem,

peletização, fardo algodoeiro e colheita integral). Os resultados encontrados foram baseados

em modelos de simulação de rendimentos e custos globais. Os autores também encontraram o

menor custo total para o sistema de colheita integral, além disso, relataram que os fatores que

influenciam o custo de recolhimento do palhiço são, em ordem crescente, o consumo de

combustível, aquisição dos equipamentos, eficiência global da operação e jornada de trabalho.

Perea (2009), estudou sistemas de recolhimento de palha na região central do estado

de São Paulo. O estudo avaliou o desempenho de recolhimento via forrageira com e sem

aleiramento, recolhimento por enfardadora de fardos cilíndricos e colheita integral. Além de

avaliar o custo de cada rota, realizou também a determinação da impureza mineral e da umidade

da palha. Assim, concluiu que o recolhimento via colheita parcialmente integral apresentou

menor teor de impurezas minerais, maior umidade e menor custo por tonelada de palha do

campo até a usina.

Cardoso et al. (2013), avaliaram a recuperação de palha por hectare em diferentes

porcentagens (30%, 50% e 70%) em dois sistemas de recolhimento: colheita integral e

recolhimento por meio de enfardadora. De acordo com os resultados, a colheita integral

apresentou menor custo no raio médio de 30 km e produtividade de 83 Mg ha-1, quando

comparada com o sistema de fardos, na fase agrícola.

Em outro momento, Cardoso et al. (2015), estudaram o recolhimento de palha via

colheita integral e enfardamento, considerando o modelo verticalizado de produção. Nesse

estudo, a colheita integral apresentou, novamente, os menores custo de recuperação de palha e

a TIR (Taxa de Interna de Retorno) ideal. Contudo, dependendo da produtividade da cana-de-

25

açúcar e a fração de recuperação de palha, o sistema de enfardamento pode apresentar melhores

resultados de TIR que a colheita integral, devido aos efeitos da palha na fase industrial.

2.4 “Lei da Balança”

O transporte dos colmos e palha, do campo até o ponto de processamento, é

realizado por caminhões e carretas e, segundo Silva (2006), os principais caminhões utilizados

para carregar a cana-de-açúcar colhida são: caminhão com um reboque, caminhão com dois

reboques e o cavalo-mecânico com dois semi-reboques (Tabela 4).

Tabela 4 - Combinações usuais no transporte de cana-de-açúcar

Descrição Esquema Nome usual

Caminhão plataforma

Truck

Caminhão plataforma com

um reboque acoplado

Romeu e Julieta

Caminhão plataforma com

dois reboques acoplados

Treminhão

Cavalo mecânico com dois

semi-reboques acoplados Rodotrem

Fonte: Adptado de Silva, (2006)

Esses veículos utilizam vias públicas pavimentadas, quer sejam federais, estaduais

ou municipais. Em vista disso, devem obedecer às leis em vigência do CONTRAN. O Decreto

Federal Nº 50.903 de 1961 foi a primeira norma que abordou os limites de cargas por eixo,

surgindo assim a expressão “Lei da Balança”.

No âmbito das CVC, o rodotrem é a composição mais utilizada pelos grupos

canavieiros e em segundo lugar aparece o tradicional treminhão. Segundo a “Lei da Balança”,

por meio da Portaria 63/2009 do Departamento Nacional de Trânsito - DENATRAN, os pesos

por eixo (legais) para o rodotrem são, respectivamente, da frente para trás, 6 Mg, 17 Mg, 17

Mg, 17 Mg e 17 Mg, totalizando 74 Mg de Peso Bruto Total Combinado (PBTC), que é

referente à soma do peso da carga e do veículo.

26

Para o treminhão de 9 eixos (caminhão trucado com dois reboques) a distribuição das cargas

máximas sobre os eixos, da cabine para trás, são, respectivamente, 6 e 17 Mg (conjunto de eixos

em tandem duplo), 25,5 e 25,5 Mg (para os dois eixos triplos), apresentando um total de 74 Mg

de PBTC.

No que tange os pesos brutos e por eixos, a Resolução Nº 489 de 2014 do CONTRAN

relata sobre as tolerâncias admitidas nas fiscalizações dos veículos nas balanças rodoviárias,

em que a tolerância de 5% é aplicada sobre o PBTC. Dessa forma, para o rodotrem que o PBTC

é de 74 Mg, com tolerância, pode chegar até 77,7 Mg, desse peso, cerca de 34 Mg é o peso do

rodotrem vazio, o que resulta em 43 Mg para transporte de carga, representando uma redução

de 17 Mg em média, uma vez que os caminhões de cana transportavam cerca de 60 Mg de

carga.

2.5 Cogeração de energia elétrica

Em 2015, a produção de energia advinda de fontes renováveis atingiu o índice de

41,2% da matriz energética brasileira e manteve-se entre as mais elevadas do mundo

(MME/EPE, 2016). Dentre estes 41,2%, tem-se que 16,9% é de biomassa de cana, 11,3% é

referente à fonte hidráulica, 8,2% é de lenha e carvão vegetal, e 4,7% corresponde a outras

fontes renováveis (MME/EPE, 2016).

O potencial de geração de energia elétrica a partir da biomassa, produzida pelo

processo produtivo de cana-de-açúcar, é determinado por alguns fatores: (i) alternativa

tecnológica adotada para o ciclo termoelétrico de cogeração (ROMÃO JÚNIOR, 2009); (ii)

quantidade de cana-de-açúcar processada; (iii) método de colheita adotado; e (iv) técnicas para

redução dos consumos específicos de energia mecânica, térmica e elétrica no processo

produtivo de açúcar e álcool (CORRÊA NETO e RAMON, 2002).

A partir do cumprimento do Protocolo Agroambiental do estado de São Paulo, nos

últimos 8 anos, as usinas evoluíram, em termos de potência instalada, de 1.865,04 MW para

5.125,51 MW, apresentando aumento de 2,75 vezes (IEA, 2017). Esse aumento permite

entender que as usinas sucroenergéticas podem contribuir de forma significativa com

fornecimento de bioeletricidade, maximizando os níveis de participação da matriz energética

renovável brasileira.

No intervalo entre as safras de 2007/08 a 2015/16, as usinas que adotaram o

Protocolo Agroambiental, apresentaram aumento de 3,02 vezes na produção de energia (MWh),

e aumento de 4,27 vezes na exportação de energia para o SIN (IEA, 2017).

27

2 Subdivisão geográfica dos estados brasileiros de acordo com as similaridades econômicas e sociais.

As regiões administrativas2 (RA), no estado de São Paulo, que mais produziram energia através

da biomassa de cana-de-açúcar estão localizadas nos municípios de São José do Rio Preto com

23 usinas, seguida das regiões de Ribeirão Preto (14 usinas), Campinas (20 usinas), Bauru (12

usinas) e Araçatuba (15 usinas), as quais representaram 64,37% do total de energia produzida

pelas usinas signatárias no estado, na safra 2015/16 (IEA, 2017) (Figura 7).

Figura 7 - Produção de Energia das Unidades Industriais de Cana-de-açúcar Signatárias do

Protocolo Agroambiental, por RA, estado de São Paulo, Safra 2015/16

Fonte: Adaptado de IEA, (2017)

A utilização da palha para queima junto ao bagaço apresenta grande potencial

energético que, se aproveitado, pode tornar a produção de bioeletricidade mais atrativa no setor

elétrico. Dessa forma, pode influenciar na melhoria dos preços de energia elétrica nos leilões,

tornando mais atrativa a produção de energia elétrica em usinas de cana-de-açúcar.

2.6 A palha nas caldeiras

A palha apresenta teor de cinzas superior ao do bagaço, conforme encontrado por Hassuani et

al., (2005) (Tabela 1).

17,30%

13,20%

12,70%

11,30%

9,80%

9,70%

7,00%

6,80%

6,50%3,20%

2,50%

São José do Rio Preto

Ribeirão Preto

Campinas

Bauru

Araçatuba

Barretos

Marília

Franca

Presidente Prudente

Central

Sorocaba

28

As cinzas são constituídas, em sua maioria, por metais alcalinos e sílica (Tabela 5). Esses

elementos presentes na palha podem causar efeitos adversos nas caldeiras, por exemplo,

aumento de incrustação e corrosão. Dessa forma, há uma preocupação em relação à utilização

da palha para queima junto ao bagaço, uma vez que as caldeiras, em sua grande maioria, foram

projetadas para queima somente do bagaço.

Tabela 5 - Composição elementar de bagaço e palha (folhas verdes, folhas secas e ponteiro)

Determinação* Folhas secas Folhas verdes Ponteiros Bagaço

Umidade (g/kg) *

P2O5 0,5 2,0 2,5 0,5

K2O 2,7 13,3 29,5 1,7

CaO 4,7 3,9 2,6 0,7

MgO 2,1 2,2 2,5 0,5

Fe2O3 0,9 0,5 0,2 2,3

Al2O3 3,5 1,4 0,5 2,3

Umidade (g/kg) *

CuO <0,06 <0,06 <0,06 -

ZnO 9 15 35 -

MnO 169 120 155 62

Na2O 123 128 119 45


*base seca

Trabalhos foram realizados para compreender melhor os mecanismos envolvidos

na formação, deposição e incrustação em caldeiras. Como Skrifvas et al. (2004), que estudaram

o comportamento das cinzas em uma caldeira de madeira e observaram que a as partículas de

silicato podem ficar inertes na caldeira, durante a combustão, agindo como agentes de corrosão

ao passar pelos tubos de troca de calor.

Theis et al. (2006), analisaram a tendência de incrustação de cinzas resultante da

queima em caldeiras. Os autores concluíram que o maior teor de cinzas foi encontrado ao

utilizar a palha de turfa (peat), além disso entenderam que a interação entre cloro e enxofre

provocam a deposição durante a combustão.

29

Gogebakan et al. (2009), investigou a deposição de cinzas em caldeira de biomassa,

em que o sulfato de cálcio é o principal componente do processo de deposição. Esse resultado

está em acordo com Jacome (2014), que concluiu que grandes quantidades de metais álcalis e

alcalinos (Na, K, Ca), em presença de cloro e enxofre nas cinzas da palha de cana-de-açúcar

incrementam sua reatividade e facilitam a aparição dos processos termoquímicos como:

aglomeração, deposição e corrosão.

Bizzo et al. (2014), encontraram elevado nível de álcalis presente na palha de cana-

de-açúcar, o que provoca alta fusibilidade das cinzas em relação ao bagaço. Oliveira (2008),

destacou que os sais presentes na palha quando alimentados na fornalha da caldeira, abaixam o

ponto de fusão das cinzas, facilitando sua vaporização e favorecendo a formação de incrustação

nos permutadores de calor. O bagaço não apresenta o mesmo comportamento da palha, por

apresentar menor teor de cloro, que segundo Baxter et al. (1998), deve-se ao seu processamento

na parte industrial da usina, pois o cloro e o potássio são lixiviados no processo de extração do

açúcar dos colmos.

Dessa forma, a utilização da palha para queima dever ser analisada com critério

para não prejudicar o funcionamento das caldeiras. Os projetos de caldeiras para bagaço podem

ser adaptados para a queima da palha ou podem ser analisados a quais processos a palha deve

passar antes de ser misturada ao bagaço, por exemplo, processo de lavagem e fragmentação.

30

3 MATERIAL E MÉTODOS

Os procedimentos metodológicos para atingir os objetivos deste trabalho foram

divididos em duas etapas. A primeira etapa consistiu em analisar as amostras de biomassa,

provenientes de cada rota de recolhimento, em função dos parâmetros de umidade, teor de

impurezas minerais e granulometria, com a finalidade de caracterizá-las para a queima nas

caldeiras. A segunda etapa, refere-se à caracterização dos parâmetros operacionais das rotas de

recolhimento para calcular o custo de recolhimento de palha, avaliando como esse custo se

comporta com a variação da distância de transporte e da porcentagem de área recolhida.

3.1 Coleta da biomassa

As amostras utilizadas para analisar a qualidade da biomassa foram de bagaço (B),

palha (P) e mistura de palha e bagaço (PB). As amostras foram coletadas em três horários

diferentes (8h, 12h e 16h), para caracterizar a biomassa de forma representativa. A composição

das amostras de cada horário foi realizada por meio da coleta de cinco subamostras.

• Rota 1

Na rota 1, a amostragem foi realizada em três pontos diferentes. As amostras de

bagaço foram retiradas no último terno da moenda (Figura 8). Já as amostras de palha e de

mistura de palha e bagaço foram retiradas, respectivamente, no monte de palha após o

descarregamento da palha no pátio da usina (Figura 9), e no monte de palha e bagaço misturados

no pátio da usina (Figura 10).

Figura 8- Ponto de coleta das amostras de bagaço no último terno da moenda na usina

Ponto de

coleta

31

Figura 9 - Ponto de coleta de amostra de palha após o descarregamento no pátio da usina

próximo ao monte de bagaço

Figura 10- Ponto de coleta das amostras de mistura de palha e bagaço no pátio da usina após a

mistura da palha e bagaço

• Rota 2

Os pontos de amostragem das duas rotas estudadas foram diferentes devido as

particularidades de cada rota. Dessa forma, na rota 2 a palha é separada dos colmos por meio

do SLS. A palha soprada cai sobre um transportador de correias que a leva para uma canaleta

com transporte via úmida. Após o percurso via úmida, a palha é transferida para uma esteira de

correias que a destina para uma rosca helicoidal, para alimentação no último terno da moenda.

O ponto de coleta das amostras de palha antes de ser triturada foi na esteira de correias (Figura

11).

Ponto de

coleta

Ponto de

coleta

32

3 Equipamento utilizado para regularizar e uniformizar a moagem.

Figura 11 - Ponto de coleta das amostras de palha lavada na esteira de correia na usina

As amostras de bagaço e da mistura (palha e bagaço) foram retiradas no transporte

no Chute Donnelly3 no último terno da moenda (Figura 12). As amostras de mistura foram

retiradas quando o sistema de mistura da palha estava operando. A coleta do bagaço foi

realizada na interrupção do sistema de alimentação com palha.

Figura 12 – Ponto de coleta de amostra de bagaço e de mistura durante o transporte no Chute

Donelly da moenda dentro da usina

Ponto de

coleta

Ponto

de

coleta

33

3.2 Qualidade da biomassa

A caracterização da qualidade da biomassa foi realizada para analisar como as rotas

de recolhimento, estudadas neste trabalho estão entregando a palha para queima na caldeira

junto ao bagaço. Para isso foram escolhidos os parâmetros importantes que interferem na

eficiência da queima em caldeiras de bagaço.

3.2.1 Determinação do teor de umidade

As amostras coletadas nos ensaios foram acondicionadas hermeticamente em sacos

plásticos, identificadas e transportadas para o laboratório. No laboratório, as amostras foram

transferidas para sacos de papel, identificadas e pesadas, descontando o peso do saco. Em

seguida, os sacos foram colocados na estufa, por 48 horas, à temperatura de 65 ºC (ASTM

E1756). Após essa etapa, o material foi pesado novamente, a fim de obter a massa seca da

amostra para o cálculo do teor de umidade pela diferença de massa.

3.2.2 Determinação da impureza mineral

Para a determinação do teor de impureza mineral (IM) é necessário obter teor de

cinzas totais e cinzas constitutivas. Dessa forma, essa análise foi dividida em duas partes, após

a realização da etapa descrita do item 3.2.1 (teor de umidade). Para esses procedimentos, as

cinco subamostras (amostras secas) foram homogeneizadas para representar a amostra de cada

horário (Figura 13).

Figura 13 - Composição e homogeneização das cinco subamostras (b.s.) para obter uma

amostra de cada tipo (bagaço, palha e mistura)

34

• Cinzas totais

As amostras já secas a 65ºC, de cada horário, foram separadas em aproximadamente

100 g. Após a separação, foram moídas em moinho tipo cruzeta de impacto (martelo) e passadas

em peneira de 0,5 mm de abertura (NREL/TP-510-42622) (Figura 14). Seguida a moagem, foi

determinado o teor de umidade das amostras com a utilização de uma balança provida de

dispositivo de secagem (±105 ºC) (Figura 15).

Figura 14 - Moagem das amostras de bagaço, palha e mistura para queima no forno mufla

Figura 15 - Determinação do teor de umidade das amostras após o processo de moagem

Em seguida, as amostras foram pesadas, em balança analítica de precisão, com peso

de aproximadamente 2 g (NREL/TP-510-42622). A pesagem das amostras foi realizada em

triplicata (Figura 16).

35

Figura 16 - Pesagem das amostras em cadinhos em balança de precisão para a queima em

forno mufla

A queima das amostras no forno mufla foi realizada com os cadinhos tampados

parcialmente, com programação de temperatura de 12 min a 105 ºC, 30 min a 250 ºC e 180 min

a 575 ºC (NREL/TP-510-42622) (Figura 17). Após o resfriamento, o material foi retirado do

forno mufla e pesado novamente.

Figura 17 - Cadinhos acomodados no interior do forno mufla para queima

• Cinzas constitutivas

A análise de cinzas constitutivas foi realizada após a lavagem das amostras para

retirada de todo material mineral aderido à biomassa. As amostras provenientes da secagem

foram separadas em aproximadamente 25 g, em triplicata (NREL/TP-510-42622). Em seguida,

36

foram lavadas em um desfibrador, com 1,5 L de água a 2000 rpm, por 3 minutos de operação

(Figura 18).

Figura 18 - Lavagem das amostras no desfibrador

O material lavado foi passado através de um par de peneiras com aberturas de 2 mm

e 850 µm para drenar a água de lavagem (Figura 19). As etapas de lavagem e peneiramento

foram repetidas, três vezes, em cada amostra, para garantir maior eficiência na limpeza da

biomassa. Ao final dos estágios de lavagem, as amostras foram secas em estufa, de acordo com

o procedimento descrito em determinação do teor de umidade, pesadas, moídas, queimadas e

pesadas novamente, segundo o método detalhado em cinzas totais.

Figura 19 – Peneiramento da amostra após a lavagem

3.2.3 Determinação da granulometria

A determinação da granulometria foi realizada nas amostras após a secagem em

estufas. Cada amostra foi homogeneizada, separada e pesada (±100 g) para ser passada em

séries de peneiras com aberturas determinadas de acordo com o tipo de amostra (Tabela 6).

37

Tabela 6 - Sequência das aberturas das peneiras utilizadas para os três tipos de amostras

Abertura das peneiras (mm)

Bagaço Palha Mistura de Palha e

Bagaço

12,50 90,00 63,00

9,50 63,00 50,00

6,70 50,00 31,50

4,75 31,50 19,00

4,00 19,00 12,50

3,35 12,50 9,00

2,36 9,00 6,70

1,70 6,70 4,75

0,85 4,75 4,00

0,50 4,00 3,35

0,25 3,35 2,36

0,15 2,36 1,70 1,70 0,85 0,85 0,50 0,50 0,25 0,25 0,15

0,15

As peneiras foram pesadas antes e após o peneiramento para o registro do peso

retido em cada abertura. As peneiras utilizadas, de aberturas de 90 mm a 0,15 mm, foram

colocadas em ordem decrescente de abertura em um agitador de peneiras com 2 mm de

amplitude de vibração por 15 min (Analysette 3 PRO, Fritsch, Idar-Oberstein, Germany)

(Figura 20).

Figura 20 - Agitador de peneiras Analysette 3 PRO

38

3.3 Viabilidade econômica

O custo de recolhimento de palha (R$ Mg-1) foi calculado por meio do software

CanaSoft, que é alimentado com os dados que caracterizam os cenários de estudo e os

parâmetros operacionais das máquinas utilizadas em cada rota de recolhimento.

3.3.1 Determinação do custo de recolhimento

O cálculo do custo de recolhimento de palha foi realizado utilizando o software

CanaSoft desenvolvido pelo CTBE/CNPEM. O CanaSoft é uma ferramenta constituída por

planilhas eletrônicas e integra vários módulos de cálculos (CARDOSO, 2014). Ao inserir os

dados que descrevem o sistema de produção, o modelo calcula o custo de produção da cana-de-

açúcar e o inventário do seu ciclo de vida (CARDOSO, 2014).

De acordo com Cardoso (2014), o CanaSoft é composto por módulos de cálculos,

tais como: descrição do cenário, operações, maquinário e insumos. Os dados de entrada desses

módulos são a base para os cálculos que o modelo realiza (Tabela 7). Assim, com a utilização

do CanaSoft foi possível calcular o custo de recolhimento de palha de acordo com as definições

de cada rota. A Figura 21, demonstra como ocorre a integração dos módulos de cálculos e

descrição do cenário para obter o custo de produção.

Tabela 7 - Variáveis de entrada dos módulos de cálculos do CanaSoft

Fonte: Adaptado de Cardoso, (2014)

Descrição do cenário Operações Maquinários Insumos

Moagem da usina Preparo do solo Potência Mudas

Ciclo da cana Plantio Custo Calcário

Produtividade da cana Tratos culturais Peso Gesso

Fator de aglomeração da

cultura Corte Depreciação

Torta de

filtro

Área e tipo de plantio Carregamento e transporte Vida útil

Vinhaça

Número de cortes Eficiências operacionais Cinzas

Quantidade de mudas

utilizadas Eficiências gerenciais

Velocidade de

operação Inseticida

Tipo de colheita Eficiência de manutenção Nematicida

Recolhimento de palha Consumo de combustível Largura

operacional Herbicida

Tipo de transporte Utilização efetiva Maturador

Aplicação de resíduos

industriais

Capacidade

operacional Fertilizante

Propriedade da terra (própria

ou arrendamento)

39

Figura 21 - Estrutura do modelo com os diferentes módulos de cálculo

Fonte: Adaptado de Cavalett et al., (2016)

Para realizar os cálculos dos cenários, estabelecidos nesse estudo, foi necessário

ajustar as planilhas do CanaSoft em função dos dados de entrada definidos em cada cenário

tecnológico. Dessa forma, os parâmetros do módulo de cálculo, operações e insumos foram

utilizados para todos os cenários, alterando somente a forma de colheita e transporte de colmos

e palha, conforme especificado em cada rota.

3.3.2 Parâmetros técnicos

• Rota 1

A obtenção dos parâmetros técnicos dessa rota foi realizada para as operações de

aleiramento, recolhimento e transporte da palha. No aleiramento, os tempos de trabalho,

manutenção, manobras e paradas foram quantificados com a utilização de um cronômetro. Com

isso, foi possível calcular a eficiência de manutenção, eficiência gerencial e operacional, como

também as horas efetivas de trabalho. Além disso, foi obtido a largura operacional, modelo e

potência do trator utilizado para tracionar o ancinho aleirador. Os dados que não foram medidos

40

nessa avaliação foram disponibilizados pela usina, como o consumo de combustível e

velocidade média de deslocamento do trator.

O recolhimento a granel, via forrageira, foi acompanhado em campo para obter

dados de: consumo de combustível, tempo de trabalho e de manutenção da máquina, tempo

utilizado para realizar manobras, desembuchamentos e deslocamentos, potência do motor e

velocidade média de deslocamento.

Os tempos, definidos anteriormente, foram quantificados da mesma forma realizada

para a operação de aleiramento. A velocidade média de deslocamento e o consumo médio de

combustível foram obtidos por meio dos dados disponíveis no computador de bordo da

forrageira. Para isso, foram registrados durante todo o ensaio, a cada dois segundos,

aproximadamente, a velocidade média e o consumo de combustível, disponíveis no visor, para

obtenção da média desses parâmetros no dia de avaliação. A quantificação de consumo de

combustível foi realizada, dessa forma, devido à ausência do comboio de abastecimento após o

término da operação de recolhimento.

O consumo de combustível, velocidade média de deslocamento e peso dos

caminhões de transporte de palha foram disponibilizados pela usina, assim como a capacidade

volumétrica dos transbordos.

• Rota 2

Para a colheita integral, não foi necessário realizar o acompanhamento em campo,

pois foram utilizados os dados médios das usinas parceiras do projeto Sucre

(CTBE/CNPEM/PNUD/GEF) (Tabela 8).

Tabela 8 – Parâmetros da colhedora utilizados na colheita integral

Colhedora de esteira A8800 Case IH

Tempo de operação 24 h

Eficiência de manutenção 80%

Eficiência gerencial 70%

Eficiência operacional 80%

Horas efetivas de trabalho 10,8 h

Peso 18.300 kg

Vida útil 12.000 h

Potencia nominal 358 cv

Largura operacional 1,50 m

Investimento inicial R$ 1.150.000,00

41

4Distância média entre os canaviais e a usina, determinado de acordo com Conab, 2017.

A velocidade média de deslocamento, capacidade de campo efetiva e consumo de

combustível são parâmetros calculados pelo CanaSoft de acordo com a produtividade e com a

porcentagem de palha recolhida.

Nessa rota, o transporte da palha é realizado junto com os colmos no rodotrem. O

CanaSoft calcula o número de caminhões necessários para fazer o transporte da carga de acordo

com a produtividade, porcentagem de palha recolhida, distância de transporte, definidos em

cada cenário, e com os dados do rodotrem (Tabela 9).

Tabela 9 – Parâmetros utilizados para o rodotrem

Modelo caminhão Scania G480 CA6X4

Vida útil 500.000 km

Volume útil 184 m3

3.3.3 Cenários tecnológicos

A definição dos cenários de produção de cana-de-açúcar e recolhimento de palha é

importante para possibilitar a comparação das duas rotas de recolhimento abordadas nesse

trabalho. Dessa forma, os cenários e os dados de entrada utilizados para o cálculo do custo de

recolhimento da palha foram definidos de acordo com a realidade das usinas parceiras do

projeto Sucre (CTBE/CNPEM/PNUD/GEF).

Os dados de entrada definidos nesse trabalho foram:

• Moagem da usina: 3.000.000,00 Mg ano-1;

• Dias efetivos de safra: 200 dias;

• Raio médio4 de transporte: 30 km;

• Número de cortes: 5 cortes;

• Porcentagem de plantio mecanizado: 100%;

• Quantidade de mudas utilizadas no plantio: 16 Mg ha -1;

• Porcentagem de colheita mecanizada com cana crua: 100%;

• Porcentagem de perda na colheita: 10% (MAGALHÃES et al., 2006);

• Teor de impureza vegetal aderida aos colmos: 7,25%;

• Teor de impureza mineral aderida aos colmos: 1,20%;

• Porcentagem da área com recolhimento de palha: 100%;

42

• Quantidade de palha produzida: 140 kg de palha por tonelada de colmo

produzida (HASSUANI et al., 2005).

O custo de recolher a palha pelas duas rotas foi calculado em relação a um cenário

base, definido como colheita convencional, sem recolhimento de palha. Pois, o CanaSoft

apresenta o custo total de produção, que inclui o custo dos colmos e da palha, quando tem

recolhimento. Assim, para obter somente o custo de recolher a palha, foi necessário diminuir o

custo das rotas estudadas do custo da colheita convencional sem recolhimento (Figura 22). Após

essa etapa o custo de recolhimento de palha foi calculado em base seca, retirando a umidade

para cada cenário estabelecido.

Figura 22 – Cálculo do custo de recolhimento de palha para as duas rotas estudadas

Os cenários foram definidos em duas situações distintas, com foco no transporte da

carga. A primeira situação foi sem restrição de peso da carga transportada – “Lei da Balança”,

já a segunda situação foi obedecendo a “Lei da Balança”. Para cada situação, o custo de

recolhimento foi calculado variando a produtividade e porcentagem de palha recolhida (Figura

23).

43

Figura 23 - Cenários para o cálculo do custo de recolhimento de palha

3.3.4 Determinação de custo industrial

A rota 2 é uma alternativa em que a palha é levada junto com os colmos, sendo

separada por meio do SLS e transportada até o último terno da moenda. Esse processo de

separação e transporte da palha apresenta custo de investimento e de operação, que foi

considerado como custo industrial, presente somente na rota 2. Portanto, a rota 2 possui, além

do custo de recolhimento (custo agrícola), o custo de operar a palha até o ponto de mistura com

o bagaço, sendo este o último terno da moenda.

Nesse caso, o custo denominado de industrial é referente à separação e transporte

da palha até o último terno da moenda, sendo necessário enfatizar que não foram considerados

os impactos da palha na produção industrial de etanol e açúcar.

O SLS é composto, basicamente, por estrutura metálica, ventiladores, câmara de

despressurização, câmara de limpeza e moega. Em complemento ao SLS temos as esteiras de

transporte, peneira e materiais elétricos para acionar toda essa estrutura. A estimativa do custo

de investimento de todos esses equipamentos e custo operacional foi realizada de acordo com

Souza (2012), devido à dificuldade em obter dados com as usinas para a realização dos custos

Sem Lei da

Balança

65 Mg ha-1

Rota 1 e Rota 2

Com Lei da

Balança

30% 50% Porcentagem de

recolhimento

Produtividade

Rotas de

recolhimento

Sem Lei da

Balança

80 Mg ha-1

Rota 1 e Rota 2

Com Lei da

Balança

30% 50%

44

do SLS, no trabalho utilizado com referência a eficiência média de separação considerada foi

de 70% para as impurezas leves.

Os custos estimados por de Souza (2012), foram realizados para usinas com

processamento de 2.000.000,00 Mg de cana por safra. De acordo com Tsagkari et al. (2016) é

possível extrapolar os custos de plantas industriais para outras plantas de maior escala, com

base no custo total da planta ou em alguns equipamentos. Dessa forma, para o custo de processar

a palha, da entrega no SLS até o último terno da moenda, foi utilizado um fator de incremento

em relação aos custos de Souza (2012). O fator de incremento foi encontrado a partir da

correlação (Equação 1) proposta por Williams (1947) citado por Tsagkari et al. (2016), que

depende do tamanho e escala do processo ou equipamento.

𝐶1

𝐶2= (

𝑆1

𝑆2)

𝑝

× 𝑡 Equação 1

Onde:

C1: custo escala 1

C2: custo escala 2

S1: escala 1

S2: escala 2

p: expoente para processo ou equipamento escalado

t: fator de correção

O expoente é escolhido de acordo com a tabela de valores utilizadas em

biorefinarias. Segundo Tsagkari et al. (2016) para biomassas, grãos para bioetanol, etanol,

biomassa para etanol e biodiesel o expoente varia de 0,7 a 0,9. O fator t é utilizado para

dimensionar os dados, considerando a data e localização da estimativa, usando índices

apropriados e correção por diferenças de temperatura, pressão e materiais de construção

segundo Kharbanda e Stallworthy (1988) citado por Tsagkari et al. (2016).

Ao realizar a extrapolação do custo para usina de 3.000.000,00 Mg de cana-de-

açúcar por safra, os custos foram corrigidos de julho de 2012 para julho de 2017, aplicando o

índice IGP-M (Índice Geral de Preços – Mercado), medido pela FGV (Fundação Getúlio

Vargas). Esse índice é mais indicado para esse caso, dado que em seu cálculo é considerado a

inflação de preços desde matérias-primas agrícolas e industriais até bens e serviços finais.

45

3.3.5 Análise de sensibilidade

A análise de sensibilidade foi realizada utilizando o CanaSoft para entender como

o custo de recolhimento de palha é influenciado pela variação do raio médio e da porcentagem

de área recolhida. Portanto, a sensibilidade foi feita para todos os cenários apresentados na

Figura 23.

O raio médio padrão utilizado para os resultados dos cenários desse trabalho foi de

30 km. Além disso, para análise de sensibilidade foram utilizados os raios de 20 km, 40 km, 50

km e 60 km, buscando identificar a influência da distância de transporte no custo de

recolhimento de palha nas duas rotas analisadas.

Os custos para os cenários apresentados na Figura 23 foram calculados para o

recolhimento de 100% da área. Diante disso, o custo de recolhimento também foi calculado

para 20% e 60% de área recolhida, o que representa, respectivamente, o recolhimento de talhões

para reforma e o recolhimento de talhões a partir do terceiro corte.

46

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados deste trabalho foram divididos em duas partes principais: qualidade

da biomassa utilizada para queima nas caldeiras das usinas sucroenergéticas e análise dos custos

de recolhimento de palha do campo até a usina.

4.1 Qualidade da Biomassa

4.1.1 Teor de umidade

As medidas de umidades realizadas para os três tipos de amostras (bagaço, palha e

mistura) são apresentadas em base úmida (b.u.). O teor de umidade é um parâmetro importante

a ser analisado na queima de biomassas. De acordo com o Vale et al. (2000), o teor de umidade

da biomassa interfere na produção de calor por unidade de massa, logo, o teor de umidade

elevado implica em um menor poder calorífico.

O teor médio de umidade (b.u.) para o bagaço, palha e mistura de palha e bagaço

ao longo do ensaio, para a primeira rota estudada, não apresentou comportamento similar

(Tabela 10). As amostras de bagaço e de palha apresentaram redução da umidade média às 12h

em relação às 8h e aumento no teor médio de umidade às 16h. No entanto, para as amostras de

mistura de palha e bagaço não foi observado o mesmo comportamento. O teor médio de

umidade aumentou 6,63% no horário de amostragem das 12h em relação às 8h; e reduziu

aproximadamente 14% às 16h em relação ao teor médio obtido às 12h.

A umidade média geral da palha para a rota 1 está bem abaixo da umidade média

geral do bagaço (Tabela 10). Essa diferença é explicada pelas condições de recolhimento, que

foi realizado alguns dias (±10 dias) após a colheita. Durante a colheita a palha apresenta

umidade de 30% – 60% (BEER et al. 1996; PAES e OLIVEIRA, 2005; MICHELAZZO e

BRAUNBECK, 2008) e, após a exposição ao sol, esse teor de umidade reduz para 30% no

período de 2 a 3 dias, e 15% com exposição ao sol em torno de 14 dias, de acordo com De Beer

et al. (1996).

A palha com teor médio de umidade de 13,42%, por apresentar umidade inferior à

do bagaço, não está em condições ideais de ser utilizada para a queima em caldeiras das usinas

de cana-de-açúcar. Por isso, a forma encontrada, pelas usinas, é de utilizá-la junto ao bagaço,

fazendo uma mistura em que o bagaço seja adicionado em maior proporção.

Trabalhos já desenvolvidos encontraram o teor de umidade de palha de 10,40%

(MESA-PÉREZ et al. 2013), 8,80% (LUIS e JACOME, 2014), 8,42% (RUEDA-ORDÓÑEZ e

TANNOUS, 2015) e 11,00% (MENANDRO et al., 2017). Essa variação da umidade da palha

47

é dependente do clima, do período de exposição ao sol, da forma de recolhimento e transporte

da biomassa.

Tabela 10 – Teor de umidade (% b.u.) das amostras de bagaço, palha e mistura para a rota 1

Horário de

Amostragem

Bagaço Palha Palha e Bagaço

Ponto Umidade

(%) Ponto

Umidade

(%) Ponto

Umidade

(%)

8h

1 46,17 1 9,34 1 42,72

2 45,62 2 10,30 2 45,34

3 46,27 3 17,73 3 38,27

4 46,05 4 15,27 4 43,34

5 47,87 5 14,58 5 38,59 Média 46,40 Média 13,44 Média 41,65 DP 0,86 DP 3,53 DP 3,10

CV 0,02 CV 0,26 CV 0,07

12h

1 43,95 1 16,75 1 42,75

2 44,69 2 15,02 2 47,93

3 43,00 3 8,87 3 46,76

4 43,14 4 10,72 4 40,43


CV 0,04 CV 0,25 CV 0,07

16h

1 43,44 1 17,74 1 34,32

2 43,82 2 16,23 2 38,74

3 49,32 3 10,42 3 37,23

4 50,76 4 10,06 4 41,12


CV 0,07 CV 0,25 CV 0,07

Média Geral 45,54 Média Geral 13,42 Média Geral 41,43

Na rota 2, a umidade média das amostras de bagaço, palha e mistura apresentaram

comportamentos diferentes para os três horários amostrados (Tabela 11). O teor médio de

umidade do bagaço apresentou aumento inferior a 0,5% entre os horários amostrados. Nas duas

rotas analisadas a umidade do bagaço está de acordo com o esperado, uma vez que a umidade

utilizada para a queima do bagaço nas caldeiras é de aproximadamente 50%. Esses resultados

também se assemelham aos de Hassuani et al. (2005) e Bizzo et al. (2014), que encontraram,

respectivamente, 50,2% e 50%.

48

A palha obtida na rota 2 apresentou a umidade média geral de 67,21%, esse valor

está de acordo com as condições da amostragem, pois, essas amostras foram transportadas via

úmida. No entanto, ao serem incorporadas ao bagaço, no último terno da moenda, o excesso de

água foi retirado, sendo evidenciado pelo teor médio geral da umidade da mistura (51,34%).

Nas duas rotas, podemos perceber que as amostras de mistura de palha e bagaço

apresentam umidade média geral próxima ao aconselhável para queima na caldeira. Na rota 1,

a umidade média geral da mistura foi inferior à do bagaço devido ao baixo teor de umidade da

palha. Para a rota 2, a umidade média geral da palha ocasionou o aumento da umidade da

mistura, em relação ao bagaço.

Tabela 11 - Teor de umidade (% b.u.) das amostras de bagaço, palha e mistura para a rota 2

Horário de

Amostragem

Bagaço Palha Palha e Bagaço

Ponto Umidade

(%) Ponto

Umidade

(%) Ponto

Umidade

(%)

8h

1 51,63 1 71,62 1 51,41

2 49,05 2 65,31 2 49,85

3 49,55 3 68,69 3 55,78

4 47,27 4 69,54 4 48,71


CV 0,03 CV 0,03 CV 0,08

12h

1 48,49 1 58,55 1 53,72

2 49,10 2 67,43 2 53,83

3 50,37 3 62,84 3 54,65

4 50,70 4 65,92 4 55,27


CV 0,02 CV 0,05 CV 0,02

16h

1 50,04 1 70,00 1 48,38

2 48,74 2 68,36 2 47,58

3 52,07 3 67,85 3 49,11

4 49,77 4 68,76 4 52,51


CV 0,03 CV 0,01 CV 0,05

Média Geral 49,76 Média Geral 67,21 Média Geral 51,34

49

4.1.2 Impurezas Minerais

Na rota 1, a impureza mineral média (b.s.), para os três horários amostrados, nas

amostras de bagaço, palha e mistura apresentou redução do teor às 12h em relação às 8h; e

aumento às 16h referente ao teor encontrado às 12h (Tabela 12).

A média geral de impureza mineral (IM) para as amostras de bagaço, na rota 1,

apresentou resultado diferente do encontrado em trabalhos realizados anteriormente, que

variam entre 1,4% - 4,0% (CAMARGO et al., 1990; SILVA et al., 2010; ROCHA et al., 2012;

DA SILVA et al., 2015). Apesar disso, Manyà e Arauzo (2008), encontraram o teor de IM de

5,02% para o bagaço de cana-de-açúcar, que é o mais próximo ao encontrado neste trabalho

(6,58%).

O teor médio de IM da palha e da mistura, na rota 1, pode ser explicado pelo local

de amostragem, que conforme as Figura 9 e Figura 10, as amostras estavam no pátio da usina

(monte de bagaço), em que a manipulação e mistura da palha e do bagaço pode ser o motivo do

incremento de impurezas minerais a estas amostras.

Tabela 12 – Impureza mineral das amostras de palha, bagaço e mistura, para a rota 1

Na rota 2, as amostras de bagaço, palha e mistura, para os três horários amostrados,

apresentaram aumento do teor de médio de impurezas minerais às 12h, em comparação ao das

8h, e redução desse teor às 16h, quando comparado às 12h (Tabela 13).

O teor médio de impureza mineral do bagaço, da rota 2, está de acordo com

trabalhos anteriores, que os teores foram de 2,8% ± 0,9 (SILVA et al., 2010), 2,8% ± 1,4

Amostra Horário de Amostragem Impureza Mineral (%)

Bagaço

8h 7,42 ± 0,52

12h 5,95 ± 0,31

16h 6,37 ± 0,36

Média Geral 6,58 ± 0,44

Palha

8h 10,40 ± 0,44

12h 9,47 ± 0,04

16h 11,01 ± 0,26


Palha e Bagaço

8h 8,17 ± 0,07

12h 7,85 ± 0,08

16h 8,89 ± 0,25


50

(ROCHA et al., 2012) e 1,42% (DA SILVA et al., 2015). As diferenças entre esses resultados

podem ser explicadas pela heterogeneidade da biomassa de cana-de-açúcar.

A impureza mineral média da palha, observando as duas rotas, apresentou variações

de 6,22% a 11,01% (Tabela 12 e 13). Essa variação pode ser verificada em trabalhos anteriores,

como Hassuani et al. (2005), que encontraram 8,15%, Gómez et al. (2010), com 7,5% ± 0,3,

Silva et al. (2010), com 6,0% ± 0,10 e Da Silva et al. (2015), com 12,19% de IM para amostras

de palha.

As diferenças entre os teores de IM em diferentes rotas está de acordo com

Braunbeck e Albrecht Neto (2008), que constataram que a palha que foi lançada no solo, e só

depois recolhida, e a palha lançada diretamente no transbordo apresentam qualidades diferentes

em termos de IM. A incorporação de materiais indesejáveis na cana-de-açúcar e na palha

recolhida pode ser ocasionada por fatores como: (i) falta de manutenção e regulação das

máquinas utilizadas; (ii) treinamento e habilidade do operador; (iii) tipo de preparo do solo, (iv)

topografia do local; e (v) tipo e umidade do solo.

Tabela 13 - Impureza mineral das amostras de palha, bagaço e mistura para a rota 2

Amostra Horário de Amostragem Impureza Mineral (%)

Bagaço

8h 2,35 ± 0,07

12h 2,96 ± 0,09

16h 2,57 ± 0,09


Palha

8h 7,05 ± 0,23

12h 7,29 ± 0,12

16h 6,22 ± 0,03


Palha e Bagaço

8h 4,10 ± 0,11

12h 4,15 ± 0,18

16h 3,29 ± 0,07


A quantidade aceitável de impureza mineral aderida à biomassa para ser queimada

nas caldeiras é uma questão que não foi definida em totalidade; e dessa forma, não foi possível

encontrar na literatura trabalhos que abordam esse assunto. No entanto, o Centro de Tecnologia

Canavieira (CTC), em suas pesquisas desenvolvidas com cana-de-açúcar, classificou os teores

de impurezas minerais em baixo, médio e alto (Tabela 14), de acordo com a colheita

51

mecanizada. Com base nessa classificação, as amostras de palha e mistura, das duas rotas

estudadas, apresentaram os teores de IM superiores a 1,20%, sendo assim classificadas como

alto.

Tabela 14 – Classificação do Teor de Impurezas Minerais

Classificação Teor de Impureza Mineral (%)

Baixo < 0,7

Médio 0,7 a 1,20

Alto > 1,20

Fonte: Adaptado de (CTC, 2012) e (PAES, 2011)

Analisar o teor de IM antes de queimar a biomassa é importante para evitar o mau

funcionamento da caldeira. Gómez et al. (2010), Demirbas (2005), e Jenkins et al. (1998)

destacaram que os materiais inorgânicos nas cinzas podem provocar desgastes e corrosão nas

caldeiras. Esses problemas podem ser provocados pelos processos de “fouling” e “slagging”,

que, de acordo com Gómez et al. (2010), as substâncias geradas na combustão são depositadas

e condensadas nas superfícies de troca de calor e, dessa forma, prejudicam a eficiência de troca

térmica e aceleram os processos de corrosão. Portanto, as amostras de mistura, das duas rotas,

apresentam riscos ao funcionamento das caldeiras.

4.1.3 Granulometria

• Rota 1

A distribuição granulométrica, para as amostras de bagaço, apresentou diferenças

entre os três horários amostrados e diminuição do peso retido após o intervalo de 0,50 a 1,70

mm (Figura 24). A maior porcentagem de bagaço (± 60,00%) foi retida em peneiras de até 1,70

mm de abertura. Logo, por média ponderada, o tamanho médio encontrado para as partículas

de bagaço, nos três horários, foi de 0,82 mm.

52

Figura 24 – Distribuição granulométrica do bagaço, da rota 1, para os três horários de

amostragem

Para as amostras de palha, nos três horários amostrados, a granulometria apresentou

distribuição mais heterogênea, sem concentrar o peso retido em apenas um intervalo (Figura

25). Além disso, o tamanho das partículas variou de diâmetros inferiores a 0,15 mm e superiores

a 90,00 mm. Essa dispersão das amostras de palha é explicada pela heterogeneidade do corte

da palha pela máquina forrageira. A altura da leira influencia na quantidade de palha recolhida

e na operação de corte dentro na máquina, ou seja, leiras altas (com mais palha) provocam

embuchamento e diminuição na qualidade do corte da palha.

Para as amostras de palha verificou-se que a maior porcentagem de massa (61,80%)

esteve retida em peneiras de até 9,00 mm de abertura, sendo a maior porcentagem retida nos

intervalos de 4,75 a 9,00 mm. Assim, o tamanho médio encontrado para as partículas de palha

foi de 6,96 mm.

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

<0,15 a 0,25 0,50 a 1,70 2,36 a 4,00 4,75 a 9,50 >12,50

Porc

enta

gem

de

pes

o r

eitd

o (

%)


8h 12h 16h

53


Para as amostras de mistura de palha e bagaço, a granulometria das 12h e das 16h

apresentou comportamento semelhante em relação à quantidade de amostra retida nas diferentes

aberturas (Figura 26). A partir da análise da distribuição da granulometria pode-se perceber

que, em ambos horários, houve aumento da porcentagem retida nos intervalos de 0,50 a 1,70

mm e de 4,75 a 9,00 mm.

Os dois intervalos mencionados podem ser observados como os que mais retiveram

amostras de bagaço e palha, respectivamente. Portanto, é possível afirmar que a distribuição do

tamanho das partículas da mistura depende da quantidade de palha que é adicionada ao monte

de bagaço. Dessa forma, se na mistura for incorporado grande quantidade de palha, proveniente

da forrageira, o tamanho médio das partículas da mistura pode ser alterado, tendendo a

aumentar.

Ao analisar os três horários, 59,95% do peso retido da mistura esteve em peneiras

de aberturas até 4,75 mm. Logo, o diâmetro médio das partículas da mistura é de 2,94 mm;

sendo assim, maior que o tamanho médio do bagaço (0,82 mm) e menor que o tamanho médio

da palha (6,96 mm).

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

<0,15 a

0,25

0,50 a 1,70 2,36 a 4,00 4,75 a 9,00 12,50 a

31,50

50 a

>90,00

Porc

enta

gem

de

pes

o r

etid

o (

%)


8h 12h 16h

54


horários de amostragem

• Rota 2

Para as amostras de bagaço percebe-se que ocorreu aumento da porcentagem de

peso retido no intervalo de 0,50 a 1,70 mm e diminuição de peso retido à medida que aumenta

a abertura das peneiras nos três horários amostrados (Figura 27). Para o bagaço 61,48% das

amostras ficaram retidas até a abertura de 1,70 mm, apresentando um tamanho médio de

partícula de 0,84 mm.

Figura 27 - Distribuição granulométrica do bagaço, da rota 2, para os três horários de

amostragem

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

<0,15 a

0,25

0,50 a 1,70 2,36 a 4,00 4,75 a 9,00 12,50 a

31,50

50,00 a

>63,00

Porc

enta

gem

de

pes

o r

etid

o (

%)


8h 12h 16h

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

<0,15 a 0,25 0,50 a 1,70 2,36 a 4,00 4,75 a 9,50 >12,50Porc

enta

gem

de

pes

o r

etid

o (

%)


8h 12h 16h

55

A granulometria da palha apresentou comportamento mais homogêneo, tendo sua

maior porcentagem de peso retida no último intervalo da sequência das peneiras (Figura 28).

Dessa forma, mais de 80% da amostra possui tamanho superior a 50,00 mm, o que resultou no

tamanho médio da palha de 82,74 mm. Esse diâmetro médio da palha está de acordo com o

esperado, visto que a palha não passou por nenhum processo de fracionamento para diminuição

do seu tamanho.


As amostras de mistura de palha e bagaço apresentaram a distribuição

granulométrica bem heterogênea quando comparadas a da palha (Figura 29). A maior parte das

amostras (62,29%) ficou retida em peneiras de até 6,70 mm de diâmetro, o que proporciona o

tamanho médio de 2,07 mm para a mistura. Além disso, menos de 4,00% das amostras ficaram

retidas em peneiras de abertura superior a 50,00 mm. Esses resultados permitem inferir que é

satisfatória a utilização da moenda para diminuição do tamanho da palha.

O tamanho médio do bagaço para as duas rotas foram bem próximos (±1,00 mm),

o que também se aproxima ao diâmetro de 1,40 mm, para bagaço proveniente de moendas,

encontrado por Bizzo et al. (2014). A caracterização do tamanho do bagaço auxilia no

entendimento de qual tamanho, aproximadamente, a palha deve apresentar para ser incorporada

ao bagaço na queima nas caldeiras.

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

<0,15 a 0,25 0,50 a 1,70 2,36 a 4,00 4,75 a 9,00 50,00 a

>90,00

Porc

enta

gem

de

pes

o r

etid

o (

%)


8 h 12 h 16 h

56


horários de amostragem

A diferença entre o tamanho médio da palha proveniente das duas rotas avaliadas

nesse trabalho era esperada, pois, na rota 1, a palha passa por processo de fracionamento do seu

tamanho no campo e, na rota 2, a palha apresenta o tamanho adquirido após a colheita

mecanizada. Esse tipo de análise é importante para avaliar como a palha interfere no tamanho

final da mistura que será inserida na caldeira.

A caracterização granulométrica da mistura é de suma importância para verificar se

o tamanho das partículas irá prejudicar a eficiência do processo de combustão. Pois, segundo

Gómez et al. (2010), não é possível operar as atuais caldeiras de bagaço somente com palha,

em virtude da ampla granulometria (heterogeneidade) das partículas, da baixa densidade e

outros fatores característicos da composição desta biomassa. No entanto, não há disponível na

literatura o limite aceitável do tamanho da palha para queima sem prejudicar o funcionamento

das caldeiras, que tem sido comentado no setor sucroenergético é que não é recomendável a

queima de materiais desuniformes e com tamanho muito superior ao tamanho médio de 12 mm.

A mistura de palha e bagaço, das duas rotas, apresentou tamanho médio inferior a

3,00 mm, o que não é muito superior ao tamanho médio do bagaço (±1,00 mm). No entanto,

deve-se atentar que esse é o tamanho médio das partículas, o que não exclui a presença de

partículas de tamanho maior, como visto anteriormente. Ao analisar a utilização da mistura para

queima nas caldeiras, Gómez et al.(2010), encontraram que a queima da mistura de bagaço e

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

<0,15 a

0,25

0,50 a 1,70 2,36 a 4,00 4,75 a 9,00 12,50 a

31,50

50,00 a

>63,00

Porc

enta

gem

de

pes

o r

etid

o (

%)


8h 12h 16h

57

palha apresentou maior eficiência quando comparada a queima somente com palha. Nesse teste

a palha apresentava tamanho médio de 11,64 mm.

4.2 Viabilidade econômica

4.2.1 Parâmetros técnicos

• Rota 1

O acompanhamento da rota 1 permitiu caracterizar as operações de aleiramento,

recolhimento e transporte. Os dados referentes a cada etapa foram inseridos no CanaSoft nas

abas de maquinário, implementos, caminhões e transporte. Essas informações permitiram

calcular o custo de recolhimento com maior confiabilidade.

Para a operação de aleiramento, foi necessário coletar dados referentes ao trator e

ao implemento utilizado para formação das leiras (Tabela 15). No recolhimento de palha de

cana-de-açúcar, o aleiramento é a primeira etapa realizada após a colheita mecanizada. No

campo, o aleirador começa a trabalhar primeiro, para que tenha número de leiras suficientes

para não comprometer a operação de recolhimento com a forrageira.

Tabela 15 – Parâmetros da operação de aleiramento

Na avaliação do recolhimento de palha, via forrageira, foi possível obter os dados

necessários para caracterizar a operação no CanaSoft (Tabela 16).

Trator Case IH Maxxum

Potência nominal 180 cv

Velocidade média de operação 9 km h-1

Tempo diário de operação 20 h





Dias de operação 200

Capacidade de campo efetiva 3,97 ha h-1

Fator de utilização de potência 30%

Consumo de combustível 10,65 L h-1

Investimento inicial trator R$ 191.425,00

Aleirador New Holland H5980

Largura operacional 10,50 m

Investimento inicial R$ 6.400,00

58

Tabela 16 - Parâmetros da operação de recolhimento via forrageira

Colhedora de forragem automotriz New Holland FR 500


Peso 12.500 kg

Vida útil 10.000 h

Velocidade média de deslocamento 2,23 km h-1

Tempo diário de operação 20 h





Dias de operação 200

Capacidade de campo efetiva 2,40 ha h-1

Fator de utilização de potência 60%

Consumo de combustível 59,20 L h-1

Investimento inicial R$1.600.000,00

O transporte da palha até a usina é realizado por meio de transbordos acoplados em

caminhões. Os dados necessários para caracterizar as operações de transporte de palha via rota

1 estão na Tabela 17. O enchimento dos transbordos ocorre por meio do direcionamento do

bocal de abastecimento, a medida em que a forrageira recolhe e tritura a palha.

Tabela 17 - Parâmetros da operação de transporte da palha

Caminhão Volvo VM 6x4


Peso 9.500 kg

Vida útil 500.000 km

Carroceria Transbordo

Volume útil 120 m3

Carga transportada 12 Mg

Consumo de combustível 1,50 km L-1

Investimento inicial caminhão R$ 200.000,00

Investimento inicial transbordo R$ 60.000,00

59

4.2.2 Custo de recolhimento

O custo do cenário base representa o custo sem recolhimento de palha, ou seja, é o

custo dos colmos. O custo dos colmos para a rota 1 é o mesmo do cenário base, para as duas

produtividades, pois a colheita de colmos é realizada separadamente do recolhimento de palha

(Figura 30). No recolhimento de palha por meio da rota 2, o custo dos colmos é inferior ao

cenário base (nas duas produtividades), isso ocorre devido à diminuição de perdas na colheita,

baseado na redução da rotação dos extratores, que implica no ganho de colmos extras e, dessa

forma, proporciona menor custo por estar levando maior número de colmos para usina.

Para o cenário sem “Lei da Balança”, o aumento da porcentagem de recolhimento

diminuiu o custo de recolhimento da palha para as duas rotas, nas duas produtividades

analisadas (Figura 30). No recolhimento via forrageira, o aumento da porcentagem de

recolhimento de palha diminuiu o custo, em aproximadamente 20%, para as duas

produtividades; já para a rota 2 essa redução do custo com aumento da produtividade foi de

±2,19%.

Apesar da redução do custo ser menos expressiva no recolhimento via colheita

integral, o custo de recolhimento pela forrageira é maior em todas as situações. Esse resultado

pode ser explicado pelo número de operações, custo com o maquinário, diesel e mão de obra,

que o recolhimento via forrageira possui a mais que o recolhimento via colheita integral. Dessa

forma, o recolhimento de palha por meio da forrageira é menos atrativo devido as operações de

aleiramento e de transporte somente para a palha. Além disso, o custo de recolhimento por

colheita integral é alocado também para o colmo extra em função da redução de perda na

colheita.

O custo de recolhimento, para a forrageira, apresentou diminuição de 9,37%, para

a taxa de 30% de recolhimento de palha, ao aumentar a produtividade da cana-de-açúcar de 65

Mg ha-1 para 80 Mg ha-1; já para a taxa de 50% de recolhimento de palha, o custo apresentou

redução de 6,91% (Figura 30). Esse comportamento é explicado pelo maior aproveitamento da

capacidade operacional da forrageira. Pois, o aumento da produtividade representa maior

quantidade de palha recolhida para as duas taxas de recolhimento consideradas neste estudo

(Figura 31).

60

Figura 30 – Custo de colmo e de recolhimento de palha sem “Lei da Balança” para as rotas 1 e


1

O custo de recolhimento de palha, via colheita integral, aumentou 5,66%, no cenário

de 30% de recolhimento de palha, variando a produtividade de 65 Mg ha-1 para 80 Mg ha-1; já

para o cenário de 50% de taxa de recolhimento, o aumento do custo foi de 2,23%, considerando

o aumento da produtividade (Figura 30). O aumento da produtividade implica no aumento da

quantidade de palha recolhida como mostra a Figura 31. Logo, a palha começa a ocupar o

espaço dos colmos, o que provoca aumento do número de caminhões necessários para realizar

o transporte da carga. Assim, o custo de recolher palha, via colheita integral, aumenta à medida

que aumenta a produtividade, já que a distância de transporte foi mantida.

83,30 83,30 82,25 83,30 81,95

69,67 69,67 69,12 69,67 68,99

125,36

80,85 98,52

80,38

113,61

85,4291,71

82,17

0

20

40

60

80

100

120

140

Base F30 I30 F50 I50 Base F30 I30 F50 I50

65 65 65 65 80 80 80 80 80

Cust

o (

R$ M

g-1

)

Produtividade (Mg ha-1)

Colmo Palha

65

61

Figura 31 – Quantidade de palha recolhida para 30% e 50% de taxa de recolhimento, nas

produtividades de 65 Mg ha-1 e de 80 Mg ha-1

A “Lei da Balança” restringiu o PBTC para 77,7 Mg (valor com 5% de tolerância).

Desse peso, 34 Mg corresponde ao rodotrem vazio, restando 43 Mg para carga de colmos e

palha. Dessa forma, nesse cenário, o custo do colmo sofre alteração por ter a quantidade carga

limitada (Figura 32), apresentando maior custo quando comparado ao cenário sem “Lei da

Balança”.

Assim, ao restringir o peso da carga, observa-se que o recolhimento de palha pela

colheita integral apresentou custo de recolhimento mais atrativo em relação à forrageira (Figura

32). A rota 1 não sofreu alteração nos custos de recolhimento, visto que o peso da carga de

palha não ultrapassa os limites de PBTC pela “Lei da Balança”.

A colheita integral, quando comparada a forrageira, apresentou redução de 40%,

em média, no custo de recolhimento da palha (Figura 32). Todavia, as maiores reduções no

custo (48% e 43%) ocorrem para a taxa de 30% de palha recolhida nas duas produtividades.

Para a taxa de 50% de recolhimento, o custo da colheita integral é inferior ao da forrageira,

porém em menor porcentagem (37% e 32%). Essa redução pode ser explicada pelo custo de

recolhimento pela forrageira ser menor em maiores porcentagens de palha recolhida.

2,302,83

3,844,72

0

2

4

6

8

10

65 80Quan

tidad

e de

pal

ha

reco

lhid

a

(Mg (

b.s

.) h

a-1 a

no -1

)


30% de recolhimento de palha 50% de recolhimento de palha

62

Figura 32 – Custo de colmo e de recolhimento de palha com “Lei da Balança” para as rotas 1 e


1

A “Lei da Balança” diminuiu o custo de recolher a palha na colheita integral (Figura

33). Isso deve-se ao melhor aproveitamento da capacidade volumétrica do rodotrem, uma vez

que, com a capacidade de peso limitada a 43 Mg diminui-se a quantidade de colmos e leva-se

mais palha entre os espaços vazios que possui menor densidade e não afeta tanto o peso final

como os colmos.

Considerando a rota 2 (colheita integral), o aumento da porcentagem de

recolhimento, no cenário com “Lei da Balança”, implicou na redução do custo do recolhimento

em aproximadamente 4% (Figura 33). Essa diferença é notada devido a umidade da palha

recolhida, que é menor para a taxa de 50% de recolhimento. A palha com menor umidade

proporciona menor densidade de carga, que reduz o peso da carga transportada. Além disso,

para 50% de recolhimento de palha tem-se maior aproveitamento de colmos (redução da perda)

que implica na diluição do custo de recolher a palha com os colmos.

85,05 85,05 83,64 85,05 83,06

70,70 70,70 69,7470,70

69,38

125,36

64,86

98,52

61,96

113,61

64,54

91,71

62,01

0

20

40

60

80

100

120

140

Base F30 I30 F50 I50 Base F30 I30 F50 I50

65 65 65 65 80 80 80 80 80

Cust

o (

R$ M

g-1

)


Colmo Palha

63

Figura 33 – Custo de recolhimento para colheita integral com e sem “Lei da Balança” para 30%

e 50% de taxa de recolhimento e para 65 Mg ha-1 e 80 Mg ha-1

O custo de recolhimento de palha pela rota de colheita integral foi inferior ao

recolhimento via forrageira em todos os cenários. Esse resultado está de acordo com

Michelazzo e Braunbeck (2008), que compararam o custo de recolhimento de palha para seis

sistemas inclusive colheita integral e picado a granel, via forrageira.

50% 50%

64

4.2.3 Custo Industrial

O SLS, por ser composto por muitos equipamentos, apresentou custo de

investimento elevado (Tabela 18). As esteiras com acionamento representam 72% do custo de

investimento no SLS, incluindo as esteiras que transportam a palha do SLS até o último terno

da moenda. Para obter o custo total de investimento no SLS foi necessário incluir os custos com

os serviços de transporte dos equipamentos, seguro e montagem (Tabela 19).

Tabela 18 – Custo de investimento nos equipamentos do SLS

Equipamentos

Preço de venda

com impostos

(R$)

% dos

equipamentos

do SLS

Sistema de Limpeza a Seco: Ventiladores + Estrutura +

Câmara de despressurização + Câmara de limpeza +

Moega

2.115.639,33 15,88%

Esteiras com acionamentos (470 m) 9.655.565,50 72,49%

Peneira 1.064.674,12 7,99%

Materiais Elétricos (CCM + Materiais) - Sistema de

limpeza+esteiras+peneira 483.155,47 3,63%

Total dos Equipamentos para SLS (R$) 13.319.034,42* 100,00%

Fonte: Adaptado de Souza, (2012) *Reais de julho de 2017

Tabela 19 – Custo dos serviços para o SLS

Serviços

Preço de venda

com impostos

(R$)

% dos

equipamentos

do SLS

Montagem mecânica - SLS 971.971,95 71,86%

Frete + Seguro 161.911,17 11,97%

Montagem elétrica 218.772,10 16,17%

Total dos serviços para o SLS (R$) 1.352.655,22* 100,00%


A estimativa de custo de investimento no SLS é de R$ 14.671.689,63 para uma

usina com capacidade de moagem de 3.000.000,00 Mg de cana, com o custo de operação e

manutenção de R$ 880.539,98 por safra (Tabela 20). O custo de processar a palha (R$ Mg-1)

entregue na usina foi obtido, para a colheita integral, de acordo com a quantidade de palha

recolhida em cada cenário (Tabela 21).

65

Tabela 20 – Custo de manutenção e operação do SLS

Manutenção e Operação Custos (R$ safra-1)

Manutenção do SLS 293.433,79

Mão-de-obra 240.026,16

Energia Elétrica 347.080,03

Total dos custos de manutenção e operação (R$ safra -1) 880.539,98*


Tabela 21 – Quantidade de palha recolhida (Mg) para 30% e 50% de taxa de recolhimento de

palha, para as produtividades de 65 Mg ha-1 e 80 Mg ha-1

Porcentagem de

recolhimento de palha 65 Mg ha-1 80 Mg ha-1

30% 220.824,16 219.756,42

50¨% 289.964,21 288.928,30

O custo de processamento industrial da palha diminuiu à medida que se aumenta a

porcentagem de palha recolhida e processada, e representa menos de 20% do custo total da

palha recolhida (custo agrícola e industrial) via colheita integral em todos os cenários. No

recolhimento de 30% de palha, o custo total foi menor para os cenários com “Lei da Balança”

(Figura 34). Já o custo industrial aumentou para maiores produtividades, isto porque nos

cenários de maior produtividade temos menor quantidade total de palha recolhida (Tabela 21),

em função da menor área de recolhimento. Pois, ao fixar o raio de 30 km, o CanaSoft ajusta o

fator de aglomeração, que para maiores produtividades, precisa-se de menor área, que

proporciona menor fator de aglomeração, ou seja, as áreas são mais espalhadas.

No cenário de 50% de recolhimento de palha o comportamento do custo total foi

similar ao cenário de 30% de recolhimento (Figura 34). O menor custo industrial é para os

cenários de 65 Mg ha-1. No cenário “Lei da Balança”, o custo é inferior devido ao custo agrícola,

pois o custo industrial não é afetado pela restrição de peso.

66

Figura 34 – Custo total da palha para 30% e 50% de taxa de recolhimento e 65 Mg ha-1 e 80

Mg ha-1 para o cenário com e sem “Lei da Balança”

*Cenário com “Lei da Balança”

4.2.4 Análise de sensibilidade

O custo de recolhimento de palha para as duas rotas, com 65 Mg ha-1 e com 80 Mg

ha-1, para 30% e 50% de taxa de recolhimento de palha, aumentou com o aumento da distância

de transporte (Figura 35 e Figura 36). Analisando a variação do raio, o custo de recolhimento

da colheita integral foi mais atrativo em todos os cenários, exceto para o raio de 60 km, na

produtividade de 80 Mg ha-1, com 50% de recolhimento de palha, que o custo de recolher via

colheita integral foi, aproximadamente, 3% superior ao custo de recolhimento via forrageira

(Figura 36).

O custo de recolhimento via forrageira foi mais influenciado pela densidade de

carga, distância de transporte e número de operações que são utilizadas nessa rota de

recolhimento. Michelazzo e Braunbeck (2008), também encontraram que o custo de

recolhimento via forrageira foi maior para maiores distâncias quando comparado a colheita

integral; e evidenciaram que esse resultado pode ser explicado também pela baixa densidade de

carga da palha, que aumenta o número de viagens e o custo com transporte.

No cenário de 80 Mg ha-1 o custo de recolhimento via forrageira com 50% de palha

recolhida aproximou-se o custo de recolher via colheita integral (Figura 36). Esse

80,85 80,3864,86 61,96

85,42 82,1764,54 62,01

12,88 9,81

12,88 9,81

12,959,85

12,95 9,85

0

20

40

60

80

100

120

65 65 65* 65* 80 80 80* 80*

30% 50% 30% 50% 30% 50% 30% 50%

Cust

o T

ota

l da

Pal

ha

(R$ M

g-1

b.s

.)


Custo agrícola Custo industrial

67

comportamento é explicado pelo aumento do custo de recolhimento via colheita integral em

cenários de maior produtividade. Pois, maior quantidade de palha ocupa os espaços dos colmos,

necessitando de mais viagens e aumentando o custo com transporte. O comportamento

observado para o custo de recolhimento via colheita integral está de acordo com o encontrado

por Cardoso et al., (2015), que observou maiores custos para longas distâncias para colheita

integral e enfardamento, com a colheita integral apresentando menor custo.

Figura 35 – Custo de recolhimento de palha para diferentes distâncias de transporte, com 65

Mg ha-1, para 30% e 50% de taxa de recolhimento


ha-1, para 30% e 50% de taxa de recolhimento

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

20 30 40 50 60

Cust

o d

e re

colh

imen

to d

e pal

ha

(R$ M

g-1

b.s

.)

Distância de transporte (km)

Forrageira 30% Integral 30% Forrageira 50% Integral 50%

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

20 30 40 50 60

Cust

o d

e re

colh

imen

to d

e pal

ha

(R$ M

g-1

b.s

.)



68

A análise de sensibilidade do custo com a variação da distância de transporte

também foi realizada para o cenário com “Lei da Balança” que, como explicado anteriormente,

o recolhimento pela forrageira não sofre restrição de peso de carga. Dessa forma, a colheita

integral com 30% e 50% de recolhimento de palha, para 65 Mg ha-1, apresentou pouca

sensibilidade ao aumento do raio de transporte, apresentando aumento em média de 23% do

custo do menor raio (20 km) para o maior (60 km) (Figura 37).

Para a produtividade de 80 Mg ha-1 a análise de sensibilidade apresentou o mesmo

comportamento observado para 65 Mg ha-1. A colheita integral foi menos sensível ao aumento

da distância de transporte nas duas porcentagens de recolhimento, sendo a rota com o custo

mais atrativo (Figura 38).

Figura 37 - Custo de recolhimento de palha para diferentes distâncias de transporte, com 65

Mg ha-1 e “Lei da Balança” (LB), para 30% e 50% de taxa de recolhimento

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Forrageira 30% Integral 30% LB Forrageira 50% Integral 50% LB

69

Figura 38 - Custo de recolhimento de palha para diferentes distâncias de transporte, com 80

Mg ha-1 e com “Lei da Balança” (LB), para 30% e 50% de taxa de recolhimento

A variação do custo de recolhimento de palha foi analisada de acordo com o

percentual da área de colheita de colmos. Para 65 Mg ha-1 e 80 Mg ha-1, o custo de recolhimento

de palha pela forrageira apresentou aumento inferior a 2% para cada variação da porcentagem

de área recolhida (Figura 39 e Figura 40). O custo de recolher via forrageira, para a taxa de 50%

de recolhimento, tornou-se mais atrativo que a colheita integral para 20% da área recolhida.

O custo de recolhimento via forrageira aumentou com a variação da porcentagem

de área recolhida devido ao aumento do custo com transporte, que ocorreu pelo aumento do

número de caminhões necessários para conseguir cobrir maior área de recolhimento. O custo

de recolhimento da forrageira para produtividade de 80 Mg ha-1 foi inferior aos custos do

cenário com 65 Mg ha-1 em razão da quantidade de palha recolhida em maiores produtividades

(Figura 31).

A colheita integral teve o custo reduzido com o aumento da porcentagem de área

recolhida (Figura 39 e Figura 40). Essa redução do custo foi similar para as duas porcentagens

de recolhimento de palha (30% e 50%). Esse comportamento ocorreu em razão da maior

quantidade de colmos que está sendo levado com o recolhimento em 100% da área. Dessa

forma, à medida que se aumenta a quantidade de colmos extras, o custo de recolher a palha foi

reduzido, por ser diluído com o custo dos colmos. O mesmo comportamento foi apresentado

para a produtividade de 80 Mg ha-1 (Figura 40).

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Forrageira 30% Integral 30% LB Forrageira 50% Integral 50% LB

70

Figura 39 – Custo de recolhimento de palha para diferentes porcentagens de área recolhida,

com 65 Mg ha-1, para 30% e 50% de taxa de recolhimento, sem “Lei da Balança”


80 Mg ha-1, para 30% e 50% de taxa de recolhimento, sem “Lei da Balança”

No cenário com “Lei da Balança”, o custo de recolhimento em função da

porcentagem de área recolhida para a forrageira não sofreu alteração visto que a forrageira não

se enquadra na restrição de peso de carga. Dessa forma, como observado nos cenários

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Porcentagem de área recolhida (%)


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ha

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g-1

b.s

.)



71

apresentados anteriormente, o custo de recolher palha com “Lei da Balança” na rota da colheita

integral é mais atrativo que o custo da palha recolhida por forrageira (Figura 41 e 42).

O custo de recolhimento, para a colheita integral, apresentou comportamento

diferente ao observado no cenário sem “Lei da Balança”. O custo de recolhimento da colheita

integral apresentou redução com o aumento da porcentagem de área recolhida em todos os

cenários (Figura 41 e 42). A redução do custo foi observada em porcentagens de área recolhida

superiores a 60% devido ao aumento de colmos extras quando o recolhimento ocorre em 100%

da área; assim o custo de recolher a palha é diluído com o custo dos colmos.

O aumento observado de 20% para 60% de área recolhida ocorreu em razão do

número de transbordos utilizados no transporte da carga que implica maior custo com

combustível (Figura 41 e 42). O número de transbordos utilizados no cenário de 60% de área

recolhida foi 21% superior ao utilizado no cenário de 20% de área recolhida, apresentando

aumento de 13% no custo com combustível.


65 Mg ha-1, para 30% e 50% de taxa de recolhimento, com “Lei da Balança”

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80 Mg ha-1, para 30% e 50% de taxa de recolhimento, com “Lei da Balança”

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20 60 100Cust

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ha

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.)



73

5 CONCLUSÃO

A caracterização da palha para as duas rotas de recolhimento contribui para melhor

entender quais as características com que a palha proveniente do campo chega à usina e os

custos inerentes, desde o recolhimento até queima da biomassa em caldeira.

Os resultados de umidade das amostras que são utilizadas na queima (PB) permitem

inferir que a adição de palha ao bagaço não influencia negativamente no poder calorífico na

queima do combustível, para as duas rotas analisadas, uma vez que o teor de umidade é muito

próximo ao teor de umidade do bagaço.

A palha, proveniente das duas rotas estudadas, apresenta teor de impureza mineral

significativamente maior que o teor de IM encontrado para o bagaço, incorporando material

não desejável para queima ao realizar a misturada ao bagaço.

As amostras da mistura de palha e bagaço, para as duas rotas analisadas, possuem

distribuição mais homogênea, com menor porcentagem de partículas retidas nas peneiras com

abertura superior a 12,50 mm; sendo assim, mais recomendável para queima, no quesito

tamanho, quando comparada às amostras de palha.

O recolhimento de palha pela colheita integral apresenta menor custo, devido ao

aproveitamento do transporte dos colmos para levar a palha e a diminuição de perdas na colheita

que proporciona o ganho de colmos extras.

O aumento da distância de transporte eleva o custo de recolhimento para as duas

rotas estudadas. A forrageira torna-se mais atrativa que a colheita integral apenas no cenário

sem restrição de carga, para distância superior a 60 km, com produtividade de 80 Mg ha-1 e com

50% de recolhimento de palha. Nos cenários com “Lei da Balança” o custo de recolher palha

com colheita integral é menos sensível ao aumento da distância de transporte.

O custo de recolhimento da forrageira apresenta menor sensibilidade ao variar a

porcentagem de área recolhida. Para os cenários sem “Lei da Balança” a forrageira apresenta

mais viabilidade econômica, em situações com produtividade de 80 Mg ha-1, 50% de palha

recolhida e até 60% de área recolhida. Nos cenários com “Lei da Balança” a colheita integral é

mais atrativa para todas as porcentagens de área com recolhimento.

A colheita integral é mais atrativa em termos dos parâmetros de qualidade da

mistura para queima e em relação aos custos de recolhimento para os cenários apresentados

neste trabalho. Para a colheita integral ser adotada pelas usinas é necessário estabelecer formas

de pagamento que incluam a palha levada junto aos colmos. Além de avaliar as perdas

74

industriais devido à baixa eficiência do SLS, aumentando o teor de fibras na moenda e

reduzindo a produção de açúcar e etanol.

75

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81

APÊNDICE 1 – RESULTADOS DOS CENÁRIOS SEM “LEI DA BALANÇA”


recolhimento de palha com 65 Mg ha-1

Forrageira, 65 Mg ha-1, 30% de recolhimento de palha

Área total cultivada (ha) 48.544 Horas efetivas trabalhadas 10,2

Área total de colheita (ha) 48.544 Consumo de diesel (L h-1) 59,18

Área de colheita para moagem (ha) 46.154 Consumo de diesel (L ha-1) 15,78

Área para mudas (ha) 2.390 Volume útil (m3) 120

Área de plantio (ha) 9.709 Total de palha recolhida (Mg ha-1) 12

Número de cortes 5 Colmos (Mg ha-1) -

Mudas (Mg ha-1) 16 Palha IV (Mg ha-1) (b.u.) -

Perda na colheita (%) 10 Palha recolhida (Mg ha-1) (b.u.) 11,8

Palha produzida por tonelada de cana

(Mg ha-1 ano-1) (b.s.) 10,11

Total de carga transportada por caminhão

(Mg) 12

Palha na carga (%) 7,25 Colmos (Mg) -

Palha na carga (Mg ha-1 ano-1) (b.s.) 2,4 Palha IV (Mg) -

Impureza mineral (%) colmos 1,2 Palha recolhida (Mg ha-1) 2,77

Palha processada (Mg) 224.444,54 Impureza Mineral (Mg ha-1) 0,20

Umidade da palha (%) (b.u.) 17 Velocidade média carregado (km h-1) 35

Palha recolhida (Mg) (b.s.) 2,3 Velocidade média vazio (km h-1) 45

Palha recolhida (Mg) (b.u.) 2,77 Consumo de diesel (km L-1) 1,5

Densidade de carga (kg m3) 100 Horas trabalhadas (h dia-1) 15,5

Densidade de carga real (kg m3) 94,1 Horas manutenção (h dia-1) 2,5

Impurezas minerais adicionais (Mg ha-1) 0,1 Nº de máquinas (caminhão) 12,96

Tabela 23 – Dados referentes ao cenário da rota via forrageira, com 50% de recolhimento de

palha com 65 Mg ha-1











(Mg ha-1 ano-1) (b.s.) 10,11


(Mg) 12











82


de recolhimento de palha com 65 Mg ha-1

Colheita Integral, 65 Mg ha-1, 30% de recolhimento de palha


Área total de colheita (ha) 47.056 Consumo de diesel (L h-1) 46



Área de plantio (ha) 9.411 Total de palha recolhida (Mg ha-1) 8,9

Número de cortes 5 Colmos (Mg ha-1) 67

Mudas (Mg ha-1) 16 Palha IV (Mg ha-1) (b.u.) 5,1

Perda na colheita (%) 7,29 Palha recolhida (Mg ha-1) (b.u.) 3,8


(Mg ha-1 ano-1) 10,11


(Mg) 47,7

Palha na carga (%) 7,25 Colmos (Mg) 41,6

Palha na carga (Mg ha-1 ano-1) (b.s.) 2,4 Palha IV (Mg) 3,2


Palha processada (Mg) 220.824 Impureza Mineral (Mg ha-1) 0,6

Umidade da palha (%) (b.u.) 39,57 Velocidade média carregado (km h-1) 29



Densidade de carga (kg m3) 329,3 Horas trabalhadas (h dia-1) 21











Número de cortes 5 Colmos (Mg ha-1) 67,9




(Mg ha-1 ano-1)

10,11 Total de carga transportada por caminhão

(Mg)

41,7



Impureza mineral (%) colmos 1,20 Palha recolhida (Mg ha-1) 3

Palha processada (Mg) 289.964 Impureza Mineral (Mg ha-1) 0,6







83


recolhimento de palha com 80 Mg ha-1


Área total cultivada (ha) 39.062,5 Horas efetivas trabalhadas 10,2

Área total de colheita (ha) 39.062,5 Consumo de diesel (L h-1) 59,18








(Mg ha-1 ano-1) (b.s.) 12,44


(Mg) 12











Tabela 27– Dados referentes ao cenário da rota via forrageira, com 50% de recolhimento de

palha com 65 Mg ha-1











(Mg ha-1 ano-1) (b.s.) 12,44


(Mg) 12


Palha na carga (Mg ha-1 ano-1) 3,0 Palha IV (Mg) -









84





Área total de colheita (ha) 37.877 Consumo de diesel (L h-1) 46








(Mg ha-1 ano-1) 12,44


(Mg) 47,74























(Mg ha-1 ano-1)


(Mg)

41,7











85

APÊNDICE 2 – RESULTADOS DOS CENÁRIOS COM “LEI DA BALANÇA”









Número de cortes 5 Colmos (Mg ha-1) 67




(Mg ha-1 ano-1) 10,11


(Mg) 43



Impureza mineral (%) colmos 1,2 Palha recolhida (Mg ha-1) -




















(Mg ha-1 ano-1)


(Mg)

43











86













(Mg ha-1 ano-1) 12,44


(Mg) 43























(Mg ha-1 ano-1)


(Mg)

41,7











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CAMILA FERREIRA NETTOrepositorio.unicamp.br/bitstream/REPOSIP/333177/1/Netto_CamilaFe… · Este exemplar corresponde à redação final da Dissertação de Mestrado defendida por