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Tipo: Tese
Título: Produção de energia elétrica a partir de etanol de cana de açúcar com vista a aplicações em comunidades isoladas
Título(s) alternativo(s): Power production from sugarcane ethanol for applications in isolated communities
Autor(es): Ramírez, Kattia de Los ángeles Solís
Primeiro Orientador: Silva, Juarez de Souza e
Primeiro coorientador: Lopes, Roberto Precci
Segundo coorientador: Martins, José Helvécio
Primeiro avaliador: Donzeles, Sergio Mauricio Lopes
Segundo avaliador: Silva, Jadir Nogueira da
Terceiro avaliador: Soares, Sammy Fernandes
Abstract: A destilação consiste em separar os componentes de uma mistura líquida por evaporação e condensação subsequente. A separação baseia-se na diferença absoluta das volatilidades dos componentes. As microdestilarias são equipamentos com capacidade de produzir até 5.000 L de álcool por dia. Neste trabalho, objetivou-se avaliar tecnicamente uma coluna de destilação de recheio em sistema descontínuo, utilizando como mistura os resíduos de cachaça e avaliar o desempenho de dois grupos geradores, utilizando como combustível álcool do posto de abastecimento e álcool proveniente de uma microdestilaria. Também avaliar economicamente a produção de álcool combustível em microdestilarias, utilizando como matéria prima o caldo de cana e os resíduos da cachaça e estudar a utilização de etanol de cana de açúcar na produção de energia elétrica. A avaliação técnica da coluna foi realizada de forma experimental com a destilação de resíduos de cachaça (cabeça e cauda) com teores alcoólicos de 15, 30, 45, 60 e 75%. Além disso, foi monitorada a temperatura ao longo da coluna e analisado o consumo específico de energia. A coluna também foi analisada sob o aspecto teórico com o cálculo da AEPT (altura equivalente a um prato teórico), aplicando a metodologia de McCabe-Thiele para determinação do número de estágios de separação. O álcool obtido foi enviado para análise no LEC/UFMG (Laboratório de Ensaios de Combustíveis/Universidade Federal de Minas Gerais) e analisado segundo as normas da ANP (Agência Nacional de Petróleo). O álcool obtido foi utilizado para a avaliação de dois grupos geradores a álcool combustível de 10 e 42 kVA. Além disso, também foram avaliados com álcool combustível de posto de abastecimento. Para isso foram utilizadas diferentes cargas no gerador e avaliou-se o consumo de combustível, a potência gerada e a eficiência. Depois foi realizada uma análise econômica da produção de álcool em microdestilarias e obteve-se o CEE (custo equivalente de eletricidade). Como resultado da destilação não foi possível obter álcool combustível apto para a comercialização de acordo com a norma da ANP, com a coluna e teores alcoólicos utilizados, porém, é possível garantir o teor alcoólico recomendado pela norma da ANP se for utilizado teor inicial superior a 85%. Isso pode ser devido a que o controle manual de resfriamento da coluna de destilação não garantiu um funcionamento eficiente, mas a coluna pode ser usada para produzir álcool em sistema cooperativo. Encontrou-se o modelo geral que descreve o comportamento da vazão de saída da coluna em função do teor alcoólico inicial de pré-destilado na panela, teor alcoólico destilado na saída, a altura da coluna e a temperatura na saída. Determinou-se o consumo específico de energia mínimo necessário para evaporar o álcool presente na mistura de pré-destilados. A quantidade mínima de energia a fornecer ao sistema para evaporar o etanol presente na panela foi de 2.126,20 kJ L-1 para a mistura com 15% de teor alcoólico e de 1.027,30 kJ L-1 para a mistura de 75% de teor alcoólico. Determinou-se a altura ótima usando um recheio randômico comercial para diferentes teores alcoólicos iniciais para obter álcool combustível. A mínima altura obtida foi de 2 m para anéis de Pall de 25 mm, para um teor alcoólico inicial de 80% e a máxima altura obtida foi de 6 m para anéis de Pall de 50 mm, para um teor alcoólico inicial de 8%. Para o grupo gerador 1 o consumo específico de combustível foi de 0,93 L kWh-1 e 0,90 L kWh-1 e para o grupo gerador 2 foi de 0,62 L kWh-1 e 0,71 L kWh-1, para álcool de posto e de fazenda, respectivamente. Considerando-se o preço de venda de álcool igual a R$ 1,50 por litro, como matéria prima o caldo de cana e um funcionamento de microdestilaria de 8 h dia-1, o VPL (Valor Presente Líquido) do investimento foi de R$ 214.569,53, a TIR (Taxa Interna de Retorno) de 52,82% e o TRCD (Tempo de retorno de capital descontado) de 2,25 anos. Utilizando como matéria prima os resíduos de cachaça, o VPL do investimento foi de R$ 397.407,17, a TIR de 144,87%, o TRCD de 0,77 ano. Em outro cenário, foi analisada a microdestilaria com um funcionamento diário de 16 h por dia. Para o caldo de cana, obteve-se um VPL de R$ 540.916,99, uma TIR de 108,11% e um TRCD de 1,04 anos. Para os resíduos de cachaça obteve-se um VPL de R$ 853.238,91, uma TIR de 290,77% e um TRI de 0,39 ano. Confirmou-se em todos os casos a rentabilidade do sistema. O CEE para os dois grupos geradores, utilizando R$ 0,70 por litro como o preço do álcool combustível, foi de R$ 1,00 por kWh e R$ 0,95 por kWh para o grupo gerador 1 e para o grupo gerador 2 foi de R$ 0,68 por kWh e R$ 0,67 por kWh, para tempos de amortização de 5 e 10 anos, respectivamente.
Distillation is to separate the components of a liquid mixture by evaporation and subsequent condensation. The separation is based on the absolute difference in volatilities of the components. The microdistilleries equipment are capable of producing up to 5,000 L of alcohol per day. This study aimed to evaluate technically a distillation column filling in a batch system, using waste of sugarcane aguardiente as a mixture and evaluate the performance of two electricity generator sets, using alcohol as a fuel from fuel station and an alcohol distillery. Also economically evaluate the production of fuel ethanol in microdistilleries, using as raw fermented sugarcane juice and the waste of sugarcane aguardiente and study the use of ethanol from sugarcane in the production of electricity. The technical evaluation of the column was performed with the experimental distillation of waste from sugarcane aguardiente (head and tail) with alcohol levels of 15, 30, 45, 60 and 75%. In addition, the temperature was monitored throughout the column and analyzed the specific energy consumption. The column was also analyzed from the theoretical aspect with the calculation of HETP (height equivalent to a theoretical plate), applying the McCabe-Thiele methodology for determining the number of separation stages. Alcohol was sent for analysis at the LEC / UFMG (Testing Laboratory Fuels / Universidade Federal de Minas Gerais) and analyzed according to the standards of the ANP (National Petroleum Agency). The alcohol obtained was used for the evaluation of two electricity generators by ethanol fuel of 10 and 42 kVA. Moreover, were also evaluated with alcohol from fuel station. Different loads were used in the electricity generators and evaluated fuel consumption, the power generated and efficiency. After an economic analysis was performed of alcohol production in microdistilleries and gave the LCE (levelized cost of electricity). As a result of distillation was not possible to obtain alcohol fuel suitable for marketing in accordance with the standard of the ANP, with the column and used alcohol levels, however, can ensure the alcohol content standard recommended by the ANP is used for initial content exceeding 85%. This may be due to the manual control cooling of the distillation column did not guarantee an efficient operation, but the column can be used to produce alcohol in cooperative system. It was found the general model that describes the behavior of the output flow of the column due to the alcohol content of the initial predistilled in a still pot, alcoholic distillate output, column height and temperature at the exit. It was determined the minimum specific energy consumption required to evaporate the alcohol present in the mixture of pre-distilled. The minimum amount of energy to be supplied to the system to evaporate the ethanol present in the still pot was 2126.20 kJ L- 1 to the mixture with 15% alcohol and 1027.30 kJ L-1 to the mixture of 75% alcohol content. It was determined the optimum height using a stuffing random commercial for different alcohol levels for to obtain ethanol fuel. The minimum height of 2 m was obtained for Pall rings of 25 mm, for an initial alcohol content of 80% was obtained and the maximum height of 6 m to Pall rings of 50 mm to an initial alcohol content of 8%. For the generator 1 the specific fuel consumption was 0.93 L kWh-1 L and 0.90 L kWh-1 and for the generator 2 was 0.62 L kWh-1 and 0.71 L kWh-1, for alcohol from fuel station and farm respectively. Considering the sale price of alcohol equal to R$ 1.50 per liter, as raw material sugarcane juice and a distillery operation of 8 h day-1, the NPVn (Net Present Value) of the investment was R$ 214,569.53, the IRR (Internal Rate of Return) of 52.82% and payback of 2.25 years. Using waste from sugarcane aguardiente as raw material, the NPV of the investment was R$ 397,407.17, the IRR of 144.87 and the payback of 0.77 years. In another scenario, it was analyzed the distillery operation with a 16 h per day. It was obtained for the fermented sugarcane juice a NPV of R$ 540,916.99, an IRR of 108.11% and a payback of 1.04 years. To waste from sugarcane aguardiente obtained a NPV of R$ 853,238.91, an IRR of 290.77% and a payback of 0.39 years. It was confirmed in all cases the profitability of the system. The EEC for the two generator sets, using R$ 0.70 as the price per liter of fuel alcohol, was R$ 1.00 per kWh for the generator 1 and R$ 0.95 per kWh, and for the generator 2 was R$ 0.68 per kWh and R$ 0.67 per kWh, for times of amortization of 5 and 10 years, respectively.
Palavras-chave: Energia na agricultura
Cana de açúcar
Energy in agriculture
Sugarcane
CNPq: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA
Idioma: por
País: BR
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Sigla da Instituição: UFV
Departamento: Construções rurais e ambiência; Energia na agricultura; Mecanização agrícola; Processamento de produ
Programa: Doutorado em Engenharia Agrícola
Citação: RAMÍREZ, Kattia de Los ángeles Solís. Power production from sugarcane ethanol for applications in isolated communities. 2012. 103 f. Tese (Doutorado em Construções rurais e ambiência; Energia na agricultura; Mecanização agrícola; Processamento de produ) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2012.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://locus.ufv.br/handle/123456789/742
Data do documento: 18-Dez-2012
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