ssis da Silva arcísio Filho ales

         ISSN 0798 1015

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Vol. 38 (Nº 52) Ano 2017. Pág. 12

Integração de sistemas destinados a geração de energia elétrica a partir de víceras de Tilápia do Nilo

Smart grid technology of electrical energy generation of a fish from entrails

Francisco de Assis da Silva MOTA 1; José Tarcísio COSTA Filho; André Sales FURTADO

Recebido: 12/06/2017 • Aprovado: 20/07/2017


Conteúdo

1. Introdução

2. Material e métodos

3. Resultados e discussão

4. Conclusões

Referências


RESUMO:

Este trabalho teve como objetivo avaliar a capacidade de produção de energia elétrica para comunidades isoladas a partir de um grupo gerador alimentado com biodiesel produzido com óleo extraído de vísceras de peixe. Para tanto, foram utilizadas tecnologias desenvolvidas e já patenteadas. O estudo revelou que o biodiesel de Tilápia, em conjunto com a máquina Biopeixes e Reator Multifuncional é capaz de gerar, após sua combustão, uma energia de 980.64 KW.h. Este valor é obtido com a combustão de 111.5 litros de biodiesel. Uma única batelada de biodiesel produzido de vísceras de Tilápia e capaz de produzir 7.845,12 KW.h de energia e alimentar 176 casas em único dia.
Palavras–chave: Geração de energia, comunidades isoladas, biodiesel, vísceras de peixes.

ABSTRACT:

This study aimed to evaluate the electricity production capacity to isolated communities from a generator powered with biodiesel produced from oil extracted from fish viscera. Therefore, we developed technologies used and already patented. The study found that biodiesel Tilapia, together with Biopeixes machine and Multifunctional Reactor is capable of generating, after combustion, an energy 980.64 KW.h. This value is obtained by the combustion of 111.5 gallons of biodiesel. A single batch of biodiesel produced tilapia entrails and capable of producing 7845.12 Kw.h energy and food 176 houses in one day.
Keywords: Power generation, isolated communities, biodiesel, fish offal.

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1. Introdução

A necessidade de tornar viável o acesso a tecnologias e distribuição de energia é algo que, atualmente, não está acessível a toda a população brasileira. Isso se deve, em parte, a imensa extensão territorial que o Brasil possui. Um exemplo disso é a região amazônica que possui o mais baixo índice de eletrificação rural do país, reflexo do modelo tradicional de fornecimento de eletricidade adotado no Brasil, baseado na geração de grandes blocos de energia conectados à rede de distribuição. Seu modelo de eletrificação rural é composto predominantemente por sistemas isolados com diesel-geradores. Esta solução tem se revelado pouco satisfatória, na medida em que a aquisição e o transporte de óleo diesel para as localidades isoladas, assim como a manutenção dos equipamentos, tem um alto custo financeiro no contexto da região. (Coelho et al., 2004).

A grande maioria das comunidades localizadas nas regiões isoladas que dispõem de sistemas de geração de energia elétrica localizada, está baseada em pequenos motores a óleo diesel. Acontece que, nestas comunidades, o custo de transporte deste combustível, dadas as grandes distâncias a serem percorridas, chega a dobrar. (Apolinaro, 2006).

Nesse contexto, a utilização de biomassa produzida localmente nas comunidades para geração de energia aparece como uma possibilidade viável e sustentável. Óleos vegetais em motores diesel adaptados e resíduos agrícolas / madeira como combustível em sistemas de geração de pequeno porte apresentam-se como alternativas tecnológicas possíveis, e agora, viáveis economicamente, em função da utilização da CCC – Conta de Consumo de Combustível para energias renováveis – o que passou a ser possível pela regulamentação da ANEEL (Coelho et al., 2001). Uma forma de diminuir esses custos e sanar os problemas seria produzir o próprio óleo diesel na comunidade e com isso permitir a geração de energia satisfatória.

O óleo de peixe, tido como matéria residual das indústrias ou de cooperativas, é opção para a produção de biodiesel, considerando a alta produção e baixo custo desta matéria-prima. Essas características peculiares deste óleo torna-o uma alternativa importante para a produção energética. A região Nordeste apresenta um grande desenvolvimento comercial de pescado, gerando assim, uma grande produção de descartes de partes constituintes do peixe que podem ser submetidas à extração de óleo, consequentemente, na produção de biodiesel. Essa produção tem uma importante função na questão ambiental, já que a utilização destes resíduos minimiza os impactos negativos ao meio ambiente. (BERY et al., 2012). Esse combustível é utilizado para substituição parcial do diesel, em percentuais adicionados ao mesmo, ou integral, nos motores à combustão dos transportes rodoviários e aquaviários e nos motores utilizados para a geração de energia elétrica. (CASTRO, 2009).

Baseado nisso, este trabalho visa avaliar a capacidade de produção de biodiesel a partir de óleo extraído das vísceras de peixe oriundos de pequenas cooperativas de pescadores e com este biodiesel produzido alimentar gerador de energia elétrica para que este supra a necessidade de pequenas colônias isoladas de moradores. Para tanto, será utilizada a tecnologia já desenvolvida do Reator Multifuncional para produção de Biodiesel e Máquina Biopeixes.

2. Material e métodos

2.1. Consumo Energético

Para buscar obter uma estimativa da quantidade de energia consumida por residência foi realizado estudo bibliográfico. Com estes obtivemos um consumo médio da energia consumida por residência.

2.2. A Máquina Biopeixes

A máquina Biopeixes é um projeto desenvolvido e patenteado por Mota et al. (2014). Esta unidade constitui o processo de extração e beneficiamento de gorduras de vísceras de tilápia, o óleo obtido apresenta 28,60% em ácido oleico e 33,19% de óleo palmítico, percentuais compatíveis com óleos já utilizados no setor produtivo de biodiesel, sua capacidade de produção é de 25 litros de óleo de vísceras de peixe por hora.

Figura 1
Máquina Biopeixes

2.3. O Reator Multifuncional

O projeto reator multifuncional e um projeto desenvolvido por Mota et al. (2010). Neste trabalho foi mostrada a viabilidade do desenvolvimento de um reator multifuncional destinado à produção de biodiesel. Este reator, ao contrário de plantas de pequena escala para produção de biodiesel, possui a característica de em um único equipamento realizar as etapas de transesterificação, decantação, lavagem e secagem. Nas avaliações realizadas foi comprovado que este equipamento possui um valor aproximando de 1/6 quando comparado com fornecedores desta tecnologia.

Figura 2
Reator Multifuncional

2.4. Rendimento do óleo de peixe para produção de biodiesel

Segundo Bery et al.(2012), o rendimento de óleo extraído das vísceras de pescados é de 68% e que as vísceras compõem 15% do peso das espécies, isso se torna bastante favorável para a extração de óleo para a produção de biodiesel.

O processo de transesterificação do óleo das vísceras de pescados consiste na utilização de álcool metílico na razão molar de 1:6 (Óleo/Álcool) e adoção de 0,5% de catalisador NaOH em relação à massa de óleo.

2.5. Avaliação do poder calorífico do biodiesel produzido

Para avaliar o poder calorífico do biodiesel de óleo de peixe foi utilizado Bomba Calorimétrica Automática Fabricante: IKA Modelo: C-200.

Q = 8.890,00 Kcal/Kg

2.6. Moto Gerador

Para analisar o consumo de biodiesel referente à potência requerida ao longo do dia foi verificado em um catálogo da Cummins, empresa fabricante de geradores Diesel, os valores específicos de consumo de combustível em relação à carga do grupo gerador modelo C35 D6 do tipo “Prime”.

3. Resultados e discussão

Foram avaliadas as características típicas de cargas elétricas utilizadas por consumidores residenciais no Brasil de maneira a tomar como base para quantificar a potência máxima requerida em horário de pico e o consumo médio mensal de energia em uma residência. Essas características, segundo Francisquini (2006) são mostradas na Tabela 1.

Tabela 1
Características de cargas residenciais.

Equipamento

Consumo energético (%)

Aquecedores de água

26%

Ferro elétrico

6%

Refrigeração

32%

Iluminação

24%

Outros

6%

Fonte: Adaptado de Francisquini (2006)

Segundo esse mesmo autor, Francisquini (2006), a curva de carga de um consumidor residencial caracteriza-se por um consumo praticamente constante durante o dia inteiro com um aumento no fim da tarde e um pico de demanda, provocado pelo uso do chuveiro elétrico e outros equipamentos (entre 18 e 21 horas). De acordo com este mesmo autor, a carga de um dia útil de um consumidor real e constante é igual a aproximadamente 330 kWh por mês. Segundo este autor, a potência máxima se encontra na “demanda de pico” e equivale a 1,4 kW e a potência requerida no restante do dia é um valor em torno de 0,4 kW.

Figura 3
Curva de Carga de um Consumidor Residencial – 330 kWh

Fonte: Francisquini(2006)

Uma vez que o elemento final da cadeia na geração de energia por combustão e o gerador, de acordo com o catálogo do fabricante esse modelo possui uma potência nominal igual a 32 kW, suficiente para alimentar 22 casas. Os dados de consumo de diesel em faixas de horários são apresentados com auxílio da Tabela 2.

Tabela 2
Consumo de diesel pelo gerador

Faixa de Horário (h)

Consumo (L/h)

00:00 - 17:00

17:00 - 22:00

3,5

9,0

22:00 - 24:00

3,5

Fonte:  Catálogo Cummins - modelo C35 D6 “Prime”

Com os dados da Tabela 2 podemos fazer:

Ou seja, necessita-se apenas 111,5 litros de biodiesel para alimentar 22 casas durante um dia.

A máquina Biopeixe, Figura 1 desenvolvida por Mota et al. (2014), como citado anteriormente, possui uma capacidade produtiva de 25 litros de óleo de tilápia por hora. Ou seja, a unidade irá necessitar produzir e estocar uma quantidade de óleo para posteriormente utilizar no reator multifuncional. No entanto, em uma relação produtiva de 1:6 (um mol de óleo e seis de álcool) será necessário um pouco mais de 100 litros de óleo para que o reator multifuncional possa operar com carga máxima.

O Reator Multifuncional, desenvolvido para produzir Biodiesel em escalas reduzidas e que seja de baixo custo é apresentado na Figura 2. Este equipamento tem como característica principal a multifuncionalidade de atividades de processamento. Ele transesterifica, decanta, purifica e retira a umidade. O biodiesel produzido a partir da transesterificação do óleo de vísceras de peixes apresentou como valor de poder calorífico o valor de 8.890,00 Kcal/Kg. Com isso, temos que ao final de uma batelada de 8 horas o reator multifuncional irá produzir uma carga de 680 Kg de biodiesel.  Ou seja, o processo produtivo de biodiesel a partir do óleo de restos de tilápia poderá produzir, ao fim de uma batelada, uma carga energética de 6.045.200,00 Kcal de energia.  Uma vez que o reator multifuncional produz em cada batelada um volume de 800 Litros de Biodiesel e que, segundo Mota et al. (2014), a densidade do Biodiesel de tilápia é da ordem de 850 Kg/m3.

Com estes dados foi possível construir a Tabela 3. Nesta temos um resumo de energia produzida e carga de material destinada ao sistema.

Tabela 3
Produtividade Reator e Maquina Biopeixes

Equipamento

Produção (h)

Tempo de operação (h)

Produção (dia)

Maquina Biopeixes

25 (L/h)

10 (h)

250 (L)

Reator Multifuncional

100 (L/h)

8 (h)

800 (L)

Com os dados apresentados na Tabela 3 podemos compor a energia total produzida em um dia de operação da máquina Biopeixes e Reator Multifuncional. Estes dados são apresentados na Tabela 4.

Tabela 4
Energia gerada com a combustão do Biodiesel de Tilápia

Equipamento

Consumo diário de Biodiesel (L)

Energia Gerada em Kcal

Energia Gerada em KW.h

Número de casas Abastecidas

Gerador de Energia

111,5

842.549,75

980,64

22

 

Com os dados mostrado na Tabela 4 e possível observar que a utilização desta tecnologia é algo viável. O conceito de geração de energia e aproveitamento de resíduos sólidos torna-se uma prática sustentável e que poderá beneficiar a população em povoados em que as redes de distribuição de energia ainda são precárias. Uma única batelada de biodiesel produzido de vísceras de tilápia é capaz de produzir 7.845,12 kWh de energia e alimentar 176 casas em único dia.

Podemos citar que a situação econômica de regiões isoladas, especialmente em comunidades é, em geral, menor que a média populacional. Isso se reflete diretamente na quantidade de equipamentos elétricos e a demanda energética pode ser inferior a demanda média brasileira citada por Francisquini (2006). Isso tornaria o sistema ainda mais viável, diminuindo a quantidade de biodiesel que deve ser produzido.

            A configuração que se espera após a instalação desta tecnologia em locais remotos nos quais a distribuição de energia ainda e de difícil acesso e mostrado na Figura 4.

Figura 4
Ilustração mostrando o conjunto"Máquina Biopeixes",
"Reator Multifuncional" e Grupo Gerador

4. Conclusões

O Sistema “Maquina Biopeixes” em conjunto com “Reator Multifuncional” e Grupo Gerador se mostrou viável para produção de energia a partir de óleo extraído das vísceras de peixes quando analisado a demanda real de energia de vilas isoladas e sem acesso às linhas de distribuição de energia, necessitando baixa quantidade de pescado para suprir a necessidade de óleo diária para geração de energia para a comunidade podendo se tornar uma fonte de renda, promovendo uma melhor qualidade de vida, crescimento econômico sustentável e qualificação profissional. Observou-se que o conjunto desenvolvido tem capacidade de gerar 980,64 KW.h com apenas 111,5 litros de biodiesel de tilápia.

Referências 

APOLINARIO, Sandra Maria. Geração de eletricidade em comunidades isoladas na região amazônica com a utilização de gaseificadores de biomassa. 2006. Tese de Doutorado. Dissertação (Mestrado em Energia)–Programa Interunidades de Pós-bery

BERY, Carla Crislan et al. ESTUDO DA VIABILIDADE DO ÓLEO DE VÍSCERAS DE PEIXES MARINHOS (Seriola Dumerlii (ARABAIANA), Thunnus ssp (ATUM), Scomberomorus cavala (CAVALA) e Carcharrhinus spp (CAÇÃO)) COMERCIALIZADOS EM ARACAJU-SE PARA A PRODUÇÃO DE BIODIESEL. GEINTEC-Gestão, Inovação e Tecnologias, v. 2, n. 3, p. 297-306, 2012.

COELHO, Suani Teixeira et al. Implantação e testes de utilização de óleo vegetal como combustível para diesel geradores em comunidades isoladas da Amazônia. Procedings of the 5th Encontro de Energia no Meio Rural, 2004.

COELHO, Suani Teixeira et al. A importância e o potencial brasileiro da cogeração de energia a partir da biomassa. SEMINÁRIO COGERAÇÃO DE ENERGIA, p. 1-4, 2001.

FRANCISQUINI, Aislan Antonio. Estimação de Curvas de Carga em Pontos de Consumo e em Transformadores de Distribuição. 2006. Tese de Doutorado. Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho.

MOTA, Francisco Assis et al. DESENVOLVIMENTO DE UMA UNIDADE PILOTO DESTINADA A EXTRAÇÃO DO ÓLEO DE VÍSCERAS DE TILÁPIA PARA POSTERIOR UTILIZAÇÃO NA CADEIA PRODUTIVA DE BIODIESEL. GEINTEC-Gestão, Inovação e Tecnologias, v. 4, n. 3, p. 1252-1269, 2014.

MOTA, Francisco de Assis et al. Análise de Custo e Energia de um Reator Multifuncional Destinado a produção de Biodiesel. XVIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química, Foz do Iguaçu, 2010.


1. Universidade Federal do Piaui, Departamento de Engenharia de Produção. Email: assismota@ufpi.edu.br


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Vol. 38 (Nº 52) Año 2017

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