Produção de energia elétrica a partir de etanol de cana de açúcar com vista a aplicações em comunidades isoladas - Ramírez, Kattia de Los ángeles Solís (2012)
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.