Solução pequena, mas eficaz: experimento apresenta turbina a vapor para geração de energia

O município de Tailândia, no Pará, é palco de atividades madeireiras que produzem grandes quantidades de pó de serra (serragem). Em busca de resolver o problema do excesso da serragem, o engenheiro Davi Cavalcante de Oliveira decidiu reaproveitar esse resíduo para geração de energia. O estudo foi apresentado ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica (PPGEM/ITEC), da Universidade Federal do Pará (UFPA).

A dissertação 'Estudo de uma turbina a vapor aplicada a pequenas gerações de energia elétrica' analisou o desempenho mecânico e elétrico de uma turbina a vapor aplicada a baixas gerações de energia, com queima de biomassa em uma caldeira com combustor ciclônico. No caso desta pesquisa, foram utilizadas toras de árvore da espécie Andira-uxi. A caldeira tem um sistema de abastecimento para inserir pó de serra e outro compartimento para colocar madeira ou caroço de açaí, mas também funciona com qualquer tipo de biomassa.

O sistema foi projetado para ser de pequeno porte e operar a baixas pressões.

"Geralmente, quando você fala em caldeira e turbina, logo se pensa em grandes indústrias. Então, o objetivo deste experimento é mostrar que há possibilidade técnica de desenvolver tecnologias para utilizar em comunidades e pequenas indústrias", 

informa Davi de Oliveira.

Tecnologia é sustentável e apresenta bom desempenho

A tecnologia é composta por um combustor ciclônico, uma caldeira, uma turbina a vapor e um gerador de ímã permanente. A biomassa é queimada no combustor para aquecer a água contida na caldeira, transformando-a em vapor, com o aumento da temperatura. O vapor é transmitido por tubulações para uma turbina e movimenta um conjunto de pás, que rotacionam um eixo conectado ao gerador. Dessa forma, o sistema transforma energia térmica (queima de biomassa + vapor) em energia mecânica (movimento do rotor) e termina com energia elétrica produzida pelo gerador.

Esse foi o processo testado no estudo. Os experimentos desenvolveram medições das potências mecânicas e elétricas para pressões de 0,1, 0,2 e 0,3 MPa a uma carga elétrica resistiva de 2,4 Ω, que representa um equipamento ligado. A biomassa também passou por avaliações, com a finalidade de descobrir sua composição química e a energia contida na matéria. Para isso, usaram o cálculo de umidade e do Poder Calorífico Superior, que apresentou valores médios similares aos das espécies amazônicas com especificidades lenhosas.

Os resultados indicaram um comportamento instável da máquina com pressões de 0,1 e 0,2 MPa, por serem baixas, e, assim, não apontaram um desempenho termodinâmico suficiente para gerar energia. Por outro lado, o experimento com 0,3 MPa apresentou boa estabilidade da turbina, pois a pressão foi suficiente para manter as forças hidrodinâmicas sobre as pás estáveis. A expectativa era atingir potência elétrica máxima de até 500W e o valor atingido foi de 504,6W.

"Isso foi bom, porque, para uma indústria, por exemplo, 0,3 MPa não faria a turbina funcionar. Ela opera a partir de 0,6 MPa de pressão. Para produzir energia, só em torno de 1 MPa", afirma Davi Cavalcante de Oliveira. O diferencial do modelo testado é o gerador de ímã permanente. Ele funciona a alto torque, em baixa rotação, isto é, pode gerar uma boa quantidade de eletricidade a uma velocidade baixa desse tipo de gerador, segundo o autor.

Além do bom desempenho alcançado, a tecnologia pode ser considerada sustentável, pois cumpre as exigências estabelecidas pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama), de acordo com o autor. O gás liberado pela queima de biomassa é descartado na atmosfera, no entanto não polui o ambiente, pois o sistema possui um dispositivo que filtra os gases poluentes. Além disso, existe um compartimento de depósito de cinzas resultantes da combustão de biomassa. Neste estudo, "de 250 kg de tronco de árvore, foi gerado cerca de 1 kg de pó, ou seja, pouquíssimo", avalia o engenheiro mecânico.

Sobre a viabilidade de comunidades isoladas e pequenas indústrias usarem o sistema, a Amazônia tem um enorme potencial para utilização de biomassa. Quanto ao custo, foi estimado, em 2020, que a turbina a vapor custa cerca de 600 mil reais. "Geralmente, as comunidades utilizam um gerador a diesel, que precisa de combustível. No caso das indústrias, estas costumam pagar para coletar a biomassa. Então, mesmo que fosse uma tecnologia cara, o custo-benefício compensaria a longo prazo", conclui Davi Cavalcante.

Sobre a pesquisa

A dissertação Estudo de uma turbina a vapor aplicada a pequenas gerações de energia elétrica foi defendida por Davi Cavalcante de Oliveira, em 2020, no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica (PPGEM/ITEC), da Universidade Federal do Pará, com orientação dos professores Jerson Rogério Pinheiro Vaz e Marcelo de Oliveira.

*Conteúdo originalmente publicado pelo Jornal Beira do Rio, da UFPA, edição 168, escrito por Bruno Roberto