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Capítulo 2

FABRICAÇÃO DE AÇÚCAR

2.1 - Operações preliminares à moagem

Na Figura 2.1, está representado esquematicamente um fluxograma geral do processo de

produção de açúcar e álcool, que será discutido com mais detalhe nos itens a seguir. Existem

várias alternativas diferentes de processos, com as mais variadas mudanças.

Figura 2.1 – Esquema geral de uma unidade produtora de açúcar e álcool

2.2 - Transporte e descarregamento da cana

A cana madura é colhida na lavoura manualmente, o que resulta na cana inteira, ou

mecanicamente, o que resulta na cana em pedaços. O transporte é realizado em caminhões que

possuem uma carroceria já adaptada para facilitar o carregamento e descarregamento da cana.

A cana é transportada então até o local de descarregamento, onde um sistema de cabos,

ganchos e guinchos a despejam em uma mesa inclinada. Na chegada à Usina, os caminhões são

pesados para determinação da massa de cana e realizadas amostragens aleatórias de alguns para

análise do teor de açúcar na cana, para realização de balanços de massa e análise econômica do

processo. Este controle é feito em laboratório através de análises, que irão determinar a

porcentagem em peso de sacarose aparente (Polaridade), a porcentagem em peso, de sólidos

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solúveis contidos no caldo (Brix), a porcentagem de fibras presentes na cana e açúcar redutor

total (ART) para se saber o rendimento da cana através do qual podemos determinar a

quantidade de açúcar por tonelada de cana.

Parte da cana que chega à usina é descarregada dentro do galpão ao invés de ir para a

esteira, de modo a se formar um pequeno estoque. Esse estoque de cana será usado quando

nenhum caminhão estiver chegando com cana nova, para que a produção não seja interrompida

por falta de cana. Este estoque, relativamente pequeno, permite que a usina opere por algumas

horas sem entrada de nova cana.

A descarga e armazenagem da cana devem ser consideradas levando-se em conta que a

usina deverá receber cana inteira e cana picada, e como prática, recomenda-se não armazenar

cana picada.

A descarga da cana pode ser feita através de guindastes (Hillos Mecânicos), ponte rolante

com cabos de aço, carroceria autobasculante, mesa basculadora lateral, conforme Figuras 2.2, 2.3

e 2.4 e tem como finalidade, retirar a cana do caminhão o mais rápido possível.

Figura 2.2 – Descarregamento por guindaste tipo Hilo.

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Figura 2.3 – descarregamento por carroceria autobasculante

2.3 - Armazenamento

Serve para abastecer a mesa alimentadora na falta de caminhões através de ponte rolante,

Figura 2.4.

A quantidade de cana tem que ser controlada para que não haja ressecamento dos colmos

e menor extração do caldo, perdas de açúcar por respiração, possível fermentações e

desenvolvimento de microrganismos prejudiciais a fermentação alcoólica.

O galpão de armazenamento deve ser de preferência coberto, para que a matéria prima

fique ao abrigo do sol e das chuvas, possuindo piso de cimento para que estas não fiquem em

contato direto com a terra evitando-se assim, maiores impurezas.

2.4 – Alimentação

A cana recém-chegada à usina ou a cana armazenada no galpão é alimentada à mesa

inclinada, cuja função é controlar a quantidade de cana que entra na esteira, conforme Figura 2.5,

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por meio do tombador, que derruba a carga dos caminhões na mesa, ou pela garra, que pega a

cana armazenada no galpão. Na mesa inclinada acontece, caso necessário, a primeira lavagem da

cana, cuja função é retirar algumas das impurezas que podem vir com a cana, como terra e restos

de palha. A lavagem, embora importante, retira um pouco da sacarose que acompanha a cana,

portanto deve ser feito um balanço para ser ver se realmente a lavagem é válida. A cana cortada

mecanicamente é sujeita a maiores perdas durante a lavagem, por isto deve ser lavada com uma

moderada quantidade de água, se necessário (normalmente é lavada cana picada para fabricar

açúcar orgânico).

Quando a cana é queimada as partículas de solo e fuligem aderem ao colmo, o que pode

acarretar sérios problemas na clarificação do caldo e nas fases subseqüentes. Para evitar esta

ocorrência danosa na industrialização da cana a lavagem antes da moagem torna-se obrigatória,

como mostrado na Figura 2.5.

Figura 2.4 – Alimentação através da ponte rolante

A espessura do colchão de cana é de fundamental importância, pois se muito grande, as

impurezas ao serem removidas pela lavagem das partes superiores irão se acumular nas mais

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baixas. Disso decorre um menor rendimento da operação.

A lavagem pode ser feita a quente ou a frio. Á quente utiliza-se, geralmente, a água

proveniente dos condensadores.

Figura 2.5 – lavagem com sistema de uniformização da alimentação

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Figura 2.6 - Mesa inclinada

Após percorrer a mesa inclinada, a cana cai na esteira metálica de taliscas, que a conduz à

preparação da mesma para a moagem.

O trabalho do operador de mesa deve ser o mais uniforme possível, pois as

irregularidades de alimentação causam uma significativa perda de capacidade e de extração, de

difícil quantificação por ser variável o grau de irregularidade que determinará essas perdas.

Devido à altura das mesas convencionais (15º ou 18º de inclinação) de alimentação da esteira e as

dificuldades de fracionamento da carga não ocorre uma satisfatória alimentação, causando uma

irregularidade quase que constante com sucessivos embuchamentos. O mais usual são as mesas

de 45º de inclinação (existem com 35º, 48° e outras inclinações), melhorando a eficiência de

lavagem da cana e melhorando a alimentação.

Quanto à lavagem de cana, sabe-se que a necessidade da água foi reduzida de 50 a 60%,

com uma eficiência na operação mais que o dobro, comparando com a convencional. A

alimentação do esteirão de cana, neste caso, é realizado de modo gradual, dando uniformidade na

carga, e com isso há um ganho significativo em termos de capacidade de moagem e extração do

açúcar.

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Exemplo: USINA CAETÉ (Volta Grande)

Após a colheita da cana-de-açúcar, existem três entradas de cana para a moagem:

1. Cana-de-açúcar inteira estocada, que será utilizada no caso em que se tenha problemas no tombamento de

cana, ou até mesmo quando se deseja moer uma maior quantidade.

2. Cana-de-açúcar inteira tombada diretamente na mesa, onde as mesmas serão lavadas.

3. Cana-de-açúcar picada que é transportada através de esteiras de borracha e direcionada até a esteira metálica,

não sofrendo lavagem.

A cana-de-açúcar inteira é descarregada na mesa alimentadora de 35º com ajuda de um guindaste móvel (hilo-

tombador). Ao cair nesta mesa, a cana começa a passar por um processo de lavagem que tem como finalidade, a

retirada de terra e outras matérias estranhas, para diminuir as impurezas e o desgaste dos equipamentos. Logo

após esta etapa a cana é direcionada à mesa de 45º que também passará pelo mesmo processo de lavagem da mesa

de 35º.

A cana-de-açúcar inteira estocada é descarregada na mesa de 45º com o auxílio de uma garra suspensa através de

uma ponte móvel e passará pelo mesmo processo de lavagem da cana inteira tombada. A cana-de-açúcar picada é

tombada em uma esteira de borracha e direcionada à esteira metálica, aonde irá se juntar com a cana proveniente

das mesas sem sofrer o processo de lavagem.

2.5 - Extração do caldo

A Figura 2.7 esquematiza um fluxograma para um dado processo de extração de caldo

por moagem. Na prática ocorrem muitas variantes deste processo, mas a ordem das operações

envolvidas normalmente é a mesma. No que diz respeito à embebição, esta pode ser de várias

maneiras, como será discutido mais tarde.

2.6 - Preparação da cana para a moagem

A cana-de-açúcar pode oferecer maior ou menor resistência à recuperação da sacarose,

em função existente entre partes moles e duras no colmo. Quando a proporção de partes duras

cresce a recuperação da sacarose decresce, pois ela contém um maior teor de fibras, a qual

oferecer uma maior resistência ao preparo da cana, afetando diretamente a extração da sacarose.

Os principais objetivos do preparo da cana para a moagem são:

- aumentar a capacidade das moendas pelo aumento da densidade da massa de

alimentação, tornando-a compacta e homogênea;

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- romper a estrutura da cana, fazendo com que a extração do caldo pela moagem seja

mais fácil e efetiva;

Figura 2.7 – Extração do caldo (Usina Caeté, Volta Grande).

- produzir um bagaço, em que a ação de embebição seja mais eficaz. Deste modo, de

acordo com o aparelho utilizado e suas combinações, o ganho de extração em termos de pol

extraída % da cana pode variar de 0,5 a 7,0% e por outro lado, o aumento da capacidade é da

ordem de 10 a 30%;

- redução do desgaste e da quebra das moendas;

- homogeneização do teor de fibra nas canas.

Estas operações são realizadas através das facas rotativas, que produzem uma

fragmentação da cana e dos desfibradores.

A fragmentação da é feita pelas facas rotativas, ou picador, cuja função é cortar e

fragmentar a cana sem, contudo, extrair seu caldo. Nesta etapa, a cana é transformada em

pequenos pedaços. O conjunto de facas tem efeito de cortar e nivelar a camada de cana na

esteira.

Existem dois tipos fundamentais de facas: as de corte simples que só possuem corte de

um lado, e as de corte reversível, que possuem corte dos dois lados.

As facas rotativas constam de uma base de concreto ou um pedestal de ferro fundido

destinado à sustentação dos mancais ou dos rolamentos, os quais apóiam o eixo de aço onde

estão implantadas as facas; um cofre metálico, recobrindo todo o conjunto, que possui portas

basculantes para facilitar a inspeção e a substituição das facas.

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As facas rotativas trabalham em movimentos giratórios, pois estão fixadas num eixo

assentado em uma base de concreto. Sobre essas facas existe uma estrutura metálica de proteção,

para evitar que pedaços de cana ou lâminas arrebentadas, soltas, sejam lançadas longe,

ocasionando acidentes. Tal estrutura impossibilita visualizar claramente as facas quando na safra,

como mostrada na Figura 2.8. As lâminas são fabricadas com aço especial, que apresenta maior

resistência.

As facas rotativas são largamente difundidas nos meios produtores de aguardente por

serem o sistema mais econômico de preparo da cana para a moagem.

Com a instalação desses aparelhos obtém-se um colchão de cana de espessura quase

uniforme, o que evidentemente possibilita uma melhor alimentação das moendas. O aumento de

extração que se obtém com a instalação de facas rotativas é muito menor do que aquele que se

obteria com a instalação de um terno de moenda a mais. Deste modo, o uso de facas rotativas

visa muito mais o ganho de capacidade do que de extração.

Figura 2.8 – Preparação para moagem

Pode-se distinguir segundo a força de trabalho, dois tipos de facas: as niveladoras e as

cortadoras ou picadoras. As niveladoras têm por objetivos regularizar e uniformizar a carga de

cana, descarregada no condutor principal, que forma uma massa volumosa e regular. Nesse

material, as facas cortadoras irão trabalhar, reduzindo aquela massa heterogênea de cana em uma

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massa homogênea e uniforme, que se distribuirá segundo a largura e o comprimento da esteira

transportadora.

Os desfibradores ou “shredders” (Figuras 2.9 e 2.10) são aparelhos que têm como

objetivo destruir por completo a estrutura da cana, dando um. grande auxílio na extração, auxilio

este que corresponde ao que se obteria se mais um terno de moendas fosse acrescentado ao

tandem. O desfibrador é um equipamento constituído de martelos pesados, acoplados a um eixo,

que ao girar promove um impacto entre a cana e os martelos. Este acréscimo na extração é

influenciado pelo maior número de células abertas e pela melhora na embebição.

Os desfribradores foram desenvolvidos para melhorar o preparo da cana, objetivamente

destruir por completo sua estrutura e, com isso, dar um ganho significativo na capacidade e

extração, correspondendo o que se obteria se mais um terno da moenda fosse acrescentado.

O desfibramento é mais bem realizado no início de um tandem de moendas. O melhor

equipamento consiste em um desfibrador de martelos pesados. Um desfibrador de martelos de

20 kg, girando a uma velocidade periférica de 6000 m/min fornece um índice de preparo da cana

de 88% e necessita uma potência de 13 CV/tch. A 4500 m/min, o índice de preparo é da ordem

de 85% e um gasto de potência de 9 CV/tch. Em geral um aumento no índice de preparo de 4%,

resulta num aumento de 1% na extração.

Para que um desfibrador permaneça com um índice de preparo elevado será necessário

uma constante manutenção do tambor, placa desfibradora e martelos com solda, para que

permaneça coma as arestas, além de se ter de conferir periodicamente as regulagens.

Os equipamentos de preparo, por trabalharem com elevadas velocidades periféricas,

necessitam de um balanceamento das facas, martelos e da própria máquina, para se evitar maior

desgaste e quebra.

Figura 2.9 – Desfibrador em manutenção

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Figura 2.10 – Esquema de um desfibrador

Exemplo: USINA CAETÉ (Volta Grande)

Ao cair na esteira metálica, a cana picada e inteira passará pelo nivelador, que tem como finalidade

deixar toda cana alimentada à esteira metálica em um nível comum.

Logo após esta etapa a cana-de-açúcar será enviada para o picador composto por um eixo móvel

constituído de 75 facas com rotação de 600 rpm e tem como função cortar a cana em pedaços menores. Em seguida

é enviada ao desfibrador que é constituído de um tambor alimentador que compacta a cana, precedendo de um rotor

constituído de um conjunto de 75 martelos oscilantes com rotação de 800 rpm, que giram em sentido contrário à

esteira, forçando assim a passagem da cana através de uma pequena abertura entre os martelos e a esteira metálica,

onde a cana será desfibrada sem a retirada do caldo. Após a desfibração da cana-de-açúcar, as fibras passarão pelo

espalhador onde a sua função é manter uniformes as fibras da cana-de-açúcar na esteira rápida, que logo em

seguida passará pelo eletroímã onde partículas metálicas são retiradas. Após a passagem através do eletroímã, a

cana desfibrada, será conduzida á fase de moagem.

2.7 - Separador magnético

O número de pedaços de aço e ferro que chegam à moenda durante uma safra é grande,

sendo mais freqüentes pedados de laminas e navalhas, pedaços de cabos de aço, porcas e

parafusos.

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Essas partículas metálicas quando chegam à moenda podem causar um grande dano nos

rolos. Para evitar esses danos, é utilizado um eletroímã (Figura 2.11), que é suspenso sobre a

esteira, após o preparo da cana, antes do primeiro terno de moendas. Quando uma impureza

metálica passa pelo campo do eletroímã, é atraída e fica presa ao cilindro do eletroímã e com a

revolução do cilindro instantes depois, a impureza fica por baixo e fora do campo

eletromagnético, caindo em um depósito colocado na parte inferior, retirando-se assim, pelo

menos, as maiores partículas metálicas, impedindo que cheguem às moendas.

Figura 2.11 – Esquema de um desfibrador magnético

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Capítulo 3

EXTRAÇÃO DO CALDO DE CANA

3.1 - Moagem

A extração do caldo de cana constitui a primeira etapa da fabricação do açúcar. O caldo

misto de cana é obtido pelo processo de esmagamento da cana-de-açúcar, efetuado nos ternos de

moenda ou por lixiviação em difusores.

Apesar de toda tradição que se tem no Brasil na industrialização da cana-de-açúcar, ainda

se perde açúcar produzido no campo através das diferentes fases operacionais, isto é, desde

julgamento da maturação para colheita até que se chegue ao produto final. Uma das perdas na

indústria é atribuída ao baixo desempenho do conjunto de extração, representados pelos

aparelhos de preparo e moenda.

O desempenho da extração é função de vários fatores, dos quais se destacam: alimentação

de esteira, preparo de cana, sistema de alimentação do primeiro terno, rolo de pressão e

compressão, regulagem das moendas, pressão hidráulica, velocidade dos cilindros, tipos de

ranhuras, percentagem de fibra na cana, embebição e uso de soldas nos cilindros. Entretanto,

para se julgar a eficiência da operação de moagem deve-se recorrer a parâmetros operacionais,

analíticos e cálculos tecnológicos. Deste modo, os aspectos mecânicos envolvidos no transcorrer

da moagem serão abordados sob o ponto de vista tecnológico e de controle de desempenho das

operações.

3.1.1 – Moendas

As moendas são equipamentos destinados à extração do caldo de cana. A Figura 8 mostra

uma foto de um cilindro de moenda. Para a operação de extração as moendas são dispostas em

ternos, ou seja, por conjuntos de três cilindros, montados horizontalmente, sustentados nas

extremidades por uma estrutura metálica denominada “castelo”. Os cilindros são dispostos de tal

modo que a união dos centros das suas extremidades forma um triângulo isósceles. Para que o

processo seja economicamente viável, utilizam-se de 3 a 7 ternos (três cilindros) trabalhando em

série, formando, assim, o conjunto de moendas ou tandem, Figura 3.2. Na prática a expressão

moenda confunde com o conjunto (tandem).

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Exemplo: Cia energética Santa Elisa

“Moenda A”: moenda 42 x 84 in (1067 x 2134 mm), press-roller de 975 x 2134 mm, Shut-Donnelly em

todos os ternos, esteira de arraste para o 2º, 3º, 4º, 5º e 6º ternos.O acionamento é individual em todos os ternos

por turbinas a vapor.

“Moenda B”: 1º e 6º ternos de 42 x 84 in (1067 x 2134 mm),press-roller 957 x 2134 mm e quatro ternos

de 35 x 80 in (970 x 2032 mm), com Shut-Donnelly no 1° e 2º ternos, esteira intermediária de borracha e nos

demais ternos esteira de arraste.O acionamento no primeiro terno é individua por turbina. Os ternos 2º, 3º, 4º e 5º

têm acionamento dois a dois por duas turbinas.

Figura 3.1 – Foto de um cilindro de moenda

De acordo com sua posição, o cilindro recebe uma denominação especial. Assim, o

primeiro, localizado no plano inferior, é denominado cilindro anterior, alimentador ou rola cana.

O segundo, situado no mesmo plano, é denominado cilindro posterior, rola bagaço, bagaceiro ou

cilindro de descarga. Estes dois cilindros movem-se no mesmo sentido, que é o do fluxo de cana

ou bagaço. Sobre esses, no plano superior, encontra-se o cilindro superior ou principal, que se

movimenta no sentido contrário aos dois outros.

3.1.2 - Aberturas entre as moendas

Os cilindros inferiores trabalham fixados em suas posições, enquanto o superior tem sua

posição controlada por um regulador de pressão hidráulica. Assim, num terno de moenda, a

abertura de entrada é maior que a de saída. A abertura de entrada visa, sobretudo, a capacidade de

moagem, enquanto a de saída visa a extração.

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O rolo de entrada é um equipamento de alimentação e o rolo de saída um equipamento de

pressão. Como exemplo, em uma instalação, usando moendas com cilindros de 1 m de diâmetro,

a distância entre o rola cana e o superior é 4,75 cm, o afastamento entre o rola bagaço e o

superior é 2,05 cm e a distância entre os rolos inferiores é de 18,64 cm. A tendência é que essas

aberturas diminuam do primeiro para o último terno, sendo que a abertura de saída do último

terno é praticamente nula, ficando a saída por conta da oscilação na vertical do rolo superior, em

função da pressão.

Figura 3.2 – Conjunto de moendas ou tandem

3.1.3 – Castelos

Os cilindros são sustentados nas duas extremidades laterais por estruturas metálicas (aço ou

ferro fundido), denominadas castelo. Em cada lado das moendas, fixado à base ou alicerce de

concreto, assenta-se um castelo vertical que tem por finalidade suportar os eixos dos cilindros e a

bagaceira.

Os castelos possuem três fendas, onde se situam os mancais, sobre os quais são assentados

os eixos dos cilindros (ou rolos). Em relação à fenda superior, existem modelos onde a mesma

apresenta uma inclinação em torno de 15º, fazendo com que o deslocamento desse cilindro não

seja na vertical. Como a maior resistência se encontra no rolo posterior, a tendência é empurrar o

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cilindro superior para cima em direção inclinada em relação ao rola cana, resultando numa maior

pressão sobre a camada de bagaço. Dessa forma tem-se menor pressão na entrada (maior

capacidade de moagem) e uma maior pressão na abertura de saída (maior extração), otimizando

o funcionamento do equipamento. Em outros projetos, as inclinações ocorrem nas fendas

inferiores, o que permite o ajuste das aberturas de entrada e saída das moendas em decorrência

do desgaste que normalmente ocorre, sem alterar o ângulo formado pelas retas que unem os

centros do cilindro superior em direção aos centros dos cilindros inferiores. Isso significa que a

abertura de entrada sendo maior que a de saída, pode-se estimar que 40% da pressão total é

aplicada sobre o rola cana e 60% sobre o rola bagaço.

3.1.4 – Mancais

Os mancais são fixados nas fendas dos castelos e são de uma liga metálica em que

predomina o bronze fosforado, conferindo-lhes a característica de se desgastar mais facilmente

que o eixo do cilindro. Os mancais são lubrificados e refrigerados com água, reduzindo o atrito

com o eixo do cilindro e mantendo a temperatura em valores seguros.

3.1.5 – Tandem

Atualmente se usam moendas de apenas três cilindros horizontais. O número de ternos de

moendas recebe o nome de tandem (Figura 3.3) e, normalmente são compostos de 4 a 6 ternos

enfileirados, conforme a capacidade de moagem e a extração desejada.

Figura 3.3 – Terno de moendas (Tandem)

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3.1.6 – Acionamento das moendas

As moendas são movimentadas por motores elétricos, motores a vapor e turbinas a vapor,

havendo grande predomínio das turbinas a vapor. Os motores elétricos são raros no Brasil e cada

motor aciona um terno de moendas, são de custo alto, tanto na implantação como na

manutenção. Os motores a vapor são acionados por vapor direto das caldeiras, podendo ser de

baixa ou alta rotação.

As turbinas a vapor são predominantes nas unidades industriais, devido ao baixo custo e

elevada eficiência. São acionadas por vapor superaquecido direto das caldeiras. Normalmente

uma turbina aciona dois ternos de moendas, havendo uma redução de velocidade até a faixa usual

de 3 a 7 rpm, que é a faixa usual de rotação das moendas.

O acionamento de um terno de moenda é feito através do cilindro superior, que é ligado à

última engrenagem motora (da turbina ou motor), sendo os movimentos transmitidos aos

cilindros inferiores através de engrenagens denominadas rodetes. O acionamento atualmente é

quase que apenas por turbinas a vapor.

3.1.7 – Cilindros das moendas

Cada cilindro ou rolo é constituído de um eixo de aço especial, que se assenta no castelo e é

fixado através de cabeçotes. O eixo é revestido por uma camisa, construída de aço especial que

lhe confere porosidade para facilitar a apreensão da cana, aumentando assim a capacidade de

moagem, com ranhuras (circunferenciais e transversais) que além de facilitar a apreensão da cana,

facilitam a drenagem do caldo extraído.

As ranhuras circunferenciais são constituídas de sulcos em V, cujo ângulo pode variar de 40

a 60º. As transversais facilitam a apreensão da cana inteira ou parcialmente esmagada, estando

presente no cilindro de entrada e superior.

A duração da camisa é função de várias variáveis, tais como material de fabricação, da

qualidade da fundição, da qualidade e quantidade da cana moída, podendo durar mais de uma

safra. Em caso de desgaste ou rupturas, devem ser trocadas, o que normalmente se faz na entre-

safra.

As dimensões dos cilindros (diâmetro e comprimento) seguem uma relação onde D/L seja

próxima de 1/2.

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Exemplo (Moendas DEDINI)

Dimensões: DxL (polegadas) Capacidade de moagem (TCH) 37 x 66 400 42 x 78 600 46 x 84 750 46 x 90 850 50 x 96 1000

Cilindros com L > 2D são mais econômicos em termos de gasto de potência.

3.1.8 – Raspadores ou pentes

Os raspadores ou pentes constituem-se de placas de aço ou ferro endurecido, dotadas de

ranhuras de passo semelhante ao do rolo em são acopladas. Sua finalidade é a de manter limpos

os cilindros superior e posterior quando em funcionamento. Estes raspadores são mantidos

justapostos aos cilindros em ângulo apropriado por meio de molas. O rola-cana dispensa os

raspadores, pois suas ranhuras são limpas pela bagaceira.

3.1.9 – Bagaceira

Bagaceira é uma peça localizada entre o rola cana e o rola bagaço, apoiada em um pedestal

ou fixa pelas extremidades aos castelos, por meio de dispositivos especiais. A bagaceira é

constituída de uma chapa metálica, levemente recurvada, de comprimento igual à distância entre

os castelos e largura tal que impeça a queda do bagaço entre os dois cilindros inferiores. Sua

função é conduzir o bagaço que sofreu um esmagamento para outro esmagamento.

A parte anterior da bagaceira é dentada, engrenando com o rola cana, servindo de raspador

para esse cilindro. A parte posterior, na mesma moenda, fica afastada de uma polegada do rola

bagaço, distância essa que vai diminuindo aos poucos, de moenda a moenda, e serve para

escoamento do caldo.

3.1.10 – Pressão nas moendas

O controle da pressão nas moendas tem por função manter constante a ação dos cilindros

sobre a cana, independentemente da espessura da camada de cana. Os cilindros não são rígidos,

mas apresentam uma flutuação conseguida por meio dos reguladores de pressão. Estes não só

regulam a pressão aplicada sobre o bagaço, graduando as aberturas, mas agem também como

fator de segurança dos rolos e da bagaceira, quando passa algum pedaço de ferro junto com o

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bagaço, ou quando a alimentação é excessiva. A pressão é exercida por meio do rolo superior,

através de sistema hidráulico, que possibilita a flutuação.

Os reguladores de pressão hidráulica devem ser especificados individualmente para cada

terno de moenda. Normalmente recomenda-se pressões hidráulicas crescentes do primeiro ao

último terno de moenda. Hugot recomenda uma pressão hidráulica na faixa de 100 a 110

kgf/cm2.

3.1.11 – Condutores intermediários

Transportam a cana de um terno a outro, em fluxo contínuo. Sua estrutura pode ser de

borracha vulcanizada ou taliscas metálicas. A alimentação da cana ao terno de moendas se dá na

grande maioria das vezes pelo Chute-Donnelly, o que implica em uma alimentação mais uniforme

e aumenta a capacidade. Trata-se de um recipiente metálico, em cujo interior há o acúmulo de

cana desintegrada, a ser moída no respectivo terno.. Em condições de funcionamento o chute-

Donnelly opera com volumes pré-definidos de cana, controlados por sensores eletrônicos, que

por sua vez, regulam a velocidade da esteira principal. Dessa forma, esse volume constante de

cana dentro do Donnelly contribui para fazer com que a cana seja forçada a passar pela abertura

de entrada do terno, de forma contínua e uniforme, resultando em aumento de capacidade de

moagem.

Ao final da fase de extração, tem-se caldo e bagaço, com teor de água de 48 a 52% de

água, e é produzida na ordem de 250 a 260 kg por tonelada de cana.

3.2 - Alimentação do Primeiro Terno

O primeiro terno é o que determina a capacidade de moagem, pois, o segundo terno

trabalha com somente 70% de capacidade, e daí para os demais decrescem em pequena

porcentagem. Sendo assim, a alimentação do primeiro terno é fundamental para um aumento da

capacidade e extração.

Existem três sistemas básicos de alimentação; através do bicão, da esteira forçada e do

sistema Donnelly. A alimentação através do bicão é o sistema tradicional, cuja inclinação da

rampa varia de 45º a 60º e altura de 2,2 a 3,5m. Esse sistema passa a ter um melhor desempenho

se a frente for fechada, com isso se tem uma maior densidade do colchão de cana, e desta forma,

se conseguirá um aumento de capacidade de moagem e de extração. A abertura frontal segundo

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Hugot é de 16 vezes a abertura de saída em trabalho em moendas sem rolo de pressão e 14 vezes

para aquelas com rolo de pressão.

A esteira de alimentação forçada é outro sistema utilizado para melhorar a alimentação do

primeiro termo da moenda. O acionamento é feito através de correntes movimentadas pelo eixo

do cilindro. O desempenho dessa esteira é melhorado quando se utiliza o tambor alimentador

(rolo de compressão). Esse sistema visa ajudar a alimentação proporcionada pelo impulso do

condutor, todavia esta ação é muito fraca para incrementar uma elevada moagem.

O melhor sistema de alimentação é o Chute Donnelly, o qual é um condutor quase

vertical, cuja a diferença de inclinação entre as chapas, anterior de deslizamento e a frontal, é de

dois graus. O posicionamento dessas chapas em relação aos rolos devem ser segundo o ângulo de

“pega”. Esse ângulo cresce com a rugosidade com a superfície dos cilindros e pode atingir o valor

máximo de 60º. Essa rugosidade se consegue através da aplicação de solda nas pontas e nas faces

dos frisos.

O sistema Donnelly favorece significativamente a capacidade e a extração. Em termos de

capacidade pode-se dizer que a cada 50 kg/m3 que se aumenta na densidade, se eleva a moagem

de 15 a 17%. A densidade da cana na entrada dos rolos pode variar de 400 a 600 kg/m3, em

função da carga na calha, cujo valor maior é de 4,0 m. Assim uma moenda 30 x 54”, cujo a

densidade da cana é de 400 kg/m3, a 6 rpm tem uma capacidade de moagem de de 122 TCH,

resultando um ganho de capacidade da ordem de 79%.

A extração do caldo do primeiro terno deve ser superior a 70% quando o sistema é bem

operado. A performance do primeiro terno é muito importante, principalmente em tandens

curto.

3.3 – Embebição

Mesmo submetendo o bagaço a pressões consideráveis e repetidas, nunca é possível

extrair a totalidade de seu caldo. Chega, a uma umidade mínima, 45 a 48%, em geral, nas

melhores condições 40%, isto é, conserva uma parte importante de caldo, representando

aproximadamente a metade de seu peso.

Para extrair a maior quantidade possível do açúcar contido no bagaço, recorre-se a um

artifício: como não é possível diminuir esta umidade, procura-se substituir o seu constituinte, o

caldo, pela água.

É este artifício que constitui a embebição.

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Com pressão seca, o limite de extração é alcançado muito rapidamente: após o primeiro

terno da moenda, a umidade do bagaço já cai para cerca de 60% ou para menos. Após o segundo

terno, está próxima a 50%. A partir do terceiro terno, já está próxima a 45%: pode-se considerar

que se extraiu, com pressão simples, tudo o que era possível extrair por este meio. Se, neste

momento, o bagaço é molhado com água, esta água se alastra no bagaço e dilui o caldo nele

contido. O terno seguinte deixará de novo o bagaço com sua umidade-limite, ou seja, cerca de

45%. Porém, esta umidade não será mais constituída pelo caldo absoluto, mas pelo caldo diluído:

portanto, extraiu-se açúcar, e esta operação pode ser repetida. Na realidade, como as diferenças

de umidade do bagaço são muito pequenas, é interessante iniciar a embebição a partir da saída do

primeiro terno: o aumento será obtido mais rapidamente, porque a grande quantidade de caldo

ainda contida no bagaço será com mais facilidade diluída e extraída. A quantidade de caldo

extraída é, então, praticamente igual à quantidade de caldo que teria sido extraída sem adicionar

água, acrescentada da quantidade de água de embebição. E a quantidade de açúcar extraída é

muito superior à obtida sem adição de água, porque a quantidade de caldo ainda no bagaço, a

qual, conforme se explicou, continua praticamente a mesma, é agora constituída pelo caldo

diluído, em vez do caldo absoluto.

3.3.1 - Embebição Simples

O sistema mais simples que se pode imaginar é acrescentar água ao bagaço após cada

moenda. Este processo é denominado “embebição simples”. Acrescentando a água em um só

ponto, por exemplo, entre as duas últimas moendas, este processo se chama embebição simples

única. Se a água é acrescentada de duas vezes, entre a antepenúltima e a penúltima moenda e,

depois, entre a penúltima e a última, é chamado embebição simples dupla. Da mesma maneira

acontece para a embebição simples tripla etc.

Figura 3.4 – Embebição Simples

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3.3.2 – Embebição Composta

A embebição simples consome muita água, que deverá ser evaporada depois. Partindo da

embebição simples única, observou-se que o caldo diluído da última moenda é quase como a

água: por isso, foi utilizado para ser novamente adicionado antes da penúltima moenda. Isto se

denomina a “embebição composta” e, neste caso, é dupla. Utilizando ainda o caldo assim obtido

na penúltima moenda, para enviá-lo à moenda precedente, isto se torna uma embebição tripla; e

assim por diante.

Para se obter bons resultados será necessário o uso de embebição composta a elevadas

taxas de água da ordem de 30% com (240% fibra) e a uma temperatura entre 60 a 80°C.

Figura 3.5 – Embebição Composta

3.4 – Rolo de Pressão e Rolo de Compressão

Estes sistemas auxiliares de alimentação contribuem muito para a alimentação dos ternos

da moenda. O ganho de capacidade devido ao rolo de pressão é considerado como sendo da

ordem de 15% e do rolo de compressão de 5%.

O consumo de potência devido ao press-roller é função da massa de cana ou bagaço e é

estimado em 5 a 10% ao consumo de potência atribuída à moenda. A sua regulagem é de 5 a 6

vezes a abertura de saída em trabalho. Para moendas que trabalham com rolo de pressão

engrenado com o rola-cana, a distância entre o fundo do friso do primeiro para o topo do

segundo deve ser ao redor de 15 mm. Deste modo, evita-se o encabelamento do rolo de pressão.

O rolo de compressão é normalmente um tambor que trabalha sobre o colchão de cana

ou bagaço, orientando e forçando a “pega” das moendas. O seu trabalho é muito importante

quando o transporte entre moendas é feito através de esteira de talisca ou de borracha, evitando

que o bagaço passe sobre o cilindro superior.

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3.5 – Regulagem das Moendas

A regulagem da moenda se inicia com os trabalhos de manutenção de entressafra, onde

os nivelamentos, alinhamentos e esquadrejamentos são cuidadosamente observados, partindo-se

das turbinas de acionamento para as moendas. Esse procedimento é obedecido, pois, as

distorções devem ser observadas e corrigidas nas moendas. O nivelamento deve ser realizado

com níveis de precisão da ordem de 0,01 a 0,04 centésimos de mm/m linear. Nos castelos

inclinados verificar o avanço entre o eixo da intermediária e a da moenda, onde o primeiro deve

estar adiantado de 2,6 a 3,0 mm.

Os cálculos relativos às aberturas das moendas e assentamento da bagaceira são de

fundamental importância para o bom desempenho da moenda, em termos de capacidade e

extração.

A relação entre abertura de entrada em trabalho e abertura de saída em trabalho varia de

acordo com o grau de preparo da cana, com o estado de conservação dos cilindros, com a

existência de press-roller, etc. No caso da moenda possuir press-roller, a relação de abertura em

trabalho e saída deve ser de 1,8 a 2,0 e quando não possui, varia de 2,3 a 3,0 da primeira à ultima

moenda.

A posição da bagaceira alta prejudica a moagem, aumentando o consumo de potência e

implica em maior desgaste da bagaceira, por outro lado, bagaceira baixa dificulta o

encaminhamento do bagaço e o rolo de saída tem dificuldade de “pega”, reduzindo a capacidade.

Deste modo, a posição da bagaceira é fundamental para o processo de operação da moenda.

3.6 – Pressão Hidráulica

As moendas sem recursos técnicos não possuem controle de pressão e com isso estão

sujeitas a uma série de riscos mecânicos.

Atualmente esse controle é realizado com o auxílio de reguladores hidráulicos, instalados

nos cabeçotes superiores das moendas para perfeita flutuação dos cilindros superiores.

Para melhorar o trabalho do sistema hidráulico, as unidades industriais buscam substituir

o cabeçote por outro, cujo pistão possua maior diâmetro, elevando a pressão hidráulica

específica, e, conseqüentemente, a força aplicada ao colchão de bagaço. Entretanto, essa escolha

tem que ser baseada em cálculos, pois isso acarreta um maior consumo de potência e maior

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pressão nos mancais, a qual está limitada a um máximo de 100 kgf/cm2. Altas pressões e baixas

velocidades possibilitam as mais eficientes moagens para extração, conquanto reduza a

capacidade. Todavia, como já se mencionou, a pressão aplicável fica limitada pela resistência

mecânica da moenda. A pressão a ser utilizada é aquela que permite o rolo superior flutuar para a

capacidade de moagem estabelecida.

3.7 – Velocidade dos Cilindros

A massa de cana que passa através dos cilindros é função da abertura de regulagem do

comprimento do cilindro e da velocidade periférica, os quais determinam basicamente a

capacidade de moagem.

De um modo geral, tem-se dado preferência por uma velocidade decrescente da primeira

à ultima moenda, visando maior capacidade. O mais comum entre técnicos é mencionar a rotação

da moenda (rpm), porém, o correto é expressar em velocidade periférica (m/min). Pode-se

observar que, duas moendas operando à mesma rotação têm velocidades periféricas distintas,

assim, uma moenda de 30”x54” com 6 rpm está com velocidade de 14,4 m/min ao passo que

uma moenda de 37”x78” naquela rotação, tem uma velocidade de 17,7 m/min. No Brasil , tem-

se estabelecido como velocidade periférica limite como 20,0 m/min, devido principalmente à

resistência dos materiais e o efeito negativo sobre a extração de açúcar. Todavia, existem técnicos

em outras regiões do mundo, trabalhando com velocidade periférica de até 36,0 m/min.

Altas velocidades são sempre prejudiciais à extração, devido à reabsorção causada pelo

deslizamento, conquanto favoreça a capacidade.

3.8 – Tipos de ranhuras

Os tipos de ranhuras utilizadas são as circufer6encias, transversais (chevrons) e canais de

drenagem (Messchaerts).

As ranhuras circunferências com sulcos em V são caracterizadas pelo passo, ângulo e

altura. Os passos mais comuns são de 1 1/2”e 2”, conquanto se tenha de 1”. Tem-se adotado

ranhuras com passo nas primeiras moendas e menores nas últimas.

Atualmente, não se justifica utilizar frisos com passo maior que 2”, devido ao melhor

preparo através dos desfibradores.

A adoção deste ou daquele passo, é função do teor de fibra da cana, da moagem, e,

principalmente, do estado de limpeza da cana, dentre outros. Quanto ao ângulo de friso, a

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tendência atual é usá-lo entre 35 e 45º. Os frisos mais agudos melhoram a “pega” de cana e a

drenagem do caldo. Quanto menor o ângulo do friso, maior é a superfície e a altura, tornando-os

mais suscetíveis a danos causados por pedras e pedaços de ferro.

Hoje se tem procurado associar diferentes passos e ângulos nos diversos termos ao longo

do tandem, visando satisfazer tanto a capacidade como a extração. Os frisos de 35º tem o atrito

entre o bagaço e rolo aumentado de 3,3 vezes, ao passo que com 45º o aumento é de 2,6 vezes.

As ranhuras transversais somente se justificam nos cilindros superiores e na entrada,

quando a moenda não possui press-roller, ou, no superior, quando não se dá a devida atenção

para o uso de solda nos frisos.

De um modo geral, com o uso de chevrons há uma perda de superfície, com o aumento

de bagaço no caldo, além de ser uma região de baixa pressão que prejudica a extração.

O friso tipo messchaerts somente pode ser usado no rolo de entrada, para melhorar a

drenagem do caldo. Esse canal de drenagem geralmente tem 6,0mm de largura por 25,0mm de

profundidade. O seu emprego sempre contribuiu para aumentar a quantidade de bagaço no

caldo.

3.9 – Percentagem de Fibra na Cana

A fibra de cana é fator negativo tanto para a capacidade quanto para a extração, mas ela é

responsável pelo balanço térmico da indústria, devendo-se ter um valor de equilíbrio entre eles.

Quando se envia cana com muita palha se aumenta o peso do bagaço. E essa palha

absorve caldo causando maior perda de açúcar para uma mesma pol de bagaço.

Tem-se considerado que a elevação de 1,0% de fibra na cana causa uma perda de 1,5% na

extração. A cana padrão é aquela com 12,5% de fibra, abaixo desse valor a capacidade de

moagem cresce, e, acima, decresce.

3.10 – Eletrodo de Solda nos Cilindros

A aplicação de soldas nos frisos tem a finalidade de aumentar a alimentação das moendas,

devido ao maior atrito causado pelo aumento do ângulo de “pega”, que pode pegar a 60º.

São dois tipos de solda: picote e chapisco. O picote é feito na crista do friso. Quando o

eletrodo utilizado tiver elevadas propriedades mecânicas, será necessário aplicar uma almofada,

com eletrodo de fácil liga com o rolo de difícil soldagem. Os picotes são feitos com rolo e o

chapisco nos flancos dos frisos deve ser aplicado a 1/2 a 2/3 de sua altura, a partir do topo.

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A deposição do material, carbetos de cromo em glóbulos, deve deixar a superfície

altamente rugosa. Os chapiscos podem ser aplicados com o rolo parado ou em operação.

O emprego de solda favorece a capacidade, mas também a extração à uniformidade de

alimentação. Considera-se que a unidade do bagaço é reduzida de 2 a 3% e a pol da ordem de

1,0% , quando essa técnica é corretamente observada. O emprego de solda reduz o desgaste dos

cilindros tanto no diâmetro como nas faces.

3.11 – Controle do Desempenho das Operações

Para se chegar as medidas tomadas foram acertadas, será necessário adotar métodos de

avaliação que julguem o desempenho das operações.

No caso do julgamento do sistema de preparo da cana por desfibradores, utiliza-se o

índice de preparo, onde se pode constatar de células que se rompem durante a operação.

Esse índice consiste de uma relação entre as leituras polarimétricas no extrato obtido no

aparelho de “Open clles” o do digestor a frio vezes 100. Como já foi citado, este valor deve ser

entre 80 a 85% nos desfibradores horizontais e 90 a 92% para os verticais.

No caso das moendas pode se recorrer à curva de Brix, à extração e aos cálculos

tecnológicos das extrações.

A curva de Brix ajuda na observação individual de cada terno, pois oferece uma relação da

quantidade de sólidos extraídos em cada conjunto, se conhecendo a quantidade de entrada no

terno e a que saiu. Essa relação dá a condição para se manter atento sobre um determinado terno

em específico ou no conjunto deste como um todo. Este é um sistema prático e rápido para se

julgar o desempenho das moendas.

Um outro modo, e bastante comum, é a observação da extração das moendas. As

unidades com maior desempenho têm uma extração de até 98%. Entretanto, no Brasil, as

unidades que conseguem obter os resultados mais satisfatórios atingem uma extração total da

ordem de 96%.

O sistema que oferece parâmetro mais seguro para a interpretação da eficiência das

moendas é aquele que, através dos cálculos tecnológicos, dá extrações relativas, individuais e

totais, e ainda os dados para curva de umidade de bagaço, de Brix e extração de caldo do

primeiro terno. Esse sistema consiste em se amostrar, de modo contínuo, num intervalo de

tempo superior a 5 min, cana, caldos e bagaço, terno a terno.

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3.12 – Peneiramento do Caldo

O caldo de cana extraído pelas moendas contém certos materiais em suspensão que

devem ser removidos pelo peneiramento, sendo esta a primeira operação de purificação do suco

extraído. Dentre estes resíduos estão a areia e a terra, que a lavagem da cana não conseguiu tirar,

e o bagaço fino, conhecido como bagacilho.

Este último, geralmente em maior quantidade no caldo, se origina nos desfibradores de

cana e passas para o caldo ao cair entre os rolos de moenda e a bagaceira. Dependendo da

variedade de cana processada, da eficiência dos desfibradores e da regulagem das bagaceiras, a

quantidade de bagacilho pode aumentar ou diminuir.

Se o bagacilho não for removido do caldo, causará sérios problemas nas etapas seguintes

de fabricação do álcool, tais como: o entupimento de bombas, canalização e tubulações de

aquecedores e evaporadores, incrustações nos trocadores à placa, efeitos negativos à fermentação,

acúmulo deste material nos pratos das centrífugas e bandejas das colunas de destilação, etc.

As peneiras mais utilizadas em usinas são as do tipo cush-cush, vibratória e estacionária.

Geralmente, tem-se uma peneira vibratória ou estacionária, após uma cush-cush.

3.12.1 – Peneiras Cush-Cush e Rotativas

As peneiras Cush-Cush são constituídas por uma tela fixa horizontal. Lateralmente, a

peneira possui chapas metálicas dispostas verticalmente, guarnecendo-a.

Esta peneira está instalada, geralmente, junto das moendas, no lado oposto ao

acionamento das mesmas, e recebe o caldo extraído diretamente sobre sua superfície, o qual

escoa para ela através de calhas. O bagacilho retido é enviado de volta à moagem, geralmente na

alimentação do primeiro ou segundo ternos da moenda.

Uma outra opção é o uso de peneiras rotativas, as quais estão cada vez mais comuns nas

unidades industriais.

3.13 – Extração do Caldo de Cana por Difusão

O processo de extração sólido-líquido é também chamado de “difusão”, é aplicado em

equipamentos chamados “difusores”.

O processo consiste na extração da sacarose contida nas células da cana-de-açúcar,

através da lavagem em contracorrente.

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Antes da extração pelo difusor, a cana deve ser preparada igualmente para as moendas, ou

seja, passa pelo processo de desnaturação mecânica, no qual, por intermédio de picadores (facas)

e desfibradores, as células contendo sacarose são abertas para facilitar a extração.

As células que não foram abertas pelo processo anterior passam pela desnaturação

térmica, que, por ação do calor, torna possível a extração da sacarose.

Este fenômeno se dá dentro do difusor, sempre mantendo o caldo em recirculação em

torno de 70°C.

Existem os difusores de cana e os de bagaço. Os primeiros são alimentados com cana

desfibrada com 90% de células abertas. Os segundo têm, antes, uma moenda que extrai de 60 a

70% do caldo da cana.

A seguir, na figura 3.3, é mostrado o esquema de moagem da Usina Jardest.

Os difusores de cana constituem-se de um túnel de chapa de aço; sua secção é retangular

e sua largura, determinada pela capacidade desejada.

A cana preparada é aquecida a 70°C por intermédio do caldo quantidade de recirculação,

que passou por aquecedor de caldo/vapor. Com esta temperatura não se tem quase nenhuma

ação de bactérias. A camada de cana é transportada, dentro do difusor, sobre telas perfuradas por

meio de corrente de barra de arraste.

Pouco antes do fim do processo, é adicionada água de embebição à 80°C. Esta água

percola através da camada de cana e das perfurações da tela metálica do fundo. Durante a

percolação, a água dissolve o açúcar e é recolhida numa tremonha abaixo da tela, sendo

bombeada a seguir ao estágio anterior.

O caldo bombeado passa pelo estágio anterior e volta a percolar, e assim, sucessivamente,

até chegar ao estágio inicial, atingindo a concentração máxima no lado da entrada do difusor.

No final do difusor, o bagaço com 70 a 75% de umidade deve ser passado por uma

moenda para se obter bagaço com umidade de 50-52%.

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Figura 3.3 – Esquema de um Difusor

Figura 3.4 – Difusor em Operação

Figura 3.5 - Difusor (Vista interna)