Prof. Msc. Clauber Dalmas Rodrigues

1

CETEC Dourados

INTRODUÇÃO

Impactos das perdas

Rentabilidade

Competividade

Ambiental

Causas das Perdas: Agrícola e Industrial

Físicas

Químicas

Microbiológicas

Determinadaságua de lavagem; bagaço, torta, multijatos, águas

residuais, mel final, vinhaça e flegmaça.

IndeterminadasErros de medições (amostragem e análise),

preparo de cana, decomposição de açúcares, ação de microrganismos, estacionamento, paradas, reprodução e manutenção

Perdas esperadas

em função do potencial da unidade produtora.

Perdas adicionais

Classe de Perdas

Perdas na Matéria-

Prima

Partes da planta

5

Colmo

Folhas

secas

Folhas

VerdesPonteiro

Fonte:

Paes e Oliveira

CTC, 2005

Fonte: FERNANDES, Antonio Carlos. Cálculos na Agroindústria da cana-

de-açúcar. 2ª.ed. Piracicaba, STAB, Cap.1, 2003.

Composição da Matéria-Prima

glucose +

frutose

1%

fibra

10-16%

Caldo

84-90%

sacarose

16%

Sólidos Solúveis- Áçúcar;- Sais mineirais

Sólidos Insolúveis:- Fibra: celulose, pentosana, lignina, etc…- Matérias estranhas: impureza vegetal (folhas), raízes, impureza mineral (areia, terra), etc..,

Cana-de-

açúcar

Fibra10-16%

Celulose

Pentosana (xilana, arabana, etc).

Lignina

Caldo84-90%

Água75-82%

SólidosSolúveis10-25%

Áçúcares15,5-24%

Sacarose14,5-24%

Glicose 0,2-1,0 %

Frutose 0,0-0,5%

Não-açúcares1-2,5%

Orgânicos0,8-1,8%

Aminoácidos

Gorduras, ceras

Matérias corantes

Ácidos, etc

Inorgânicos

SiO2, K2O, Cl

P2O5, CaO

MgO, Na2O

Fe2O3, SO3

As perdas já se iniciam no campo, no momento em que a cana foi cortada até ser entregue na usina.

Queima da cana

Corte

Transporte

Descarregamento

Esmagamento por máquinas

etc

Os microorganismo que chegam à indústriavão encontrar condições ideais ao seudesenvolvimento.

O caldo de cana constitui um ótimo meio de cultura que estimula o desenvolvimentosmicrobiano considerando-se a suacomposição de sais minerais e carboidratos, atividade de água, pH e temperaturafavoráveis.

Depois de cortada, a cana queimada e a não queimada deterioram rapidamente após 48 horas.

Na cana queimada que não é cortada a deterioração é maior após este período.

A cana não é afetada por ser queimada, mas sim a velocidade com que a deterioração aumenta.

A a velocidade de deteriorização é mais acentuada se chover no período, e neste caso a cana queimada deveria ser cortada o mais breve possível

cana picada deteriora mais rapidamente (maior superfície exposta).

Muitas vezes a cana não é cortada na parte mais baixa, deixando na soqueira a parte mais rica da cana.

Cana com ponta pode reduzir ligeiramente a extração das moendas pelo aumento de fibra ou pela absorção de caldo quando passa pelas moendas aumentando a perda no bagaço.

Algumas definições

BrixPorcentagem de sólidos solúveis em

solução

POL Porcentagem de Açúcar dissolvido no meio

Pureza Razão POL/Brix

AR(Açúcares

Redutores)

Açúcares redutores – assim chamados por

reduzirem o cobre (licor de Fehling) de Cu

(II) para Cu (I)

ART(Açúcares

Redutores Totais)

POL + AR

ATR(Açúcares totais

recuperáveis)

Açúcares redutores, teoricamente

recuperáveis pelas usinas

Qualidade da matéria - prima

A qualidade da matéria – prima é fundamental por ser a principal entrada de contaminantes na indústria.

Fatores relacionados com a matéria –prima:Tempo de queima;

Pragas (brocas, cupins, etc.);

Tipo de colheita impureza mineral;

Forma de armazenamento;

Clima.

Hora pós – queima ou corte

Com temperatura elevada (800 a 1.000°C), a cana tende:

Rachamento da casca;

Exudação do caldo;

Porta de entrada dos microorganismos;

Elevação da contaminação microbiana (bactérias e leveduras selvagens).

Infestação de Pragas

Brocas, cupins, migdolus, etc.

Aumenta a área de contato com o meio externo;

Podridão vermelha;

Porta de entrada para os microorganismos;

Difícil visualização e detecção;

Reflexo só percebido após o processamento.

Cigarrinha

Impurezas da cana (%)

Mineral

Terra – maior concentração de microorganismos

Vegetal

Folhas – bainhas com maior unidade – favore a proliferação de microorganismos;

Palha – aumento da fibra processada

Outros.

Clima

Temperatura ambiente e umidade relativado ar:

Temperatura e umidade elevada favorece a açãodos microorganismos;

Umidade elevada favorece a retirada de canacom alta impureza mineral.

Geada

Perdas na Indústria

Descarregamento / Estoque;

Lavagem da cana;

Extração;

Tratamento de Caldo (torta);

Fermentação;

Destilação

Água de Lavagem de Cana

Água de Lavagem de Cana: Crime! – sob ponto de vista de perdas no processo;

Em média 1% da sacarose total que estásendo alimentada é perdida na lavagem;

Ação com alto impacto ambiental.

Alguns Cálculos

◦ * valor fictício para facilitar os cálculos.

◦ Cotação em 13/06: R$0,3696/kg ATR(fonte: site UDOP)

◦ 1 kg ATR produz 0,59126 litros de etanol hidratado

◦ Cotação etanol hidratado: R$758,00/M3 (fonte: reunião SOP –ETH).

Moagem Safra: 4.000.000 ton1 kg ATR = R$ 0,3475 *

ATR médio = 130 kg/tc

ATR em um ano = 520.000.000 kg/tcreceita = R$ 180.700.000,00

produz 307.455.200 Litros etanol hidratado

com um 1% de perda = 3.074.552Litros etanol hidratado perdidos

ou 93 caminhões (33mil L)

perda de 1% de ATR =perda de 0,1% de ATR =

R$ 1.807.000,00R$ 180.700,00

Natureza das perdas de ART Valor

atual (%)

Perda na lavagem de cana 0,47

Perda na extração 3,73

Perda na torta 0,54

Perda na fermentação 5,17

Perda na destilação (devido à vinhaça) 0,18

Perdas indeterminadas 4,05

Total 14,14Fonte: CGEE, 2009

Extração do caldo

Extração de Caldo

Segunda maior perda em uma unidadeprodutora de etanol, perdendo apenas paraas perdas na fermentação;

Apresenta condições propícias para o crescimento de microorganismos:◦ Temperatura e pH;

◦ Açúcar disponível;

◦ Lay-out da moenda – dificuldade em assepsia.

Perda x Equipamento para extração(considerando índice de preparo 88-92%:

Moendas com 4 ternos:6%

Moendas com 5 ternos: 5%

Moendas com 6 ternos: 4%

Difusor: 2-3%

Baixo índice de Preparo “Open Cell”

Reembebição

Tempo de retenção

Tratamento térmico

de caldo

Aquecimento no Tratamento de

Caldo

Subprocesso mais importante na fabricaçãodo álcool

Promove assepsia no caldo – temperaturas entre 110 – 112 ° C redução para níveis de 101bactérias/ml ;

Favorece uma boa decantação (flash) menoscaldo no lodo, menor possibilidade de perda de sacarose

Perdas na torta – Ideal: menor que 0,30 %.

Trocadores de calor x contaminação

Assepsia no Trocador de Calor de

mosto (À placas)

Ponto crítico de recontaminação do mosto.

Recomendação

◦ Trocadores limpos e embom estado (semtrincas)

◦ Uso de flegmaça naassepsia

Uso da flegmaça:

Redução da recontaminação do mosto para 102

bactérias/mL

Redução de mão-de-obra;

Redução de insumos.

Limpeza adequada das dornas

Menor incrustação

Menor contaminação

Menor uso de antibióticos e ácido

Maior eficiência na fermentação

Perdas da fábrica de

álcool

Rendimento da fermentação

O processo de fermentação é a forma de “enganar” a levedura levando-a a produzir o máximo de etanol e o mínimo de outros produtos.

O que se deseja de um processo fermentativo:Elevado rendimento;

Uniformidade na produção de metabólitos para a levedura;

Qualidade do produto final (ETANOL!)

Rendimento na Fermetação

Média: 90% ou seja, 10% de perdas!!!

Maior perda das destilarias (unidades produtoras de açúcar e álcool – depende do mix de produção);

Principais causas que

podem afetar o

rendimento fermentativo

Tipo de fermento

Multiplicaçaodo fermento

Produção excessiva de

glicerol

Quantidadede bactérias

Perda de açúcar no

vinho bruto

Morteexessiva de

fermento(viabilidade)

Perdaexcessiva de

fermento

Queda de viabilidade

MORTE DE FERMENTO

NA FERMENTAÇÃO

MORTE DE FERMENTO

NAS PARADAS

MORTE DE FERMENTO

NO TRAT. ÁCIDO

Inibidores do Caldo

Teor de Álcool no Vinho Bruto

ART do Mosto Temperatura

Temp.

Mosto

Temp.

da Água

Tempo de “espera” para centrifugação

Nutrientes do Caldo Paradas

Excesso de Dornas

Temperatura

pH

Teor de Álcool

Tempo sem açúcar

Fim Reservas Internas

Teor de Álcool do Leite Diluído

Tempo de Tratamento

Método de Adição de Ácido

Conc. Separadoras

pH Trabalho

Temp. Processo

Temp. Água Tratamento

Temp. do Leite

viabilidade

Perda de fermento

PERDA DE FERMENTO

DESCARTES CENTRIFUGAÇÃO

RUPTURA DA CÉLULA

Fundo de

Dorna

Separadoras

Sujas Floculação

Bicos

Trat. Ácido

Temp. de

Processo

Tempo de Espera

Contaminação Bacteriana

QUANTIDADE

DE BACTÉRIA

MULTIPLICAÇÃO DAS

BACTÉRIAS

ENTRADA DE

BACTÉRIAS PELA ÁGUA

ENTRADA DE BACTÉRIAS

PELO MOSTO < 1,5 X 101

REJEIÇÃO DE BACTÉRIAS MORTE DE BACTÉRIAS

NO TRAT. FERMENTO

Limpeza Dornas

Temp.

Fermentação

Pontos Mortos

Impurezas no

Mosto

Pontos Mortos Baixa taxa de redução

bacteriana no Trat. Caldo

Limpeza Troc.

Calor

Tempo Tratamento

pH Trabalho

Ø dos Bicos

Impurezas no Mosto

Tipo de Separadora

Concentração do Leite

Espaçamento Pratos

% Fermento no vinho Bruto

Floculação

Polimento dos

PratosDextrana no Mosto

(Viscosidade)

Bactérias

Tipo de Fermento

Qualidade da Cana

Células de levedura Bactérias

Nota: Índice de Contaminação

O Índice de Contaminação Bacteriana é medido pelo número de célula por ml, por esse número ser extremamente alto, são utilizadas potências para descrever esses números.

Ex:Quando se diz que o número de bactéria está em 2,5 X 106 cel/ml isto significa que:

A população de bactéria existente no meio é de

2,5 X (10x10x10x10x10x10) cel/ml ou

2.500.000 cel/ml.

Evolução no controle da

contaminação bacteriana na

fermentação

Década Níveis de

contaminação

Rendimento

Fermentação

(máx.)

70 108 88,0%

80 107 90,0%

90 106 91-92%

00 104-105 92,5%

Fonte: http://www.editoravalete.com.br/site_alcoolbras/edicoes/ed_91/ed_91_2.html

Excreção compostostóxicos às leveduras Acúmulo de ácidos

com o decorrer dos ciclos fermentativos

Ácido láticoaumenta

produção de glicerol

Inibição/mortedas levedurasAumentos do

tempo de fermentação

Floculação

Sobras de açúcar no

final dafermentação

Consumo de açúcares

Elevado brotamento

MULTIPLICAÇÃO

DO FERMENTO

EXCESSO DE

NITROGENIO NO

MOSTO MAIOR 200

ppm

CONCENTRAÇÃO

DE ÁLCOOL NA

DORNA 8,5 A 9,5%

TEMPO DE

ALIMENTAÇÃO DA

DORNA MÍN. 4h

PERDA DE

FERMENTO

MORTE DO FERMENTO

(VIABILIDADE) MÍN.

80%

Açúcar no Mosto

Descartes

Centrifugação

Vazão de Caldo

N˚ de Dornas Disponíveis

Pontos Mortos

Morte no Trat.

Ácido

Morte na

FermentaçãoMorte nas

Paradas

Sobra de açúcar no vinho bruto

PERDA DE

AÇÚCAR NO

VINHO BRUTO

BAIXA FORÇA

FERMENTATIVA VAZAMENTOS

TEMPO DISPONÍVEL

PARA FERMENTAÇÃO

BAIXO

Concent.

Fermento na

Dorna

Temperatura

Viabilidade

Nutrientes do

Mosto

Inibição

Concent. De

Álcool

Açúcar do

Mosto

Volume de

Dornas

Vazão de Mosto

Excesso de glicerol

PRODUÇÃO DE

GLICEROL

STRESS

TIPO DE

FERMENTO

MULTIPLICAÇÃO

DO FERMENTO

Tempo de Alimentação

de Dornas

Morte de

Fermento

Conc. Álcool

na Dorna

Perda de

Fermento

Inibidores

Tempo

sem Açúcar

Tempo de Alimentação

de Dornas

Tempo de espera para

centrifugação

Paradas

Tratamento Ácido

Contaminação Início

de Safra

Contaminação

do Mosto

Fermento do

Início de Safra

Impacto da floculação*

Diminuição da superfície de contato entre células de leveduras e meio fermentativo

Aumento do tempo de fermentação

Diminuição da concentração de levedo nascentrífugas

Aumento do poder tamponante do vinho

Maior uso de ácido

Morte das leveduras/inibição da fermentação

Menor rendimento da fermentação

*Fonte: VALSECHI, 2007

Outras perdas na fermentação

Transbordamento de espuma/vinho

Excesso de produçãode levedura

Controle

◦ Controle de nível

◦ Automatizaçào daadição de anti-espumante

◦ Controle do Brix no enchimento da dorna

Principais perdas na

fábrica de açúcar

Principais perdas na fábrica de

açúcar – controle de pHVariação máxima de pH entre 6,9 a 7,1Açucares invertidos em presença de excesso de

cal formam ácidos orgânicos que levam a inverter uma maior quantidade de sacarose.

A taxa de inversão de sacarose é função do pH , da temperatura e do tempo

A redução em 1 ponto de pH implica em um aumento da inversão em 10 vezes

Para valores acima de 7,1 de pH temos a degradação dos açúcares redutores. No caldo a faixa de açúcares redutores gira em torno de 0,7%.

Principais perdas na fábrica de

açúcar – controle da temperatura

Altas temperaturas causam inversão da sacarose e destruição dos açúcares redutores. A elevação de 10 oC na temperatura aumenta a taxa de inversão em 280 %.

No caso dos aquecedores também pode-se ocorre a caramelização

No IX Congresso do ISSCT, HONIG avaliou a degradação de açúcares redutores em 1% por hora, a 100 oC e com um pH próximo de 7,0.

Controle de nível dos tanques

Controle de nível nos tanques pulmão, sulfitado, dosado, clarificado.

Este controle visa eliminar os problemas de derramamento dos tanques, como também reduzir o tempo de retenção do caldo ao máximo possível,

LIC

Setor de clarificação e tortas dos

filtros Monitoramento de

temperatura para minimizar as perdas por degradação microbiológica -Formação de ácido láctico

Controle de nível na bacia do filtro rotativo

Em alguns trabalhos elaborados na África do Sul indicam que as perdas por formação de ácido láctico chegaram a atingir 1%, em relação ao açúcar presente no caldo filtrado, o equivale a aproximadamente a 0,2% do açúcar da cana.

Pré-evaporação

Na pré-evaporaçãopode haver perdaspor decomposição térmica, caramelização e arraste

Controle

◦ Vazão da alimentação

◦ Nível de cadaevaporador

Evaporadores

Mesmasconsideraçõesapresentadas nospré-evaporadores

Perdas pordecomposiçãotérmica e arraste

Cada vez maisutilizados o vapor V2 nas áreas de aquecimento de caldo e cozimento

Xarope fornecido aosetor de cozimento naconcentraçãoadequada minimiza o arraste de vapor

Controle◦ Vazão

◦ Nível

◦ Brix

◦ vácuo

cozimento

Perdas por arraste (bastante significativas e relacionadas com a operação), caramelização, inversão por decomposiçãotérmica

Cozimentos de baixo Brix e baixa pureza levam o cozimento a uma maior recirculação de mel causando o reaquecimento dos mesmos gerando inversão e decomposição da sacarose.

As perdas no setor de cristalização podem chegar a 1% (Payne e Tompson). Estas perdas poder ser minimizadas utilizando-se um sistema automático de cozimento, onde estão correlacionadas as variáveis nível, brix, vazio e temperatura

Destilação

As principais perdasocasionadas porinstabilidade do vapor está nascolunas de destilação.

Perdas na vinhaça e flegmaça abaixo de 0,3% de álcoolproduzido.

Recomendação

◦ Controle na pressão e temperatura das colunas de destilação

◦ Monitoramento das temperaturas dos condensadores

expedição

Perdas naquantificação dos produtos à granel

Sugestão

◦ Balanças automáticasde açúcar

Amostragem

Monitoramento e coleta de amostra no controle de perdas em meios líquidos

Amostragem contínua

Amostragem contínua proporcional

Referências

http://www.editoravalete.com.br/site_alcoolbras/edicoes/ed_91/ed_91_2.html

ANGELIS, Dejanira F. Contaminação Bacteriana na Fermentação Etanólica. Apresentação. Disponível em: http://www.cca.ufscar.br/~vico/Contaminacao%20bacteriana%20na%20fermentacao%20etanolica.pdf

STUPIELLO, José Paulo. Perdas agroindustriais: classes, metodologias, identificação e quantificação. Apresentação do SimpósioInternacional STAB-Sul. 17 a20 de março de 2003

VALSECHI, Otávio A. Perdas no Processo: do campo à Indústria. II curso de monitoramento teórico e prático da fermentação etanólica. 11 de fevereiro de 2008. Disponível em: http://www.cca.ufscar.br/~vico/2%20monitoramento/1%20Perdas%20no%20processo.pdf

CGEE. Bioetanol combustível: uma oportunidade para o Brasil. Brasília, DF: Centro de Gestão e Estudos Estratégicos, 2009.