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Especificao Tcnica ET-95/335

Resumo das Frmulas de Rendimentos

e Eficincia Utilizadas na Indstria

Aucareira do Brasil

Piracicaba, Agosto de 2014 Manoel L. de Almeida

Piracicaba Engenharia Sucroalcooleira Ltda.

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1. Simbologia A = Produo de acar no perodo considerado em sacos de 50 kg. Pol = Pol do acar produzido. Pu = Pureza da cana F = Fibra da Cana L = Litros de Etanol produzido convertidos a 100 INPM a 20 C. PC = Pol da cana no PCTS. C = Cana processada no perodo em ton. Re = Relao estequiomtrica, definida atravs da transformao dos acares redutores em etanol e considerando-se a massa especfica do etanol puro a 20 C. o inverso do conhecido fator 0,6475 e igual a 1,544.

= 1,544 0,95 = 1,467

ARC = Acares redutores presentes na cana e possveis de serem transformados em etanol.

ART = Acares redutores totais fermentescveis, isto , possveis de se transformarem em etanol. a Pol convertida em AR mais os ARCs presentes na cana.

=

0,95+

ATR = Acares totais recuperveis expressos em acares redutores - utilizado

para o pagamento da cana conforme critrios do CONSECANA.

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2. Teoria

122211 + 2 6126 + 6126 +

+ + +

342 + 18 180 + 180 + 9

Portanto, de 1,0 g de sacarose obtemos: 360/342 = 1,0526 g de AR.

26126 43 2 + 42 +

2 180 4 46 + 176 2 + 32,6

360 184

100

= 51,11 Portanto em cada 100 g de AR, obtemos 51,1 g de etanol absoluto. Transformando em volume a 20C:

= 0,8093 = 0,7893

= 0,7915

=51,11

0,7893= 64,753

Ento, em 100 g de AR obtemos:

48,89 g de CO2

51,11 g de Etanol abs.

64,755 ml de Etanol abs (20C)

9,06 kcal Liberao

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3. Pagamento da Cana - CONSECANA-SP

Considera, para a remunerao da cana-de-acar, os seguintes parmetros:

Perdas industriais ................................ 8,5%

Eficincia de fermentao ................... 89,0%

Eficincia de destilao ....................... 99,0%

Participao na matria prima: Acar ...................................... 59,5% AH e AA ................................... 62,1%

Fatores de transformao de: acar (branco e VHP), AH e AA em ATR,

utilizados pelo CONSECANA:

1 kg acar branco equivale a * ................... 1,0495 kg ATR

1 kg acar VHP equivale a ** ...................... 1,0453 kg ATR

1 litro de AH equivale a ................................. 1,6913 kg ATR

1 litro de AA equivale a ................................. 1,7651 kg ATR Obs.:

*Acar especial com 99,7 Z e 0,04% umidade; ** Acar VHP com 99,3 Z e 0,15% umidade.

4. Frmulas

Clculo do ATR (CONSECANA)

= (9,5263 ) + (9,05 ) = 0,915

Onde: = (3,6410 0,0343 ) (1 0,01 ) (1,0313 0,00575 )

Preo da tonelada de cana (VTC), em reais

= [$]

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5. Exemplo Prtico

Seja uma Usina, cuja anlise da cana encontrou-se os seguintes resultados:

PC = 14,8044

PU = 87,13

F = 12,53

Clculos:

Aucares Redutores da Cana (ARC) = (3,6410 0,0343 ) (1 0,01 ) (1,0313 0,00575 )

= 0,5475%

Acar Total Recupervel (ATR)

= (9,5263 ) + (9,05 ) = 145,99 /

Preo mdio do kg do ATR

Este valor estabelecido de acordo com a participao de cada produto no total do ATR produzido e fornecido mensalmente pelo CONSECANA:

Valor determinado: R$ 0,4467

Preo da tonelada de cana (VTC) em reais:

= [$]

= $ 65,14/

Obs.: Maiores informaes consultar Manual de Instrues CONSECANA-SP.

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6. Rendimentos

Rendimento Industrial IAA RI-IAA

=0,8281 50 + 1,4728

0,993

Rendimento Industrial STAB RI-STAB

=0,867 50 + 1,416

0,993

Rendimento Industrial Total STAB RIT-STAB

= 50 + 1,630

0,993

Rendimento Industrial Total COPERSUCAR RIT-COP

= 50 + 1,467

0,993

UNICOP Unidade COPERSUCAR de Produo

Para facilitar as estimativas de produo e remunerao das Usinas Cooperadas, a COPERSUCAR instituiu a UNICOP como sendo o acar total produzido em sacas, somados a todos os outros produtos fabricados (lcool, melao, etc), atribuindo a estes, fatores de converso para acar. Assim sendo, para o lcool foi considerado que uma saca de acar standar (tipo 4) * equivale a 34,048 litros de lcool hidratado ou de outra maneira: um litro de lcool hidratado corresponde a 1/34,048 = 0,02937 sacas de acar standar.

= 0,02937 + 0,03172 +

Onde AH e AA so as produes de lcool hidratado e lcool anidro respectivamente, e A a produo de acar no perodo considerado em sacas. F = fator de padronizao dos acares vide a seguir

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Para padronizar as polarizaes dos acares produzidos, foram criados fatores de acordo com os diversos tipos de acares:

Obs.:

O acar tipo 4, corresponde ao tipo standar*.

O acar VHP considerado com Pol de 99,3, por isso o fator F 1,00

Mais dois ndices tambm so normalmente utilizados:

= 50

=

Eficincia Industrial - EI

=

100 [%]

= 50 + 1,467

0,95 100 [%]

Eficincia Mxima - EM

=868

915 + 75 100 [%]

Tipo Fator F

1 1,0034

2 1,0034

3 1,0018

4 1,00

VHP 1,00

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Onde:

=1,467

1,467 + 50

Eficincia Relativa - ER

=

100 [%]

Eficincia Geral Industrial EGI Nova maneira de expressar a Eficincia Industrial. Vide detalhes na pgina 13.

7. gio da Cana

Ainda utilizado por muitas Usinas, inicialmente para o pagamento da cana

pelo teor de sacarose, o AGIO nos d indicao de quanto uma determinada

amostra de cana mais ou menos rica que uma cana escolhida como padro.

Estamos fornecendo para fins de conhecimento, mas o gio da cana no

deve ser mais utilizado como parmetro para o pagamento da cana.

=()

() () ou =

()()

,

PC(f) = Pol da cana real

PC(p) = Pol da cana padro

F(r) = fator de recuperao baseado na pureza padro

() = 1,933 (1 40

1)

No Estado de so Paulo:

Pol da cana padro ..........12,257

Pureza padro ..................83,87

Fibra padro ......................12,57

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8. Comentrios

O RI-STAB substituiu o RI-IAA que est desatualizado, pois na poca o

IAA considerou a Relao de Paridade Tcnica (RTP) de 33,95 litros de

lcool/saca de acar, hoje atualizada pela STAB em 36,45 litros/saca.

Estas expresses tm dois graves inconvenientes: 1) - deduzem o lcool residual isto , no consideram para o clculo do rendimento industrial, o

volume padro do lcool residual produzido; 2) - distorcem o valor final, dependendo da proporo acar/lcool produzidos em cada Usina.

Recomendamos no mais utilizar estas expresses nos boletins.

O RIT-STAB e a UNICOP expressam de certo modo o equivalente

financeiro obtido ou a obter pela Usina, j que pela paridade tcnica, h

equivalncia entre o acar e o lcool produzidos.

A diferena entre o RIT-STAB e o RIT-COP que a STAB props eliminar

a influncia da relao de produo acar lcool nas comparaes entre

rendimentos. Assim a STAB dividiu a parcela da produo representada

pelo lcool, pelo rendimento global da destilaria fixado em 90% (0,9).

Em outras palavras, o RIT-COP no leva em conta que 10% do acar

no convertido em lcool. Para fins comparativos entre Usinas o melhor

a se utilizar o RIT-STAB.

Os RIT so sempre calculados tendo como base o acar Standar.

Por este motivo, nas expresses sempre aparece o fator 0,993, que a

Pol do acar Standar.

Eficincia Industrial EI: Indica a eficincia com que a Indstria

transforma a matria prima (acar da cana) em produtos (ou por outro

lado, quanto da matria prima perdida no processo industrial).

Eficincia Mxima EM: Seria o mximo aproveitamento que uma

indstria considerada ideal conseguiria atingir dentro do estgio atual da

arte e que operasse com a mesma relao acar/ lcool da Usina X.

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Foi proposto pela COPERSUCAR os seguintes parmetros mximos:

Perdas Eficincia Mxima

Lavagem da cana 99,0%

Extrao 97,0%

Tratamento do caldo 99,8%

Destilaria 99,5%

Fermentao 92,0%

Fbrica de Acar 99,0%

Utilizando estes parmetros na frmula da Eficincia Industrial, a COPERSUCAR desenvolveu a frmula de Eficincia Mxima (EM).

Eficincia Relativa ER: Fornece o potencial de recuperao que uma

determinada indstria poderia conseguir.

Por exemplo: uma determinada indstria teve uma ER = 94,5%. Isto quer

dizer que esta Usina tem potencial para aumentar a sua recuperao em

mais 5,5%, desde que os valores fixados sejam plenamente atingveis.

Boletins: Nos Boletins Semanais recomenda-se constar:

A Eficincia Geral Industrial - EGI

As Eficincias Mxima e Relativa;

O RIT-STAB;

A UNICOP.

Comercializao de outros produtos: Nas frmulas no se incluiu a

fabricao de outros produtos que a Usina pode comercializar (levedura,

leo fsel, melao, etc.). Caso isto acontea, deve logicamente ser levado

em conta e introduzido nos clculos/frmulas.

Comentrios finais sobre as Eficincias: A Eficincia Industrial o

parmetro mais importante para mostrar o quanto da matria prima

(acar da cana) est sendo perdida (ou recuperada) durante o

processamento. O problema que a sua determinao de difcil

execuo.

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Como determinar a quantidade exata de acar que est entrando

com a cana Alm da cana-de-acar ser uma matria prima que apresenta grandes variaes na sua composio e trazendo consigo

muitas impurezas de natureza mineral e orgnica que interferem nas

determinaes, os mtodos existentes de amostragem so ainda

demorados e pouco precisos.

A anlise da cana na esteira (cana desfibrada) de mais simples

execuo, porm tem suas desvantagens: alm de ser difcil uma

amostragem significativa do material entrando na Usina, no leva em conta

dois grandes focos de perdas (barraco e limpeza da cana).

Estudos executados pela COPERSUCAR, mostraram que as

variaes da Eficincia podem chegar a 4,0 pontos percentuais, situando-

se normalmente na faixa de 2,0 a 2,5 para mais ou para menos.

Neste trabalho queremos salientar tambm que a comparao da

Eficincia entre Usinas pode levar a erros grosseiros, pois a recuperao

do acar est relacionada s condies fsicas de cada parque industrial,

isto , uma Usina que tem 06 ternos de moenda, dornas fechadas com

colunas de recuperao de lcool de alta eficincia e outros avanos

tecnolgicos, dever ter maior Eficincia.

Devemos lembrar tambm, que nenhuma das frmulas levam em

conta que quanto maior a quantidade de acar produzido, maior ser a

Eficincia Industrial; em outras palavras: nas mesmas condies fsicas do

parque industrial, uma Usina que desvia todo o caldo para produzir acar

e tem alta recuperao na Fbrica de Acar, dever ter maior Eficincia

(comparativa).

Nas mesmas condies, uma Usina A que tem uma Eficincia

Industrial de 88,0%, poder estar em piores condies de recuperao e

transformao de acares, que uma Usina B que tem Eficincia Industrial

(utilizando-se os mesmos mtodos de determinao) de, digamos, 87,0%.

Com a EGI, retira-se as perdas que a levedura nos cobra na

fermentao, limitada a 90% da eficincia global, fornecendo um

parmetro mais justo sobre o trabalho executado pela Usina e

introduzindo um critrio mais realista para as comparaes (vide pgina

13).

12

Assim recomendamos que cada Usina, depois de uma cuidadosa

anlise de seu Parque Industrial, determine as Eficincias possveis de

serem alcanadas e coloque como meta em seus Planos de Safra, deixando

de utilizar parmetros de outras Usinas que nada tm em comum entre si.

9. Fatores de Converso

1 litro de AA (99,3 INPM) = 0,9955 litros de lcool absoluto (100 INPM);

1 litro de AH (93,2 INPM) = 0,9556 litros de lcool absoluto (100 INPM);

1 litro de AH (93,2 INPM) 0,96 1 litro de AA (99,3 INPM);

1 ton de melao padro (60% ART) 350 litros de AA (99,3 INPM);

Litros de leo fsel (80 INPM) 806 litros de AA (99,3 INPM);

1 ton de levedura seca 2,0 ton de acar 1.200 litros de AA (99,3

INPM);

1 ton de HTM (75% ART) 430 litros de AA (99,3 INPM)

10. Classificao dos Acares: Mesmo aps a extino do Instituto do Acar e lcool, conhecido como IAA,

se utilizou a classificao dos acares desenvolvida por este rgo, ainda por

um bom tempo.

Com a criao da Copersucar na dcada de 1970, esta instituio, sentiu que

esta classificao no atendia mais os interesses do mercado e das usinas

cooperadas.

Assim, a Copersucar desenvolveu uma nova classificao, inicialmente para

atender os clientes das usinas cooperadas, e hoje j utilizada por todas as

usinas do Brasil. Esta classificao vem sendo frequentemente modificada por

13

esta instituio, visando atender as necessidades do mercado consumidor

brasileiro e tambm do exterior, cada vez mais exigente.

A ttulo de informao, fornecemos a classificao IAA, ainda utilizada por

algumas empacotadoras e saudosistas daquele tempo.

10.1. Classificao COPERSUCAR Inicial

Parmetros Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4 Tipo 5 Fora de

Especificao

Polarizao (S) a 20 C Min. 99,8 99,8 99,7 99,5 -- --

Umidade (%) Mx. 0,04 0,05 0,07 0,10 -- --

Cor ICUMSA (UI) (M) Mx. 100 150 200 480 660 >660

Reflectncia (%) Min. 68 66 64 60 -- --

Cinzas (%) Mx. 0,04 0,04 0,07 0,10 -- --

Res. Insolveis (1-10) Mx. 6 6 8 10 -- --

Pontos Pretos Totais (n/100g) Mx. 8 15 20 30 -- --

Part. Magnetizveis (mg/kg)

Mx. 4 8 15 20 -- --

Sulfito (mg/kg) Mx. 20 20 20 70 -- --

Obs.: Em anexo tabelas completas Copersucar de Especificao de Acar cristal

branco, VHP e VVHP e tambm do Etanol Safra 11/12.

10.2. Classificao IAA:

Parmetros Especial

Extra Especial Superior Standar

Polarizao (S) a 20 C Min. 99,8 997 99,5 99,3

Umidade (%) Mx. 0,04 0,04 0,04 0,15

Cor ICUMSA (UI) (M) Mx. 150 230 480 760

Cinzas (%) Mx. 0,05 0,07 0,10 0,15

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11. Eficincia Geral Industrial - EGI

Durante nossas visitas s Usinas, temos notado interpretaes muitas

vezes distorcidas e mal compreendidas sobre a Eficincia Industrial (EI) das

Usinas e Destilarias.

At a pouco tempo, a Eficincia Industrial era uma determinao pouco

confivel e poucas Usinas a consideravam como parmetro de avaliao do

desempenho da indstria. Algumas Usinas nem anotavam a EI em seus boletins.

Com o contnuo aperfeioamento do sistema de amostragem e anlise da

cana, eliminao do depsito de cana (sem este os clculos so mais precisos)

e a no lavagem da cana (tudo que pesado processado) *, a Eficincia

Industrial vem se tornando cada vez mais confivel.

Assim a Eficincia Industrial passou a ser um parmetro para

determinao do desempenho da indstria e muitas vezes como referncia

comparativa de vrias Usinas. Some-se a isto o sistema CONSECANA que

estabeleceu o pagamento da cana e atribuiu o valor (mais recente) de eficincia

geral industrial de 91,5%, tornando-se relevante a determinao da E.I.

*No sistema de limpeza a seco da cana, tem que se descontar as impurezas retiradas

(que so pesadas na mesma balana que pesa a cana) e portanto no processadas.

11.1. Eficincia Industrial - EI

Com a introduo do sistema CONSECANA, passou-se a

considerar os rendimentos em ATR (que o ART x 0,915) e no mais em

sacarose. Assim, a Eficincia Industrial, que antes se calculava em

sacarose equivalente nos produtos, passou a ser calculada em relao

aos ART s dos produtos (equivalentes) e da cana.

11.2. Eficincia Geral Industrial (EGI)

Introduo do fator 0,90

Prevendo evitar maiores distores quando se fabrica mais acar

ou mais lcool, as Usinas tm estabelecido o critrio de considerar no

clculo dos ARTs equivalentes do lcool, a eficincia da fermentao

estabelecida em 90% (fator 0,90), pois sempre haver, mesmo nas boas

condies, perda de 10% de ART na fermentao (custo que a levedura

nos cobra).

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Desta maneira se estabelece um critrio, digamos mais justo. A

EGI ser maior que a EI, reflete melhor a eficincia industrial (performance

da Usina) e pode-se comparar a eficincia das diversas Usinas com

critrios mais prximos da realidade.

11.3. Exemplo:

Determinar a EGI nas seguintes condies:

Moagem no ms 250.000 t

ART cana (mdia do perodo) 149,11 kg/TC

Produes do ms:

Acar cristal tipo 1 120.000 sacas = 6.000 t

Acar VHP 240.000 sacas = 12.000 t

lcool anidro (99,3 INPM) 3.000 m3 (2.987,3 m3 a 100 INPM)

lcool hidratado (93,2 INPM) 6.100 m3 (5.829,3 m3 a 100 INPM)

a. Converter os acares produzidos em ARTs:

=(6.000.000 0,998) + (12.000.000 0,993)

0,95= 18.864.316

b. Converter os lcoois produzidos em ART:

=(2.987,3 + 5.829,3) 1.000

0,6475 0,90= 15.129.300

c. Converter a Cana em ART

=250.000 149,11

1.000= 37.277.500

d. Eficincia Geral Industrial - EGI

Acar tipo 01 Pol acar VHP

Fator de Converso Pol/ART

Fator Estequiomtrico

16

=18.846.316 + 15.129.300

37.277.500 100 = 91,1%

e. Calculo da Eficincia Industrial EI Se fosse calculada a EI, teramos:

=(2.987,3 + 5.829,3) 1.000

0,6475= 13.616.370

=18.846.316 + 13.616.370

37.277.500 100 = 87,0%

11.4. Concluses:

a. A EGI ser sempre maior que a EI, a menos que a Usina no

faa lcool.

b. At o presente momento, este critrio de se adicionar o fator

0,90 nos clculos, no est estabelecido como regra, mas j h

um consenso geral entre as Usinas da sua utilizao. Assim

recomendamos a utilizao deste fator.

c. Mesmo que a Usina tenha eficincia da fermentao maior ou

menor que 90%, os valores da EGI tambm sero maiores ou

menores.

Tambm se obter informaes mais precisas para a Diretoria

da Usina, quanto s vantagens econmicas de se produzir mais

acar e menos lcool e vice versa.

d. A comparao entre as eficincias de vrias Usinas fica mais

prxima da realidade.

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Para as Usinas que fazem muito acar, as perdas neste caso,

podem ser maiores que Usinas que fazem mais lcool.

Descontando-se a fermentao, note que as perdas para se

fabricar acar so maiores que para se fabricar lcool.

As diferenas so pequenas e voc que est lendo este

trabalho, pode desenvolver um sistema de clculo no Excel, e

simular as vrias EGIs em sua Usina, fazendo mais acar ou

menos acar e tirar suas concluses...

e. Recomendamos nos Boletins e nos Planos de Safra, colocar a

EGI e no mais a EI.

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12. Anexos

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