TCC Final
67
UNIVERSIDADE DE FRANCA ENGENHARIA QUÍMICA UMA ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE O DIFUSOR E A MOENDA NA EXTRAÇÃO DA SACAROSE FRANCA 2010
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UNIVERSIDADE DE FRANCA
ENGENHARIA QUÍMICA
UMA ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE O
DIFUSOR E A MOENDA NA EXTRAÇÃO DA
SACAROSE
FRANCA
2010
JEAN CARLO MACHADO LEMOS
TANCREDO MARTINHO DE OLIVEIRA CASTRO
UMA ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE O DIFUSOR E A
MOENDA NA EXTRAÇÃO DA SACAROSE
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
como exigência parcial, para a obtenção do
grau no curso de Engenharia Química, da
Universidade de Franca.
Orientador: Prof. MS. Antônio Batista de
Oliveira Júnior.
FRANCA
2010
JEAN CARLO MACHADO LEMOS
TANCREDO MARTINHO DE OLIVEIRA CASTRO
UMA ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE O DIFUSOR E A MOENDA NA
EXTRAÇÃO DA SACAROSE
Orientador:____________________________________________________
Nome: Prof. MS. Antônio Batista de Oliveira Júnior.
Instituição: Universidade de Franca.
Examinador:________________________________________________
Nome: Prof. MS. Fábio George de Novaes
Instituição: Universidade de Franca.
Examinador:________________________________________________
Nome: Prof. Sinésio Antônio Guedes
Instituição: Universidade de Franca.
Franca, 25/10/2010
DEDICO este trabalho aos meus pais, pelo amor
sem medida, pela educação e ensinamentos que
muito me auxiliaram, dando-me base necessária
para vencer esta e todas as etapas que estão por vir;
aos meus irmãos e cunhados, pela amizade, força e
apoio; e em especial, à minha esposa Lívia, pelo
carinho, atenção e incentivo.
DEDICO este trabalho primeiramente aos meus
pais, pela compreensão, incentivo e amor, e também
por ter me proporcionado educação e sabedoria,
servindo de apoio para vencer esta e todas as
batalhas que ainda enfrentarei;
Às minhas irmãs e toda minha família que muito me
apoiaram; à minha namorada Camila, por ter me
acompanhado durante toda essa longa jornada.
AGRADECEMOS a Deus pela oportunidade de
concluir este curso com que tanto sonhamos, por
concluir esse trabalho tão importante em nossa vida
acadêmica;
Àqueles que nos transmitiram seus conhecimentos e
experiências profissionais e de vida com dedicação
e carinho;
Àqueles que nos guiaram para além das teorias, das
filosofias e das técnicas, expressamos os nossos
maiores agradecimentos e o nosso profundo
respeito, que sempre serão poucos, diante do muito
que nos foi oferecido.
RESUMO
LEMOS, Jean Carlo M.; TANCREDO, Martinho de Oliveira Castro. Uma análise
comparativa entre o difusor e a moenda na extração da sacarose. 2010. 67 f. Trabalho
de Conclusão de curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade de Franca,
Franca.
O presente trabalho objetiva conhecer as principais diferenças na forma de extração do caldo
da cana-de-açúcar, comparando os dois equipamentos: difusor e moenda. O processo
produtivo em uma indústria sucroalcooleira envolve um grande número de etapas, requerendo
vários procedimentos de controle ao longo de toda a cadeia produtiva, o que torna a sequência
das operações muito complexas. A tendência atual para novas plantas industriais e a aplicação
de modernos conceitos tecnológicos tem sido responsável pelo aumento de interesse pelo
difusor. Ainda predominante no setor, o sistema de moagem tem apresentado avanços nos
rendimentos (extração), devido ao uso da automação e instrumentação, porém começa a
perder espaço para a tecnologia concorrente. Um dos principais motivos para o aumento do
prestígio do difusor é a eficiência da extração que pode atingir índices médios entre 97% e
98%, enquanto a moenda pode chegar a 97% na primeira semana da safra e a 96% em
condições ótimas. O estudo utilizará uma metodologia dedutiva bibliográfica e comparativa,
buscando referências na literatura para estabelecer um referencial do melhor equipamento de
extração, destacando-se vantagens e desvantagens, especificações técnicas e viabilidade
econômica.
Palavras-chave: usinas sucroalcooleiras; extração; moenda; difusor.
ABSTRACT
LEMOS, Jean Carlo M.; TANCREDO, Martinho de Oliveira Castro. Uma análise
comparativa entre o difusor e a moenda na extração da sacarose. 2010. 67 f. Trabalho
de Conclusão de curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade de Franca,
Franca.
The following study aims to show the main differences between the forms of extraction of the
sugar cane, comparing the equipments: diffuser and grinding. The productive process in a
sugar and alcohol industry implicate in a huge number of stages, requiring several controlled
procedures through the whole supply chain, which turns the sequence of the operation highly
complex. The current tendency to new industrial maps and insertion of modern technological
concepts has been responsible for the raise of the interest in the diffuser. The grinding system,
still prevalent in the sector, has displayed progress in the income (extraction), due to the use
of automation and instrumentation, yet it starts to lose ground to the contender technology.
One of the main reasons to the raise of the prestige of the diffuser is the efficiency of the
extraction that can achieve average index between 97% and 98%, while the grinding can
achieve 97% in the first week of the harvest and 96% in most favorable conditions. The study
will use a bibliographic deductive and comparative methodology, searching for references in
the literature to establish a reference of the best equipment of extraction, pointing up the
advantages and disadvantages, technical specifications and economical viability.
Key words: sugar and alcohol factory; extraction; grinding; diffuser.
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1 Eficiência Individual do Terno de Moagem.......................................... 28
Equação 2 Porcentagem de Extração da Pol............................................................ 55
LISTA DE FIGURAS
Figura 1- Distribuição da área colhida por estado.............................................. 14
Figura 2- Fluxograma da produção de açúcar e etanol....................................... 16
Figura 3 - Sistema de descarregamento lateral.................................................... 18
Figura 4 - Sistema do desfibrador........................................................................ 19
Figura 5 - Sistema de moenda com quatro rolos................................................. 22
Figura 6 -
Figura 7 -
Figura 8 -
Esteira de arraste intermediário..........................................................
Embebição simples.............................................................................
Embebição composta..........................................................................
22
23
23
Figura 9 - Difusor de cana................................................................................... 29
Figura 10 - Esquema de funcionamento do difusor de cana.................................. 30
Figura 11 - Curva típica de concentração no difusor ............................................ 31
Figura 12 - Peneira rotativa................................................................................... 36
Figura 13 - Tratamento de caldo para fabricação de açúcar.................................. 37
Figura 14 - Decantador de caldo............................................................................ 40
Figura 15 - Filtro rotativo...................................................................................... 41
Figura 16 - Evaporadores do tipo Roberts............................................................. 42
Figura 17 - Cozedor batelada................................................................................. 43
Figura 18 - Fluxograma do cozimento de duas massas......................................... 44
Figura 19 - Centrífuga batelada............................................................................. 45
Figura 20 - Centrífuga contínua............................................................................. 45
Figura 21 - Fermentação Melle-Boinot................................................................. 48
Figura 22 - Fluxograma destilação de etanol......................................................... 49
Figura 23 - Extração total da pol .......................................................................... 56
Figura 24 - Porcentagem de fibra da cana ............................................................ 56
Figura 25 - Porcentagem de pol no bagaço........................................................... 57
Figura 26 - Porcentagem de embebição na cana................................................... 57
Figura 27 - Porcentagem de umidade no bagaço .................................................. 58
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores de referência do brix..................................................................... 27
Tabela 2 - Especificações técnicas.............................................................................. 28
Tabela 3 - Performance técnica................................................................................... 32
Tabela 4 - Especificações............................................................................................ 34
Tabela 5 - Diferenças entre moenda e difusor............................................................ 58
Tabela 6 - Configuração das plantas de extração........................................................ 59
Tabela 7 - Valores de referência................................................................................. 60
Tabela 8 - Investimento total para sistemas de extração............................................. 61
Tabela 9 - Custo total da planta para o difusor, incluindo manutenção e preparo...... 61
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO........................................................................................................... 14
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA............................................................................. 16
1.1 Processo de fabricação do açúcar e etanol......................................... 16
1.2 Cana-de-açúcar................................................................................... 16
1.3 Recepção e preparo da cana de açúcar............................................... 17
1.4 Extração do caldo............................................................................... 21
1.4.1 Moenda............................................................................................... 21
1.4.2 Índice de eficiência da moagem......................................................... 25
1.4.3 Operação............................................................................................ 26
1.4.4 Regulagem da moenda....................................................................... 26
1.4.5 Abertura em trabalho.......................................................................... 26
1.4.6 Relação de aberturas.......................................................................... 27
1.4.7 Controle.............................................................................................. 27
1.5 Difusor................................................................................................ 28
1.5.1 Características e funcionamento do difusor....................................... 31
1.5.2 Especificações técnicas do difusor..................................................... 34
1.5.3 Aplicações do difusor......................................................................... 34
1.6 Produção de açúcar............................................................................ 35
1.6.1 Tratamento primário........................................................................... 35
1.6.1.1 Cush-cush........................................................................................... 35
1.6.1.2 Peneiras.............................................................................................. 36
1.6.1.3 Hidrociclones..................................................................................... 36
1.6.1.4 Medidores de vazão............................................................................ 36
1.7 Tratamento químico do caldo............................................................. 37
1.7.1 Sulfitação do Caldo............................................................................ 38
1.7.2 Calagem.............................................................................................. 38
1.7.3 Aquecimento...................................................................................... 39
1.7.4 Flasheamento...................................................................................... 39
1.7.5 Decantação......................................................................................... 40
1.7.6 Filtração.............................................................................................. 40
1.8 Evaporação......................................................................................... 41
1.9 Cozimento.......................................................................................... 42
1.10 Centrifugação..................................................................................... 44
1.11 Secagem do açúcar............................................................................. 45
1.12 Armazenamento do açúcar................................................................. 46
1.13 Produção de etanol............................................................................. 46
1.13.1 Tratamento do caldo para destilaria................................................... 47
1.13.2 Preparo do fermento........................................................................... 47
1.13.3 Fermentação ...................................................................................... 47
1.13.4 Centrifugação do vinho ..................................................................... 49
1.14 Destilação .......................................................................................... 49
1.15 Armazenamento ................................................................................ 51
2 METODOLOGIA ................................................................................................. 52
2.1 Discussão metodológica .................................................................... 52
3 MELHORIAS NO DESEMPENHO DOS EQUIP. DE EXTRAÇÃO ............. 53
3.1 Moenda............................................................................................... 53
3.2 Difusor................................................................................................ 54
3.3 Comparação entre o difusor e a moenda............................................. 55
3.4 Análise econômica entre a moenda e o difusor ................................. 59
3.4.1 Custos de manutenção........................................................................ 60
3.4.2 Investimento no sistema de extração ................................................. 61
CONCLUSÃO............................................................................................................. 62
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 63
GLOSSÁRIO............................................................................................................... 65
14
INTRODUÇÃO
A cana-de-açúcar é uma planta que pertence ao gênero Saccharum, há pelo
menos seis espécies do gênero, sendo a cana-de-açúcar cultivada, um híbrido multiespecífico,
recebendo a designação “Saccharum spp.”. As espécies de cana-de-açúcar são provenientes
do sudeste Asiático, pertencente à família Poaceae, representada pelo milho, sorgo, arroz e
muitas outras gramas. É uma das culturas agrícolas mais importantes do mundo tropical,
gerando milhares de empregos diretos, sendo uma importante fonte de renda e
desenvolvimento.
Atualmente é a principal matéria-prima para a fabricação do açúcar e etanol no
Brasil, o setor sucroalcooleiro brasileiro despertou o interesse de diversos países,
principalmente pelo baixo custo de produção. Este último tem sido cada vez mais importado
por nações de primeiro mundo, que visam reduzir a emissão de poluentes na atmosfera e a
dependência de combustíveis fósseis (<http://pt.wikipedia.org/wiki/Cana-de-
a%C3%A7%C3%BAcar>) Acessado em 01 set. 2010.
De acordo com a Companhia Nacional de Abastecimento (2010), a área de
cana colhida destinada à atividade sucroalcooleira, na presente safra, está estimada em
8.091,5 mil hectares, distribuída em todos estados produtores. O gráfico abaixo mostra a
distribuição das áreas por estado.
Figura 1- Distribuição da área colhida por estado.
Fonte: CONAB, 2010.
15
Nos demais Estados Produtores as áreas são menores, mas, com bons índices
de produtividade.
A Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (2010) enfatiza o Brasil como
o maior produtor de cana-de-açúcar do mundo, com 710 milhões de toneladas colhidas na
safra 2009/2010, em área plantada de 8,89 milhões de hectares.
O interior paulista é o principal produtor mundial de cana-de-açúcar, uma das
regiões mais desenvolvidas do Brasil, com elevados índices de desenvolvimento urbano e
renda per capta muito acima da média nacional.
O processo produtivo em uma indústria sucroalcooleira envolve um grande
número de etapas e equipamentos, requerendo vários procedimentos de controle ao longo de
toda a cadeia produtiva, o que torna a sequência das operações muito complexas. Torna-se
mais eficiente quanto maior for a eficácia das diversas operações realizadas no sistema
produtivo industrial.
Entre essas várias etapas, a extração do caldo se destaca como uma das
principais e mais importantes. Até meados da década de 80, a moenda reinava absoluta no
setor sucroalcooleiro brasileiro como o principal equipamento de extração da sacarose da
cana-de-açúcar. Mas exatamente em 1985 esse predomínio começou a ser ameaçado quando a
Usina Galo Bravo (atual central Energética Ribeirão Preto), adquiriu o primeiro difusor no
país. A elevada extração superando 98% passou a ser o principal trunfo dessa novidade
tecnológica em solo brasileiro, garantindo um ganho de 1 a 1,5% na extração em relação à
moenda (<http://www.jornalcana.com.br/pdf/147/%5Ctecindl.pdf.>) Acessado em 26 mar.
2010.
Com isso as moendas começaram a se modernizar, ocorrendo mudanças no
preparo da cana, na solda das camisas, além da colocação do quinto e sexto ternos,
proporcionando durante todos esses anos uma disputa acirrada entre os dois métodos, onde
cada um dos adeptos expõe sua opinião que sempre é contraditória ao concorrente.
Para o desenvolvimento do presente trabalho utilizar-se-á um método dedutivo
no estudo comparativo entre o difusor e a moenda, tendo como objetivo a comparação
técnico-econômica entre os equipamentos de extração.
No capítulo 2 será abordada uma breve descrição do processo de produção de
açúcar e etanol a partir da sacarose, e no capítulo 3 destacando-se características,
especificações técnicas, vantagens, desvantagens e viabilidade econômica dos equipamentos
de extração.
Os termos técnicos referente ao trabalho encontram-se no glossário, página 65.
16
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1.1 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO AÇÚCAR E ETANOL
A cana-de-açúcar é a principal matéria-prima para a indústria sucroalcooleira
brasileira. A agroindústria envolve várias etapas de produção e abastecimento com a matéria-
prima, gerenciamento dos insumos, armazenamento e comercialização dos produtos finais. A
seguir, a figura 2 mostra o fluxograma de produção de açúcar e etanol, detalhando todas as
etapas de produção desde a chegada da cana até o produto final.
Figura 2- Fluxograma de Produção de Açúcar e Etanol
Fonte: LEMOS et al., 2010.
1.2 CANA-DE-AÇÚCAR
Do ponto de vista da utilização industrial, seja para fabricação de açúcar ou
etanol, a cana é constituída de fibra e de caldo, sendo esta a matéria-prima real. A fibra é todo
17
material insolúvel em água, e o caldo é o conjunto da água e de todos os sólidos solúveis, dele
fazendo parte os açúcares, as cinzas, materiais nitrogenados e outros.
O teor de fibra é um parâmetro importantíssimo, que, se por um lado fornece
uma quantidade de bagaço importante para o equilíbrio térmico da indústria, por outro,
dificulta a extração da sacarose. Um valor normalmente observado é que 1% de aumento no
teor de fibra causa uma redução de 1,5% na extração. Quando desse aumento no teor de fibra,
procede-se geralmente a uma maior embebição da cana, de modo a manter-se a extração
constante.
Assim como as fibras, um alto teor de cinzas prejudica o processo de
fabricação do açúcar, principalmente no que se refere à clarificação, evaporação e
cristalização.
A composição química da cana é bastante variável quantitativamente, sendo,
porém semelhante qualitativamente. Essa variação é influenciada por diversos fatores, entre
os quais se destacam: variedade da cana, região de cultivo, clima, solo, adubação, idade, etc.
A prática agrícola de despalha manual da cana foi gradativamente perdendo
seu interesse, devido ao baixo rendimento do trabalho manual, e cedendo lugar ao método
largamente empregado, o de queima da palha antes do corte. O procedimento é rigorosamente
realizado em horas e condições adequadas para evitar-se a propagação do fogo. A área a ser
queimada em cada ocasião está diretamente relacionada à capacidade diária de moagem.
Dessa forma evita-se que a usina pare por falta de matéria-prima, ou que ocorra deterioração
da cana queimada em excesso (IPT, 1990, p. 19).
Atualmente a colheita mecanizada substitui o corte manual da cana e assim
evitando as queimadas e contribuindo com a redução da emissão de gases poluentes.
1.3 RECEPÇÃO E PREPARO DA CANA-DE-AÇÚCAR
No Brasil, o transporte da cana até a usina, é predominantemente do tipo
rodoviário, com o emprego de caminhões que carregam a cana inteira (colheita manual) ou
picada em toletes de 20 a 25 cm (colheita mecânica). A recepção da cana-de-açúcar inicia-se
com a pesagem da cana, que deve ser rigorosamente executada, uma vez que é feito, através
dela, o controle tanto agrícola quanto industrial da unidade. Os caminhões são pesados antes e
após o descarregamento, obtendo-se o peso real da cana pela diferença entre as duas medidas.
18
A pesagem incorreta acarretará em erro nos balanços e rendimentos globais da
fábrica. De maneira a ser correta e rapidamente realizada, deve-se dispor de duas balanças ou
mais para determinação conjunta do peso bruto e da tara. Após a pesagem, são retiradas
amostras de matéria-prima através de uma sonda especial, sendo enviadas ao laboratório,
onde são analisadas em condições padronizadas. São determinados os teores de pol, brix e
fibra. É através dessas análises que se efetua o pagamento da cana pelo teor de sacarose (IPT,
1990, p. 24).
Realizadas as análises, a cana-de-açúcar segue para a descarga direta na mesa
alimentadora, por guinchos hylo ou descarregamento lateral ou são depositadas em locais
adequados para a moagem quando necessário (estoque), devido algum problema no
carregamento, transporte ou na indústria.
A prática de estoques de cana não é recomendada, principalmente se a cana for
picada ou em toletes. Se estocada, deve obedecer a um prazo máximo de armazenamento
(usualmente dois dias para cana inteira e um dia para cana picada) compatível com o estoque
de segurança necessário. Caso tal prazo de armazenamento seja ultrapassado, podem ocorrer
modificações na cana, sendo as principais o ressecamento do colmo, a inversão da sacarose e
desenvolvimento de microorganismos.
Em seguida é demonstrado o sistema de descarregamento lateral por guincho
hylo diretamente à mesa alimentadora.
Figura 3 - Sistema de descarregamento lateral.
Fonte: RIBEIRO et al., 1999, p. 23.
Não pode haver demora no transporte da cana para a usina, para que seja
processada de forma imediata, evitando que ocorram perdas devidas à inversão da sacarose.
19
A cana é então transportada para a esteira principal, passando pela lavagem
com água, para eliminar o quanto possível, terra e detritos provenientes da lavoura, evitando-
se assim o desgaste por abrasão das esteiras, moendas, bombas e demais equipamentos.
Comenta Payne (1989, p. 37) que “a lavagem é iniciada na esteira de taliscas
de arrasto saindo do banho hidráulico. Utiliza-se o princípio da cascata, com um grande
volume de água adicionado próximo ao topo da esteira, na rampa de cascateamento, num
fluxo turbulento, eliminando a terra através das ranhuras na rampa, acima do nível da água do
banho. A esteira de arrasto geralmente tem um ângulo de 40° e corre numa velocidade da
ordem de 50 m/min”.
Atualmente na indústria sucroalcooleira, os equipamentos mais utilizados no
preparo da cana são:
Picadores: cuja função é transformar a cana em camadas uniformes, nivelando as
cargas colocadas na esteira;
Desfibradores: cuja função é transformar as camadas uniformes produzidas em uma
massa fina e desagregada, possibilitando uma melhor embebição, e, consequentemente,
uma extração de melhor rendimento.
A mesa alimentadora (40º mais usada) tem a função de fornecer uma camada
de cana uniforme na esteira metálica até o preparo e essa alimentação deve ter uma
quantidade que não sobrecarregue os picadores e desfibradores, para não ocorrerem “buchas”.
Seguindo os picadores, vem o tambor rotativo que força a passagem da massa
picada entre o desfibrador e a placa desfibradora, com o objetivo de destruir por completo a
estrutura da cana, garantindo um ganho significativo na extração, devido ao maior número de
células abertas (IPT, 1990, p. 25).
Figura 4 - Sistema do desfibrador
Fonte: http://www.ebah.com.br/alcool-e-acucar-unidade-i-extracao-e- preparacaodoc-
a17225.html
20
Após o sistema de preparo, a altura do colchão de cana é uniformizada por um
equipamento chamado espalhador, que se localiza no ponto de descarga da esteira metálica
para uma correia transportadora de borracha. Esta correia trabalha em alta velocidade
(90m/min), com a finalidade de reduzir a espessura da camada de cana e facilitar o trabalho
do eletroímã. Este realiza a operação de remoção de materiais ferrosos, protegendo os
equipamentos de extração, mais especificamente os rolos da moenda.
Em seguida é realizada a alimentação no equipamento de extração por um dispositivo
denominado Chute-Donnelly ou calha de alimentação forçada (moenda). Dentro desta calha, a
cana preparada forma uma coluna com maior densidade, favorecendo a alimentação e
capacidade da moenda. O nível da cana dentro da calha é utilizado para controlar a velocidade
da esteira de borracha e, consequentemente, a alimentação da moenda
(<http://www.copersucar.com.br/institucional/por/academia/cana_acucar.asp>) Acessado em:
25 jun. 2010.
No difusor, a camada de cana é alimentada dentro do equipamento através da
esteira de borracha.
Além desse objetivo, o preparo da cana é importante para incrementar a
capacidade das moendas e ou difusores pelo aumento da densidade da massa de alimentação,
tornando-a compacta e homogênea. Também o preparo adequado leva à produção de bagaço
no qual a ação da embebição se torna mais eficaz. Por outro lado, um preparo excessivo pode
interferir na alimentação das moendas ou difusores e prejudicar sua capacidade. Para efeito de
obtenção de valores comparativos de preparação da cana, utiliza-se o chamado índice de
células abertas (“open-cells”), que é obtido através de um ensaio padronizado. Os bons
índices de preparação estão em torno de 90% de células abertas para extração através de
moendas, enquanto que para extração por difusão esses índices devem ser ainda melhores (>
90%).
A cana-de-açúcar pode oferecer uma maior ou menor resistência à recuperação
de sacarose em função da proporção entre partes duras e moles. Assim sendo, o principal
objetivo do preparo da cana é desintegrá-la, de modo que seja facilitada a extração do caldo
(sacarose) contido nas células (IPT, 1990, p. 25).
21
1.4 EXTRAÇÃO DO CALDO
Payne (1989, p. 45) considera que “a moagem é basicamente um exercício de
separação de materiais”, a extração do açúcar, ou melhor, dos sólidos solúveis da cana de
açúcar pode ser realizada por meio de duas técnicas: prensagem, que emprega as moendas ou
ternos de rolos ou por extração por solvente que usam os equipamentos chamados difusores.
Uma das mais empolgantes disputas dos últimos tempos, no setor
sucroenergético, continua dividindo opiniões, motivando polêmicas e gerando análises
aprofundadas. Busca-se escolher a melhor tecnologia para a extração do caldo da cana de
açúcar nas unidades produtoras de açúcar e etanol (JORNAL DA CANA, 2010, p. 80). Mas,
afinal quem reúne melhores condições: Moenda ou Difusor?
1.4.1 Moenda
O tandem de moendas é o equipamento utilizado na moagem, podendo ser
composto de 4 até 7 ternos de moendas. É uma unidade esmagadora constituída, basicamente
por ternos, cada um formado por 3 cilindros dispostos de tal modo que a união de seus centros
forma um triângulo praticamente isósceles. Os cilindros inferiores têm seus eixos fixos e
giram no mesmo sentido. O cilindro superior tem a posição de seu eixo controlada por um
regulador de pressão hidráulico, girando em sentido contrário ao dos inferiores.
Atualmente há a incorporação ao terno de um quarto rolo (“press-roller”) de
modo que o colchão de cana sofre uma compressão prévia para facilitar a extração, realizando
uma alimentação forçada (IPT, 1990, p. 26).
Veja na figura 5 o sistema de moendas com quatro rolos.
22
Figura 5 - Sistema de moenda com quatro rolos
Fonte:http://www.ebah.com.br/alcool-e-acucar-unidade-i-extracao-e-preparacao-doc
a17225.html
Ao passar entre os rolos, a cana desfibrada é conduzida sobre uma bagaceira
até o rolo de saída, sendo extraído o caldo como indica a figura 5, resultando o bagaço seco.
Os rolos são acionados por pinhão do rolo superior, acionado por uma turbina e um sistema
de engrenagens redutoras. A cana é conduzida de um terno a outro através de esteiras
intermediárias. As esteiras geralmente são do tipo de taliscas de arraste, que conduzem a cana
até o chute-donelly do próximo terno. Na figura 6 é apresentado o sistema de uma esteira de
arraste intermediária.
Figura 6 - Esteira de Arraste Intermediária
Fonte: http://www.ebah.com.br/alcool-e-acucar-unidade-i-extracao-e-preparacao-doc-
a17225.html
Os ternos de moendas podem ser acionados por turbinas a vapor, motores
elétricos e mais recentemente por motores hidráulicos. O acionamento dos ternos pode ser
23
individual, duplo ou até um acionamento para todos os ternos de moendas (RIBEIRO et al.,
1999, p. 25).
No primeiro terno do tandem é alcançada uma extração na faixa de 50 a 70%,
sendo o bagaço, a seguir, conduzido aos demais ternos de moenda, onde é completada a
extração (IPT, 1990, p. 26). Somente pela pressão é impossível expelir mais do que 90% do
caldo contido nas fibras, pois, a certo ponto, as partes sólidas e líquidas coalescem
essencialmente numa só quantidade de massa expelida (PAYNE, 1989, p. 45). Portanto, para
aumentar a extração de sacarose, realiza-se adição de água à cana, processo chamado de
embebição, uma vez que o bagaço resultante ainda retém certa quantidade de caldo por
capilaridade ou em células que escaparam ao esmagamento. Adicionando-se certa quantidade
de água ao bagaço, esse caldo residual fica diluído, podendo ser extraído em nova moagem. A
umidade final do bagaço permanece a mesma, ocorrendo simplesmente à substituição do
caldo original pela água adicionada.
A embebição pode ser efetuada de diversas maneiras, podendo ser simples ou
composta, conforme ilustrado nas figuras abaixo:
Figura 7 - Embebição simples
Fonte: http://www.ebah.com.br/alcool-e-acucar-unidade-i-extracao-e-preparacao-doc-
a17225.html
Figura 8 - Embebição composta
Fonte: http://www.ebah.com.br/alcool-e-acucar-unidade-i-extracao-e-preparacao-doc-
a17225.html
24
É chamada simples quando se aplica água sobre o bagaço após cada terno de
tandem; pode ser única, dupla, tripla etc. O caldo diluído obtido pelo efeito dessa embebição
não sofre retorno, sendo enviado diretamente à fabricação.
Na embebição composta, a água é aplicada somente no último terno do tandem
e o caldo diluído sofre, em parte ou totalmente, um retorno para de novo embeber o bagaço
parcialmente esmagado (IPT, 1990, p. 26). A mais utilizada é a composta, no qual se aplica
água ao bagaço no último terno, o caldo extraído nesse último terno é aplicado no penúltimo,
e assim sucessivamente até o segundo terno.
No primeiro terno é extraído o caldo contido na cana. Por isso chamamos o
caldo do primeiro terno de primário e o caldo do segundo terno de secundário. A quantidade
de água de embebição que se aplica varia de acordo com a região da usina, com a capacidade
da moenda, com a característica da cana (sobretudo seu conteúdo de fibra).
O valor de fibra é um parâmetro difícil de ser medido, por isso geralmente
aplica-se de 25 a 30% de água contra o peso total da cana (Embebição % cana). A
temperatura da água de embebição é um parâmetro importante para a eficiência da moagem
(RIBEIRO et al., 1999, p. 26). Tradicionalmente empregava-se água à temperatura ambiente
para embebição, porém, atualmente observa-se nas unidades industriais, o emprego de água
quente (até 80°C). Admite-se que, entre outros, a embebição a quente teria alguns efeitos:
floculação antecipada de substâncias protéicas;
maior permeabilidade do bagaço permitindo maior difusão;
maior dissolução de impurezas no caldo;
maior lubrificação das camisas dos cilindros na moenda, dificultando à “pega” do
bagaço;
redução das perdas por fermentação bacteriana;
pré-clarificação do caldo;
pequena redução de umidade no bagaço final durante o percurso nas esteiras,
melhorando a queima nas caldeiras.
A embebição mista utiliza água em mais de um terno e os caldos
intermediários retornam parcialmente. Propõe-se, também, a embebição integral, que consiste
na imersão total, em água, do bagaço que deixa cada terno, evitando-se, assim, que o ar ocupe
os vazios na expansão do bagaço, prejudicando a extração (IPT, 1990, p. 27-28).
Enfim, há vários pontos importantes para definir o índice de eficiência da
extração:
25
Aumento da pressão hidráulica:
- Aumenta o caldo expelido;
- Aumenta a potência necessária;
- Reduz à pega (capacidade de alimentação).
Aumento na velocidade do rolo:
- Reduz o caldo expelido;
- Aumenta à pega;
- Aumenta a capacidade de moagem.
Aumento na ruptura das células (preparo):
- Aumenta o caldo expelido;
- Aumenta à pega.
Aumento na vazão de água de embebição:
- Aumenta a extração;
- Reduz à pega.
Aumento na temperatura da água de embebição:
- Aumenta a extração;
- Reduz à pega (capacidade de alimentação).
Redução na abertura dos rolos e da bagaceira:
- Requer aumento da velocidade para manter a moagem;
- Aumenta a ruptura das células;
- Aumenta a potência necessária.
1.4.2 Índices de eficiência da moagem
Para cada 1% de matéria (mineral ou vegetal) que entra na usina, se perde 1,5 kg de
açúcar por tonelada de cana moída;
O índice de rupturas de células define o resultado do preparo de cana. Até 90% é
aceitável;
A extração no primeiro terno deve ser de 50 a 70%;
A umidade do bagaço deve ser de 48 a 50%;
A pol do bagaço na saída do último terno dever ser o mais baixo possível, sem afetar
outros parâmetros da fábrica. A pol do bagaço até 1,5 é aceitável;
26
A extração do caldo deve ser a maior possível. A média de extração para uma moenda
é 96%;
Limpeza das moendas, mantendo um perfeito estado de assepsia da área, fazendo
desinfecção com água quente, vapor ou produtos químicos (RIBEIRO et al., 1999, p.
26-27).
1.4.3 Operação
A operação eficiente de uma seção de moagem exige a regulagem das aberturas
apropriadas para cada terno; controle estrito das variáveis operacionais, das quais as principais
são: peso de fibra por hora, velocidade periférica dos rolos, carga hidráulica e embebição; e
finalmente, boa manutenção.
1.4.4 Regulagem da moenda
A regulagem da moenda requer três medidas: a abertura entre o rolo superior e
o de entrada, a abertura entre o rolo superior e o de saída, e a abertura entre o rolo superior e a
bagaceira. O peso da fibra que passa pela moenda na unidade de tempo constitui a base de
cálculo para a regulagem apropriada. Os conceitos abaixo são usados para chegar-se à
regulagem inicial. Ao longo da operação, mudanças das condições iniciais tornando-se em
geral necessárias devido a muitas variáveis desconhecidas envolvidas.
1.4.5 Abertura em trabalho
A abertura em trabalho é a distância média entre os rolos medida no plano axial
comum. É calculada a partir do diâmetro médio dos dois rolos, que por sua vez é o diâmetro
médio entre a crista e o fundo do friso. Um valor fixo é adicionado à abertura medida, para
permitir o levantamento do rolo superior ao flutuar em operação a uma carga de fibra
calculada.
27
1.4.6 Relação de aberturas
É a relação entre as aberturas de entrada e saída. Baseia-se na abertura
calculada em trabalho do rolo de saída, que é determinada pela taxa de fibra, tamanho dos
rolos, velocidade dos rolos e conteúdo de fibra do bagaço descarregado.
1.4.7 Controle
Os números básicos no controle de uma moenda são os da pol, da umidade e o
da fibra no bagaço final. A rigor, eles fornecem apenas o resultado global. Torna-se
importante conhecer o desempenho dos ternos individuais, o que requer a análise do bagaço
de cada terno. Todavia, constantes variações na fibra devido a impurezas tornam tais números
de pouco valor, a não ser que sejam tomados em base estatística significante. Portanto, eles
não são justificáveis do ponto de vista econômico. Em resultado, as regulagens da moenda são
estimadas e, a seguir, ajustadas com base na experiência (PAYNE, 1989, p. 51-56).
A extração relativa dos rolos de entrada e saída podem também ser calculados
pelos dados da curva de brix e para que se possa analisar cada terno de moagem
individualmente, utiliza-se o método do retângulo, como mostra o exemplo abaixo:
Tabela1 - Valores de referência do brix
Brix Refratométrico
Rolo de entrada 2,0
Rolo de saída 4,0
Caldo total 2,5
Fonte: PAYNE, 1989, p.58.
Calculando-se pelo método do retângulo:
28
%Er = (1,5 / 2,0) x 100 Eq. (1)
%Er = 75%
% Er é a porcentagem extraída pelo rolo.
Portanto, 75% do caldo foram extraídos pelo rolo de entrada e 25% pelo rolo
de saída. Segundo Payne (1989, p. 58), tais números indicariam um bom desempenho do
terno.
Seguem na tabela 2, as especificações técnicas da Linha Padrão da moenda de
acordo com a Empral, empresa fabricante do equipamento de extração.
Tabela 2 - Especificações técnicas da moenda
MEDIDAS MOENDAS CAPACIDADES (TCH)
(mm) (pol) 3.0 rpm 6.5 rpm 8.0 rpm
900x1400 35,43”x55,12” 121 263 323
1000x1700 39,37”x66,93” 184 400 492
1075x2000 42,32”x78,74” 254 550 677
1100x2200 43,31”x86,61” 292 634 780
1175x2200 46,26”x86,61” 336 728 896
1200x2300 47,24”x90,55” 367 796 979
1250x2300 49,21”x90,55” 400 867 1067
1350x2300 53,15”x90,55” 470 1020 1255
1350x2400 53,15”x94,49” 491 1064 1309
1450x2500 57,08”x98,42” 594 1287 1584
Fonte: Empral, 2010.
1.5 DIFUSOR
O difusor tem sido mesmo o equipamento escolhido, na maioria dos casos, para
os processos de extração das novas plantas industriais no Brasil. Alguns técnicos argumentam
que é a melhor alternativa se a usina estiver buscando extração mais eficiente e menor
manutenção (JORNAL DA CANA, 2010, p. 84).
29
Figura 9 - Difusor de Cana
Fonte: BASTOS NETO, 2010, p. 3.
Um equipamento chamado difusor é na realidade um lixiviador de cana. Os
dois processos funcionam de maneira a separar o caldo da fibra, nesta separação, o difusor
realiza duas operações:
Difusão: separação por osmose, relativa apenas às células não rompidas da cana,
aproximadamente 3%;
Lixiviação: arraste sucessivo pela água da sacarose e das impurezas contidas nas
células abertas.
O verdadeiro processo de difusão, que é aplicado, por exemplo, no
processamento da beterraba, a elevada temperatura de operação promove uma quebra química
das membranas das células que contém a solução rica em sacarose, aumentando desta forma
sua permeabilidade e permitindo que a sacarose passe através da membrana na direção de
uma solução com menor concentração (transferência de massa por diferença de
concentração). No caso da cana-de-açúcar, as células que contém a sacarose são
completamente insensíveis à temperatura, de maneira que no difusor de cana a sacarose é
extraída exclusivamente por um processo de lavagem repetitiva, passando por diluição para a
solução de menor concentração.
A extração efetua-se graças à ruptura das células, onde está a sacarose, e a
lavagem destas com água ou caldo extraído (embebição). Esta é basicamente a razão principal
da necessidade de um excelente preparo de cana, para que seja possível à água entrar em
contato com o maior número de células abertas e assim alcançar os elevados índices de
extração.
30
Nos difusores, a sacarose é extraída em contracorrente com caldo diluído e
água. A maioria das leis da difusão osmótica aplica-se a lixiviação, sendo que apenas os
coeficientes de tempo e de eficiência é que mudam. A extração depende muito da proporção
de células rompidas, efetuadas no preparo da cana, e da possibilidade de acesso do líquido de
extração a estas células.
A Figura 10 apresenta um esquema simplificado do funcionamento do difusor:
Figura 10 - Esquema de Funcionamento do Difusor de Cana.
Fonte: BASTOS NETO, 2010, p. 1.
A água de embebição é alimentada na parte final do difusor, próximo da saída
do bagaço, a uma temperatura entre 75 e 90ºC, um aquecedor por contato direto com vapor
controlado automaticamente permite manter a adequada temperatura da água. A embebição é
a seguir enviada a uma canaleta transversal que cobre toda a largura do difusor e é
uniformemente distribuída sobre o colchão de bagaço, a água percola através das fibras, passa
pela chapas perfuradas e é recolhida no captador de caldo, para facilitar a passagem da
sacarose da solução rica para a pobre, a circulação dos caldos é feita em contracorrente com o
bagaço, permitindo assim a manutenção de um diferencial de concentração entre as soluções
praticamente constantes ao longo do difusor. Desta forma, a concentração do caldo aumenta
sua concentração gradualmente até atingir seu máximo no captador situado junto à entrada da
cana no difusor, de onde é bombeado para peneiramento e daí para o processo. Analogamente,
o bagaço que segue em direção à parte final do difusor tem sua concentração de sacarose
diminuída gradualmente, como mostra a figura 11 (BASTOS NETO, 2010, p. 1-2).
31
Figura 11 - Curva Típica de Concentração no Difusor
Fonte: BASTOS NETO, 2010, p. 2.
1.5.1 Características e funcionamento do difusor
O difusor horizontal é constituído por um gamelão (caixa em chapa de aço
receptora de cana desfibrada) de largura e comprimento relativos à sua capacidade, contendo
um transportador horizontal de cana desfibrada, tracionado por linhas de correntes forjadas de
passo 10”, acionadas por um motor de corrente contínua.
A camada de cana desfibrada sobre o transportador varia entre 1 a 1,60 m.
Durante todo o trajeto do começo ao fim do gamelão, esta camada de cana desfibrada é
abundantemente regada com líquido de extração (caldo). Por baixo da camada de cana
desfibrada, o fundo do gamelão é formado por 16 captadores justapostos que são caixas com
formato semi-cilíndrico as quais recebem o caldo que atravessou a camada de cana. Com
efeito, o estrado do transportador de cana é formado por uma tela em aço inoxidável, que
deixa passar o caldo para os captadores. Uma bomba toma novamente o caldo retido no
captador e o envia ao distribuidor de caldo seguinte, colocado acima do captador precedente
servindo como caldo de embebição, sendo retido no captador de entrada de cana. O caldo
misto será enviado para fabricação de açúcar e álcool.
Na saída do difusor, o bagaço é enviado a um sistema de secagem constituído
por um conjunto de rolos desaguadores e dois ternos de moenda. O caldo diluído obtido nesse
sistema retorna ao difusor, e também é usado como embebição. O bagaço final que sai do
32
sistema de secagem contém em torno de 50% de umidade e é transportado para queima nas
caldeiras.
A extração é efetuada com caldos de embebição com temperatura em torno de
80ºC e pH entre 6,0 e 8,0.
As principais dimensões do difusor com capacidade produtiva nominal de
12.000 toneladas métricas de cana-de-açúcar (24 horas) são:
Comprimento total de 67,0 m;
Largura total de 12,8 m;
Altura aproximada de 11,3 m.
O vapor destinado ao aquecimento e manutenção da temperatura do caldo de
cana-de-açúcar e da cana dentro do difusor, tendo um consumo de vapor de 100 a 105 kg de
vapor a 102°C por tonelada de cana alimentada.
O tempo de retenção dependerá da velocidade do transporte principal do
difusor e que poderá ser ajustada em função da qualidade e da capacidade da cana alimentada
no equipamento:
Tempo de retenção da cana: cerca de 60 minutos;
Tempo de retenção do caldo de cana: cerca de 20 minutos.
Um difusor dimensionado para uma capacidade nominal de 500 toneladas
métricas de cana-de-açúcar por hora, seu desempenho está baseado na seguinte performance
técnica, como mostra a tabela 3:
Tabela 3 – Performance Técnica
Pol extração ≥ 97,5
Embebição 300% fibra
Fibra na cana 13%
Pol na cana 14,5%
Índice de preparação 90 PI pelo método SMRI
Fonte: Usina Guarani, 2010, p. 56.
Garantindo um pol do bagaço de não mais do que 1,30, saindo dos moinhos de
secagem para uma quantidade processada de 12.000 toneladas métricas de cana por dia
(equivalente a 500 toneladas por hora) de forma ininterrupta.
Isto equivale a uma extração da pol de não menos do que 97,69, sob as
condições citadas acima.
Esta garantia está condicionada aos seguintes requisitos:
33
Moinhos de secagem capazes de reduzir o teor de umidade do bagaço final a 50% ou
menos;
A quantidade de água de embebição suficiente para fornecer uma produção de caldo
não inferior a 112% da cana alimentada no difusor (o qual sob as condições acima
equivale a uma embebição de 300% de fibra);
O índice de preparação da cana não deve ser menor do que 89%;
O teor de areia e cinzas da cana preparada não deve exceder a 2%;
O teor de impurezas da cana bruta não pode exceder a 7% (USINA GUARANI, 2010,
p. 8-9, 54-56).
O difusor de cana é basicamente um condutor de bagaço de taliscas com um
fundo fixo de chapas perfuradas; as taliscas são articuladas sobre os elos de correntes
especiais. Embaixo das chapas perfuradas estão diversos compartimentos transversais semi-
cilíndricos que captam o caldo extraído da cana; cada captador é dotado de uma bomba de
recirculação que alimenta uma calha de embebição situada dentro do corpo do difusor e acima
do colchão de cana. O difusor é projetado de maneira tal que a cana é alimentada
uniformemente e a altura do colchão é mantida constante. A esteira transversal de alimentação
possui um desenho especial de duplo deck, com sistemas elétricos para levantamento que
permitem que o operador selecione a altura desejada do colchão de bagaço. O colchão se
move no interior do corpo do difusor até o ponto de descarga, onde é fragmentado por um
descarregador rotativo e segue por uma esteira de saída transversal. Devido ao seu peso
próprio e à recirculação de caldo, o colchão de bagaço tende a compactar-se, o que poderia
criar problemas de inundação com a consequente queda de rendimento, para evitar esse
inconveniente, o difusor é dotado de duas baterias transversais de roscas sem-fim verticais
que erguem o bagaço e diminuem sua densidade aparente. A seção de saída do difusor é
dotada de um rolo flutuante que proporciona um selo hidráulico em toda a largura do difusor e
também permite que a umidade do bagaço na saída do corpo do difusor não exceda 80%.
A esteira transversal de saída deposita o bagaço em um condutor intermediário
de arraste que por sua vez alimenta o sistema desaguador de dois rolos, este sistema é
projetado para eliminar o excesso de água contido no bagaço, evitando assim inundação da
moenda de secagem, este sistema permite que o bagaço na entrada da moenda tenha umidade
inferior a 72%, como a quantidade de água a ser eliminada neste passo não é grande, a
utilização de dois rolos com pouca pressão permite significativa economia de energia para o
seu acionamento, que é individual para cada rolo e composto de um redutor planetário e um
34
motor elétrico com inversor de frequência. O sistema desaguador descarrega bagaço em um
segundo condutor intermediário de arraste que alimenta uma moenda convencional de quatro
rolos, que deve ser projetado para suportar elevadas pressões hidráulicas, esta moenda permite
baixar a umidade do bagaço que vai para as caldeiras até cerca de 50%. A água extraída no
sistema desaguador e na moenda, contendo ainda traços de sacarose, é coletada em um tanque
e bombeada de volta ao difusor.
1.5.2 Especificações técnicas do difusor
Tabela 4 – Especificações técnicas
Capacidade: até 80 toneladas de fibra por hora
Distância entre centros dos eixos: 61,5 metros
Largura: compatível com sua capacidade
Tempo de retenção: aproximadamente 50 minutos
Altura do colchão de bagaço: 0,8 a 1,6 metros
Velocidade linear das correntes: 1 metro/min
Consumo total de energia: 16,6 HP/tonelada fibra hora
Embebição: 250 a 300% fibra
Temperatura em operação: 75 a 90 °C
Consumo de vapor para aquecimento: 60 a 100 kg de vapor por ton cana/hora
Extração de sacarose: até 98,6%
Umidade final do bagaço com moenda de secagem: 49 a 51%
Índice de células abertas: 89% mínimo
Fonte: BASTOS NETO, 2010, p. 3-4.
1.5.3 Aplicações do difusor
A instalação de um difusor pode ser justificada nos seguintes casos:
Instalação de uma planta nova para a produção de açúcar, etanol ou ambos;
Ampliação ou modernização de fábricas existentes onde seja previsto um alto
investimento com moendas ou para aumento da potência das transmissões existentes;
35
Projetos de diversificação de usinas existentes, com co-geração, pois o reduzido
consumo de energia mecânica do sistema de difusão deixa um excedente de vapor
vivo que pode ser utilizado para a produção de uma quantidade extra de energia nos
geradores elétricos (BASTOS NETO, 2010, p. 2-5).
1.6 PRODUÇÃO DE AÇÚCAR
1.6.1 Tratamento primário
O caldo de cana obtido no processo de extração apresenta uma quantidade e
qualidade variável de impurezas, que podem ser solúveis ou insolúveis. O tratamento primário
tem como objetivo a máxima eliminação das impurezas insolúveis (areia, argila, bagacilho,
etc.), cujos teores variam de 0,1 a 1%. A eliminação deste material beneficia o processo e
aumenta a eficiência e a vida útil dos equipamentos instalados, contribuindo também para a
obtenção de produtos finais de melhor qualidade. Os equipamentos básicos utilizados neste
tratamento são: Cush-cush, peneiras, hidrociclones e medidores de vazão.
1.6.1.1 Cush-cush
O cush-cush é constituído por peneiras fixas com aberturas de 0,5 a 2 mm,
localizado bem próximo da moenda, e tem por objetivo eliminar o material mais grosseiro em
suspensão (bagacilho). O material retido, constituído principalmente de caldo e bagacilho,
retorna por meio de raspas entre o primeiro e o segundo terno da moenda, ou mesmo antes do
primeiro terno.
36
1.6.1.2 Peneiras
Atualmente, o peneiramento do caldo é realizado por diferentes tipos de
peneiras (DSM, rotativa, vibratória), que utilizam telas de vários modelos e aberturas (0,2 a
0,7 mm), com uma eficiência da ordem de 60 a 80%. Também retorna à moenda o material
retido. A figura 12 mostra uma peneira rotativa utilizada para peneirar o caldo extraído na
moenda.
Figura 12 - Peneira Rotativa
Fonte: Martinho T. O., 2009.
1.6.1.3 Hidrociclones
O princípio de funcionamento deste equipamento baseia-se na diferença de
densidades sólido/líquido: ao ser aplicado, a força centrífuga separa a areia e a argila do caldo.
Em alguns casos, consegue-se obter uma eficiência de separação acima de 90% para
partículas de até 40µm.
1.6.1.4 Medidores de vazão
Após o tratamento primário, a massa de caldo a ser enviada ao processo é
quantificada através de medidores de vazão ou balanças de caldo, permitindo um melhor
controle químico do processo.
37
1.7 TRATAMENTO QUÍMICO DO CALDO
Apesar do tratamento preliminar citado, o caldo de cana contém, ainda, impurezas menores,
que podem ser solúveis, coloidais ou insolúveis. Assim, o tratamento químico visa
principalmente à coagulação, à floculação e à precipitação destas impurezas, que são
eliminadas por sedimentação. É necessário, ainda, fazer a correção do pH para evitar inversão
e decomposição da sacarose
(<http://www.copersucar.com.br/institucional/por/academia/cana_acucar.asp>) Acessado em:
25 jun. 2010.
O caldo destinado à produção de açúcar é peneirado e bombeado para a torre
ou coluna de sulfitação em contracorrente com o SO₂. As condições de contato com o SO₂
devem ser tais que ao final o pH do caldo deve estar entre 4,0 e 4,5. Em seguida, faz-se a
alcalinização com leite de cal, devendo elevar o pH para 6,8 e 7,2, aquecendo-se em seguida,
para efetuar-se a separação do precipitado por sedimentação e decantação. Após a decantação,
o caldo segue para a seção de evaporação enquanto que lodo decantado é filtrado (IPT, 1990,
p. 32).
A figura 13 apresenta um esquema geral das várias etapas de tratamento do
caldo para fabricação de açúcar e em seguida será explicado cada uma das etapas:
Figura 13: Fluxograma do tratamento de caldo para fabricação de açúcar
Fonte: http://www.ebah.com.br/alcool-e-acucar-unidade-ii-fabricacao-do-acucar-doc-
a17226.html
38
1.7.1 Sulfitação do caldo
Consiste na absorção do SO₂ (anidrido sulfuroso), pelo caldo, baixando o seu
pH original a 4,0 e 4,5. A sulfitação é realizada usualmente em uma coluna de absorção que
possui, em seu interior, pratos perfurados. O caldo é bombeado na parte superior da torre e
desce por gravidade através dos pratos em contracorrente com o SO₂ gasoso, aspirado por um
exaustor ou ejetor instalado no topo da coluna. Devido à grande solubilidade do SO₂ na água,
pode se obter uma absorção de até 99,5% com este equipamento.
O SO₂ gasoso é produzido na usina através da queima do enxofre na presença
de ar, em fornos especiais, segundo a reação:
S + O₂ → SO₂
A sulfitação tem como objetivos principais:
Inibir reações que causam formação de cor;
A coagulação de colóides solúveis;
A formação de precipitado CaSO3 (sulfito de cálcio);
Diminuir a viscosidade do caldo e, consequentemente, do xarope, massas cozidas e
méis, facilitando as operações de evaporação e cozimento. O consumo médio de
enxofre pode ser estimado em 250 a 500 g/tonelada de cana.
1.7.2 Calagem
Trata-se do processo de adição do leite de cal (Ca [OH]₂) ao caldo, elevando
seu pH a valores da ordem de 6,8 a 7,2. A calagem é realizada em tanques, em processo
contínuo ou descontínuo, objetivando o controle do pH final. O leite de cal também é
produzido na própria usina através da "queima" da cal virgem (CaO) em tanques apropriados
(piscinas de cal) ou hidratadores de cal segundo a reação:
CaO + H₂O → Ca (OH)₂ + calor
39
O Ca(OH)₂ produzido apresenta uma concentração de 3º a 6º "Beaume" antes
de ser adicionado ao caldo. Esta neutralização tem por objetivo a eliminação de corantes do
caldo, a neutralização de ácidos orgânicos e a formação de sulfito e fosfato de cálcio, produtos
que, ao sedimentar, arrastam impurezas presentes no líquido. O consumo da cal (CaO) varia
de 500 a 1.000 g/tonelada de cana, segundo o rigor do tratamento exigido.
1.7.3 Aquecimento
O aquecimento do caldo é realizado em equipamentos denominados trocadores
de calor, constituídos por um feixe tubular, no qual passa o caldo, localizado no interior de um
cilindro por onde circula vapor de água saturado. O caldo é aquecido a aproximadamente
105ºC, com a finalidade de acelerar e facilitar a coagulação e floculação de colóides e não-
açúcares protéicos, emulsificar graxas e ceras, ou seja, acelerar o processo químico,
aumentando a eficiência da decantação, além de possibilitar a degasagem do caldo
(<http://www.copersucar.com.br/institucional/por/academia/cana_acucar.asp>) Acessado em:
25 jun. 2010.
1.7.4 Flasheamento
Quando o caldo não é devidamente “flasheado”, as bolhas de ar permanecem
dissolvidas no caldo ou oclusas no bagacilho dificultando a sua separação.
Desta forma o caldo deve ser aquecido até 103 a 110ºC e enviado a um balão
de flash de dimensões corretas para eliminar todo o ar contido no caldo.
Em várias instalações é bastante comum encontrar o balão de flash
subdimensionado em prejuízo da renovação de ar e gases (PROENG, 2010, p. 7).
40
1.7.5 Decantação
É a etapa de purificação do caldo, pela remoção das impurezas floculadas nos
tratamentos anteriores. Este processo é realizado de forma contínua em um equipamento
denominado clarificador ou decantador, que possui vários compartimentos (bandejas), com a
finalidade de aumentar a superfície de decantação, como mostra a figura 14.
Figura 14 – Decantador de caldo
Fonte: RIBEIRO et al., 1999, p. 38.
O caldo decantado é retirado da parte superior de cada compartimento e
enviado ao setor de evaporação para concentração. As impurezas sedimentadas, com uma
concentração de sólidos de aproximadamente 10º Brix, constituem o lodo que normalmente é
retirado do decantador pelo fundo e enviado ao setor de filtração para recuperação do açúcar
nele contido. O tempo de residência do caldo no decantador, dependendo do tipo de
equipamento empregado, varia de 15 minutos a 4 horas, e a quantidade de lodo retirada
representa de 15 a 20% do peso do caldo que entra no decantador.
1.7.6 Filtração
Antes de ser enviado aos filtros rotativos, o lodo retirado do decantador recebe
a adição de, aproximadamente, 3 a 5 kg de bagacilho/tonelada de cana, que irão agir como
41
auxiliar de filtração. Esta filtração objetiva recuperar o açúcar contido no lodo, fazendo com
que este retorne ao processo na forma de caldo filtrado. O material retido no filtro recebe o
nome de torta e é enviado à lavoura para ser utilizado como adubo. É importantíssimo
controlar a perda de açúcar na torta, pois seu valor não deveria ser superior a 1%
(<http://www.copersucar.com.br/institucional/por/academia/cana_acucar.asp>) Acessado em:
25 jun. 2010.
Figura 15 - Filtro Rotativo
Fonte: RIBEIRO et al., 1999, p. 40.
1.8 EVAPORAÇÃO
A seção de evaporação realiza a primeira etapa no processo de recuperação do
açúcar do caldo. A prática usual é concentrar o caldo clarificado até cerca de 65° Brix, o que
requer a remoção de aproximadamente 75% da água. A necessidade de economia de vapor
obriga o uso do princípio de múltiplo efeito. Uma instalação adequada utiliza o quádruplo ou
quíntuplo efeito, com capacidade suficiente para evaporar a água e, além disso, está apta a
fornecer vapor vegetal para o aquecimento do caldo e operação dos tachos de cozimento. A
seção de evaporação também fornece a água condensada para alimentar as caldeiras.
42
Na evaporação em múltiplo efeito, o vapor da ebulição do caldo de um corpo é
usado como fonte de calor para o corpo seguinte. Isto pode ser realizado pela redução da
pressão no segundo corpo, de modo a reduzir o ponto de ebulição. Em um arranjo em série,
ou múltiplo efeito, o Princípio de Rillieux estabelece que uma unidade de vapor evapore
tantas unidades de água quantos forem os corpos ou efeitos. Assim, em um conjunto de quatro
unidades em serie ou quádruplo efeito, geralmente usado, uma unidade de vapor evaporará
quatro unidades de água (PAYNE, 1989, p. 97).
O ponto de cristalização da sacarose encontra-se entre os 70 e 80º Brix. Neste
estágio, pela evaporação da água é possível obter xaropes de até 75º Brix, concentração esta
que poderia acelerar os estágios seguintes de fabricação do açúcar. Na prática, porém, uma
série de conveniências faz com que se obtenham, na fase de evaporação, xaropes menos
concentrados (IPT, 1990, p. 44). Segue na figura 16, um esquema de evaporação com
múltiplo efeito:
Figura 16 - Sistema de evaporadores do Tipo Robert.
Fonte: http://www.ebah.com.br/alcool-e-acucar-unidade-ii-fabricacao-do-acucar-doc-
a17226.html
1.9 COZIMENTO
O xarope proveniente da seção de evaporação, com composição em torno de
60% de sacarose, 7% de impurezas e 33% de água, possui viscosidade tão elevada que não
pode ser mais concentrado em evaporadores comuns.
A solução para este problema é a utilização de tachos a vácuo, denominados
cozedores, que operam por batelada e permitem alcançar maiores concentrações do xarope,
43
que juntamente com os cristais formados passa a se denominar massa cozida (IPT, 1990, p.
46).
A massa obtida do cozimento do xarope proveniente da evaporação é
denominada massa A, onde mais de 60% da sacarose é cristalizada, torna-se quase uma massa
sólida que não pode ser centrifugada. A cristalização é mantida, portanto abaixo desse ponto,
e o mel é retornado para a segunda etapa ou massa cozida B. Nessa cristalização, o limite para
porcentagem de sacarose na forma de cristais é menor devido à maior viscosidade do licor-
mãe e, assim, o limite máximo não excede 50%.
O mel da massa cozida B é também retornado para cristalização adicional, mas
o produto não pode ser usado como açúcar comercializável. Este açúcar da massa cozida C,
ou de baixo grau é muito pequeno quanto ao tamanho do cristal e muito baixo quanto a pol.
Deve, portanto, ser dissolvido como produto para a massa cozida B ou, numa prática que está
desaparecendo, como magma para a massa cozida B (PAYNE, 1989, p. 109).
Veja na figura 17 a parte interna de um cozedor de açúcar:
Figura 17 - Cozedor batelada, vertical com calandra fixa e plana.
Fonte: RIBEIRO et al., 1999, p. 17.
Na figura 18 é apresentado um fluxograma do cozimento do açúcar com duas
massas A e B:
44
Figura 18 - Fluxograma do cozimento com duas massas (A e B).
Fonte: http://www.ebah.com.br/alcool-e-acucar-unidade-iii-cozimento-doc-a17224.html
1.10 CENTRIFUGAÇÃO
Dos cristalizadores, a massa cozida resfriada segue para o setor de
centrifugação e é descarregada nas centrífugas. Estas são constituídas por um cesto perfurado,
fixado a um eixo e acionado por um motor que o gira a alta velocidade. A ação da força
centrífuga faz com que o mel atravesse as perfurações da tela do cesto, ficando retidos, em
seu interior, somente os cristais de sacarose. O processo se completa pela lavagem do açúcar
com água e vapor, ainda no interior do cesto.
O mel removido é coletado em um tanque e retorna aos cozedores para
recuperação do açúcar dissolvido ainda presente, até que se atinja um maior esgotamento do
mesmo. A partir deste ponto, o mel passa a ser denominado mel final ou melaço e é enviado
para a fabricação de álcool.
O açúcar descarregado das centrífugas apresenta alto teor de umidade (0,5 a
2%), bem como temperatura elevada (65-95°C), devido à lavagem com vapor.
Os dois tipos de máquinas utilizadas são: centrífugas em batelada e contínuas
(PAYNE, 1989, p. 139), como ilustram as figuras 19 e 20:
45
Figura 19 - Centrífuga em Batelada
Fonte: RIBEIRO et al., 1999, p. 74.
Figura 20 - Centrífugas Contínuas para Massa B ou C.
Fonte: RIBEIRO et al., 1999, p. 74.
1.11 SECAGEM DO AÇÚCAR
O açúcar comercial saindo das centrifugas contém em média, uma umidade de
0,5 a 2%. Esta umidade representa graves inconvenientes à conservação do açúcar, quando
passa de certo limite (acima de 1%).
Com um secador de açúcar é possível diminuir a umidade para 0,1 a 0,2%,
obtendo uma melhor conservação do açúcar, além de aumentar a polarização e a titulação
46
proporcionalmente à água extraída. O rendimento financeiro é muito superior à perda de peso
ocasionada pela água evaporada.
Um secador compreende um aquecedor de ar com ventilador e é dividido em
uma parte de secagem e outra de esfriamento. A secagem por insuflação de ar quente consiste
no aquecimento de ar para aumentar sua capacidade de absorção de água e em projetá-lo
sobre o açúcar, o que provoca a evaporação da umidade.
Existem secadores verticais e horizontais. O secador horizontal é formado por
um tambor rotativo, com uma inclinação de 5 a 7%, que facilita a progressão do açúcar. O ar
quente que saí através do secador contém uma poeira muito fina de açúcar, por isso é enviado
para uma coluna de lavagem para recuperação do açúcar (RIBEIRO et al., 1999, p. 77).
1.12 ARMAZENAMENTO DO AÇÚCAR
Do secador, o açúcar é recolhido a uma moega com fundo afunilado, que o
despeja de forma descontínua, diretamente no saco localizado em cima de uma balança,
realizando, portanto, a operação de ensaque e pesagem.
Máquinas de costura industriais realizam o fechamento do saco, que está pronto para a
armazenagem. O açúcar é armazenado em sacos de 50 kg e em locais previamente
determinados, facilitando o controle de qualidade. Ou pode ser armazenado a granel em
barracões e transferindo para os caminhões para ser transportado
(<http://www.copersucar.com.br/institucional/por/academia/cana_acucar.asp>) Acessado em:
25 jun. 2010.
1.13 PRODUÇÃO DE ETANOL
No Brasil, além do açúcar, o mel final que é um subproduto da produção de
açúcar, é utilizado também na produção de etanol.
O álcool é obtido após a fermentação do caldo ou de uma mistura de melaço e
caldo, portanto através de um processo bioquímico. Todavia, antes de ser enviado ao processo
fermentativo, este caldo deve receber um tratamento de purificação.
47
1.13.1 Tratamento do caldo para destilaria
Após passar pelo tratamento primário de peneiramento, o caldo é submetido a
um tratamento mais completo que implica na adição de cal, aquecimento e posterior
decantação, tratamento semelhante àquele utilizado na fabricação de açúcar.
Em geral, o resfriamento do caldo é realizado em duas etapas:
Fazendo-se passar o caldo quente (esterilizado) por um trocador de calor
(regenerativo) em contracorrente com o caldo misto frio, onde o caldo misto é
aquecido e o caldo para destilaria é resfriado (=60°C);
Resfriamento final até aproximadamente 30°C, normalmente realizado em trocadores
de placas utilizando água em contracorrente, como fluido de resfriamento.
Livre de impurezas (areia, bagacilhos etc.) e devidamente esterilizado, o caldo
está pronto para ser encaminhado para fermentação
(<http://www.copersucar.com.br/institucional/por/academia/cana_acucar.asp>) Acessado em:
25 jun. 2010.
1.13.2 Preparo do fermento
O caldo misto, proveniente da extração e após tratamento, é enviado à etapa de
fermentação. Previamente, porém, o mosto a ser fermentado deve ter a sua concentração
acertada para valores adequados (19 a 22 °Brix); desta forma, é feita dosagem do caldo misto
com melaço (mel residual da fabricação de açúcar) ou xarope proveniente dos evaporadores.
1.13.3 Fermentação
O processo de fermentação, onde se dá a conversão dos açúcares em etanol, é
conduzido, na grande maioria das vezes, de forma descontínua em tanques denominados
dornas. As leveduras, microorganismos unicelulares, produzem um conjunto de enzimas que
catalisam a reação de fermentação. A fermentação alcoólica consiste na transformação dos
48
açúcares do mosto em etanol, gás carbônico e energia, sob a ação enzimática das leveduras.
Embora o processo seja complexo, para fins práticos pode-se representá-lo, segundo as etapas
a seguir:
•Sacarificação: Consiste no desdobramento de substâncias não diretamente
fermentescíveis (sacarose) em outras diretamente fermentescíveis (glicose e frutose) por
invertase.
C₁₂ H₂₂ O₁₁ + H₂O −−−−−→ 2 C₆ H₁₂ O₆
•Fermentação alcoólica: Consiste na transformação da glicose em etanol
através da zimase.
2 C₆ H₁₂ O₆ −−−−−−→ 4 CH₃ CH₂ OH + 4 CO₂ + 47,0cal
A invertase e zimase constituem-se em enzimas produzidas pelas leveduras.
Ocorre formação de outros compostos no decorrer da fermentação, em pequenas porções,
como glicerina, ácido succínico, alcoóis amílico, isoamílico, butílico e outros.
Para a fermentação alcoólica no Brasil, emprega-se o processo descontínuo
Melle-Boinot, o qual promove a reutilização das leveduras após a separação por centrifugação
do mosto fermentado em duas frações: leite de levedura e vinho deslevedurado como mostra a
figura 21.
Figura 21 - Esquema de Fermentação Melle-Boinot Fonte: http://www.ebah.com.br/unidade-vii-fermentacao-alcoolica-parte-ii-doc a42629.html
49
1.13.4 Centrifugação do vinho
Após a fermentação, o então chamado vinho fermentado segue para as
centrífugas, onde ocorre a separação das leveduras do vinho. As leveduras são enviadas para
um tanque de tratamento utilizando água e ácido, para que estas possam ser reutilizadas
novamente no processo.
A reutilização das leveduras nas fermentações subsequentes minimiza a
multiplicação celular e, portanto, o consumo de açúcar para esse fim passa a ser utilizado na
atividade de conversão em álcool. O vinho centrifugado segue para a dorna volante, que é o
pulmão da destilaria, e em seguida para os aparelhos de destilação.
1.14 DESTILAÇÃO
A destilação é uma operação unitária de separação que se baseia nas diferenças
de volatilidade dos componentes de uma mistura líquida a serem separados. Uma coluna de
destilação é um vaso cilíndrico que conta com dispositivos internos para promover o contato
líquido-vapor. Esses dispositivos de contato podem ser uma série de pratos ou bandejas
(perfuradas, valvuladas ou com borbulhadores) ou, ainda, um leito fixo de enchimento. A
destilaria é constituída por uma série de colunas de destilação, variando em número conforme
o tipo de e qualidade do álcool. A figura 22 mostra o fluxograma da destilação do etanol.
Figura 22 - Fluxograma da destilação de etanol.
Fonte: ALBUQUERQUE, 2008, p. 5.
50
Antes da entrada na primeira coluna, o vinho é pré-aquecido na faixa de 75 a
80°C no condensador “E”, passando em seguida, pelo trocador de calor conhecido como “K”,
onde resfria a vinhaça, que é retirada da base da coluna a uma temperatura em torno de
105°C, entrando na coluna com temperatura em torno de 90°C.
Esta primeira coluna é dividida em três partes:
• coluna de esgotamento do vinho: “A”;
• coluna de epuração do vinho: “A1”;
• coluna de concentração de álcool de segunda: “D”.
O vinho é alimentado no topo da coluna “A1”, sendo à medida que desce a
coluna, produzindo vinhaça que é extraída da base da coluna “A”. Os vapores alcoólicos
produzidos na coluna através da energia fornecida por vapor de d’água por troca direta
(borbotagem) ou indireta (uso de refervedor), gera a corrente denominada flegma, cuja
graduação varia em torno de 50% de álcool em volume.
A coluna “D” recebe vapor de “A1”, dando-se a concentração das impurezas
de cabeça ou álcool de segunda. Os vapores gerados na coluna “D” seguem para os
condensares “R1” e “R2”, resfriados a água. O condensado aí gerado é, em parte, reciclado à
coluna como refluxo, e a outra parcela constituem o álcool de segunda, cujo teor alcoólico
fica em torno de 92º GL.
O flegma segue para a coluna seguinte, que é constituída de:
• coluna de retificação: “B”;
• coluna de esgotamento: “B1”.
Desta coluna obtém-se a flegmaça como produto de fundo e o álcool hidratado
(96ºGL) como produto de topo. Esta coluna possui três condensadores, quais sejam: “E”
resfriado através de vinho e os condensadores “E1” e “E2” resfriados a água. Normalmente,
esta coluna é aquecida com vapor d’água injetado na base da mesma. Extrai-se também desta
coluna o óleo fúsel, constituído de produtos secundários da fermentação. O álcool hidratado é
resfriado, passa por controle de qualidade, sendo estocado ou enviado para desidratação para
produção de álcool anidro.
A mistura hidroalcoólica forma um composto azeotrópico quando atinge a
concentração de 96°GL, não sendo mais possível separar o álcool da água por destilação
convencional. Na maioria das destilarias utiliza-se o monoetilenoglicol para promover a
desidratação.
51
Na coluna de desidratação “C”, obtém-se o álcool anidro como produto de
fundo. No topo estão os condensadores “H” e “H1” que condensam o refluxo na coluna onde,
eventualmente adiciona-se o monoetilenoglicol de reposição.
A coluna “C” possui um aquecedor indireto a vapor. A mistura ternária,
composta de água/álcool/monoetilenoglicol, é separada no decantador acoplado no topo da
coluna “C”, em forma de camisa. A fase superior no decantador é rica em monoetilenoglicol,
retornando ao processo de desidratação, e a porção inferior é encaminhada à coluna “P” onde
é recuperado o monoetilenoglicol.
Na coluna “P” obtém-se, como produto de fundo, uma fração de água e álcool
que retorna a coluna “B”, e no topo é condensado o monoetilenoglicol (“I” e “I1”), sendo que
uma parcela retorna como refluxo para a própria coluna, e o restante passa para a coluna “C”.
Na coluna “P” é consumido vapor direto. As colunas são controladas através de monitoração
da temperatura em determinadas bandejas e nos condensadores, e o produto atravessa um
painel onde é verificada a graduação alcoólica (IPT, 1990, p. 36-44).
1.15 ARMAZENAMENTO
Os alcoóis produzidos, hidratado e anidro, são quantificados através de
medidores de vazão ou tanques calibrados e enviados para armazenagem em tanques de
grande volume, situados em parques de tanques, onde aguardam sua comercialização e
posterior remoção por caminhões
(<http://www.copersucar.com.br/institucional/por/academia/cana_acucar.asp>) Acessado em:
25 jun. 2010.
52
2 METODOLOGIA
O estudo combinará diferentes formas de investigação: revisão bibliográfica e
análise comparativa. Através da análise comparativa, buscando subsídios na literatura
consultada para a produção de informações que contribuirão para estabelecer um referencial
sobre a questão do melhor equipamento de extração.
2.1 DISCUSSÃO METODOLÓGICA
Diante de muitas especulações, a escolha do melhor sistema de extração tem
causado dúvidas na hora de decidir, pois, necessita de um estudo técnico prévio para indicar o
melhor equipamento para uma determinada unidade de produção de açúcar e etanol.
Para Sorrila et al. (2008, p. 13), os dois equipamentos são bons e eficientes
como sistema de extração e podem ter custos competitivos. Atualmente com os grandes
investidores estrangeiros e nacionais que vem injetando grande quantia de capital no setor
para a construção e implantação de novas unidades, principalmente em novas regiões como
Mato Grosso e Goiás, os dois sistemas de extração vem dividindo as atenções.
Uma explicação mais plausível para a escolha do difusor nesses locais é
pautada na menor necessidade de manutenção desse equipamento, ou seja, a implantação
dessas novas unidades em regiões distantes dos grandes centros fornecedores de peças e
manutenção denota essa escolha estratégica por um equipamento com menores ocorrências de
manutenção, ao contrário das moendas.
Além disso, com a alta do preço do petróleo e o encarecimento do óleo diesel,
é um fator a ser considerado em termos de logística e transporte entre as unidades e os
grandes centros fornecedores.
53
3 MELHORIAS NO DESEMPENHO DOS EQUIPAMENTOS DE EXTRAÇÃO
3.1 MOENDA
Um fator muito importante que pode interferir diretamente na extração é a
alimentação. Nas moendas causa pouca extração no primeiro terno e consequentemente nos
demais se esta alimentação não for suficiente. A camada de cana desfibrada percorrerá todo o
trajeto entre os rolos do tandem de moagem sem que sofra a pressão necessária a extração
ideal.
Por outro lado se a alimentação for excessiva haverá o risco de acontecer as
chamadas “buchas” ou no preparo ou na própria moenda, trazendo um enorme prejuízo já que
a moagem será interrompida durante algum tempo podendo este ser curto ou longo.
Hoje em dia a tecnologia nos dá uma solução cabível a este problema que é a
automação industrial do preparo juntamente com o equipamento de extração. Ao invés de a
mesa alimentadora ser controlada manualmente, esta é controlada automaticamente.
Nas moendas o controle de automação começa com a leitura do nível do
donelly pelo indicador DMY-2015-ND e um conjunto de cinco a doze sensores capacitivos
instalados na caixa do donelly. O indicador é totalmente configurável com os valores de todos
os sensores capacitivos (altura, em %, do nível do donelly). É estabelecido um set-point para
este nível e um controlador DCY-2050-ND atua diretamente no controle das esteiras em
conjunto com o sistema de prevenção de embuchamento nos picadores, niveladores e
desfibradores realizado pelos transmissores TY- 2090-F-PE.
No controle de velocidades das esteiras é necessário um controle adicional de
relação de velocidades entre as esteiras de borracha e metálica, com o objetivo de evitar o
embuchamento de cana na interface entre as esteiras e garantindo que a velocidade da esteira
de borracha seja sempre maior que a da metálica.
O sistema de prevenção de embuchamento faz a monitoração constante das
rotações dos picadores, niveladores e desfibradores e gera um sinal de segurança para o
controlador do nível do donelly. Um valor crítico de baixa ou alta rotação indica um provável
embuchamento ou pouca carga nos equipamentos e o controle de nível atua diretamente na
esteira de alimentação de cana variando sua velocidade gradualmente (PRESYS – Apostila
xerocada, p. 5-6).
54
Com isso é possível um aumento na capacidade diária da moenda e na
extração, maior estabilidade do processo, sendo esse último de maior importância.
3.2 DIFUSOR
Para melhorar o desempenho do difusor, sua eficiência e aumento na
moagem/dia, foram feitas algumas adaptações.
A instalação de um medidor de brix na saída do captador semi A, fornece a
precisão para o operador do brix do caldo misto ajudando a interferir na embebição,
minimizando o impacto da variação da ART mantendo a extração estável e também o brix do
mosto desejado para a fermentação.
O difusor necessita de uma camada de cana desfibrada uniforme no seu interior
(na prática esse valor é de 1,5m), para que se possa extrair o seu máximo sem afetar a
capacidade diária de moagem, a instalação de uma balança eletrônica na esteira de borracha
antes do difusor, possibilita ao operador estabelecer o SP (set point) da tonelada/h desejada e
assim passando para o controle automático.
Essa balança é interligada com o apaupador do difusor para minimizar o
impacto da diferença de densidade da cana, se a fibra é alterada aumenta o seu volume e o
apaupador detecta essa variação enviando um sinal para a balança fazer a correção
instantânea. Desta forma, ajuda a manter a moagem estável, evitando as “buchas” (parada na
moagem), melhorando o aproveitamento industrial, ou melhor, a extração do caldo.
Para melhorar a percolação do caldo para os captadores, instalaram caixas na
lateral do difusor, pois, em dias que a cana está com muita terra e palha, melhoram a
eficiência na extração.
Outra melhoria adaptada foi o rodo de borracha nas taliscas do difusor, esses
rodos raspam o fundo do difusor limpando os furos da tela, facilitando a percolação,
aumentando a passagem do líquido pelos furos da tela.
Para um difusor com capacidade de 4.000 ton/dia, as melhorias
proporcionaram um aumento de 70% em sua capacidade nominal (6.800 ton/dia), mantendo
uma eficiência desejável mesmo com o aumento da moagem.
55
3.3 COMPARAÇÃO ENTRE O DIFUSOR E A MOENDA
A extração de sacarose pelo difusor e moenda, apresenta diversas vantagens e
desvantagens quando comparadas, pode ser calculada em relação à pol ou ART, como
demonstrado na equação abaixo:
% E = { A – [ ( B / C ) x D ] / A} x 100 Eq. (2)
Onde:
A = ART % Cana
B = Fibra da Cana
C = Fibra do Bagaço
D = ART % Bagaço
E = % Extração da pol
Os adeptos ao difusor garantem uma ligeira vantagem em relação à moenda,
atingindo índices médios entre 97,5 e 98% na extração. Já os que utilizam a moenda garantem
que utilizando seis ternos se pode chegar a valores próximos de 98%, em determinadas
ocasiões.
Mas no Brasil o que se vê entre as unidades sucroalcooleiras é que há uma
preferência entre moer mais do que extrair. Com a extração otimizada, obtida com esforço é
possível ganhar em uma mesma safra 1 ou 2%. Mas se compararmos a moagem em um
mesmo ano é possível se obter um ganho de 20 a 40% (JORNAL DA CANA, 2010, p. 80).
Fazendo uma análise entre os dois equipamentos, obtemos bons índices de
extração da pol. Na figura 23 será apresentado o gráfico comparando a extração da moenda e
do difusor.
56
Figura 23 - Extração total da pol
Fonte: LEMOS et al., 2010.
A moenda avaliada possui seis ternos de 37” x 66” apresentando altos índices
de extração ficando na média com 97,5% como mostra a figura 23, mas em certas ocasiões a
extração diária atinge valores acima de 98%. O difusor com a moagem aumentada em 70% da
sua capacidade total tem uma média de extração 94,5%, atingindo picos de 95% em certos
dias, um bom valor já que moagem foi aumentada em 2800 toneladas de cana por dia.
Tais valores mostram que se pode obter bons índices de extração para ambos os
equipamentos.
O teor de fibras é outro fator que interfere diretamente na capacidade de
moagem, quanto maior a fibra mais sacarose é retida no bagaço. A figura 24 mostra uma
maior oscilação da fibra no difusor do que na moenda.
Figura 24 - % Fibra da Cana.
Fonte: LEMOS et al., 2010.
9292,5
9393,5
9494,5
9595,5
9696,5
9797,5
9898,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
%
DIAS
EXTRAÇÃO TOTAL DA POL
MOENDA
DIFUSOR
1010,410,811,211,6
1212,412,813,213,6
1414,414,815,215,6
1616,416,8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
%
DIAS
% FIBRA DA CANA
MOENDA
DIFUSOR
57
Essa variação da fibra além de interferir diretamente na eficiência de extração
do difusor ou da moenda, consequentemente irá alterar a taxa de embebição que varia
conforme altera a fibra, ocasiona um aumento na pol do bagaço final enviando uma maior
quantidade de açúcar junto com o bagaço para as caldeiras. Nas figuras 25 e 26, veremos o
efeito desse aumento da fibra em relação a % pol do bagaço e na % de embebição no difusor,
já que a fibra da cana que entrou na moenda não sofreu grandes alterações, mantendo a taxa
de embebição e a pol do bagaço durante a operação relativamente constante.
Figura 25 - % Pol no Bagaço.
Fonte: LEMOS et al., 2010.
Figura 26 - % Embebição na Cana.
Fonte: LEMOS et al., 2010.
Em consequência dessa variação da fibra no difusor, ocorre também um
aumento na porcentagem de umidade do bagaço final, observado na figura 25. Na moenda
00,20,40,60,8
11,21,41,61,8
22,22,42,62,8
33,2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
%
DIAS
% POL NO BAGAÇO
MOENDA
DIFUSOR
20242832364044485256606468
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
%
DAIS
% EMBEBIÇÃO NA CANA
MOENDA
DIFUSOR
58
não houve aumentos significativos da fibra tornando o processo mais estável em relação a
porcentagem de pol no bagaço, pol extraída e porcentagem de embebição. Porém, na umidade
do bagaço final foi visível uma grande variação da umidade, que é ilustrada na figura 27.
Figura 27 - % Umidade no Bagaço
Fonte: Lemos et al., 2010.
Uma questão sempre levantada, e obviamente não sujeita a uma resposta
definitiva, é como pode ser comparada a difusão com a moenda, do ponto de vista da
recuperação e das perdas. Como em qualquer equipamento, vai depender da capacidade das
instalações e de como são usadas. Existem alguns princípios básicos a considerar na busca das
tecnologias envolvidas e por esse meio, de chegar a conclusões relativamente razoáveis.
A tabela 5 lista as principais diferenças entre os equipamentos de extração.
Tabela 5 - Diferenças entre Moenda e Difusor
MOENDA DIFUSOR
Bagaço mais seco Bagaço mais úmido
Menos sensível à paradas Mais sensível às paradas
96% de extração 98% de extração
Preparo de cana mais leve Preparo de cana mais pesado
Manutenção barata no curto prazo Manutenção cara ao longo prazo
Maior intervenção de Assistência técnica Menor intervenção de Assistência técnica
4545,5
4646,5
4747,5
4848,5
4949,5
5050,5
5151,5
5252,5
5353,5
5454,5
5555,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
%
DIAS
% UMIDADE DO BAGAÇO
MOENDADIFUSOR
59
Tratamento de caldo mais pesado Tratamento de caldo mais leve
Tamanho de ternos e rotação definem
capacidade
Altura, largura do colchão e retenção definem
capacidade
Menor dificuldade no cozimento (açúcar) Maior dificuldade no cozimento (açúcar)
Maior custo operacional Custo operacional reduzido
Economia de energia térmica Economia de energia mecânica
Maior risco de contaminação Operação mais limpa e segura
Menor área de instalação Maior espaço horizontal
Aumento da capacidade de moagem da
ordem de 450%
Recomendado não ultrapassar a capacidade
de moagem de 50%
Fonte: SORRILA et al., 2008, p. 13.
3.4 ANÁLISE ECONÔMICA ENTRE A MOENDA E O DIFUSOR
Segundo Sorrila et al. (2008, p. 33) “para se estabelecer uma análise econômica
é necessário uma descrição da planta de extração do caldo apresentada na tabela 6. Na
moenda será avaliado do preparo ao sexto terno, e no difusor do preparo até o terno de
secagem. O preparo de cana para os processos de extração são basicamente iguais, diferindo
apenas no desfibrador, pois, o difusor necessita de uma maior porcentagem de células abertas
(open cells)”.
Tabela 6 – Concepção básica das plantas de extração.
EQUIPAMENTO Moenda Difusor
Preparo
1 x Faca Niveladora 1 x Faca Niveladora
1 x Picador COP8 1 x Picador COP8
1 x Desfibrador COP5 1 x Desfibrador COP10
Moagem
6 ternos: 1 x Difusor de 12m x 60m
2 x 42” x 78” 1 x Rolo Desaguador
4 x 37” x 66” 1x Terno de moenda 50”x 90”
Fonte: SORRILA et al., 2008, p. 33.
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As capacidades de moagem máxima consideradas para a concepção básica das
plantas de extração estão apresentadas na tabela 7, juntamente com os valores de ART, fibra
da cana e a condição do vapor produzido pela caldeira.
Tabela 7 - Valores de Referência para 500 Toneladas de cana hora
Dados Valor Unidade
ART da cana 16 %
Fibra cana 13 %
Vapor 66 bar 515 °C
Safra 210 Dias
Rendimento da safra 85 %
Moagem 24 Horas
Acionamentos Elétricos
Consumo Turbina contra-Pressão 5,75 kg/KW
Consumo Turbina condensação 3,70 kg/KW
Fonte: SORRILA et al., 2008, p. 33.
3.4.1 Custos de manutenção (SORRILA et al., 2008, p. 37.)
O custo de manutenção consolidado é obtido através de uma média dos gastos
anuais durante 10 anos, tendo um custo médio para o difusor de R$ 0,395 / ton. A manutenção
periódica de um difusor consiste na troca das laterais internas e reforma das correntes. Para os
ternos de secagem são considerados os seguintes itens: bagaceira, camisas refrisadas e novas,
soldas nas camisas, reforma dos pentes e esteiras, além da manutenção do preparo de cana.
Para a moenda, o custo médio de manutenção é R$ 0,479 / ton. A manutenção
constitui-se de revisão periódica da bagaceira, camisas novas e refrisadas, soldas nas camisas,
pentes superiores e inferiores e esteiras intermediárias para os seis ternos, além da
lubrificação e do preparo da cana.
61
3.4.2 Investimento no sistema de extração
O investimento total e sua porcentagem, relacionado ao investimento da planta,
para os sistemas de extração de caldo, moenda e difusor, estão na Tabela 8.
Tabela 8 - Investimento Total para Sistemas de Extração
Componente Investimento (R$) % Total
Moenda
Difusor
27.900.000,00
39.292.000,00
9,10
12,36
Fonte: SORRILA et al., 2008, p. 35.
Os custos de instalação total da planta são facilmente determinados após serem
apresentados os custos de manutenção e do total de investimentos realizados. O resultado está
discriminado na tabela 9, para os dois sistemas de extração.
Tabela 9 - Custo total da planta para difusor e moenda, incluindo manutenção e preparo.
PARÂMETROS DIFUSOR (R$) MOENDA (R$)
Custo de Manutenção 811.484,00 1.088.738,00
Investimento no Preparo 278.460.000,00 278.460.000,00
Investimento do Sistema de Extração 39.292.000,00 27.900.000,00
Investimento Total 318.563.484,00 307.448.738,00
Fonte: SORRILA et al., 2008, p. 38.
Ao final deste capítulo, foi apresentada uma análise da viabilidade econômica,
fornecendo os custos de instalação e manutenção do difusor e da moenda.
Portanto, são parâmetros básicos necessários para a realização de uma
comparação e chegar a uma conclusão mais justa.
62
CONCLUSÃO
Os estudos realizados sobre os equipamentos de extração de sacarose a partir
da cana-de-açúcar mostraram que tanto a moenda quanto o difusor apresentam bons índices
de extração da pol. A literatura e os adeptos do método da difusão garantem um valor de 98%
de pol extraída, seguindo e respeitando os parâmetros estabelecidos para a operação.
Na análise realizada no difusor, os valores de extração da pol atingiram 95%,
um valor considerado baixo para um difusor operando em condições normais. Porém, se
justifica devido às melhorias realizadas, no qual possibilitou o aumento da moagem e
consequentemente a redução da extração da pol. Essa redução não se limita às melhorias, mas
também ao aumento da fibra e do índice de células abertas. Como o difusor possui alto índice
de extração, além da sacarose extrai óleos e graxas que dificultam o cozimento do açúcar e
outra desvantagem do mesmo, é que estes carregam mais impurezas com o bagaço para as
caldeiras, exigindo maior limpeza das mesmas devido a pior qualidade do bagaço.
Já o estudo efetuado na moenda, o valor de extração da pol atingiu a média de
97,5% mostrando que também é possível se obter valores ótimos de extração sem a redução
da moagem, desde que, seja efetuada a sua regulagem e operação de forma correta.
Para se estabelecer uma análise em relação ao custo de aquisição dos
equipamentos, pode-se observar que o difusor apresenta um valor maior em relação à moenda,
porém, possui um custo menor de manutenção. Os baixos valores de manutenção devido o
atual estágio de desenvolvimento tecnológico e a quantidade de cana a ser moída na safra, são
fatores de alta importância na decisão da implantação de um equipamento de extração em
uma unidade industrial.
63
REFERÊNCIAS
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de etanol. Pentagro Soluções Tecnológicas. São Carlos, nov. 2008.
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Disponível em: <: http://www.ebah.com.br/alcool-e-acucar-unidade-i-extracao-e-preparacao-
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Mensagem recebida por <[email protected]> em 24 mar. 2010.
CASTRO, Sebastião Beltrão de; ANDRADE, Samara Alvachian C. Apostila de engenharia
e tecnologia açucareira. Pernambuco, Engenharia química, UFPE, 2006. 248 p. (Apostila
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<http://www.conab.gov.br/OlalaCMS/uploads/arquivos/344b55c90f6d37e3beca41418e5df0e
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EMBRAPA. Genética cria espécies de cana-de-açúcar mais produtivas e resistentes.
Disponível em: http://www.cpatc.embrapa.br/uep/index.php?idpagina=artigos&artigo=5161>.
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<http://www.jornalcana.com.br/pdf/147/%5Ctecindl.pdf>. Acesso em: 26 mar. 2010.
64
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Setor Sucroalcooleiro) – Universidade de São Paulo – Escola Superior de Agricultura “Luiz
de Queiroz”, São Paulo.
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a%C3%A7%C3%BAcar>. Acesso em: 01 set. 2010.
65
GLOSSÁRIO DE TERMOS DA AGROINDÚSTRIA CANAVIEIRA
Segundo Fernandes (2003, apud PELLEGRINI, 2009, p. xvii): “A terminologia
adotada pela indústria canavieira nem sempre é a mesma em todas as empresas e regiões do
país. Ainda, uma série de fluxos materiais recebe nomes não usuais na literatura acadêmica,
porém sem similar adequada”.
Portanto, a seguir serão listados os termos utilizados nesse trabalho para
nomear alguns dos fluxos materiais relacionados a usinas:
Açúcares Redutores Totais (ART): representam todos os açúcares da cana na forma de
açúcares invertidos (mistura equimolar de glucose e frutose, obtida pela hidrólise da
sacarose).
Água de Embebição: água utilizada para facilitar a extração dos açúcares da cana.
Bagaço: resíduo fibroso resultante da moagem da cana de açúcar, constituído de fibra mais
caldo residual.
Bagacilho: a fração de partículas muito finas separada do bagaço e utilizada como auxiliar de
filtração do lodo dos decantadores para separação do caldo filtrado.
Brix: expressa a porcentagem em peso de sólidos solúveis contidos em uma solução de
sacarose pura.
Bucha: é o acúmulo indevido de matéria-prima no preparo da cana ou no equipamento de
extração, causando a parada da produção.
Caldo: solução de água, açúcares e outros sólidos solúveis.
Caldo Bruto: caldo obtido após a passagem da cana pelas moendas.
Caldo Clarificado: caldo resultante do processo de clarificação (após o tratamento).
Caldo Filtrado: caldo recuperado do lodo decantado.
Caldo Misto: mistura do caldo bruto com o caldo filtrado.
Chute-Donelly: calha de alimentação forçada, que mantém uma quantidade de cana
desfibrada em seu interior para que a alimentação da moenda não seja insuficiente.
Cinzas: o resíduo que se obtém depois de incinerar a matéria orgânica (Castro et al., 2006,
p.218).
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Desgaste por abrasão: ocorre quando existem partículas entre duas superfícies que estão em
atrito ou pela própria rugosidade dessas superfícies, gerando perda progressiva de material e
desgaste nas peças, diminuindo a eficiência do equipamento até chegar à sua parada.
Embebição: é o processo no qual se aplica água quente e ou caldo ao bagaço, para que se
misture com o mesmo.
Fibra: é a matéria insolúvel em água contida na cana.
Flegma: corrente hidroalcoólica extraída da coluna de epuração do vinho.
Flegmaça: resíduo da retificação do flegma nas destilarias; é uma água com traços de óleo
fúsel.
Inversão da sacarose: é a reação hidrolítica da sacarose em soluções ácidas à velocidades
que aumentam notavelmente com o aumento da temperatura e a diminuição do pH.
Leite de Cal: suspensão inorgânica que consiste de hidróxido de cálcio e água.
Leite de Levedura: suspensão de células de levedura obtida pela centrifugação do vinho.
Lodo: material insolúvel sedimentado no processo de decantação da purificação do caldo de
cana antes da entrada nos evaporadores ou sistemas de fermentação.
Magma: solução de sacarose com alta pureza, resultante da centrifugação da massa cozida do
Mel A, reutilizada junto com o cozimento do xarope.
Massa Cozida: mistura sólido-líquida resultante da concentração da solução saturada de
sacarose.
Mel A: solução de sacarose obtida da centrifugação da massa cozida para a obtenção do
açúcar.
Mel Final (melaço): solução de sacarose com baixa pureza, resultante da centrifugação da
massa cozida do Mel A.
Mosto: mistura de Mel Final e Caldo Clarificado enviada para fermentação.
Óleo Fúsel: é resultante da destilação do etanol, constituído de alcoóis superiores. É extraído
em pequena quantidade e utilizado na indústria química e de cosméticos.
Pol: porcentagem aparente de sacarose contida em uma solução de açúcares.
Polímero: composto químico misturado ao caldo ou xarope, com efeito de decantação ou
flotação das impurezas.
Pureza: porcentagem de sacarose contida nos sólidos solúveis.
Sacarose: é o açúcar contido nos vegetais, encontrado em maior quantidade na cana-de-
açúcar ou na beterraba. É um dissacarídeo produzido pela condensação de glicose e frutose, e
sua fórmula química é C12H22O11.
Torta de Filtro: material insolúvel obtido após a filtração do lodo.
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Vapor Vegetal: vapor de água obtido por evaporação da água do caldo de cana.
Vinhaça: efluente da fabricação de etanol resultante da destilação do vinho.
Vinho: mosto fermentado após o término da fermentação.
Xarope: solução de sacarose próxima da saturação e alta viscosidade obtida no evaporador de
múltiplos-efeitos.
