Manual do Consecana

Manual Do Consecana

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Fluxograma do Processo Industrial da Cana

Geração de energia da biomassa

ENERGIA LIGNOCELULOSICA DA BIOMASSA: uma perspectivasustentável.Giuseppe C. de Vasconcelos; Luiz A. C. Veríssimo; Anderson A. Silveira; Simone Bianchini.
Palavras chaves: Biomassa, Vegetal, Cultivo, Energia, Sustentável.

INTRODUÇÃO

Energia é a capacidade de produzir trabalho, do homem, das máquinas e dosfenômenos naturais. Sem ela nada se move ou se transforma no universo, do cosmo ao átomo. A vida nela tem sua origem, manutenção e desenvolvimento. É essencial na valorização ou subjugação do homem. O homem não a cria nem a destrói, apenas a transforma de uma em outra forma. Ela sempre provém da natureza, localiza-se e conforma a geografia física. Na Terra, tem origem com absoluta predominância na estrela centro do nosso sistema planetário, o Sol, sua fonte primária, gigantesca e permanente. Apenas três formas de energia não provêm da origem solar: das marés,entre a lua e a terra; geotérmica, do interior da terra; e a nuclear dos átomos.Historicamente, nas eras mais remotas de nossas civilizações a energia disponibilizada para executar trabalho era a força muscular do homem e animais (bois, cavalos,elefantes e etc). Entretanto, nosso passado também é balizado por avanços tecnológicos que permitiram à humanidade usar a energia concentrada disponível na natureza (fogo: energia da natureza; acedên-lo: técnica adquirida). Os cientistas gregos de Alexandria a cerca de dois séculos já detinham conhecimentos teóricos daspossibilidades de transformar calor em movimento, atração elétrica e atração magnética. Porém, estas descobertas ficaram sem aplicação prática até o começo doséculo XVIII, quando na Inglaterra suje a primeira máquina de bombear água movida a calor. Na segunda metade do século XVIII, é invetada a maquina a vapor e no século XIX, invetados os motores a combustão e as turbinas. Com essas invenções o homem passou a não mais utilizar somente a força muscular própria ou de animais para realizar trabalho. A invenção dos motores térmicos deu inicio a uma sinergia entre os avanços técnicos e as teorias cientificas originando a termodinâmica um ramo da física que a principio estudava apenas o calor em energia mecânica e que logo, se descobriu que as leis da termodinâmica eram genéricas e se aplicavam a todas transformações físicas e químicas. Desse modo, os cientistas desvendaram a natureza do calor e criaram o conceito de entropia, um dos mais profundos conceitos da ciência, que liga a transformação da matéria em energia ao fluxo unidirecional do tempo. Com o surgimento da pilha no ano de 1800, descobriu-se a corrente elétrica e estudando acorrente elétrica os cientistas descobriram que a eletricidade e o magnetismo são fenômenos intimamente relacionados e que isto torna fácil transformar energia mecânica em energia elétrica e vice-versa. Esta descoberta levou a invenção dos motores e geradores elétricos. Capaz de produzir trabalho através da técnica do uso de motores térmicos e elétricos, a humanidade abriu acesso aos estoques de energia solar proveniente da biomassa.

DESENVOLVIMENTO

A biomassa energética resulta da atividade fisiológica das plantas, que secomportam com verdadeiras usinas, transformando a energia eletromagnética do sol em energia química a partir do processo fotossintético. Sendo o primeiro vetor energético empregado pela humanidade, a biomassa atualmente tem estado presenteno contexto Mundial como uma forma energética de grande importância para a produção de eletricidade. Fatores como elevação dos custos de geração de energia elétrica segundo tecnologias convencionais, pressões sociais para com a minimização dos impactos ambientais, processo recessivo nos países industrializados devido aos sucessivos choques econômicos do petróleo, como também a crescente demanda por energia elétrica pelos Estados para aprovisionamento da infra-estrutura, tem redesenhado a matriz energética global e desencadeando reformas institucionais e estruturais no setor. Estas reformas, eminentemente de caráter descentralizador,levaram à definição de um maior espaço para a cogeração (produção combinada decalor útil e trabalho), produção de eletricidade em pequena escala, uso mais intensivo de fontes energéticas renováveis e à produção independente das concessionárias5. O que favorece, aumento da participação da biomassa na geração de energia elétrica. Aprodução de energia elétrica a partir da biomassa tem sido defendida como uma importante opção para os países em desenvolvimento e mesmo para os países da Comunidade Econômica Européia, devido à necessidade de minimização dos impactos ambientais globais negativos. O setor elétrico brasileiro tem atentado para o incremento da geração de energia elétrica de origem térmica, abrindo campo para a biomassa, em particular nos sistemas isolados e junto aos produtores industriais de resíduos de biomassa, sob sistemas de produção combinada de calor e potencia. A exemplos podemos destacar as varias usinas térmicas espalhadas pela Federação:Celulose Jarí (Carajás/PA), Frigorífico Sinop (Sinop/MT), Canteiro de obras da UHESamuel (Porto Velho/RO), Canteiro de obras da UHE Balbina (Pres. Figueredo/AM),Mineração Rio do Norte (Trombeta/PA), Piratini (Piratini/RS), Uruguaiana II (Uruguaina-RS) dentre outras. As pequenas centrais termelétricas a partir de biomassa lignocelulosica (biocombustivel sólido) se caracterizam basicamente por uma caldeira,um condensador e uma turbina utilizada para geração de energia elétrica.Considerando relativa simplicidade, o sistema também dispõe de tecnologias que o tornam ainda mais eficiente (filtros de gás, turbinas a vapor multiestágio, caldeiras aquotubulares, caldeiras de lenha picada e etc.). Energia da biomassa na ótica agroenergética segundo indicadores de sustentabilidade agroecologicos, significadisponibilizar conhecimentos e tecnologias sobre o cultivo de espécies vegetaisdestinadas à produção de biocombustíveis liquido, gasoso e sólido, comsustentabilidade ecológica, equidade social e desenvolvimento econômico. Sendo aagroenergética a ciência que trata do cultivo de espécies vegetais destinadas a produzir energia, e da tecnologia necessária para transformar a matéria orgânica em combustível utilizável e a Agroecologia ciência ou disciplina cientifica de caráter multidisciplinar que apresenta uma serie de princípios, conceito e metodologias que nos permitem estudar, analisar, dirigir, desenhar e avaliar agroecossistemas. “Plantarenergia” não é o mesmo que a queima massiva de recursos naturais seculares, mas é uma nova forma de olhar o futuro, garantindo um mundo mais harmônico,ecologicamente mais estável, economicamente rentável, visualmente mais atraente e socialmente mais justo. Estudos científicos alertam sobre a importância de pesquisas direcionadas, a disponibilidade de fontes de energia limpas, menos impactantes e renováveis, destacando a produção de biomassa para fins energéticos como a melhoralternativa ambiental, social e econômica de exploração energética. Os pré-requisitos básicos exigidos na seleção de vegetais para utilidade agroenergética são:rusticidade, altos rendimentos, aproveitamento geral da biomassa coletada, balanço energético positivo, conteúdo calórico qualitativo, capacidade de adaptação a condições adversas, possibilidade da reutilização dos resíduos gerados. Dentre os vários cultivos agrícolas produtores de biocombustíveis sólido, liquido e gasoso podemos destacar espécies com alto teor de carboidratos cana-de-açúcar e milho.

Produção de álcool

O processo de produção do álcool consiste nas seguintes etapas:

– O caldo misto extraído das três moendas é enviado a um tanque de onde se faz a divisão do caldo para o processo de açúcar e álcool.

– O caldo enviado para o processo de álcool, após sair do tanque pulmão, passa por um processo de peneiragem em peneiras estáticas para retirada do sólidos em suspensão (bagacilho). A seguir, esse caldo é bombeado para um trocador – regenerador de calor a placas (2) AX 30, onde é aquecido de 30ºC para 65ºC em contra corrente com o caldo clarificado/pré – evaporado, ou seja, ao mesmo tempo em que o caldo misto é aquecido, o caldo clarificado/pré-evaporado é resfriado proporcionalmente.

– O caldo misto aquecido a 65ºC e segue para o processo de dosagem, onde o caldo passa por um processo de correção de pH, elevando-o de 5,5 para 6,8.

– Após a correção de pH, o caldo misto passa a se chamar caldo dosado, que é enviado para oito aquecedores horizontais, onde é aquecido de 65ºC para 105ºC. Este caldo a 105ºC sofre um flasheamento no bolão de flash para a retirada do ar de seu interior e vai para os decantadores (2 decantadores com capacidade de 850m3 cada).

– Nos decantadores, o caldo sofre o processo de clarificação, onde ocorre a separação, por um lado do caldo clarificado e por outro lado do lodo.

– O lodo segue para um tanque pulmão de lodo e, a seguir, é enviado para os filtros rotativos a vácuo, de onde se obtem o caldo filtrado e a torta.

– O caldo filtrado se recicla no processo, mais especificamente na dosagem, recuperando o açúcar presente no lodo; a torta é enviada para a lavoura para servir como adubo.

Fermentação:
– O mosto preparado é enviado para as dornas de fermentação. São 28 dornas de 250 m3 cada. Nas dornas, o mosto é adicionado sobre o pé de cuba preparado.

Preparo do pé de cuba:
– O vinho fermentado das dornas (mosto após fermentação + fermento) sofre uma centrifugação visando o reaproveitamento das leveduras utilizadas na fermentação.
– O vinho delevedurado é enviado para a destilação.

– O leite de leveduras é enviado para um tratamento com a adição de água fria, na proporção de duas partes de água, por parte de fermento, adição de H2SO2 , até PH = 2,2 e agitado durante 3 horas.

– Esse tratamento é feito com cubas de 100 m3 cada. Existem 4 cubas para este tratamento de fermento. A seguir, o pé de cuba é enviado para a dorna de fermentação.

– Após esta operação, inicia-se a alimentação do mosto na dorna até o seu enchimento. Deve ser respeitado um tempo de enchimento da ordem de 3 h. Depois que a dorna estiver cheia, há uma demora de 4 a 5 horas para que a fermentação se realize, ou seja, para que o açúcar se transforme em álcool e CO2.
– Após esta fermentação, esta dorna está pronta para sofrer centrifugação do vinho e iniciar-se um novo ciclo.

Colunas:
– O vinho delevedurado é enviado para caixas de alimentação no piso superior da destilaria. Daí, por gravidade, alimentam as colunas de destilação.

– O vinho de caixa passa pelo condensador, onde condensa o álcool que sai pelo topo da coluna B. É aquecido a 60ºC. A seguir, passa nos trocadores de calor, onde troca calor com a vinhaça; o vinho é aquecido a 92ºC e a vinhaça resfriada a 85ºC K.

– O vinho aquecido a 92ºC alimenta a coluna A1, onde sofrerá uma concentração na produção alcoólica, sendo que no interior da coluna, haverá uma elevação dos vapores ricos em álcool e uma descida do líquido condensado pobre em álcool. Esse líquido pobre em álcool (vinhaça), ao atingir o fundo da coluna A, é retirado.

– Dos vapores ricos em álcool, uma parte alimenta a coluna de purificação D e outra parte alimenta a coluna B sob a forma de flegma, cuja concentração é de 50% de álcool em volume e 50% em água + resíduos formados por álcoois superiores, aldeidos, estere, etc.

– Os vapores que caem do topo da coluna D são condensados em dois condensadores (R e R1), utilizando água como refrigerante. Do vapor condensado em R e R1, parte reflui para a coluna D e parte é retirada como álcool de segunda para tancagem.

– O flegma que foi alimentado na coluna B1 sofrerá um processo de purificação e concentração; pelo topo da coluna B saem os vapores de álcool 94º GL hidratado. Pelo fundo de B1 sai um líquido aquoso isento de álcool que é denominado flegmaça. Essa flegmaça retorna para o preparo do fermento.

– Os vapores alcoólicos que saem da coluna B são condensados nos condensadores E, E1 e E2, sendo que no E o líquido refrigerante é o vinho que vai alimentar a coluna. Nos condensadores E1 e E2 o refrigerante é a água.

– Todo esse vapor alcoólico condensado retorna como refluxo para a coluna B e um pouco mais abaixo da entrada desse refluxo, é feita a retirada de álcool hidratado. Esse álcool vai para um tanque medidor e a seguir é bombeado para os tanques de armazenagem.

– Na coluna B1 existem tomadas de retirada de óleos altos (esteres, acetatos) e óleos baixos (óleo fusel). Estas retiradas são resfriadas numa resfriadeira TQO2 e a seguir enviadas para o decantador de óleo fusel. Desse decantador saem dois produtos: óleo alto, que é misturado ao álcool de segunda e óleo fusel, que é retirado e armazenado.

Produção de álcool anidro

O processo de produção do álcool anidro consiste nas seguintes etapas:

– O álcool hidratado, retirado da coluna B para produzir álcool anidro, passa pela válvula 2 que está aberta e válvula 1 que está fechada.

– Após passar pela válvula 2, vai para um aquecedor de álcool QO3 e, a seguir, alimenta a coluna C. Esta coluna é a coluna desidratadora.

– Essa coluna recebe alimentação de álcool hidratado e ciclo-hexano. Devido a adição de ciclo-hexano, forma-se uma mistura de ciclo-hexano, água e etanol. Essa mistura azeotrópica é retirada pelo topo da coluna C.

– Os vapores que saem da coluna C (mistura azeotrópica) são enviados para dois condensadores denominados H e H1, onde são resfriados com água. Todo o condensado é misturado com ciclo-hexano puro (reposição) proveniente da caixa W1.

– A seguir, recebe o condensado proveniente do condensador I, que trabalha ligado a coluna P. Todo esse condensado é enviado para um decantador de ciclo-hexano, que está no topo da coluna C.

– Nesse decantador, ocorre a separação de duas camadas, sendo que a superior, rica em ciclo-hexano, retorna para a coluna C como refluxo.

– A camada inferior, rica em água e pobre em ciclo-hexano, é enviada para a coluna de recuperação de ciclo-hexano P. Essa coluna fornece água como produto de fundo e pelo topo saem os vapores ricos em ciclo-hexano que vão ser condensados no condensador I.

– Desse condensador I, uma parte segue pela linha 17 que entra na coluna C e a outra parte segue pela linha 22 e entra na coluna P como refluxo.

– O álcool anidro que sai do fundo da coluna C é enviado para a resfriadeira J e, a seguir, é enviado para o tanque medidor TQO2. Depois disso, é enviado para os tanques de armazenamento.

– Álcool anidro – d = 0,79 kg/litro a 20ºC, ou seja: 100 litros de álcool anidro, pesam 79 kg a 20ºC.

Processo de produção do açúcar

A refinaria de açúcar é uma unidade de operação que pode existir independente de ser anexa ou não a uma unidade produtora de açúcar ou de uma usina sucroalcooleira. É na refinaria que acontece a redução de cor da matéria-prima recebida: açúcar cristal e ou açúcar VHP (Very High Polarity). A obtenção de açúcar refinado é classificada pela cor que o enquadram em tipos sólidos e líquidos, sendo:
– Açúcar refinado granulado, formado por cristais uniformes e definidos dentro de um padrão granulométrico.
– Açúcar refinado amorfo, sem formato definido com baixa granulometria (o Brasil é o único país do mundo que ainda produz este açúcar).
– Açúcar refinado líquido sacarose, solução líquida aquosa contendo aproximadamente 70% de sacarose pura, utilizado na formulação de produtos cujo componente é sacarose, como refrigerantes e bolos.
– Açúcar refinado líquido invertido, solução líquida de glicose e frutose obtidas da quebra da molécula de sacarose, possui elevada concentração dos açúcares.
A filtração existe em todas as etapas do processo de refino, desde a fase inicial de dissolução da matéria-prima componente, com peneiras estáticas do tipo inclinada ou peneiras vibratórias, compostas por tecidos sintéticos ou metálicos. Chapas perfuradas ou perfis trapezoidais são utilizados para a classificação das caldas formadas em função do grau de classificação exigido.
Nesta etapa, na fase de dissolução, também se utilizam filtros tipo cesto composto por perfis trapezoidais, que retêm os cristais sólidos perpendicularmente ao fluxo de calda, até que estes sólidos sejam totalmente dissolvidos. Na seqüência do processo, composto normalmente pelas etapas de flotação, são realizadas filtrações com uso de “Deep Bed Filter”, mais conhecido como filtro de leito profundo, com vasos pressurizados e leitos compostos por elementos de filtração ou grades compostas por perfis trapezoidais. Esta etapa que objetiva a separação de flocos formados no processo anterior, também pode ser realizada com filtros de pressão que se auxiliam com uso de meio filtrante formado por capas filtrantes de terras e carvão vegetal.
É curioso observar os processos mais antigos, que utilizavam de meios porosos orgânicos, como ossos das pernas de bovinos, que além da realização da separação da parte coloidal também objetivavam a redução desejada de cor, pois os ossos eram calcinados em fornos obtendo sua regeneração para cada ciclo de filtração, atualmente este processo não é mais aplicável.
Na seqüência do processo, as etapas de purificação como retirada de dureza (abrandamento) das caldas e descoloração são realizadas pelos processos de troca iônica, que é composto pela passagem das caldas em leitos profundos contendo as resinas ativas.
Finaliza o processo para obtenção do açúcar refinado, a filtração de polimento composta por filtros do tipo bag ou filtros cartucho, certificando uma calda de elevada pureza, reduzida a cor que a classifica como açúcar refinado.
Nos processos para obtenção de açúcares sólidos, a forma de refinado granulado é obtida pela cristalização por evaporação a vácuo, e o açúcar refinado amorfo através da auto evaporação de uma calda superaquecida. As etapas seqüentes destes produtos sólidos são a de peneiramento grosseiro (retirada de caroços), secagem, resfriamento, nova classificação de peneiramento fino e, nestas operações, além do uso das peneiras vibratórias auxiliadas por telas metálicas, também existem os filtros para os particulados aéreos, que são recuperados com o uso de filtros de mangas que se utilizam de mantas em poliéster agulhado.
Os açúcares líquidos ainda passam pelas etapas de filtração em leito de carvão ativado para retirada de cor e odor, depois são pasteurizados e passam por sucessivas etapas de filtração com uso de filtros bag ou cartucho.

Tratamento do caldo

Tratamento do caldo
Autor(es): André Ricardo Alcarde

O processo de fermentação ou destilação do caldo exige cuidados mínimos que garantam a qualidade do processo e evitem problemas na centrifugação do vinho ou na destilação.

O tratamento do caldo tem os seguintes objetivos:

eliminação de impurezas grosseiras (bagacilho, areia), que aumentam o desgaste dos equipamentos e as incrustações, além de diminuírem a capacidade de produção e dificultarem a recuperação do fermento;
máxima eliminação de partículas coloidais, responsáveis pela maior formação de espuma e também por dificultarem a recuperação do fermento;
preservação de nutrientes, vitaminas, açúcares, fosfatos, sais minerais e aminoácidos livres, necessários ao metabolismo das leveduras;
minimização de contaminantes microbianos, os quais competem com as leveduras pelo substrato e podem produzir metabólitos tóxicos a estas, diminuindo a eficiência e a viabilidade do fermento.
É importante ressaltar que o rendimento de uma destilaria depende de uma série de fatores, como: qualidade da cana; eficiência de lavagem; preparo para moagem; assepsia da moenda e condução do processo fermentativo.

Condução do tratamento

O tratamento do caldo para produção de álcool envolve: peneiramento, calagem, aquecimento, decantação, concentração e resfriamento. Considera-se que a lavagem da cana é responsável pela remoção de grande parte das impurezas grosseiras, sendo que essa eficiência depende não só do volume de água, mas também da qualidade da aplicação, do tipo de mesa instalada e das condições de solo e clima durante o carregamento.

Peneiramento
Visa a redução das partículas leves (bagacilho) e pesadas (areia, terra etc). Os equipamentos utilizados são peneiras e hidrociclones, os quais conseguem eficiência de 70 a 85%, dependendo do teor de sólidos na alimentação, condições de operação, abertura de telas etc. As principais vantagens de sua utilização são, sobretudo, a redução de entupimento e de desgastes em outros equipamentos, válvulas e bombas.

Caleação
O tratamento de caldo com leite de cal não somente provoca a floculação e favorece a decantação das impurezas, mas também protege os equipamentos contra a corrosão. Em relação ao pH a ser alcançado, quanto mais se aproxima de sete, maior é a remoção de nutrientes do caldo e o excesso de cal pode afetar o crescimento da levedura em cultura. O pH do caldo decantado é ideal quando atinge a faixa entre 5,6 e 5,8, pois não provoca remoção significativa de nutrientes e diminui a ação corrosiva do caldo sobre os equipamentos, além de favorecer a redução do número de microrganismos contaminantes.

A calagem é conduzida continuamente pela mistura do leite de cal com o caldo no tanque de calagem, sendo a dosagem automaticamente controlada pelo monitoramento do pH do caldo calado.

Aquecimento
O aquecimento consiste em elevar a temperatura do caldo entre 103 e 105º C (Celsius). O aquecimento em si pouco reduz a contaminação microbiana devido ao baixo tempo de residência à elevada temperatura. Para aquecer o caldo, utiliza-se normalmente aquecedores verticais, horizontais, tubulares. Após o aquecimento o caldo é levado para a próxima etapa, a decantação.

Decantação
Visando a separação (por meio da gravidade) de impurezas com mínima remoção de nutrientes, a decantação (Figura 1) é conduzida em menor intensidade na clarificação do caldo para destilaria do que para produção de açúcar. Esta menor intensidade é dada pelo menor tempo de retenção do caldo no decantador, que gira em torno de três ou três horas e meia contra quatro a cinco horas para a fabricação de açúcar.

Concentração do caldo

A concentração do caldo para produção e armazenamento de xarope é uma das operações de tratamento que serve como estratégia tanto para a elevação do teor de açúcar total do mosto, com conseqüente aumento do teor alcoólico, quanto para se garantir a continuidade do processo fermentativo em paradas de moagem. No caso de armazenamento de xarope, sua concentração deve ser a mais elevada possível sem, contudo, atingir um limite próximo ao crítico da cristalização.

A concentração ideal para armazenamento gira em torno de 60 graus brix (valor do teor de sólidos solúveis contidos no caldo), embora usualmente se produza com concentração entre 50 a 55 brix. A temperatura do caldo que alimenta a dorna é um fator importante no rendimento da fermentação. O sistema de resfriamento de dorna é projetado para manter a temperatura de fermentação e não para resfriar o caldo. Portanto, o caldo proveniente do tratamento deve ser resfriado a temperaturas convenientes por um equipamento adicional antes de ser direcionado à alimentação das dornas.

Extração de Caldo

O processo da extração do caldo através da Moagem

A moenda, como processo de extração de caldo, é o sistema mais utilizado, estando presente em pelo menos 98% das usinas e destilarias do Brasil, que, aliás, são as mais competitivas do mundo. Este nível de competividade das indústrias sucroalcooleiras brasileiras foi obtido como conseqüências de vários fatores, destacando-se:

A melhoria da qualificação técnica das pessoas, das usinas e destilarias, o software e a evolução tecnológica dos equipamentos – o hardware, com destaques para as moendas. A evolução experimentada pelas moendas nos últimos 30 anos transformou substancialmente a capacidade de moer das indústrias e, praticamente, eliminou a desvantagem de extração que tinha em relação aos difusores de cana.

Essa evolução das moendas de cana tornou-se ainda mais expressiva a partir de 1995, com a entrada no mercado das moendas Simisa/Empral que, além de incorporarem as evoluções realizadas até 1995, incrementaram novas tecnologias e inovaram com um projeto de monda, com premissa de reduzir os custos de manutenção, eliminando outra desvantagem hipoteticamente existente com relação aos difusores. Em termos práticos e com base em dados reais, podemos mostrar como as moendas evoluíram em capacidade de produção, sem investimentos relevantes, para diferentes bitola de moenda.

Neste período a extração elevou-se de 93% para até 97%, enquanto os difusores mantêm a extração de até 97,5% no Brasil, com base em pesquisa recente, onde se verificou extrações na faixa de 96,7 a 97,5%. Os números falam por si, porém, para uma melhor análise, podem-se extrair adicionais interessantes e algumas merecem destaque, a saber:

– Atualmente um tandem de moendas de 66” equivale a um difusor de 10000 TCD; – Esse mesmo tandem de moenda, utilizando uma moenda 78” como 1º terno, permitiria moer 11000 TCD; – Um tandem de moenda de 78”, normalmente utilizado para comparar com um difusor de cana de 10000 TCD, mói 14000 TCD; – Esse mesmo tandem, utilizando uma moenda 84” como 1º terno, tem sua capacidade elevada para 16000 TCD.- A flexibilidade da moenda, para aumentar sua capacidade de produção, permite ajustar investimentos industriais com a evolução da área agrícola; – E o menor valor de investimento, por tonelada de cana moída, de uma instalação com moendas de cana, comparativamente a um difusor.

No mundo cada vez mais competitivo, com destaque para as comodities, as questões de flexibilidade, custo e qualidade são cada vez mais relevantes e, nesse sentido, fazem-se necessárias algumas considerações, com destaque para:

A moenda permite a separação do caldo primário, que corresponde à cerca de 70% do açúcar da cana, com alta qualidade e alto teor de açúcar, com cerca de 19 grau brix e alta pureza, permitindo a produção de açúcar com cor abaixo de 100 UI. Destinar o caldo secundário, que contém 30 % do açúcar da cana, como diluente do mel final, não agregando água ao processo e aumentando a eficiência energética da usina;
Os custo de produção de açúcar com moendas de cana-de-açúcar são da ordem de 5% menores do que em difusores, o que, em termos de uma usina que moe 2.000.000 toneladas, equilibrada com 75% de produção para açúcar, pode significar uma redução de custos, por safra, de 4,5 milhões;
O caldo da moenda arrasta menos impurezas, influenciando positivamente a cor do açúcar e, conseqüentemente, gerando menos impureza no bagaço e na caldeira, contribuindo para menor desgaste das caldeiras e
A menor viscosidade das massas de açúcar provenientes das moendas facilita a operação dos flotadores de xarope, cozedores de açúcar e aumenta a capacidade das centrífugas de massa contínuas.
Na questão energética, a avaliação é ainda mais interessante, pois a análise limitada de consumo de potência da moenda, versus o consumo de potência difusor, pode levar a uma decisão equivocada. Considerando todos os fatores de consumo de energia de uma usina, o saldo energético global para uma planta com moenda de cana é maior do que para mesma planta com difusor, significando maior retorno do capital investido com a venda da energia disponível. O processo de tomada de decisão de investimentos certamente deve considerar todos os aspectos aqui abordados e mais alguns, como: custo de capital, disponibilidade de matéria-prima, etc, porém, para o foco deste artigo, deveria merecer destaque os seguintes:

A flexibilidade de implantação e seu ajuste com a área agrícola, além da capacidade de expansão futura, com reduzido valor de investimento;
A capacidade de produzir açúcar de maior valor agregado – cor baixa, mínimo menor que 150 UI;
A produção com menor custo operacional;
O menor nível de investimento inicial por tonelada de cana processada.
A melhor eficiência energética global e operação da planta com alto desempenho global.

Processo de Limpeza e Preparo da Cana

Extração do caldo, alimentação e lavagem de cana

O primeiro equipamento – a mesa alimentadora – recebe as cargas de cana do estoque, ou diretamente dos caminhões, transferindo-as a uma ou mais esteiras metálicas que conduzem a cana até as moendas, passando pelo sistema de preparo. Apresenta uma parte rodante, formada por eixos, correntes e taliscas, que, conforme a sua inclinação, pode ser classificada como:
· Convencional: inclinação de 5º a 17º
· De grande inclinação: 45º

As mesas convencionais, embora possuam grande capacidade de alimentação, tornam a mesma irregular, pois a camada de cana é muito alta, dificultando a alimentação e diminuindo a eficiência da lavagem da cana.

As mesas de 45º, por sua vez, trabalham numa velocidade maior, com uma camada bem baixa, o que propicia uma alimentação muito mais regular e de fácil controle e aumenta sensivelmente a eficiência da lavagem da cana.

A lavagem – efetuada sobre as mesas alimentadoras – visa à retirada de matérias estranhas como terra, areia, etc., com a finalidade de obtenção de um caldo de melhor qualidade e aumento da vida útil dos equipamentos pela redução do desgaste. Esta lavagem nunca é feita na cana picada, pois isto provocaria um arraste muito grande de sacarose pela água.

Preparo da cana

A mesa alimentadora controla a quantidade de cana sobre uma esteira metálica que a transfere ao setor de preparo. O objetivo básico do preparo da cana é aumentar a sua densidade e, conseqüentemente, a capacidade de moagem, bem como realizar o máximo rompimento das células para liberação do caldo nelas contido, obtendo-se, portanto, uma maior extração.

O sistema de preparo é constituído por um ou dois jogos de facas – dos quais o primeiro é apenas nivelador – que prepara a cana a ser enviada ao desfibrador.

O jogo de facas é um equipamento rotativo de facas fixas, que opera a uma velocidade periférica de 60m/s, e tem por finalidade aumentar a densidade da cana, cortando-a em pedaços menores, preparando-a para o trabalho do desfibrador.
O desfibrador, por sua vez, é formado por um tambor alimentador que compacta a cana à sua entrada, precedendo um rotor constituído por um conjunto de martelos oscilantes que gira em sentido contrário à esteira, forçando a passagem da cana por uma pequena abertura (1 cm) ao longo de uma placa desfibradora.

A velocidade periférica dos desfibradores, de 60 a 90m/s, chega a fornecer índices de preparo de 80% a 92%. Este índice seria uma relação entre o açúcar das células que foram rompidas pelo desfibrador e o açúcar da cana.

Recepção de cana de açúcar.

Eng. Industrial, Prof. Associado, Faculdade de Engenharia Agrícola, UNICAMP, Campinas-SP, Fone (0xx19) 3788.1071, e-mail: oscar@agr.unicamp.br. 2Eng. Agrícola, Prof. Titular, Faculdade de Engenharia Agrícola, UNICAMP, Campinas-SP.

A mecanização total ou parcial se aepresenta atualmente como a única opção para a colheita da cana, tanto do ponto de vista ergonômico quanto econômico e, principalmente, do ponto de vista legal e ambiental, já que apenas o corte mecânico viabiliza a colheita semqueima prévia, o que por sua vez viabiliza o aproveitamento do palhiço. A evolução lenta da colheita mecânica no Estado e no País permite concluir, mesmo sem abordar detalhes técnicos, que as soluções tecnológicas disponíveis não são suficientemente competitivas para atrair os usuários, ou seja, existem limitadores que restringem sua implementação. Este trabalho propõe uma alternativa tecnológica orientada à colheita de cana crua, emterrenos declivosos com maior preservação do emprego no meio rural. O equipamento auxilia a colheita manual, realizando as operações de corte de base, corte dos ponteiros, remoção das folhas e condução dos colmos até a caçamba armazenadora, deixando para o homem as funções de manuseio dos colmos após o corte de base passando pelo despontamento até a unidade de despalhamento. A colheita da cana-de-açúcar processou-se historicamente de forma totalmente manual desde o corte da base até o carregamento. Um primeiro passo no sentido da mecanização foi a introdução do carregamento mecânico dos colmos inteiros. Na década de 50 surgiu, na Austrália, o princípio mecânico de colheita atualmente utilizado no Brasil, o qual combina a operação de colheita com a de carregamento. Trata-se de equipamento que corta uma linha por vez, utiliza um veículo que trafega paralelamente à colhedora para receber a matéria-prima, separa boa parte das folhas e ponteiros e os lança ao solo da área colhida. Os processos convencionais de colheita manual ou mecânica, com queima prévia, visam apenas o aproveitamento dos colmos e estão constituídos de uma seqüência de operações simples que incluem o corte da base, do ponteiro e a picagem ou empilhamento dos colmos. Em ambos os casos o aproveitamento do palhiço não faz parte do processo de colheita, conseqüentemente este é separado dos colmos, mesmo que parcialmente, e deixado no campo para posterior recuperação. No caso do corte manual, a colheita semqueima prévia acarreta restrições ergonômicas e econômicas que inviabilizam a operação. Atualmente esta concepção da colheita está sofrendo modificações em função de restrições legais e ambientais ao processo de queima, juntamente com a entrada em foco do aproveitamento do palhiço para aplicações, não consolidadas ainda comercialmente, tais como geração de energia e cobertura vegetal para agricultura convencional ou orgânica. Perfila-se dessa forma um novo conceito de colheita da cana-de-açúcar, sem queima prévia, que visa o aproveitamento integral da planta, envolvendo operações adicionais para a retirada das folhas e a disposição adensada de colmos e palhiço para o transporte. Esta abordagem tem implicações profundas nos processos convencionais de colheita, tanto manual quanto mecânica, implicações estas associadas com perdas de cana, contaminação de cana e palhiço com impurezas minerais, altos investimentos para a colheita e a recuperação do palhiço assim como inviabilidade econômica do despalhamento manual. Cabe destacar os esforços realizados pelos usuários e fabricantes de equipamentos para adaptar as colhedoras de cana picada a essa nova realidade, o sucesso tem sido parcial
e tudo indica que os princípios utilizados por esses equipamentos precisam ser reformulados para enfrentar as novas exigências da colheita integral da planta. Dentro desse quadro torna-se pertinente a discussão de novas propostas que tornema colheita da cana crua tanto ou mais atraente que a colheita da cana queimada, como forma de consolidar sua implantação sem a pressão da lei ou da população. Este trabalho apresenta uma análise de onze pontos considerados determinantes para definir um perfil de colheita capaz de conseguir o aproveitamento integral da cana de forma sustentável. A análise será apresentada discutindo os referidos pontos de forma comparativa entre a tecnologia atual descrita por Braunbeck et al. (1999) e, um conceito alternativo de colheita na forma de uma mecanização parcial denominada de auxílio mecânico. As Figs. 1, 2 e 3 ilustram o referido conceito onde cada componente foi identificado pela mesma letra nas três figuras. A unidade consta essencialmente de uma frente de corte com largura de três ou cinco linhas, incluindo um disco flutuante para o corte basal de cada linha, segue umconjunto de transportadores helicoidais rotativos que conduzem o material até uma célula de trabalho com dois operadores por linha que catam manualmente os colmos, cortam o ponteiro utilizando um disco cortador disponível para cada linha e encaixam os colmos emum transportador lateral que os conduz até um despalhador de rolos. O despalhador retira as folhas e lança os colmos inteiros até uma carreta de descarga vertical onde os mesmos são armazenados ordenadamente, na direção longitudinal de marcha, para manter a densidade de carga requerida pela operação posterior de transporte. Esta concepção de lançamento, armazenamento ordenado, descarga vertical e posterior carregamento convencional mostrou-se tecnicamente viável em diversas frentes de colheita de três usinas A frente do equipamento efetua o corte de base e o transporte da massa integral de cana sobre um plano inclinado, sem separação entre as linhas.