Como extrair mais da cana no processo industrial

Cadê o álcool e o açúcar que estavam aqui, bem guardados e protegidos pelos colmos e cascas da cana? Eles se perderam pelo caminho. E o pior: levaram juntos um pouco de água, adubo, defensivos e horas de trabalho empregadas no preparo do solo, cultivo, colheita e até no gerenciamento desse trabalho. Tudo isto custou dinheiro e saiu pelo “ralo” com a cana desperdiçada durante a extração e moagem. Desperdício? Essa palavra pode soar forte demais para quem procura zelar por todas as etapas do processo industrial. Mas, reflete a realidade quando empregada como sinônimo de “desaproveitamento, extravio e perda”. Afinal, quantos litros de álcool “escaparam” durante o processo de destilação? Onde foi parar o açúcar da cana que se enroscou nos engasgos da moenda?

Segundo o professor do Departamento de Tecnologia Agroindustrial e Sócio-economia Rural da Universidade Federal de São Carlos — UFSCar, Cláudio Harthopf Lopes, a cada tonelada de cana-de-açúcar perde-se entre 30 a 40 quilos de sacarose. Ou seja, a produção de açúcar por tonelada de cana, que poderia girar em torno de 150 quilos, chega a ser reduzida para 110 quilos. Um dos primeiros atalhos, por onde escapa a sacarose, é a lavagem da cana que registra perdas de até 2%. “O melhor mesmo é não lavar a cana. Na colheita mecanizada, há máquinas que impedem o contato da cana com o chão”, diz o professor O diretor da Divisão Industrial, da Usina São João, de Araras (SP), José Ieda Neto, lembra que existem transbordos, que funcionam como uma estação de pré-limpeza no campo.”É preciso avaliar o custo de operação do equipamento que é movido a óleo diesel”, pondera.

Quando não for possível evitar a lavagem, uma regra, para evitar maiores prejuízos, é não lavar a cana picada pelos métodos convencionais, pois ela apresenta diversos pontos de perdas. No caso da cana inteira, não se deve exagerar na pressão e no volume de água. Aliás, alguns cuidados já devem ser tomados na lavoura. Por dificuldades, carregamento ou transporte, a cana já chega muito amassada ou quebrada na indústria. “A cana queimada apresenta problemas, durante a lavagem, devido a trincas e microfissuras”, observa Cláudio Lopes.

Na moagem, ocorre a “fuga” de outros 4% a 6% de sacarose. Entre os diversos motivos, responsáveis por essa situação, está a presença de impurezas como areia e pedra, que ocasionam desgaste de equipamentos. Como conciliar então cana limpa com redução de perdas? “Eu prefiro adaptar os equipamentos para aceitar essas impurezas do que lavar a cana picada que tem até vinte pontos de impurezas”, responde José Ieda Neto, da Usina São João. Uma alternativa é a lavagem a seco, testada largamente em Cuba, onde há pouca disponibilidade de água. Essa sistema, implantado em algumas usinas no Brasil mantém intacta 100% da sacarose.

Limpeza a seco não provoca perda de sacarose

A limpeza a seco é uma alternativa ao sistema de lavagem de cana com água na mesa alimentadora, que ocasiona uma perda ao redor de 2%. A Techpetersen, de Piracicaba (SP), desenvolveu um sistema que utiliza basicamente hillo de descarregamento (hidráulico ou mecânico), mesas de alimentação e ventiladores para a remoção de palha e de parte da areia “Nesse processo de limpeza, não existe perda de sacarose”, afirma Guilherme Cella, diretor da empresa. As mesas de alimentação, além de receberem a cana dos meios de transporte e permitirem um pequeno armazenamento, favorecem a retirada de areia e terras como detecção de pedras e outras impurezas de maior porte. Os ventiladores eliminam a palha e parte da areia.

O sistema desenvolvido pela Techpetersen em 2001 já foi implantado em diversas empresas do setor, entre as quais a Cruz Alta, a Central de Álcool Lucélia, a Santo Ângelo, a Gasa, a Costa Pinto. A limpeza a seco não provoca problemas ambientais produzidos pela água da lavagem. Além disso, apresenta uma solução oportuna para o aumento da quantidade de impurezas trazidas pela colheita mecanizada da cana.

A empresa garante que esse sistema proporciona, entre outras vantagens, um aumento médio da capacidade de moagem em aproximadamente 5% devido à separação da palha. Além disso simplificou significativamente as instalações, eliminando os equipamentos que compõem um sistema de lavagem de cana com água, como tanques de decantação, estações de bombeamento, tubulações, recuperadores de palha, entre outros.

Para Jaime Bassinello, diretor da Usina Açucareira Guaíra, de Guaíra (SP) – que implantou o sistema de limpeza de cana por ventilação da Techpetersen na safra 2002/03, há ganhos provocados pela não utilização de água, economia de cal usada na lavagem e pelo aumento do prazo de troca dos picadores. Após a implantação do sistema ocorreu redução da limpeza das grelhas das caldeiras, que passou na Usina Guaíra de duas vezes para um procedimento de limpeza por turno.

As vantagens não param aí. O diretor industrial da usina relata que não houve necessidade de manutenção do exaustor da caldeira durante a safra após a implantação da limpeza a seco, o que acontecia anteriormente em várias ocasiões. A economia incluiu os extratores da bomba de lodo tipo Nemo que não precisaram de troca na safra 2002/03. Em anos anteriores, eles chegaram a ser trocados por dez vezes. A melhoria da decantação e filtração do lodo foi constatada pela ausência de manutenção. Não houve quebra de raspa da bandeja do decantador e não ocorreu desgaste da coroa do acionamento, o que eliminou as paradas indesejadas nessa etapa do processo industrial. A quantidade de torta produzida em média nas safras anteriores chegou a 40 kg/tch. Na safra 2002 esse número caiu para 32kg/TCH, proporcionando uma redução de 1.000 viagens no transporte da torta.

Reformas e novidades tecnológicas otimizam desempenho

Após a limpeza ou lavagem, o professor da UFSCar, Cláudio Lopes, orienta que não se deve esquecer nem negligenciar um detalhe importante durante o preparo da cana para a moagem: é necessário homogeneizar a massa, corrigindo irregularidades provocadas, por exemplo, por colmos retorcidos. A regulagem e o dimensionamento da moenda são outros fatores básicos que devem ser considerados nesse processo de otimização, enfatiza o professor. Para ele as melhores possibilidades da obtenção de bons desempenhos ocorrem em moendas com seis ternos, que apresentam doze compressões.

Os riscos de perdas sempre existem. Podem ocorrer no esteirão e chegar até a 1,5% caso ele não esteja limpo. Nas moendas, o extravio de açúcares acontecem também por contaminação bacteriana. Há perdas ainda consideráveis nos evaporadores a vácuo, na torta de filtro e até mesmo no tratamento do caldo. O processo de extração pode ser melhorado por meio da utilização de algumas novidades, placa desfibradora com novo desenho, esteira de arraste, sugador de caldo nos ternos da moenda, bicos de caldo na embebição e automação. Outra recomendação – dada por especialistas da área – é não deixar folga excessiva entre o eixo e o mancal superior. A reforma de equipamentos e moendas mais antigas tornou-se, em muitos casos, uma necessidade para a melhoria da produtividade.

“A tecnologia aplicada pela Copersucar, na década de 70 para nivelador e picador é praticamente a mesma. Mudou a solda que é muito mais resistente”, observa José Ieda Neto. Essa modificação ocorreu em função da areia, trazida pela cana picada, que provoca maior desgaste do equipamento. “Uma moenda da São João, em 1970, trabalhava com 8 mil toneladas de cana, atualmente a quantidade aumentou para 14 mil”, compara o gerente da Divisão Industrial da Usina. Diversas modificações foram introduzidas, como novos motores, eixo de moenda, rodetes e esteira de arrasto.

Para o professor Cláudio Lopes, a qualidade da água é fundamental na extração, pois ela é incorporada ao caldo de cana durante o processo de embebição. “Não é recomendável utilizar muita água para não sobrecarregar a evaporação. A embebição deve utilizar um volume de água equivalente ao dobro de fibra. Para cada 12% de fibra, emprega-se 24% de água”, exemplifica.

Tratamento do caldo exige controle de qualidade

No tratamento do caldo, o controle da quantidade e da qualidade de processo é outro aspecto importante para se evitar desperdícios. “Não ocorre perda de açúcar quando é feita uma boa clarificação”, diz Maria Teresa Ribeiro Borges, que é também professora do Departamento de Tecnologia Agroindustrial e Sócio-economia Rural da UFSCar. Na avaliação de Cláudio Lopes, as usinas só fazem o controle parcial de perdas nessa etapa. “Faltam equipamentos, treinamento de pessoal e até mesmo conhecimento específico sobre o assunto”, opina. Segundo ele, há ainda destruição de açúcar devido a alteração do PH provocada pelo tempo de retenção do caldo nos equipamentos.

Os decantadores rápidos, sem bandeja, com retenção de apenas 40 minutos, devem fazer parte da indústria da cana, de acordo com José Ieda Neto.”Eu não usaria, no entanto, somente esse modelo. É nervoso, funciona bem, mas com vazão constante. Se não trabalhar em equilíbrio, provoca estragos. O ideal é adotar o sistema misto, com decantador convencional e rápido”, avalia. Ele dia ainda que as prensas desaguadoras, que estão há dez anos no mercado, não podem ser desprezadas no tratamento do caldo.

Para melhorar a qualidade do caldo, algumas usinas utilizam peneiras estáticas e rotativas que separam impurezas como o bagacilho. Outra inovação para a otimizar o tratamento do caldo é a coluna de sulfitação em cascata com sistema multi-jato para pré-sulfitação que reduz o consumo de enxofre e os prejuízos ao meio ambiente. .

O controle da qualidade no processo industrial está, também, muito ligado aos objetivos e as necessidades da empresa. O planejamento estratégico é que define investimentos e ações. “Se a usina tiver como cliente uma indústria de bebidas, deverá se preocupar com o fornecimento de açúcar que não provoque cheiro, flocos ou altere a cor desse produto. Caso a produção esteja voltada ao VHP, os critérios de qualidade a serem considerados na extração são bem diferentes”, compara a professora da UFSCar, Teresa Borges.

A perda de açúcar por ocasião da evaporação acontece somente em dois casos: PH baixo e evaporador mal dimensionado. “Nessa situação, além de perder o açúcar, há o comprometimento da água que vai para a caldeira”, explica Cláudio Lopes. O pré-evaporador, que funciona como uma segunda caldeira, precisa estar também extremamente balanceado, incluindo aí eficiência na regulagem, dimensionamento e monitoramento. “É o coração da geração de energia na usina”, enfatiza. A grande novidade, nessa área é o evaporador de película descendente

Usinas ampliam investimentos na cogeração de energia

Os investimentos das unidades do setor sucroalcooleiro para a otimização da planta industrial estão voltados também ao aumento da capacidade de geração de vapor e eletricidade ou diretamente relacionados à redução do seu consumo. Para consultores e especialistas da área industrial, a busca pela eficiência passa obrigatoriamente pelo balanço energético ou seja, a melhoria da relação entre produção e consumo da energia térmica e, conseqüentemente, a de energia elétrica. Essa situação possibilita um melhor aproveitamento do potencial da usina em termos de matéria-prima e moagem. A própria ministra das Minas e Energia, Dilma Roussef declarou durante a inauguração da termelétrica da Companhia Elétrica Santa Elisa, em maio, que o país deve “investir mais na obtenção de energia através da biomassa, seja através do álcool ou da produção de eletricidade com a queima do bagaço de cana”.

Entre os novos equipamentos que estão melhorando a performance do setor nessa área estão as turbinas multi-estágio com extração controlada e de multipressão, de 17,5 MW. 22.5 MW, 35 MW, ou ainda com potência definida de acordo com a estratégia de cada usina. Para o diretor-comercial da Equipalcool Sistemas, de Sertãozinho (SP), Reinaldo Alioti, a economia de vapor indica a instalação do balão de “flasheamento”. O objetivo é reaproveitar o vapor de escape em todas as purgas do preparo/extração. A aquisição ou reforma de caldeiras, para aumentar a pressão para 42 ou 63 kg/cm3, é outra estratégia do setor para a obtenção de um melhor aproveitamento energético.

Ganhos significativos podem ser obtidos com o desaerador, que tem a função de retirar o oxigênio dissolvido da água e aumentar a temperatura da água de alimentação na sucção de 90ºC para 108ºC. O economizador pode também melhorar a eficiência, aproveitando os gases que saem da caldeira e elevando a temperatura da água recalcada de 108ºC para 148º. A aquisição de novos conjuntos geradores também fazem parte dos investimentos.

Fabricantes, gerentes e diretores industriais estão preocupados em reduzir o consumo de vapor na fábrica de açúcar, o que está relacionado à qualidade do caldo decantado. Por isso, uma segunda peneiragem do caldo misto, após a tradicional, pode proporcionar resultados positivos no cozimento. A utilização de evaporadores falling film – sistema de filme descendente – diminui o consumo de vapor na produção industrial.

Rolos adensadores THV “turbinam” moendas

Algumas inovações e adaptações tecnológicas têm a função de “turbinar” as moendas. A instalação de Top-Roller, Press-Roler e THV nos ternos exerce pressão sobre a cana preparada, aumenta a quantidade de matéria-prima que passa pelos ternos num mesmo espaço de tempo e proporciona maior eficiência na extração. Os Rolos Adensadores THV – fabricados pela HV Engenharia -, por exemplo – ampliam a pressão no Press-Roller e no rolo superior, situados na carga. O THV, funcionando com dois rolos, faz o adensamento adequado da cana na moenda, proporciona aumento na moagem, maior extração e redução no consumo de energia. A queda na umidade do bagaço é um das principais características do THV que motivou a sua instalação em usinas de diversos estados brasileiros. Com a redução da umidade, ele cria condições para a geração de maior quantidade de vapor na queima e energia

Quem quiser uma mudança radical no sistema de extração da sacarose pode optar pela implantação de um difusor. Em termos de desempenho o difusor chega a apresentar dados interessantes: enquanto a moenda consegue extrair 96% de sacarose, o difusor chega a 98,5%. Em relação às perdas de bagaço (pol), a moenda chega a 1,7% contra 0,8% do difusor. O custo de manutenção do difusor é de até 80% menor do que o da moenda. Além disso, as necessidades de tratamento do caldo do difusor são menores em relação à moenda, porque ocorre uma retenção parcial das impurezas, por meio do colchão da cana, durante a percolação do caldo

As vantagens do difusor não acontecem, no entanto, em todos os itens. O custo de implantação chega a ser entre 20% e 25% maior do que o do sistema concorrente. O difusor tem maior dificuldade em se livrar da terra, que provoca o efeito tampão nos captadores, impedindo a perculação – processo químico que abre a célula da cana para extrair a sacarose. O tamanho da fibra do bagaço, as pontas de cana – ou palmitos – são outros adversários desse sistema. Alguns cuidados na hora da colheita e a implantação do sistema de limpeza a seco podem tornar-se aliados de seu funcionamento.

Destilação extrativa é opção na produção de álcool

Para a produção do álcool anidro, uma boa alternativa é a destilação extrativa, que emprega os etileno glicóis como agentes desidratantes em substituição ao ciclo-hexano. Apesar de ter um custo inicial um pouco elevado, essa planta industrial passa a ser vantajosa se for contabilizada, por exemplo, a economia de um terço da energia (vapor e água) consumida pelo ciclo-hexano. Há outros fatores positivos como produção de álcool de qualidade superior; menor consumo de desidratada, menor custo operacional entre todos os processos já existentes e fácil adaptação nas plantas de ciclo-hexano.

Quando há necessidade de se produzir um álcool de altíssima qualidade, a peneira molecular torna-se a melhor opção. Segundo recomendação da Fermentec – Tecnologia em Fermentação Alcoólica, de Piracicaba (SP), as usinas devem comprar levedura selecionada e de procedência. Elas evitam contaminações indesejadas e reduzem o consumo de antiespumante entre 70 e 80%.

Unidades industriais fazem “dever de casa” com dedicação

As usinas e destilarias estão cada vez mais sintonizadas com a necessidade de diminuir custos e aumentar a eficiência. Quando o assunto é otimização da indústria, diversas unidades se empenham, com dedicação, para fazer o “dever de casa”. A Alcopan – Álcool do Pantanal, de Paconé (MT), conta com sistema de controle supervisório na moenda para controlar a carga do donell, proporcionando assim um volume ideal e contínuo para a moagem. Esse procedimento aumentou a extração da unidade que é de 95,50% e registrou um pol de 2,20.

“Temos a automatização, via supervisório, na caldeira e destilaria e conseguimos fechar a perda na caldeira em 0,008%. Pretendemos automatizar em 100% o tratamento de caldo para sermos ainda mais competitivos”, relata o gerente industrial da Alcopan, José Luís Pavani. Ele diz que a eficiência da empresa tem aumentado com a utilização de novos equipamentos como o filtro Vacun-press 2200, da Tecnopulb que é – na opinião dele – a vedete na área de filtração. A peneira rotativa, que é também automatizada, reduziu muito a taxa de infecção.

Plano diretor evita “colcha de retalhos” na automação

A automação é outro aspecto fundamental na otimização da moagem. Mas, para que as informações da usina sejam integradas a cada projeto implantado é necessário elaborar um Plano Diretor de Automação — PDA, conforme orienta o engenheiro eletrônico Marco Antonio Coghi, diretor da Companhia Brasileira de Tecnologia e Automação — CBTA, de Campinas (SP). “O PDA evita retrabalhos desnecessários e custosos nos sistemas pensados como ilhas isoladas, como acontecia com os painéis centrais de operação do passado”, diz ele, que presta serviços de engenharia consultiva para unidades do setor sucroalcooleiro e indústrias da área química. A principal característica do Plano Diretor é evitar o efeito “colcha-retalhos” nos sistemas de gerenciamento industrial, supervisão e controle. A automação, implantada de forma aleatória, pode tornar a relação custo-benefício menos vantajosa. Antes de definir o projeto de automação, os responsáveis por essa área precisam conhecer as tendências da tecnologia, do sistema e das redes que o integrarão.

Segundo Marco Coghi, o computador – que substitui hoje o modelo antigo de painel central de operação – tem que viabilizar a comunicação em rede de instrumentos, controladores, computadores de supervisão e os da gerência industrial e corporativa. “Esse sistema de informação integrada deve atender os interesses estratégicos da companhia”, observa. Por isso, há necessidade da comunicação, em tempo real, entre os diversos setores da produção industrial, como recepção da cana, extração e tratamento de caldo, fermentação, destilação, evaporação, cozimento, centrifugação. Mas, não é só isto. A automação precisa integrar informações das demais atividades gerenciadas por softwares aplicativos, entre os quais gerenciamento de manutenção, planejamento e controle de produção, controle de qualidade, laboratório, engenharia de processo.

O diretor da CBTA ressalta que esse sistema tem que gerar vantagens competitivas para a empresa. Isto pode ocorrer, por exemplo, com a obtenção de dados do ritmo de produção por período de tempo, indicadores de perfomance de equipamentos (fermentadores, colunas destilação, etc), descoberta on-line de melhorias de processo. No caso específico da fábrica de açúcar, o sistema supervisório pode fornecer dados como taxas de retrabalho ou reprocesso, controle de paradas de equipamentos, índices de repetibilidade de lotes, entre outras informações.

Para gerentes e diretores industriais, a automação das unidades tem se tornado uma das prioridades na busca de eficiência, independentemente se o sistema de extração adotado for moenda ou difusor. Na opinião do gerente de produtos da Smar Equipamentos Industriais, Jayme Tamaki Júnior, além de diminuir as paradas por embuchamento no preparo da cana, a continuidade das operações, comandada por um sistema de automação adequado, beneficia a extração como um todo. A Usina São João, de Araras, tem investido na automação, visando principalmente o controle da qualidade do açúcar.

Serviço

CBTA Produtos e Serviços – Campinas – SP – Tel. (19) 3241-4988 – E-mail: coghi@cbtanet.com.br

Techpetersen – Piracicaba – SP – Tels. (19) 3413-5693; 3421-1531

UFSCar – Departamento de Tecnologia Agroindustrial e Sócio-economia Rural – Araras – SP – Tel. (19) 542-3800