Apostila Açúcar e Álcool

Apostila Açúcar e Álcool

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A Usina de Açúcar e sua Automação

A Usina de Açúcar e sua Automação

Autor:

Paulo Roberto Ribeiro

SMAR Filial Araçatuba Divisão Açúcar e Álcool email: ribeiro.dnapl@smar.com.br

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A Usina de Açúcar e sua Automação

2ª Edição / 2003

A Usina de Açúcar e sua Automação

Capitulo 1 INTRODUÇÃO E ESTATISCAS

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Capítulo 1 – Introdução e Estatísticas 1.1 - A origem da cana-de-açúcar

ORIGEM: Continente Asiático, trazida logo após o descobrimento do Brasil, pelos portugueses.

CARACTERÍSTICAS: Planta semi-perene, monocotiledônica, pertencente á família das gramíneas, gênero Sacharum officinarum.

PERÍODO DE SAFRA: 150 a 180 dias nas condições brasileiras. Em outros países como a Colômbia a cana-de-açúcar é produzida em todo o ano.

PRODUTIVIDADE: No Brasil a produtividade é de 60 á 100 t/ha. Os melhores rendimentos agrícolas estão na África do Sul, Austrália, Peru e Colômbia, com um rendimento de 110 á 160 t/ha, que resultará em 15 á 2 toneladas de açúcar/ha.

1.2 - Açúcar, fonte de energia

AÇÚCAR é um adoçante extraído industrialmente de um vegetal que normalmente contém um alto teor de carboidrato na forma de Sacarose.

O carboidrato é o principal constituinte de todos os seres vivos e são sua fonte de energia.

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1.3 - Açúcar, a importância histórica

A produção de açúcar é valorizada desde a antigüidade. Financiou as navegações e a descoberta da América no século XVI. Motivou conquistas e invasões no século XVII. Promoveu o desenvolvimento econômico do Brasil e da América Hispânica.

O açúcar era produzido em engenhos usando mão-de-obra escrava e caracterizou a cultura vigente do século XVI ao XVIII.

A moagem da cana-de-açúcar era feita em moendas construídas em madeira, com rolos verticais e acionados por animais ou rodas d'água.

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A clarificação, evaporação e a cristalização eram feitas em tanques aquecidos por fogo direto pela queima de lenha.

O controle da cristalização era feito pela colocação ou retirada de lenha, ou seja, pela regulagem do aquecimento.

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O caldo evaporado contendo cristais de açúcar era colocado em formas e deixando resfriar dando origem à rapadura ou açúcar mascavo.

Samuel Hazard, Cuba, 1865

O açúcar branco era produzido em casas de purga, onde em formas especiais eliminava-se o mel por gravidade através de um período de repouso que podia chegar a 50 dias.

Henri Monceau, 1764

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Em Cuba e demais países do Caribe, o açúcar branco era embalado em caixas e o açúcar mascavo em barris para o transporte até os centros de consumo.

Samuel Hazard, 1865

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1.4 - Açúcar, a modernização do processo

No início do século XIX vários aprimoramentos foram incorporados ao processo de produção de açúcar. Dentre todos, os mais significativos foram:

- A Máquina à Vapor para acionamentos - A Evaporação Múltiplos Efeitos

- O Cozedor à Vácuo

- A Centrifugação do açúcar

A máquina à vapor substituiu o trabalho braçal ou animal na moagem da cana no início do século XIX, em plena Revolução Industrial. Os países que demoraram em adotar esse avanço tecnológico perderam mercado rapidamente.

O químico norte-americano Norbert Rillieux, nascido na Lousiana, foi o responsável pela invenção da evaporação de múltiplos efeitos em 1834, que revolucionou a indústria açucareira mundial e também a indústria química.

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O químico inglês Charles Edvar Howard (1774-1816) foi quem realizou em 1812 o primeiro projeto empregando Vácuo para produzir ebulição do caldo à temperaturas mais baixas. Desenvolveu também projetos para sulfitação, refino, filtragem e emprego de vapor em lugar de fogo direto nos engenhos.

As primeiras centrífugas de açúcar surgiram por volta de 1840 e eram acionadas por energia hidráulica (roda d'água). Com o uso das centrífugas de açúcar desapareceram as 'casas de purga' na produção de açúcar branco.

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1.5 - Açúcar, a importância para o Brasil Participação do Açúcar nas Exportações Brasileiras (%)

Exportação Total Ano 2001 Mês

Brasil US$ FOBAçúcar US$ FOB

(%) do Açúcar nas

Exportações do Brasil

Exportação Total Ano 2002 Mês

Brasil US$ FOB Açúcar US$ FOB

(%) do Açúcar nas

Exportações do Brasil

Fonte:SECEX/elaboração UNICA Fonte: Informação UNICA - Ano 6 - Nº 51 - Janeiro/Fevereiro de 2003

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Para onde vai o açúcar brasileiro:

2002 - Janeiro a Dezembro

País de Destino ToneladasUS$ FOB Pr. Médio*

*US$/t Fonte: Seces/Elaboração UNICA

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1.6 - Tipos de Açúcar

AÇÚCAR DEMERARA (RAW SUGAR) E V.H.P. (VERY HIGH POL SUGAR) Açúcar produzido naturalmente, sem adicionar produtos químicos na sulfitação. A produção desse açúcar é muito grande, pois é destinado para a produção dos açúcares de melhor qualidade, através da sua diluição.

CRISTAL BRANCO Açúcar produzido através de 3 processos de purificação: Sulfitação, Carbonatação ou Fosfatação. O processo mais utilizado é a Sulfitação.

A Sulfitação é aplicado ao caldo, e seus principais efeitos são: efeito purificante, efeito descolorante, efeito fluidificante, efeito precipitante.

O açúcar cristal branco é qualificado de acordo com um padrão estabelecido:

Tipo Mínimo Pol. Máxima Cor Máx. %

Cinzas

Máx. Umidade

Standard 9.3 760 0.15 > 0.05 Superior 9.5 480 0.10 < 0.04 Especial 9.7 230 0.07 < 0.04 Especial Extra 9.8 150 0.05 < 0.04

-Açúcar Especial Extra A, com a máxima cor de 100

Com a crescente melhoria da qualidade do açúcar, atualmente existem outros padrões: - Açúcar G.C. com granulometria controlada

AÇUCAR REFINADO GRANULADO Açúcar obtido através da diluição do açúcar demerara ou V.H.P. recebendo um tratamento de purificação para eliminação de impurezas e adicionamento de produtos químicos. O açúcar refinado granulado é cristalizado em um Cozedor à Vácuo.

AÇÚCAR REFINADO AMORFO Açúcar obtido através da diluição do açúcar demerara ou V.H.P. recebendo um tratamento de purificação para eliminação de impurezas e adicionamento de produtos químicos. O açúcar refinado amorfo é cristalizado através de um choque térmico. Esse tipo de açúcar é menos valorizado que o Refinado Granulado, pois o mel também está contido no produto.

AÇÚCAR LÍQUIDO Açúcar obtido através da diluição do açúcar demerara ou V.H.P. recebendo um tratamento de purificação para eliminação de impurezas, adicionamento de produtos químicos, filtragem em tanques de resina ou carvão e concentração até aproximadamente 65o Brix. O poder adoçante desse açúcar é menor devido a quantidade de água adicionada. Esse açúcar é consumido pelas fabricas de refrigerantes e alimentos. Sua principal desvantagem é o baixo tempo de armazenamento, devido aos ataques de microorganismos, principalmente os fungos.

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AÇÚCAR INVERTIDO Açúcar obtido através da diluição do açúcar demerara ou V.H.P. O Açúcar Invertido é obtido através da reação de hidrólise total ou parcial da sacarose. Essa reação é denominada Inversão, uma vez que ocorre mudança no sentido de rotação no plano de luz polarizada. O produto final contém sacarose, glicose e frutose, a concentração de cada um desses açucares muda em função do nível de inversão. O açúcar invertido é encontrado em diferentes graus de hidrólise. A açúcar invertido mais produzido é o parcialmente invertido, com 50% de inversão, onde o poder adoçante é de 85% do valor do açúcar cristal. A vantagem do Açúcar Invertido é o menor volume e maior tempo de armazenamento, pois é mais resistente ao ataque de microorganismos.

AÇÚCAR ORGÂNICO Produto de granulação uniforme, produzido sem nenhum aditivo químico, na fase agrícola como na industrial e pode ser encontrado nas versões clara e dourada. Seu processamento segue princípios internacionais da agricultura orgânica e é anualmente certificado pelos órgãos competentes. Na produção do açúcar orgânico, todos os fertilizantes químicos são substituídos por um sistema de integração orgânica para proteger o solo e melhorar suas características físicas e químicas (evitam-se doenças com o uso de variedades de cana mais resistentes e combatem-se pragas, como a broca da cana, com seus inimigos naturais, como as vespas)

Exportações Brasileiras de Açúcar (em toneladas)

Ano de 2002

Tipos de Açúcar Meses Refinado Cristal Demerara VHP Total

Fonte: Williams (Serv. Marítimos) Ltda / Elaboração: UNICA

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1.7 - Tipos de Álcool

ÁLCOOL HIDRATADO CARBURANTE É o álcool a 92oGL (92% de álcool + 8% de água) utilizado como combustível direto nos veículos com motores movidos à álcool.

ÁLCOOL ANIDRO É o álcool a 9.6oGL (9.6% de álcool + 0.4% de água) utilizado como aditivo aos combustíveis. Atualmente a gasolina brasileira possui 24% de álcool anidro.

ÁLCOOL ANIDRO ESPECIAL É o mesmo álcool do item anterior, porem isento de contaminantes (benzeno e ciclo-hexano), produzido através do processo de peneira molecular.

ÁLCOOL REFINADO E NEUTRO É o álcool neutro de impurezas, com pouco odor. Por ser mais barato que o álcool extra neutro, é utilizado pelas indústrias de bebidas e cosméticos populares.

ÁLCOOL EXTRA NEUTRO É o mais puro álcool, não interfere em aromas ou sabores, é utilizado na elaboração de bebidas, cosméticos e produtos farmacêuticos.

1.8 - Outros subprodutos da Cana-de-açúcar

BAGAÇO DE CANA Resíduo fibroso resultante da moagem da cana-de-açúcar. É utilizado como combustível nas caldeiras para geração de energia elétrica e calor. Pode ser utilizado na fabricação de papeis e como ração animal se for hidrolizado.

VINHAÇA Resíduo resultante da destilação do álcool, é utilizado como fertilizante na lavoura. Pode ser utilizada na fabricação de adubos.

ÓLEO FUSEL Resultante da destilação de álcool, é constituído de álcoois superiores. É extraído em pequena quantidade e utilizado na indústria química e de cosméticos.

MELAÇO Resultante da centrifugação do açúcar, contendo açúcares redutores e parte de sacarose não cristalizada. É utilizado na fermentação para produção de álcool e como matéria-prima para fabricação de cachaça e rum.

LEVEDURA SECA Leite de levedura, que sofreu um processo de desidratação muito rico em proteína, destinado a ração animal.

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1.9 – Unidades Produtoras – Centro/Sul do Brasil

RANKING DAS UNIDADES PRODUTORAS - CENTRO/SUL - SAFRA 9/0

ORD. Unidades Produtoras Cana Moída (ton.)

Açúcar (sacas - 50kg)

Álcool Total (m3)

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87 Nova União (SP) 1.067.952 1.806.980 32.734 8 Trialco - Piripá (MG) 1.053.477 1.289.520 47.026

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Fonte: Informação UNICA - Ano 5 - Nº 46 - Março/Abril de 2002

Comparativo das Produções de Cana, Açúcar e Álcool do Estado de São Paulo e Região Centro-Sul

São Paulo Demais Estados Centro-Sul Produto Quantidade% Quantidade% Quantidade %

Cana-de-açúcar Açúcar Álcool Estado Toneladas % Toneladas% Toneladas %

Fonte: Informativo Orplana - Ano VIII - Nº 01 - Janeiro/2001

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1.10 - Terminologia Açucareira

EXTRAÇÃO Porcentagem em pol extraído da cana.

FIBRA EM CANA É a matéria seca e insolúvel em água que compõe a cana, que posteriormente dará origem ao bagaço.

EMBEBIÇÃO É o processo que embebe água ou caldo ao bagaço já esmagado, para que se misture com o caldo existente no bagaço e o dilua no próximo terno.

MACERAÇÃO É o processo no qual o bagaço é saturado de água ou caldo, geralmente a alta temperatura. A maceração é uma classe especial de embebição.

CALDO RICO OU PRIMÁRIO É o caldo de cana extraído no primeiro terno da moenda no qual estava contido na cana-de-açúcar.

CALDO POBRE OU SECUNDÁRIO É o caldo de cana extraída no segundo terno da moenda, que sofreu embebição desde o último terno. É mais diluído do que o caldo rico, pois está contida a água de embebição.

CALDO MISTO É a mistura do caldo rico e do caldo pobre (caldo do primeiro e do segundo terno), contendo o caldo que veio da cana e a água de embebição.

CALDO SULFITADO É o caldo que passou pelo processo de sulfitação. Contém dioxido de enxofre para redução de cor e eliminação de colóides.

CALDO CALEADO É o caldo que passou pelo processo de alcalinização (caleação) para neutralizar o pH do caldo, após a sulfitação.

LEITE DE CAL É a mistura da cal virgem com água, utilizado para neutralização do caldo ou do xarope.

SACARATO É a mistura da cal virgem com caldo ou xarope de cana, utilizado para neutralização do caldo ou do xarope.

CALDO CLARIFICADO OU DECANTADO É o caldo que saiu do decantador para eliminação das impurezas contidas no caldo.

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LODO São as impurezas retiradas do caldo durante o processo de decantação.

CALDO FILTRADO É o caldo que passou pelo processo de filtragem, para retirada da sacarose contida no lodo. TORTA DE FILTRO É a mistura do lodo com bagacinho de cana que saíram do processo de filtragem. A sacarose contida na torta é dada como perda, pois não será mais processada. A torta é devolvida para a lavoura como fertilizante.

POLÍMERO Composto químico misturado ao caldo ou xarope, com efeito de decantação ou flotação das impurezas.

BRIX São os sólidos solúveis na cana ou na solução açucarada, dos quais uma parte é a sacarose. É expressada como percentagem de peso de sólidos.

POL É o valor obtido pela polarização simples e direta em um sacarímetro de uma solução de peso normal. É expressada como se fosse um valor real.

PUREZA É a quantidade de sacarose contida em 100 partes de sólidos totais.

Pureza = pol x 100 brix

INVERSÃO A sacarose hidrolisa-se com facilidade em soluções ácidas a velocidades que aumentam notavelmente com o aumento da temperatura e diminuição do pH. Esta reação hidrolítica é denominada de Inversão, e causa perda de sacarose.

POLISSACARÍDEOS Este nome é dado a todos os sacarídeos com cadeia de mais de 12 monossacarídeos. Os mais fundamentais presentes na cana-de-açúcar é a dextrana e o almidom. São muitos prejudiciais nos processos de moagem, clarificação, cristalização e centrifugação do açúcar.

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SACAROSE É o açúcar contido nos vegetais, encontrado em maior volume na cana-deaçúcar ou na beterraba. A Sacarose é um dissacárideo produzido pela condensação de glicose e frutose, e sua fórmula química é C12 H22 O11 (peso molecular 342,30). Pode ser determinada por meio de um sacarímetro, utilizando métodos analíticos ou pela polarização direta, já que a diferença entre pol e sacarose não se tem em conta.

Estrutura e configuração da sacarose:

XAROPE É o caldo de cana concentrado nos evaporadores, antes de realizar alguma operação de extração de açúcar.

MASSA COZIDA É a mistura de cristais e licor-mãe descarregado dos Cozedores à vácuo. A massa cozida é classificada de acordo com sua pureza (Primeira, Segunda ou Terceira).

MAGMA É a mistura de cristais de açúcar do Cozedor de Granagem com caldo de cana, xarope ou água. É utilizada como pé dos cozimentos de primeira e de segunda.

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