aula 1-cana matriz energética

Cana: matriz energética

1

Especialização Álcool e Açúcar

Disciplina de Industrialização da cana de açúcar Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia

de São Paulo – Campus Matão

Docente: Cássia Maria de Oliveira

2015

Objetivo da aula

Apresentar conceitos importantes dessa matriz energética na

indústria canavieira.

Conteúdo da aula

1. Introdução;

2. Grandezas e medidas;

3. Deterioração;

4. Impurezas;

5. Composição;

6. Pagamento da cana;

7. Qualidade para industrialização;

8. Vídeos;

9. Referências.

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Introdução

Brasil: destaque mundial no uso de energias renováveis (41%

da matriz energética).

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Introdução

Setor sucroenergético: papel chave;

Definição do setor sucroenergético: compreende todas as

atividades agrícolas e industriais relacionadas à produção de

açúcar, etanol e bioeletricidade;

Produtos da cana-de-açúcar são responsáveis por 15,7% de

toda a oferta de energia do país.

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Introdução

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Tonelada equivalente de petróleo (tep): Unidade de energia. A tep é utilizada na comparação

do poder calorífero de diferentes formas de energia com o petróleo. Uma tep corresponde à

energia que se pode obter a partir de uma tonelada de petróleo padrão.

No Brasil em 2013:

Produção de cana-de-açúcar: 648,1 milhões de toneladas

(9,2% superior ao registrado no ano anterior);

Produção de açúcar: 37,3 milhões de toneladas (queda de

3,1% em relação ao ano anterior);

Produção de etanol: 27.608,6 mil m³ (aumento de 17,6%);

- Etanol hidratado: 56,5% (acréscimo de 12,1%);

- Etanol anidro: 43,5% (acréscimo de 25,5%).

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Introdução

Açúcar Total Recuperável na cana-de-açúcar: manteve-se

estável;

Açúcar Total Recuperável (ATR): quantidade de açúcar

disponível na matéria-prima, subtraída das perdas no processo

industrial;

Safras 2011/2012 e 2012/2013 a média registrada foi de 136,3

kg de ATR/tonelada de cana.

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Introdução

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Produção de açúcar, etanol e energia elétrica

Etanol

Açúcar

Energia elétrica

Área comum

Extração,

tratamento do caldo

Grandezas e medidas

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Para facilitar a compreensão no estudo do processo de

produção de açúcar, etanol e energia elétrica veremos o uso

das principais grandezas e medidas utilizadas no setor

sucroenergético.

Grandezas e medidas

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Polarização ou Pol;

Porcentagem em peso de

sacarose aparente;

Desvio da luz polarizada por

substâncias opticamente ativas;

Sacarímetro.

Grandezas e medidas

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Polarização ou Pol;

Calibrado com uma

concentração de sacarose pura;

Princípio: leitura do desvio que o

plano de vibração da luz

polarizada sofre ao atravessar

uma camada de solução

oticamente ativa, como a de

açúcares.

Grandezas e medidas

Polarização ou Pol;

Solução de sacarose (caldo de

cana): além da sacarose há

outros os componentes ativos em

menor quantidade, como

açúcares redutores (por isso a

porcentagem é dada em

sacarose aparente).

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Grandezas e medidas

Brix;

Brix de uma solução: hidrométrico, refração, por densidade ou

sólidos solúveis;

Mais usado: Brix por refratômetro.

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Grandezas e medidas

Brix pelo índice de refração;

Índice de refração da luz é

proporcional ao teor de massa de

sólidos dissolvidos na solução.

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Grandezas e medidas

Pureza;

% de sacarose em relação aos

sólidos dissolvidos;

Pureza aparente = % sacarose

aparente em relação aos sólidos

dissolvidos;

Pureza aparente = 100 . Pol/ Brix.

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Grandezas e medidas

Açúcares redutores;

Monossacarídeos que têm a capacidade de reduzir íons de

ferro e cobre na reação de Fehling;

Frutose e glicose (sacarose não é redutor);

Propriedades e poder adoçante dos açúcares redutores é

diferente da sacarose;

Indica que a cana não está madura ou sofreu processo de

deterioração (inversão da sacarose, produção de glicose +

frutose, inversão do plano de polarização).

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Grandezas e medidas

Açúcares redutores totais;

AR + (sacarose convertida em AR . Fator estequiométrico);

Sacarose = Pol;

Fator estequiométrico = MM (frutose) + MM (glicose) / MM

(sacarose) = 180,16 + 180,16 / 342,23 = 1,05;

ART = AR + 1,05 . Pol

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Grandezas e medidas

Curva de maturação da cana;

Processo fisiológico que depende de diversos fatores

(variedade, clima, solo, idade da cultura e a ocorrência de

doenças e pragas);

PIU (Período útil de industrialização): tempo durante o ano que

a cana apresenta teor de sacarose aceitável para a

industrialização;

Depende da variedade da cana (precoce, média e tardia).

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Grandezas e medidas

Curva de maturação da cana;

Épocas diferentes da maturação;

Classificação para a região Centro-Sul do Brasil:

-Precoces: início da safra (maio-junho) já apresentam teor

satisfatório de sacarose para a industrialização;

- Médias: quando o teor satisfatório é atingido em meados de

julho-setembro;

-Tardia: quando entram em maturação no final da safra

(outubro em diante).

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Grandezas e medidas

Curva de maturação da cana.

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Deterioração

Decomposição bioquímica ou microbiológica.

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Deterioração

Deterioração bioquímica

Cana picada: número de pontos segmentados (acelera reações),

deve ser processada antes de 12 h após o corte;

Calor e umidade: aceleram as reações;

Dessecamento do colmo: perda de umidade (aumento no teor de

fibras, brix e polarização);

Inversão da sacarose: reações metabólicas de respiração após o

corte (conversão da sacarose em glicose e frutose);

Aumento no teor de gomas e substâncias corantes.

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Deterioração

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Deterioração

Deterioração microbiológica

Causada principalmente pela bactéria Leuconostoc

mesenteroides;

Penetra nos colmos pelas fissuras da cana;

Ocorre principalmente quando a colheita é realizada nos meses

mais quentes e úmidos do ano (outubro-novembro);

Período entre colheita e processamento longo: maior risco de

contaminação.

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Deterioração

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Deterioração microbiológica

Deterioração

Deterioração microbiológica

Produção de composto de alto peso molecular (polímero de

glicose chamado dextrana);

Dextrana:

- Destruição da sacarose;

- Eleva a polarização no sacarímetro (altamente dextrorrotatória);

- Aumenta viscosidade do caldo (maior tempo de processamento na

decantação, cristalização e centrifugação);

- Incorpora ao cristal (deformação do cristal e inviabilização do

consumo em indústrias de refrigerante, p. ex.).

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Composição

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Impurezas

Impurezas agregadas aos colmos:

- Vegetal: ponteira de cana, folhas e fragmentos de plantas

nativas;

- Mineral: pedras e terra;

Quantidade de impureza depende:

- Solo: argiloso ou arenoso;

- Condições climáticas: dias chuvosos as impurezas minerais

carregadas são maiores.

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Impurezas

Comparação: impurezas versus condições.

Dia/Impureza %

Seco 4

Chuvoso 15

Impurezas minerais/colheita manual 0,4 a 0,7

Impurezas minerais/colheita mecânica 0,5 a 0,8

Impurezas vegetais/colheita manual 3 a 5

Impurezas vegetais/colheita mecânica 4 a 6

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Pagamento da cana

Pagamento da cana pelo teor de sacarose e pureza (PCTS)

Canas adquiridas por fornecedores independentes são pagas

em função do teor de sacarose e pureza.

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Pagamento da cana

Pagamento da cana pelo teor de sacarose e pureza (PCTS)

O sistema é gerenciado pelo Consecana (Conselho formado

por produtores de cana, açúcar e álcool);

Objetivo do Consecana: zelar pelo aprimoramento do sistema,

gerar e divulgar dados técnicos sobre a qualidade da cana nos

estados.

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Pagamento da cana

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Sonda de amostragem

Desintegrador

Prensa

Balança analítica Balança analítica

Refratômetro Clarificação

Sacarímetro

Brix

Pol

Massa úmida

Fibra

Pagamento da cana

Amostragem da cana para PCTS

Sonda “amostradora” após a balança para pesagem dos

caminhões;

Sonda: tubo que penetra na carga coletando certa

quantidade de material.

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Pagamento da cana

Amostragem da cana para PCTS

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Pagamento da cana

Amostragem da cana para PCTS

Coleta é realizada em três locais diferentes em diferentes

alturas (não podem ocorrer coincidências verticais);

Pontos de coleta são escolhidos por sorteio (diferentes

combinações);

Número de combinações depende do número de vagões.

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Pagamento da cana

Amostragem da cana para PCTS

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Pagamento da cana

Amostragem da cana para PCTS

Coleta oblíqua na parte superior, coletando uma amostra em

todo o perfil vertical do veículo (uma única coleta);

Material é desintegrado, a massa desfibrilada é

homogeneizada e retirada uma amostra de 2 kg;

Material é enviado ao laboratório para análise.

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Pagamento da cana

Amostragem da cana para PCTS

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Pagamento da cana

Análise da cana para PCTS

Etapas:

- Extração do caldo (prensa com pressão de 250 kgf por 1 min);

- Cálculo do teor de fibras;

- Análise do brix do caldo;

- Clarificação de parte do caldo e medida da polarização;

- Cálculo da pureza (Pureza = 100 . pol/brix).

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Pagamento da cana

Análise da cana para PCTS

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Pagamento da cana

Análise da cana para PCTS

O outro parâmetro necessário para o sistema de pagamento é

o teor de açúcares redutores (AR) na cana;

Porém, para estimar esse parâmetro primeiro é necessário

calcular o teor de AR no caldo.

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Pagamento da cana

Análise da cana para PCTS

AR no caldo é estimado em função da pureza do caldo;

Equação:

AR caldo (%) = 3,641 – 0,0343 . Q

onde Q é a pureza do caldo (%);

Algumas indústrias preferem obter AR no laboratório.

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Pagamento da cana

Análise da cana para PCTS

Outro parâmetro necessário para o cálculo de AR na cana é o

teor de fibras (%, F), ou seja, matéria seca insolúvel;

Pode ser estimado em função do bolo úmido (g, PBU) que

permanece na prensa após extração do caldo (em 500 g de

cana);

Equação:

F = 0,08 . PBU + 0,876

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Pagamento da cana

Análise da cana para PCTS

Os parâmetros obtidos até agora foram para o caldo, porém o

pagamento é feito em relação à cana;

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Pagamento da cana

Análise da cana para PCTS

Conversão de pol do caldo para pol da cana:

Pc = P . C . (1 – 0,01 F)

onde:

Pc = pol da cana (%);

P = pol da caldo (%);

F = fibra da cana (%);

C = coeficiente de transformação do pol do caldo para pol da

cana, calculado como C = 1,0313 – 0,00575 F.

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Pagamento da cana

Análise da cana para PCTS

Conversão de AR do caldo para AR da cana:

ARc = AR caldo . C . (1 – 0,01 F)

Arc = (3,641 – 0,0343 Q) (1,0313 – 0,00575 F) . (1 – 0,01 F)

onde:

Arc = açúcares redutores da cana (%);

F = fibra da cana (%);

AR caldo = 3,641 – 0,0343 . Q (%)

C = coeficiente de transformação do pol do caldo para pol da

cana, calculado como C = 1,0313 – 0,00575 F. 45

Pagamento da cana

Análise da cana para PCTS

Precisamos de um parâmetro para avaliar o quanto de uma

determinada matéria-prima pode resultar em açúcar e álcool;

Pol: sacarose (matéria-prima para produção de açúcar);

AR: glicose e frutose (matéria-prima para a produção de

etanol);

E função de pol e AR é possível obter um parâmetro que

avalia os açúcares totais recuperáveis (ATR).

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Pagamento da cana

Análise da cana para PCTS

Açúcares totais recuperáveis (ATR) é uma parcela dos

açúcares redutores totais (ART);

Parcela que é efetivamente transformada em produtos

(desconsiderando as perdas de processo);

Em geral, são consideradas perdas de ART de 9,5%;

Logo, 90,5% dos ART são transformados em açúcar ou álcool.

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Pagamento da cana

Análise da cana para PCTS

ATR = 10 . (ART) 0,905

Açúcares redutores totais

(depende Pc e ARc)

ART =1,05263 . Pc + ARc

Fator de escala para

converter o resultado de % para kg ATR/t cana

Eficiência de conversão

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Pagamento da cana

Análise da cana para PCTS

Logo, a equação de ATR é:

ATR = 9,05 . ART

ATR = 9,05 . (1,05263 . Pc + Arc)

ATR = 9,5263 . Pc + 9,5 . Arc

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Pagamento da cana

Exemplo 1: Considere os dados e calcule o VTC.

Pol da cana: 14,4734%

Açúcares redutores da cana: 0,56%

Preço por kg de ATR: R$ 0,2653/kg

Solução: R$ 36,40.

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Pagamento da cana

Análise da cana para PCTS

Valor por tonelada de cana (VTC):

VTC = ATR . PATR

onde PART é o preço médio pago por kg de ATR (média

ponderada do preço por ATR de todos os produtos que são

produzidos na usina em relação à participação de cada

produto no total de ATR produzido).

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Qualidade para industrialização

Há outros indicadores de qualidade, como presença de

precursor de cor no açúcar (fenólicos).

Indicadores Valores recomendados

Polarização (°) >14

Pureza (%) >85

ART cana (%) >15

AR cana (%) <0,8

Fibra 11 a 13

Terra (kg/t cana) <5

Contaminação

(bastonetes / mL caldo)

<5 . 105

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Vídeos

Entrevista com Geraldo Majela.

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UNICA

Acesso a informações sobre safra, produção, preços,

cotações, importação e exportação envolvidas na indústria de

cana de açúcar.

http://www.unicadata.com.br/

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Referências

BRASIL. Empresa de Pesquisa Energética. Balanço Energético

Nacional 2014: Ano base 2013 – Relatório síntese. Rio de Janeiro:

EPE, 2014a.

CHIEPPE JÚNIOR, J. B. Tecnologia e Fabricação do Álcool.

Inhumas: IFG; Santa Maria: Universidade Federal de Santa Maria,

2012.

ETH BIOENERGIA. Fluxograma do processo de produção de

açúcar, etanol e energia elétrica. 2014. Disponível em: <eth.s1-

sirius.com/inovacao/processo-produtivo>. Acessado em: 29 dez.

2014.

FERNANDES, A. C. Cálculos na Agroindústria da cana de

açúcar. 3ª ed. Piracicaba: STAB, 2011.

LOPES, C. H. Tecnologia de produção de açúcar de cana. 1ª

ed. São Carlos: EdUFSCar, 2011.

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