38 STAB | SETEMBRO/OUTUBRO 2015 | VOL.34 Nº6

*GAMEIRO-JR, A.F.; *BERNARDINO, C. D.; *AMORIM; H.V.* FERMENTEC LTDA

Extrator (Digestor) Quente/ Frio, a Melhor Alternativa para Determinação de Eficiência Industrial

O princípio do método do extrator é solubilizar todos os açúcares presentes na cana desfibrada. A Fermentec vem trabalhando e evoluindo o extrator a frio com o passar dos anos. Em meados dos anos 80 (juntamente com o pagamento de cana pelo teor de sacarose), o extrator foi introduzido no Brasil com facas em forma de “x”, afiadas e tempo de agitação 20 minutos, sem resfriamento do mancal e copo. A primeira evolução foi importada das usinas da África do Sul, que introduziram as 3 facas em forma de martelos (Laboratory Manual

Key Words: Extractor, Extractor Hot/Cold, Reduction in water consumption.

TECNOLOGIA | PESQUISA

SummaryThe principle of extractor method is solubilize all sugars present in cane. As improvement in the extraction process, we are presenting this work to validate the extractor Hot/Cold that allows the solubilization of all sugars in less time and with greater reliability from the extraction of all sugars. The article shows the tests comparing the conventional extractor (South Africa type) and the extractor Hot/Cold (Q/F) and also highlights the optimal performance of the Q / F in open-cell range proposed by Consecana. The equipment also proposes a reduction in water consumption in 540 liters of water per analysis, which extrapolated to harvest would be somewhere around 580,000 liters.

Introdução

Palavras Chave: Extrator, Extrator Quente/Frio, Digestor, Eficiência Industrial, Redução no consumo de água.

Resumo

O princípio do método do extrator baseia-se na solubilização total dos açucares presentes na cana desfibrada. Como melhoria no processo da extração, este trabalho apresenta o extrator Quente/Frio que permite a solubilização e extração de todos os açucares em menos tempo, garantindo maior confiabilidade na quantificação da Eficiência Industrial. Os testes comparam o extrator à frio (tipo África do Sul) com o extrator Quente/Frio (Q/F) e evidencia o ótimo desempenho do Q/F na faixa do open-cell (índice-preparo) proposto pelo Consecana. O equipamento ainda propõe uma redução no consumo de água (resfriamento do mancal) de 540 Litros por analise, que se extrapolado para uma safra representa algo em torno de 580.000 litros

for South African Sugar Factories). A Fermentec por meio de pesquisa evoluiu tal equipamento até chegar nos moldes atuais com 4 facas em forma de martelo, resfriamento de mancal, resfriamento no copo e tempo de agitação por 60 minutos.

Com o aumento da Fibra da cana, o tempo para extração dos açucares estava cada vez mais elevado (acima de 60 minutos), somando a diminuição de mão-de-obra nos laboratórios, foi necessário fazer alguns ajustes para diminuir o tempo de agitação (tempo de analise em algumas unidades, superiores a 60 minutos) e minimizar o uso de agua para resfriamento do extrator.

A ideia para evolução do método veio de uma parceria entre o a metalúrgica Sueg e Fermentec, e consiste em usar água com temperatura mais alta e controlada para aumentar a solubilidade da sacarose e minimizar a destruição/inversão da Sacarose. A solubilidade da sacarose em água a 20oC é 200,48g de sacarose em 100g de água, já em 65oC é 306 g de sacarose em 100g de água. A Figura1 mostra a curva de solubilidade da sacarose. Além de diminuir drasticamente o uso de água para resfriamento e o tempo de análise, o equipamento foi patenteado com o registro, PI-1104598-1.

Materiais e MétodosPara o preparo e analise da cana foram utilizados equipamentos homologados pelo Consecana, e para determinação dos carboidratos por HPLC, foi utilizado equipamento com Detector Amperiométrica Pulsada.

Para o preparo do extrato do sistema Q/F utilizou-se um extrator equipado com o sistema de aquecimento e resfriamento como apresentado ao lado. O conceito do extrator Quente/Frio (Q/F) é

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TESTE 3: Já no terceiro teste, foi avaliado a influência do Open-Cell (O.C) do desintegrador na extração dos açucares, variando a qualidade do preparo como inversor de frequência.

Após a extração, o extrato foi peneirado e determinou-se Brix, leitura sacarimétricas e porcentagem de AR (empregando o método de Somogyi & Nelson), conforme descrito nos métodos de análise químicas da Fermentec – FTCQ 01/008, FTCQ 01/009 e FTCQ 01/001. Da amostra de cana desfibrada foram determinados o Open-Cell e a umidade da cana em duplicata, empregando as metodologias FTCQ 01/007 e FTCQ 01/009. Para estas analises foram utilizados um agitador e uma estufa Spencer homologados pelo Consecana.

Foram utilizadas amostras de canas limpas, despontadas e cortadas em pedaços pequenos de cerca de 10 cm. Após preparo da cana, os pedaços foram cortados transversalmente e divididos em dois recipientes para serem desintegrados em diferentes índices de preparo. A figura abaixo mostra a preparação das amostras.

usar a água préviamente aquecida para diminuir o tempo da extração total de todos açúcares. A figura abaixo mostra o extrator Quente/Frio, equipamento composto pelo extrator convencional, um banho-maria (quente), um banho de resfriamento e uma central com válvulas elétricas (HPIC).

O procedimento para extração dos açucares consiste em adicionar 500g da amostra de cana desfibrada e 2000g de água destilada no copo do digestor. Ao ligar o Extrator Q/F, a central com eletroválvulas inicia a alimentação com água a temperatura de 90OC, passando pela camisa do copo do digestor até que o extrato no interior do copo atinja 65OC. Após 60 segundos nessa temperatura, as válvulas de alimentação do banho quente são fechadas e acionadas as válvulas de alimentação do banho frio que resfria o copo do digestor até que o extrato fique com temperatura abaixo de 30OC. O tempo do ciclo de difusão é de 25 minutos (FTCQ 01.14 – Procedimentos analíticos da Fermentec).

Foram efetuados três testes para validar a eficiência do equipamento Q/F:

TESTE 1: Consistiu na avaliação comparativa entre o equipamento convencional (tempo de extração de 60 minutos) e o extrator Quente/Frio (tempo de extração 25 minutos); Foram feitas analises comparativas em duas unidades industriais, no Cliente 1 foram analisadas 720 pares de amostras e o Cliente 2 foram analisadas 100 pares de amostras de cana desfibrada composta em freezer e analisadas paralelamente no extrator convencional e no extrator Quente/Frio. Foram comparados os resultados das leituras sacarimétricas no Cliente 1 e Pol Cana, AR%Cana e ART% Cana no Cliente 2.

TESTE 2: O objetivo foi avaliar possíveis destruição/inversão da Sacarose. Para isso foram separadas e composta em freezer extrato diários do Extrator Convencional e do Extrator Q/F (Cliente 1), no total de 21 pares de amostras, posteriormente analisadas por HPLC;

Para cada batelada de análise foram preparados aproximadamente 8 kg de cana, obtendo duas sub-amostras idênticas (4kg em cada balde). Após a etapa de separação, as amostras foram desfibradas em diferentes níveis de open-cell e identificadas como amostra A (alto) com open-cell acima de 90% e amostra B (baixo) com open-cell abaixo de 90%. Foi usado um inversor de frequência no desfibrador, para obter O.C baixo.

Em cada sub-amostra foram realizadas 3 análises completas do extrator Q/F, ou seja, foram determinados o Brix, a leitura sacarimétrica (oZ), o %AR, duas analises de umidade e duas análises de open-cell.

Resultados e Discussões

Extrator Quente/Frio, onde (A) Banho-maria, (B) Digestor Convencional com copo adaptado contendo sensor de temperatura, (C) Banho de resfriamento e (D) Central de eletroválvulas.

Teste 1: Mostra os resultados estáticos obtidos no Cliente 1, comparando 720 amostras

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TECNOLOGIA | PESQUISA

Como pode-se notar houve diferença significativa entre os dois extratores, com tendência de o Q/F extrair mais açúcar que o Convencional. O índice de preparo médio foi de 90,40%, com desvio padrão de 0,25. O valor máximo encontrado foi 91,80% e o mínimo foi 89,57%. A tabela 2 mostra os resultados estatísticos obtidos no Cliente 2, onde foram comparadas 100 amostras.

Analisando os dados acima, pode-se notar que houve diferença estatística em Pol da Cana, AR%Cana e ART%Cana, com tendência de maior extração no Q/F.

Teste 2: Para uma melhor investigação das diferenças obtidas entre as leituras sacarimétricas obtidas no cliente 1, foram comparadas 21 amostras analisadas nas metodologias do Digestor Convencional e Q/F. Os resultados dos tratamentos estatísticos estão apresentados na Tabela 3.

Como pode-se notar houve diferença significativa entre %AR, com tendência de o Convencional ser maior que o Q/F. Com o aumento do %AR (inversão da sacarose) tem-se um abaixamento nas leituras sacarimétricas.

Teste 3: Foram analisadas 26 sub-amostras, sendo 13 com open-cell (O.C) acima de 90% e 13 abaixo de 90%, a tabela 4 mostra seus respectivos Índices de Preparo.

ConclusãoPode-se concluir que o Extrator Quente/Frio é um equipamento que permite extrair todo açúcar presente na cana, garantindo assim maior confiabilidade nas eficiências industriais, até mesmo com Open-Cell abaixo da faixa Consecana.

O Extrator Q/F reduz em 58% o tempo de analise, aumentando a vida útil do equipamento em aproximadamente 50%. Tem-se ainda extinção do uso da água para resfriamento do sistema, já que o sistema é fechado, isso significa uma redução de 580.000 litros de água em uma safra de 180 dias. Nos resultados analíticos o equipamento mostrou menor inversão de Sacarose e os resultados em ART%Cana foram muito próximos quando comparado com o Extrator Convencional, com tendência de maior extração. E ainda pode-se inferir que a equipamento garante total extração dos açucares com os índices de preparos exigidos pelo Consecana.

Referências bibliográficasABNT, Cana-de-açúcar – Extração do caldo pelo método do extrator a frio, ABNT NBR 16222, 2014.FERMENTEC, Manual de procedimentos Analíticos, FTCQ 01.14, 2014.ICUMSA, Solubilidade de Sacarose em Água - Livro de Métodos, SPS-2 (1998), 2013.South African Sugar Factories, Laboratory Manual, p.97 e 98, 3a edição, 1985.

Para tratamento estatístico foi utilizado Test T pareado, com grau liberdade de 0,05%. Pode-se notar que não houve diferença significativa em nenhum dos parâmetros analisados. Mostrando que o preparo não afeta a extração dos açucares nesse sistema.

Os resultados obtidos de Leitura Sacarimétrica, %AR, e ART%Cana foram tabelados para análises estatística, conforme apresentado a tabela 5.

AgradecimentosRomulo Gomes (Sueg), *Eder Silvestrini, *Luiz Anderson Teixeira, *André Luis Bellíssimo ( *Fermentec ).