resumo das fórmulas de rendimentos e eficiências
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balanço de massa usinaTRANSCRIPT
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Especificao Tcnica ET-95/335
Resumo das Frmulas de Rendimentos
e Eficincia Utilizadas na Indstria
Aucareira do Brasil
Piracicaba, Agosto de 2014 Manoel L. de Almeida
Piracicaba Engenharia Sucroalcooleira Ltda.
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1. Simbologia A = Produo de acar no perodo considerado em sacos de 50 kg. Pol = Pol do acar produzido. Pu = Pureza da cana F = Fibra da Cana L = Litros de Etanol produzido convertidos a 100 INPM a 20 C. PC = Pol da cana no PCTS. C = Cana processada no perodo em ton. Re = Relao estequiomtrica, definida atravs da transformao dos acares redutores em etanol e considerando-se a massa especfica do etanol puro a 20 C. o inverso do conhecido fator 0,6475 e igual a 1,544.
= 1,544 0,95 = 1,467
ARC = Acares redutores presentes na cana e possveis de serem transformados em etanol.
ART = Acares redutores totais fermentescveis, isto , possveis de se transformarem em etanol. a Pol convertida em AR mais os ARCs presentes na cana.
=
0,95+
ATR = Acares totais recuperveis expressos em acares redutores - utilizado
para o pagamento da cana conforme critrios do CONSECANA.
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2. Teoria
122211 + 2 6126 + 6126 +
+ + +
342 + 18 180 + 180 + 9
Portanto, de 1,0 g de sacarose obtemos: 360/342 = 1,0526 g de AR.
26126 43 2 + 42 +
2 180 4 46 + 176 2 + 32,6
360 184
100
= 51,11 Portanto em cada 100 g de AR, obtemos 51,1 g de etanol absoluto. Transformando em volume a 20C:
= 0,8093 = 0,7893
= 0,7915
=51,11
0,7893= 64,753
Ento, em 100 g de AR obtemos:
48,89 g de CO2
51,11 g de Etanol abs.
64,755 ml de Etanol abs (20C)
9,06 kcal Liberao
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3. Pagamento da Cana - CONSECANA-SP
Considera, para a remunerao da cana-de-acar, os seguintes parmetros:
Perdas industriais ................................ 8,5%
Eficincia de fermentao ................... 89,0%
Eficincia de destilao ....................... 99,0%
Participao na matria prima: Acar ...................................... 59,5% AH e AA ................................... 62,1%
Fatores de transformao de: acar (branco e VHP), AH e AA em ATR,
utilizados pelo CONSECANA:
1 kg acar branco equivale a * ................... 1,0495 kg ATR
1 kg acar VHP equivale a ** ...................... 1,0453 kg ATR
1 litro de AH equivale a ................................. 1,6913 kg ATR
1 litro de AA equivale a ................................. 1,7651 kg ATR Obs.:
*Acar especial com 99,7 Z e 0,04% umidade; ** Acar VHP com 99,3 Z e 0,15% umidade.
4. Frmulas
Clculo do ATR (CONSECANA)
= (9,5263 ) + (9,05 ) = 0,915
Onde: = (3,6410 0,0343 ) (1 0,01 ) (1,0313 0,00575 )
Preo da tonelada de cana (VTC), em reais
= [$]
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5. Exemplo Prtico
Seja uma Usina, cuja anlise da cana encontrou-se os seguintes resultados:
PC = 14,8044
PU = 87,13
F = 12,53
Clculos:
Aucares Redutores da Cana (ARC) = (3,6410 0,0343 ) (1 0,01 ) (1,0313 0,00575 )
= 0,5475%
Acar Total Recupervel (ATR)
= (9,5263 ) + (9,05 ) = 145,99 /
Preo mdio do kg do ATR
Este valor estabelecido de acordo com a participao de cada produto no total do ATR produzido e fornecido mensalmente pelo CONSECANA:
Valor determinado: R$ 0,4467
Preo da tonelada de cana (VTC) em reais:
= [$]
= $ 65,14/
Obs.: Maiores informaes consultar Manual de Instrues CONSECANA-SP.
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6. Rendimentos
Rendimento Industrial IAA RI-IAA
=0,8281 50 + 1,4728
0,993
Rendimento Industrial STAB RI-STAB
=0,867 50 + 1,416
0,993
Rendimento Industrial Total STAB RIT-STAB
= 50 + 1,630
0,993
Rendimento Industrial Total COPERSUCAR RIT-COP
= 50 + 1,467
0,993
UNICOP Unidade COPERSUCAR de Produo
Para facilitar as estimativas de produo e remunerao das Usinas Cooperadas, a COPERSUCAR instituiu a UNICOP como sendo o acar total produzido em sacas, somados a todos os outros produtos fabricados (lcool, melao, etc), atribuindo a estes, fatores de converso para acar. Assim sendo, para o lcool foi considerado que uma saca de acar standar (tipo 4) * equivale a 34,048 litros de lcool hidratado ou de outra maneira: um litro de lcool hidratado corresponde a 1/34,048 = 0,02937 sacas de acar standar.
= 0,02937 + 0,03172 +
Onde AH e AA so as produes de lcool hidratado e lcool anidro respectivamente, e A a produo de acar no perodo considerado em sacas. F = fator de padronizao dos acares vide a seguir
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Para padronizar as polarizaes dos acares produzidos, foram criados fatores de acordo com os diversos tipos de acares:
Obs.:
O acar tipo 4, corresponde ao tipo standar*.
O acar VHP considerado com Pol de 99,3, por isso o fator F 1,00
Mais dois ndices tambm so normalmente utilizados:
= 50
=
Eficincia Industrial - EI
=
100 [%]
= 50 + 1,467
0,95 100 [%]
Eficincia Mxima - EM
=868
915 + 75 100 [%]
Tipo Fator F
1 1,0034
2 1,0034
3 1,0018
4 1,00
VHP 1,00
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Onde:
=1,467
1,467 + 50
Eficincia Relativa - ER
=
100 [%]
Eficincia Geral Industrial EGI Nova maneira de expressar a Eficincia Industrial. Vide detalhes na pgina 13.
7. gio da Cana
Ainda utilizado por muitas Usinas, inicialmente para o pagamento da cana
pelo teor de sacarose, o AGIO nos d indicao de quanto uma determinada
amostra de cana mais ou menos rica que uma cana escolhida como padro.
Estamos fornecendo para fins de conhecimento, mas o gio da cana no
deve ser mais utilizado como parmetro para o pagamento da cana.
=()
() () ou =
()()
,
PC(f) = Pol da cana real
PC(p) = Pol da cana padro
F(r) = fator de recuperao baseado na pureza padro
() = 1,933 (1 40
1)
No Estado de so Paulo:
Pol da cana padro ..........12,257
Pureza padro ..................83,87
Fibra padro ......................12,57
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8. Comentrios
O RI-STAB substituiu o RI-IAA que est desatualizado, pois na poca o
IAA considerou a Relao de Paridade Tcnica (RTP) de 33,95 litros de
lcool/saca de acar, hoje atualizada pela STAB em 36,45 litros/saca.
Estas expresses tm dois graves inconvenientes: 1) - deduzem o lcool residual isto , no consideram para o clculo do rendimento industrial, o
volume padro do lcool residual produzido; 2) - distorcem o valor final, dependendo da proporo acar/lcool produzidos em cada Usina.
Recomendamos no mais utilizar estas expresses nos boletins.
O RIT-STAB e a UNICOP expressam de certo modo o equivalente
financeiro obtido ou a obter pela Usina, j que pela paridade tcnica, h
equivalncia entre o acar e o lcool produzidos.
A diferena entre o RIT-STAB e o RIT-COP que a STAB props eliminar
a influncia da relao de produo acar lcool nas comparaes entre
rendimentos. Assim a STAB dividiu a parcela da produo representada
pelo lcool, pelo rendimento global da destilaria fixado em 90% (0,9).
Em outras palavras, o RIT-COP no leva em conta que 10% do acar
no convertido em lcool. Para fins comparativos entre Usinas o melhor
a se utilizar o RIT-STAB.
Os RIT so sempre calculados tendo como base o acar Standar.
Por este motivo, nas expresses sempre aparece o fator 0,993, que a
Pol do acar Standar.
Eficincia Industrial EI: Indica a eficincia com que a Indstria
transforma a matria prima (acar da cana) em produtos (ou por outro
lado, quanto da matria prima perdida no processo industrial).
Eficincia Mxima EM: Seria o mximo aproveitamento que uma
indstria considerada ideal conseguiria atingir dentro do estgio atual da
arte e que operasse com a mesma relao acar/ lcool da Usina X.
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Foi proposto pela COPERSUCAR os seguintes parmetros mximos:
Perdas Eficincia Mxima
Lavagem da cana 99,0%
Extrao 97,0%
Tratamento do caldo 99,8%
Destilaria 99,5%
Fermentao 92,0%
Fbrica de Acar 99,0%
Utilizando estes parmetros na frmula da Eficincia Industrial, a COPERSUCAR desenvolveu a frmula de Eficincia Mxima (EM).
Eficincia Relativa ER: Fornece o potencial de recuperao que uma
determinada indstria poderia conseguir.
Por exemplo: uma determinada indstria teve uma ER = 94,5%. Isto quer
dizer que esta Usina tem potencial para aumentar a sua recuperao em
mais 5,5%, desde que os valores fixados sejam plenamente atingveis.
Boletins: Nos Boletins Semanais recomenda-se constar:
A Eficincia Geral Industrial - EGI
As Eficincias Mxima e Relativa;
O RIT-STAB;
A UNICOP.
Comercializao de outros produtos: Nas frmulas no se incluiu a
fabricao de outros produtos que a Usina pode comercializar (levedura,
leo fsel, melao, etc.). Caso isto acontea, deve logicamente ser levado
em conta e introduzido nos clculos/frmulas.
Comentrios finais sobre as Eficincias: A Eficincia Industrial o
parmetro mais importante para mostrar o quanto da matria prima
(acar da cana) est sendo perdida (ou recuperada) durante o
processamento. O problema que a sua determinao de difcil
execuo.
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Como determinar a quantidade exata de acar que est entrando
com a cana Alm da cana-de-acar ser uma matria prima que apresenta grandes variaes na sua composio e trazendo consigo
muitas impurezas de natureza mineral e orgnica que interferem nas
determinaes, os mtodos existentes de amostragem so ainda
demorados e pouco precisos.
A anlise da cana na esteira (cana desfibrada) de mais simples
execuo, porm tem suas desvantagens: alm de ser difcil uma
amostragem significativa do material entrando na Usina, no leva em conta
dois grandes focos de perdas (barraco e limpeza da cana).
Estudos executados pela COPERSUCAR, mostraram que as
variaes da Eficincia podem chegar a 4,0 pontos percentuais, situando-
se normalmente na faixa de 2,0 a 2,5 para mais ou para menos.
Neste trabalho queremos salientar tambm que a comparao da
Eficincia entre Usinas pode levar a erros grosseiros, pois a recuperao
do acar est relacionada s condies fsicas de cada parque industrial,
isto , uma Usina que tem 06 ternos de moenda, dornas fechadas com
colunas de recuperao de lcool de alta eficincia e outros avanos
tecnolgicos, dever ter maior Eficincia.
Devemos lembrar tambm, que nenhuma das frmulas levam em
conta que quanto maior a quantidade de acar produzido, maior ser a
Eficincia Industrial; em outras palavras: nas mesmas condies fsicas do
parque industrial, uma Usina que desvia todo o caldo para produzir acar
e tem alta recuperao na Fbrica de Acar, dever ter maior Eficincia
(comparativa).
Nas mesmas condies, uma Usina A que tem uma Eficincia
Industrial de 88,0%, poder estar em piores condies de recuperao e
transformao de acares, que uma Usina B que tem Eficincia Industrial
(utilizando-se os mesmos mtodos de determinao) de, digamos, 87,0%.
Com a EGI, retira-se as perdas que a levedura nos cobra na
fermentao, limitada a 90% da eficincia global, fornecendo um
parmetro mais justo sobre o trabalho executado pela Usina e
introduzindo um critrio mais realista para as comparaes (vide pgina
13).
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Assim recomendamos que cada Usina, depois de uma cuidadosa
anlise de seu Parque Industrial, determine as Eficincias possveis de
serem alcanadas e coloque como meta em seus Planos de Safra, deixando
de utilizar parmetros de outras Usinas que nada tm em comum entre si.
9. Fatores de Converso
1 litro de AA (99,3 INPM) = 0,9955 litros de lcool absoluto (100 INPM);
1 litro de AH (93,2 INPM) = 0,9556 litros de lcool absoluto (100 INPM);
1 litro de AH (93,2 INPM) 0,96 1 litro de AA (99,3 INPM);
1 ton de melao padro (60% ART) 350 litros de AA (99,3 INPM);
Litros de leo fsel (80 INPM) 806 litros de AA (99,3 INPM);
1 ton de levedura seca 2,0 ton de acar 1.200 litros de AA (99,3
INPM);
1 ton de HTM (75% ART) 430 litros de AA (99,3 INPM)
10. Classificao dos Acares: Mesmo aps a extino do Instituto do Acar e lcool, conhecido como IAA,
se utilizou a classificao dos acares desenvolvida por este rgo, ainda por
um bom tempo.
Com a criao da Copersucar na dcada de 1970, esta instituio, sentiu que
esta classificao no atendia mais os interesses do mercado e das usinas
cooperadas.
Assim, a Copersucar desenvolveu uma nova classificao, inicialmente para
atender os clientes das usinas cooperadas, e hoje j utilizada por todas as
usinas do Brasil. Esta classificao vem sendo frequentemente modificada por
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esta instituio, visando atender as necessidades do mercado consumidor
brasileiro e tambm do exterior, cada vez mais exigente.
A ttulo de informao, fornecemos a classificao IAA, ainda utilizada por
algumas empacotadoras e saudosistas daquele tempo.
10.1. Classificao COPERSUCAR Inicial
Parmetros Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4 Tipo 5 Fora de
Especificao
Polarizao (S) a 20 C Min. 99,8 99,8 99,7 99,5 -- --
Umidade (%) Mx. 0,04 0,05 0,07 0,10 -- --
Cor ICUMSA (UI) (M) Mx. 100 150 200 480 660 >660
Reflectncia (%) Min. 68 66 64 60 -- --
Cinzas (%) Mx. 0,04 0,04 0,07 0,10 -- --
Res. Insolveis (1-10) Mx. 6 6 8 10 -- --
Pontos Pretos Totais (n/100g) Mx. 8 15 20 30 -- --
Part. Magnetizveis (mg/kg)
Mx. 4 8 15 20 -- --
Sulfito (mg/kg) Mx. 20 20 20 70 -- --
Obs.: Em anexo tabelas completas Copersucar de Especificao de Acar cristal
branco, VHP e VVHP e tambm do Etanol Safra 11/12.
10.2. Classificao IAA:
Parmetros Especial
Extra Especial Superior Standar
Polarizao (S) a 20 C Min. 99,8 997 99,5 99,3
Umidade (%) Mx. 0,04 0,04 0,04 0,15
Cor ICUMSA (UI) (M) Mx. 150 230 480 760
Cinzas (%) Mx. 0,05 0,07 0,10 0,15
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11. Eficincia Geral Industrial - EGI
Durante nossas visitas s Usinas, temos notado interpretaes muitas
vezes distorcidas e mal compreendidas sobre a Eficincia Industrial (EI) das
Usinas e Destilarias.
At a pouco tempo, a Eficincia Industrial era uma determinao pouco
confivel e poucas Usinas a consideravam como parmetro de avaliao do
desempenho da indstria. Algumas Usinas nem anotavam a EI em seus boletins.
Com o contnuo aperfeioamento do sistema de amostragem e anlise da
cana, eliminao do depsito de cana (sem este os clculos so mais precisos)
e a no lavagem da cana (tudo que pesado processado) *, a Eficincia
Industrial vem se tornando cada vez mais confivel.
Assim a Eficincia Industrial passou a ser um parmetro para
determinao do desempenho da indstria e muitas vezes como referncia
comparativa de vrias Usinas. Some-se a isto o sistema CONSECANA que
estabeleceu o pagamento da cana e atribuiu o valor (mais recente) de eficincia
geral industrial de 91,5%, tornando-se relevante a determinao da E.I.
*No sistema de limpeza a seco da cana, tem que se descontar as impurezas retiradas
(que so pesadas na mesma balana que pesa a cana) e portanto no processadas.
11.1. Eficincia Industrial - EI
Com a introduo do sistema CONSECANA, passou-se a
considerar os rendimentos em ATR (que o ART x 0,915) e no mais em
sacarose. Assim, a Eficincia Industrial, que antes se calculava em
sacarose equivalente nos produtos, passou a ser calculada em relao
aos ART s dos produtos (equivalentes) e da cana.
11.2. Eficincia Geral Industrial (EGI)
Introduo do fator 0,90
Prevendo evitar maiores distores quando se fabrica mais acar
ou mais lcool, as Usinas tm estabelecido o critrio de considerar no
clculo dos ARTs equivalentes do lcool, a eficincia da fermentao
estabelecida em 90% (fator 0,90), pois sempre haver, mesmo nas boas
condies, perda de 10% de ART na fermentao (custo que a levedura
nos cobra).
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Desta maneira se estabelece um critrio, digamos mais justo. A
EGI ser maior que a EI, reflete melhor a eficincia industrial (performance
da Usina) e pode-se comparar a eficincia das diversas Usinas com
critrios mais prximos da realidade.
11.3. Exemplo:
Determinar a EGI nas seguintes condies:
Moagem no ms 250.000 t
ART cana (mdia do perodo) 149,11 kg/TC
Produes do ms:
Acar cristal tipo 1 120.000 sacas = 6.000 t
Acar VHP 240.000 sacas = 12.000 t
lcool anidro (99,3 INPM) 3.000 m3 (2.987,3 m3 a 100 INPM)
lcool hidratado (93,2 INPM) 6.100 m3 (5.829,3 m3 a 100 INPM)
a. Converter os acares produzidos em ARTs:
=(6.000.000 0,998) + (12.000.000 0,993)
0,95= 18.864.316
b. Converter os lcoois produzidos em ART:
=(2.987,3 + 5.829,3) 1.000
0,6475 0,90= 15.129.300
c. Converter a Cana em ART
=250.000 149,11
1.000= 37.277.500
d. Eficincia Geral Industrial - EGI
Acar tipo 01 Pol acar VHP
Fator de Converso Pol/ART
Fator Estequiomtrico
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=18.846.316 + 15.129.300
37.277.500 100 = 91,1%
e. Calculo da Eficincia Industrial EI Se fosse calculada a EI, teramos:
=(2.987,3 + 5.829,3) 1.000
0,6475= 13.616.370
=18.846.316 + 13.616.370
37.277.500 100 = 87,0%
11.4. Concluses:
a. A EGI ser sempre maior que a EI, a menos que a Usina no
faa lcool.
b. At o presente momento, este critrio de se adicionar o fator
0,90 nos clculos, no est estabelecido como regra, mas j h
um consenso geral entre as Usinas da sua utilizao. Assim
recomendamos a utilizao deste fator.
c. Mesmo que a Usina tenha eficincia da fermentao maior ou
menor que 90%, os valores da EGI tambm sero maiores ou
menores.
Tambm se obter informaes mais precisas para a Diretoria
da Usina, quanto s vantagens econmicas de se produzir mais
acar e menos lcool e vice versa.
d. A comparao entre as eficincias de vrias Usinas fica mais
prxima da realidade.
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Para as Usinas que fazem muito acar, as perdas neste caso,
podem ser maiores que Usinas que fazem mais lcool.
Descontando-se a fermentao, note que as perdas para se
fabricar acar so maiores que para se fabricar lcool.
As diferenas so pequenas e voc que est lendo este
trabalho, pode desenvolver um sistema de clculo no Excel, e
simular as vrias EGIs em sua Usina, fazendo mais acar ou
menos acar e tirar suas concluses...
e. Recomendamos nos Boletins e nos Planos de Safra, colocar a
EGI e no mais a EI.
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12. Anexos
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