ENGENHARIA

E

TECNOLOGIA

AÇÚCAREIRA

Departamento Engenharia Química

CTG - UFPE

2006

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ENGENHARIA E

TECNOLOGIA AÇUCAREIRA

Prof. Sebastião Beltrão de Castro

Profa. Samara Alvachian C. Andrade

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Capitulo I

ENGENHARIA E TECNOLOGIA AÇÚCAREIRA

Matéria prima a cana de açúcar - Do ponto de vista tecnológico, a cana-de-

açúcar é da espécie ―Saccharum Officinarum‖, compõe-se de fibra e de caldo.

O caldo que é extraído da cana tem composição variável, possui uma série de

fatores tais como:

- Variedade de cana;

-Clima;

-Natureza do solo;

-Adubação;

-Irrigação;

-Estágio de maturação;

-Florescimento;

-Sistema de despalha;

-Sanidade cultural;

-Condições e duração de armazenamento.

Cana-de-açúcar - A cana-de-açúcar, pertence a família das gramíneas e ao gênero

Saccharum. As canas nobres ou nativas, cultivadas em regiões tropicais e sub tropicais do

globo até a introdução de variedades nascidas de semente, pertenciam todas a mesma

espécie: Saccharum Officinarum. Existem 4 espécies adicionais: s. berberie, s. sinense, s.

spontaneum e s. robustum.

A primeira conhecida como cana da Índia, muito dura e de pouco peso, que

juntamente com a segunda são utilizadas com o fim de cruzamento, devido a sua alta

resistência e imunidade às pragas.

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As canas hoje cultivadas resultam da hibridação da espécie s. officinarum com as

outras espécies. As plantas de sementeiras são designadas por iniciais e números, onde

as iniciais indicam a origem e os números, o número de ordem do cruzamento P.O.J.

(Posto de Observação de Java); C.P. (Cana Point) – Co (Coimbatore – Índia); D

(Demerara – Guiana); P.R. (Porto Rico – E.U.); C.B. (Campos Brasil); RB863129, RB

867515, RB 872552, RB 92759, RB 32520, RB 943365, RB 943538 e etc..

A formação de açúcar na haste da cana resulta de uma ação foto-sintética. A cana é

um acumulador de carbono, hidrogênio, oxigênio, energia solar, clorofila e forças

radioativas, por via de suas folhas e de toda riqueza orgânica e mineral do solo, por via de

suas raízes. É a cana-de-açúcar uma eficiente fábrica de carboidrato. Ela é uma das

maravilhas do reino vegetal, e o açúcar é o alimento mais puro e energético da natureza,

pois, não é nada mais nada menos do que a ―luz solar cristalizada‖.

Cana de açúcar -Sob o ponto de vista tecnológico, a cana de açúcar compõe-se de fibra e

caldo.

O caldo que se extrai da cana, é a matéria prima da industria açucareira, e tem

composição variável. Para que possa ter idéia desta composição o caldo extraído de uma

cana sadia possui a seguinte composição:

Água...................................................... 75,0 – 82,0 %

Sólidos totais dissolvidos...................... 18,0 – 25,0 %

Açucares................................................ 15,4 – 24,0 %

Sacarose................................................ 14,5 – 23,5 %

Glicose.................................................. 0,2 - 1,0 %

Levulose................................................ 0,0 - 0,5 %

Não açucares.......................................... 1,0 - 2,5 %

Substancias orgânicas........................... 0,8 - 1,5 %

Substancias inorgânicas........................ 0,2 - 0,7 %.

Pode-se considerar que um colmo normal de cana madura contenha 12,5% de fibra

e 88,0 % de caldo. O colmo possui cerca de 25,0 % de partes duras, representadas pelos

nós, e cascas, e 75,0 % das partes moles constituídas pelas as partes internas dos

meritalos.

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Nas partes duras,o teor de fibra se eleva a 25,0 %, e portanto, e a proporção de

caldo abaixa para 75,0 % o que vale a dizer que mais ou menos 20,0 % do caldo total do

colmo acham-se encerrado nos tecidos dos nós e nas cascas ( córtex ).

Por outro lado as partes moles compõe-se de 8,0 % de fibra e 92,0 % de caldo de

que se deduz que 80,0 % do caldo total que está armazenado.

Concluímos que uma cana fornecerá um rendimento industrial tanto maior, quanto

mais grosso for o colmo e quanto mais espaçados forem os nós.

Composição da cana de açúcar - A composição da cana de açúcar varia entre países,

entre regiões e nos distintos anos em uma mesma zona. O percentual em peso de

sacarose oscila de 10 a 16%, segundo a sua origem.

Por exemplo, na região açucareira da Argentina, 10% de sacarose na cana é um

percentual mais para alto do que para médio. Em Cuba, nos bons anos agrícolas, um

percentual entre 15 a 16%, não é difícil de ser constatado. Quanto a sua composição é

ainda função do clima, do solo, da pluviosidade, do tipo de cultivo, da idade, da adubação

e da variedade botânica da cana. Zerban isolou do caldo da cana a asparagina, a

glutamina e a tirosina. E essas, como outras substâncias nitrogenadas, apresentam

inconvenientes na elaboração do açúcar. Uma parte dessas substâncias se dissocia

durante o processo de fabricação, indo os ácidos aspartico e glutânico se acumular nos

méis, com a asparagina e glutamina não decompostas.

A decomposição dessas amidas se deve ao desprendimento do amoníaco durante a

evaporação do caldo de cana. Uma análise completa da cana, levada a efeito pelo Dr.

Browne permitiu elaborar o seguinte quadro:

Dados de análise da cana: %

Agua 74,50

SiO2 0 .25

K2O 0 .12

Na2O 0.01

CaO 0.02

MgO 0.01

Cinzas 0.5

Fe2O5 vestígios

6

P2O5 0.7

SO3 0.2

Cl vestígios

%

% Celulose 5.50

Fibra 10,00 Pentosana (Xylan) 2.00

Araban……………………………………. 0.50

Lignina…………………………………….. 2.00

Sacarose

Açúcares 14,00 Dextrose 0 .90

Levulose 0.60

Albuminóides 0 .12

Amidos (P.e.asparagina) 0.07

Corpos 0,40 Amido ácidos (a. aspartico) 0.20

Nitrogenados Ácido Nítrico 0.01

Amoníaco traços

Corpos Xânticos traços

Graxas e ceras 0.20

Pectinas 0.20

Ácidos livres (a. málico) 0.08

Ácidos combinados (a.sucínico) 0.12

Glicose ou Dextrose

Frutose ou Levulose

Clorofila

Componentes que aumentam Amido

com o crescimento e diminuem Substâncias corantes

com a maturação Gomas

Cêras

Ácidos orgânicos

Água

Sacarose

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Componentes que aumentam com Fibra

Maturação Destrose

Substancias nitrogenadas

Substancias minerais

Substâncias nitrogenadas

Nos estudos feitos por Browne, as canas ainda verdes apresentam um mesmo teor

de Dextrose e Levulose, mas quando as canas de aproximam de sua maturação, a

levulose diminui e às vezes desaparece, mas que irá aparecer no mel final. Isso se deve a

uma transformação isomérica da dextrose, quando soluções quentes de sacarose são

reaquecidas em meio alcalino, especialmente em presença de sais de potássio.

O aumento da sacarose no período de maturação caracteriza-se pelo decréscimo

dos não-açúcares, ocasionando conseqüentemente um aumento na pureza dos caldos.

A fibra aumenta com a maturação, o que é benéfico para a indústria, devido ser

usada como combustível.

As substâncias nitrogenadas durante o período de crescimento não são albuminas

coaguláveis pelo calor e a cal, o que vem explicar o motivo porque as canas maduras

clarificam melhor.

O conteúdo mineral é mais alto no período de maturação, primeiro porque tendo

terminado a maturação da cana, também terminou o armazenamento de elementos

minerais, acúmulo que faz e que não se perde durante todo período vegetativo, e assim,

encontramos mais fósforo, mais potássio,

etc, na maturação, do que no crescimento. Em segundo lugar, devido à concentração que

existe no período de maturação, em virtude da evaporação que se processa pelas folhas.

As substâncias corantes diminuem com a maturação. As canas maduras são um pouco

mais ácidas do que aquelas que se acham no período de crescimento, isto devido ao

aumento do ácido fosfórico.

Do que vimos, não apenas interessam desde o ponto de vista de fabricação o teor

de sacarose na cana, se não a relação desta com os sólidos e a quantidade dos

constituintes que possam ser prejudiciais à fabricação.

Daí porque, as usinas bem orientadas nos campos e nas fábricas têm sempre seus

canaviais, divididos em canas de maturação precoce e as de maturação tardia; a fim de

que possam elas ser moída no seu período ótimo de maturação.

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Microflora da cana-de-açúcar – A cana-de-açúcar, S. Officinarum possui flora epifítica

característica que influenciou os microorganismos na fabricação de açúcar. Nos estudos

levados a efeito por Kuhr, há uns 40 anos, concluiu da incidência de microorganismos nas

canas, desde pequenas infestações nos cultivos nas montanhas a elevadas concentrações

naqueles cultivos nas partes baixas, naquela ocasião, o tipo de bactéria encontrada era

similar ao ―bacillus herbícola aureum‖.

Hutchinson e Lamayar isolaram da cana uma levedura da variedade

Saccharomyces Cerevidiae e uma espécie de aspergillus.

As canas danificadas pela Diatrene Saccharalis, segundo os estudos de Mokaig e

Fort tinham um percentual menor de sólidos e sacarose, um conteúdo maior de não-

açúcares orgânicos e índices maiores de constituintes minerais para uma mesma

variedade.

Também Iwata informou que as canas perfuradas e infestadas pela podridão

vermelha, que a acompanha continham mais nitrogênio que as canas normais.

Os estudos de Patrícia Mayeux demonstraram que as folhas enfermas das hastes

enfermas continham uma quantidade quatro a cinco vezes maior quantidade de bactérias

e fungos do que as encontradas nas folhas normais.

A moagem de canas doentes aumenta sensivelmente as bactérias e fungos dos

caldos extraídos.

A concentração de bactérias encontradas no pó do perfurados da cana, era de 85 a

100 milhões de organismos por graus de amostra.

Isto demonstra o prejuízo da moagem de tais canas, além do decréscimo de sua

pureza. O efeito deteriorado desta micro-flora sobre o caldo extraído é de grande

significado. Nas experiências da Sra. Mayeux, a flora bacteriana que procedia do 1º terno

predominava o Aerobacter Aerogenes, bactéria do grupo coliforme e muito semelhante a

Escherichia Coli em suas características fisiológicas e morfológicas. As concentrações

encontradas por Mayeux, chegaram a níveis de 400 a 500 milhões, de Aerobecter

Aerogenes.

Nas perfurações produzidas nas hastes das canas foi isolada uma bactéria que

fermentava a glicerina e como espécie nova foi chamada Bacterium Saccharalis. Das

investigações feitas por Mayeux, concluímos que tanto o Aerobacter Aerogenes como o

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Leuconostoc, existiam nas terras próximas as touceiras ou corpos, e que, a partir de 6‖ a

18‖ o índice de infestações decrescia muito.

Flecha de cana – A ―Flecha da cana‖ ou o florescimento, que representa sem dúvidas o

clímax do processo de crescimento da planta, com vistas a perpetuação da espécie. Que

algumas variedades emitem o escapo floral antes de ter atingido o estágio na maturação

enquanto outros iniciam o florescimento quando já se passou o estágio de maturação.

Partes da cana - Morfologicamente, a cana se compõe das seguintes partes:

Nós

Colmo ........................... internódios, internos ou meritalos

Parte aérea Folhas gêmeos

Flores

Parte subterrânea Raízes

Rizomas

A parte mais importante do ponto de vista da indústria de açúcar, é o colmo, cujo

caldo contido em suas células encerra a sacarose e outras substâncias.

Matéria estranha – Matéria estranha é o material que nem junto a cana e é

entregue a Usina. Esta matéria estranha também é chamada de impurezas.

O material estranho pode ser classificado em cinco categorias:

1 – Material fibroso - Folhas secas

-Ponteiros,

-Material em decomposição,

-Raízes,

-Cana seca,

-Mato, capim.

2 – Terra – Argila,

- Areia,

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- Barro.

3 – Rochas – Pedras

- Pedregulho.

4 - Metais –

5 – Água -

Limpeza da cana – as etapas essenciais na limpeza da cana colhida por sistema

mecânico são: - Abertura do feixe,

- Remoção de pedras, seixos e areia,

- Remoção das impurezas fibrosas,

-Lavagem.

Aberturas do feixe – Para se obter boas limpeza recomenda-se um colchão de

cana com espessura de dois ou três colmos.

Remoção de pedras, seixos e areia. – Pedras seixos e areia constituem o material

prejudicial à cana colhida por colhida pelo sistema de apanho mecânico para se ter uma

separação aceitável esta só pode ser feita através do sistema de lavagem da cana.. Este

material poderá ser aproveitado em aterros

Remoção das impurezas fibrosas – As impurezas fibrosas que são os ponteiros,

folhas e raízes é reduzida por meio de rolos eliminadores de impurezas. Estas impurezas

podem ser utlizadas nos canaviais.

Lavagem – A lavagem é iniciada na esteira de arrasto tipo taliscas. Utiliza-se o

principio de cascatas com grande volume de água adicionado no topo da esteira utilizando

um fluxo turbulento. A esteira de arrasto recomenda-se um ângulo de 40º e velocidade

mínima de 50 m / minuto. Também se usa mesas alimentadores com ângulos de 45º e 50º

para lavagem da cana jorrando água no topo da mesa. O volume necessário de água para

lavagem é na ordem de 10 m³ por tonelada de cana hora.

Reutilização da água – A água turva ou usada recomenda-se passar por um

tratamento de limpeza de maneira igual ao da água limpa a fim de ser reutilizada. Neste

caso o volume de água limpa é na ordem de 4 m³ por tonelada d cana hora.

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Perdas nas limpezas – As perdas nas limpezas podem ser consideradas em duas

categorias:

a – Perdas mecânicas – Perdas de canas, pedras, seixos, areia , material

fibrosa etc,. Estas perdas de açúcar são na ordem de 2% ou mais.

b – Perda de açúcar durante a lavagem da cana – A perda de pol depende

dos danos causados na cana durante o corte e o carregamento mecanico. Estas perdas é

na ordem máxima de 1%.a lavagem de cana.

Fotossíntese - As canas cultivadas nas regiões tropicais e semitropicais, para que a cana

floresça e metabolize a sacarose e outros açúcares monossacarídeos, são necessários

três fatores principais: calor, luz e umidade.

. O açúcar da cana é um carboidratado de fórmula geral C12H22O11, é um

dissacarídeo que consiste de dois compostos monossacarídeo: D-glicose e D-frutose. Os

componentes monossacarídeos se condensam em grupos glicosídicos. Estes dois grupos,

que nos monossacarídeos livres mostram um equilíbrio de configuração α e β, se fixam na

molécula de sacarose em uma configuração α da frutose; enquanto que a componente

glicose está ligada na sua forma peronosidica normal, a frutose mostra na molécula de

sacarose uma forma normal furonosídica, que não é observada na frutose livre. De acordo

com essas circunstâncias, o nome químico da sacarose – D – glucopiranosil – B – D –

fruto furanosídio.

H – C CH2OH O HO – C - OH C

HO – C O H - C - H O H – C H - C - OH H – C H - C CH2OH CH2OH Glicose Frutose Nas plantas, os carboidratos (açúcares, amido e celulose), se formam por um

processo fotossintético de assimilação.

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6 CO2 + 6 H2O + 675 Kcal = C6H12O6 + 6O2

Este processo se catalisa com a clorofila. O CO2 tomado do ar é equivalente ao O2

cedido ao ar. A energia necessária, por moléculas de oxigênio formado, corresponde pelo

menos três quarto da luz alaranjada absorvida pela clorofila Warburg, encontrou que

apenas um quarto da luz é tomada por cada molécula de oxigênio, formado, enquanto a

outra energia necessária, para a síntese, é a energia primeira tomada do processo de re-

oxidação.

Esta formação ocorre nas partes verdes da planta, porém a sacarose se encontra

também nos talos, nas raízes e nos frutos.

A cana é realmente uma fábrica de carboidratos, por isso tem que admitir que é

uma maravilha do reino vegetal e que o açúcar é o alimento mais puro e mais energético

da natureza, por isso, não é nada mais, nada menos que a luz solar centralizada. E, além

disso, é comercialmente considerado o alimento barato..

Maturação - Para a industrialização da cana-de-açúcar, em bases racionais e

econômicas, torna-se imprescindível a determinação de sua maturação. Açúcares, água,

sais minerais, matéria orgânica, etc, são os componentes mais importantes, e dentre

estes, a sacarose se destaca em proporção, sendo ela a base para a determinação da

maturação. A sacarose se forma nos tecidos vegetais, em presença da clorofila e sob a

influência da luz, formam-se carboidratos de óxido carbônico e de água, aumentando esse

processo com maior intensidade da luz. Tem sido discutido o curso do processo, quais os

corpos se formam primeiro. A sacarose finalmente formada passa ao colmo e se uma

quantidade maior se forma, o excesso se depositará em forma de amido, que se

dissolverá, quando as condições forem propícias, caminhando para o colmo em forma de

dextrose. Os açúcares provenientes de uma folha inferior entram no internodio (meritalo)

correspondente, sem sofrer modificações posteriores. Mas os açúcares que procedem de

folhas jovens, segue a parte superior do colmo, onde os processos de assimilação são

muito intensos, sofrendo por isso várias modificações. O armazenamento do açúcar será

tanto maior quanto mais normal e uniforme for o crescimento da planta.

Quando finalmente, a folha que corresponde a um internódio inferior, seca ou morre,

aquele meritalo não recebe mais açúcar, além de que flui dos internódios superiores.

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Assim, a cana começa a amadurecer primeiramente a sua parte inferior, sendo que a

última a atingir esta etapa é a superior, mas antes que isso ocorra já a parte inferior

começa a mostrar um princípio de degradação da sacarose. Estes são os fatores que

devem determinar o momento mais indicado para o corte, tendo em conta não apenas

pureza da parte superior e inferior da cana, mas também o seu peso relativo.

Dentro das condições normais de desenvolvimento, a maturação da cana-de-açúcar

é função direta de vários fatores, tais como, a umidade do solo, tratos culturais,

variedades, época do plantio, praga, moléstias, topografia do terreno, variedades, etc.

Os dois primeiros exercem maiores influências, de vez que, os períodos de intensa

umidade e alta temperatura correspondem a aquela de maior atividade do crescimento

vegetativo, ocasião em que a cana não consegue armazenar açúcar, pois este depende

de sua atividade funcional. Somente quando cessa o crescimento da planta, é que o teor

de sacarose do caldo começa a se elevar, este fenômeno é favorecido quando os fatores

água e temperatura baixam, sendo que a água é o fator mais importante.

É esta uma das razões pelos quais os caldos de canas mais ricas em sacarose, são

encontrados por vezes em regiões onde ocorrem estações climáticas acentuadamente

secas e relativamente frescas.

Para que uma fábrica possa obter alto rendimento, torna-se necessário que se

plante variedades de diferentes épocas de maturação: a) Maturação precoce,

b) Maturação média e

c) Maturação tardia.

Em regiões mais privilegiadas, no que diz respeito a regularidade pluviométrica,

uma mesma variedade botânica de cana-de-açúcar, poderá apresentar uma maturação

jovem ou tardia, segundo a época em que seja plantada.

Determinação da maturidade e do rendimento provável - Faz-se três determinações

refratométricas do Brix: inferior, médio e superior.

Quando o Brix da parte média for tanto mais próximo da parte superior e sendo este

aqui nós da ordem de 18, indica do estado ótimo de maturação. Exemplo:

Brix parte inferior da cana ou pé = 22

Brix parte média da cana, ou meio = 18

Brix parte superior da cana = 17

Total....= 57

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Brix médio = 57/3 = 19

Para obtermos o rendimento provável da fábrica, base de 96 de Pol, multiplica-se o

Brix médio pelo fator da fábrica.

Esse fator que deve ser obtido para as canas grossas (aquelas de mais de 1‖ de

diâmetro).

O fator se obtém dividindo o rendimento da fábrica pela média de refração, isto é

Brix refratométrico do caldo do esmagador obtido durante uma semana.

Está claro que durante uma semana, deveremos moer canas grossas, e fator de

canas finas o Brix refratométrico médio deverá ser medido, também durante uma semana

moendo canas finas.

Exemplo: Brix refratométrico 19,00

Rendimento. Base de 96 de semana 11,97

O fator será 11,97/19 = 0,63.

Aplicação do fator de Java – Aplicação do fator de Java na determinação do peso da

cana. - O fator de.Java. varia de 0,77 a 0,84, mas poderá atingir um índice mais alto,

desde que seja entregue a primeira pressão, um bagaço de maior coeficiente de finura.

Nas fábricas havaianas, onde além do ótimo trabalho de facas, se instalou o desfibrador, o

fator de Java atingiu até 0,90.

F.J. = Pol % na cana . 100___ Pol % caldo de 1ª pressão Peso de cana-peso de extraída / (Pol % na cana – perda em bagaço % de cana)

Exemplo:

Fator de.Java ......................................................... 0,80

Pol % caldo 1ª pressão ............................. 18,45

Toneladas de pol extraída......................................... 305,7

Fibra na cana (análise direta) ............................ 11,3

Fibra no bagaço (análise direta) ................ 48,9

Bagaço % de cana 11,3 x 100/48,9 ................ 23,11

Pol % no bagaço ........................................ 4,5

% de Pol na cana = 0,8 x 18,45 ................. 14,76

Perda em bagaço % de cana = 23,11 x 0,045.... 1,04

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Aplicando a fórmula anterior, teremos:

Peso da cana = 305,7 / ( 14,76 – 1,04 ) = 2228 tons. 100 Importância industrial do Leuconostoc - Nas espécies L. Mesenteroides e L.

Dextranium tem adquirido uma importância capital nesses últimos anos, como produtoras

de Dextrana a partir do caldo.

Este polissacarídeo alcançou a partir de 1948, na Suécia, um papel relevante na

preparação do plasma sanguíneo.

A dextrana clínica resultou ser melhor do que um substituto do plasma sanguíneo,

principalmente porque nem o sangue nem o plasma podem ser esterilizados por calefação.

Anteriormente se descobriu uma aplicação da Diana quando foi utilizada como aditivo dos

fluidos usados nas perfurações dos poços petrolíferos, técnica na qual usava para inibir a

perda de água nos poços de perfuração.

Capitulo II

PREPARO DA CANA

Provisionamento de canas - O abastecimento de canas às usinas, se faz por tração

mecânica (caminhão, treminhões trator, vagões), durante as 24 horas do dia.

Alimentação de canas á esteira - A alimentação de canas se faz através de mesas

alimentadoras, ponte rolante, tombadores, etc.

Esteiras - As esteiras transportadoras, segundo a sua função dividem-se:

Alimentar as moendas........... – Alimentadoras

– Principal

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Entre ternos ........................... – Intermediaria

Após as moendas ................... – Elevadora de bagaço

– Distribuidora de bagaço

– Elevadora de bagacinho

– Retorno de bagaço

Esteira alimentadora - Tem por finalidade, suprir a esteira principal de uma camada de

cana mais ou menos uniforme, e que permita desordenar as canas, para uma melhor

eficiência das navalhas. Sua largura é idêntica a do condutor principal.A esteira

alimentadora pode ser transversal ou axial.

Sua velocidade deve ser a metade da velocidade do condutor principal, entretanto,

seu acionamento, deve ser feito por motores elétrico, dotadas de variador de velocidade,

cuja velocidade permita variar no momento que for necessário.

Compreende uma seção horizontal e outra seção inclinada.

O comprimento da seção horizontal deve ser de duas vezes maior, que o

comprimento da

maior carroceria dos caminhões existentes no transporte de cana para abastecer a usina.

Quanto ao desnível, entre o topo de esteira alimentadora a parte horizontal de

principal é de mais ou menos 5,00 m. Quanto à potência necessária para o seu

acionamento (Hugot), é:

T = 0. 6 x S

T = C.V. absorvidos pelo condutor alimentador.

S = Área carregada com cana no condutor auxiliar em m2.

Esteira principal - A esteira principal conduz as canas desde o ponto de entrega da

esteira alimentadora, até ao primeiro esmagamento. Compreende uma parte horizontal,

uma parte inclinada e topo.

Quanto à sua inclinação (aclive) o ângulo é aproximadamente de 18º. Sua largura

será igual ao comprimento dos rolos do primeiro terno. As taliscas são metálicas. Sua

tração poderá ser feita por máquinas térmicas ou elétricas. Sua velocidade linear

corresponde à velocidade periférica dos rolos da moenda.

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Hugot recomenda que a velocidade da esteira principal à velocidade periférica das

moendas, de tal sorte que: V = 0,5 v .

Onde : V = velocidade média do condutor

v = velocidade média periférica dos rolos.

A capacidade da esteira principal será fornecida pela seguinte fórmula:

1000. C = 60 . v . L. h . d

Onde: C = Capacidade em T.C.H. ( 1000 C são Kg de cana por hora);

V = Velocidade da esteira em metros por minuto;

L = Largura da esteira em metros;

h = Altura média do colchão de canas na esteira em metros;

d = Densidade aparente da cana no condutor.

d = 125 Kg/m3 (em canas desordenadas)

d = 150 Kg/m3 (em canas paralelas)

d = 300 Kg/m3 (em canas picadas por navalhas)

Se relacionarmos a capacidade da esteira à capacidade do ―tandem‖, poderemos

facilmente determinar a altura do colchão de canas na esteira. Quanto ao comprimento da

seção horizontal, é calculada pela a seguinte fórmula: LH = 5 3 C

Onde: LH = Comprimento da seção horizontal em metros..

C = T. C. H.

Potência – A potência consumida pela esteira principal é a resultante das potências:

A potência necessária para vencer o atrito.

A potência necessária para conduzir o peso da cana:

a) A potência média necessária para vencer o atrito é dada por:

Pf = ( Q + K ) f + K f' ' v . 60 x 75

Pf = Potência necessária para vencer a fricção em C.V.

Q = Peso em Kg de cana sobre a esteira.

K = Peso em Kg da parte superior da esteira.

f = Coeficiente de fricção da parte superior, 0,6

f ‘ = Coeficiente de fricção da parte inferior, 0,1

v = Velocidade do condutor em m/minuto

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= Coeficiente das engrenagens ë aproximadamente 1,4 à 1,5.

b) A potência necessária para elevar a cana, é dada por:

Pe = 1000 C . H 75 x 3600

Pe = Potência necessária para elevar a cana em C.V

C = Capacidade da moenda em T. C. H.

H = Desnível existente entre o topo do esmagador e o piso das moendas.

= Coeficiente de atrito, devido as engrenagens que variam de 1,4 a 1,5. No

caso das mesas de 45o, = 1,1, ficando com margem de segurança de 45%.

P = Potência total média absorvida pela esteira, que aproximadamente pode ser

tomada como:

P = C / 2

Esteira intermediária – A esteira intermediária conduz o bagaço do terno anterior ao

seguinte.

A esteira intermediaria podem ser de: borracha, metálica, arraste e ancinhos.

Sua velocidade é aproximadamente de 1,2 da velocidade periférica dos rolos do

terno que será alimentado. Quando a esteira é de taliscas, é de 1,5 a 3,0 da velocidade

periférica dos rolos da mesma unidade. Recomendam-se velocidades de até 20 vezes a

velocidade periférica dos rolos de moenda.

A Potência dos condutores intermediários é da ordem T = 0,1 C aproximadamente

5% da potência de acionamento do terno.

Esteira elevadora de bagaço - A esteira elevadora de bagaço, conduz o bagaço desde a

saída do último terno à distribuidora do bagaço às fornalhas. Suas taliscas, que se situam

perpendicularmente à calha do condutor, tem uma função raspadora. Essas taliscas

poderão ainda ser suprimida por ancinho. A velocidade é, aproximadamente, três vezes

maior do que a velocidade periférica dos rolos do último terno. E a sua potência equivale a

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2 C.V. por cada dez metros de condutor, levando-se em conta a parte tensa e a de

retorno.

Esteira distribuidora de bagaço - A esteira distribuidora de bagaço, tem por objetivo

distribuir o bagaço às fornalhas. Seu desenho é semelhante à esteira elevadora, quanto à

velocidade, é em geral três vezes maior do que da esteira elevadora e quanto a sua

potência, corresponde a 1 C.V. por cada dez metros de esteira, parte tensa e inferior de

retorno.

Esteira elevadora de bagacinho - Esteira elevadora que faz retornar o bagacinho retido

pela tela do (cush-cush), ao colchão de bagaço entre ternos. As taliscas são de borracha,

a fim de evitar o desgaste das telas coadoras. O cálculo da potência procede-se de forma

idêntica ao condutor de cana.

A superfície filtrante deve ser de 0,1 m2/TCH , com perfurações das telas deverão ser

de 0,6 a 0,8 mm de diâmetro para os dois primeiros ternos de 1,5 mm de diâmetro para os

demais ternos. A espessura das telas deverá ser de 1,0 mm para os primeiros ternos e de

1,1 a 2 mm para os demais ternos a velocidade linear das correntes é de 15,24 m/min.

Mesa alimentadora - Tem por objetivo, permitir melhor alimentação da esteira principal e

permitir maior moagem horária.

Há autores que dimensionam as mesas alimentadoras pelas T.C.H. moídas pela

fábrica, aplicando a fórmula: S = 0,6 . C

Onde: S = Superfície da massa em m2.

C = trabalho da fábrica em T.C.H.

Devemos dimensionar a largura das mesas, baseado na maior carroceria dos

caminhões que transportam canas, acrescida de um metro de cada lado. As correntes de

arrastos da mesa alimentadora tem velocidade maior que a do condutor principal.

. Com velocidade menor haverá o risco de que as canas caiam em grandes volumes

que poderá produzir o travamento das navalhas.

Inclinação - Quanto à plataforma das mesas alimentadoras podem apresentar as

seguintes posições:

a) - horizontal

20

b) - inclinada: com aclive de 15º

com declive de 5º.

c) - especiais com ângulos de 45 ou 50

Quanto à potência que usamos para as mesas convencionais é fornecida pela

seguinte fórmula: T = 0,5 S

Onde: S = superfície de mesa em m2

T = Potencia em C.V. do motor.

Facas rotativas - Chamadas de navalhas rotativas, tem a função de cortar a cana em

pequenos pedaços, facilitando o trabalho do esmagamento e aumento de capacidade de

moagem do ―Tandem‖. Quanto à forma das lâminas, estas variam de fabricante para

fabricante. Elas giram em sentido oposto ao deslocamento da esteira principal. Sua

velocidade no eixo é aproximadamente de 600 rpm e sua potência varia de acordo com as

toneladas moídas por hora, e o percentual de fibra na cana.

Um jogo de navalhas aumenta em 20% a moagem diária e a extração do Pol de

0,33 a 0,75%. São acionadas por máquinas térmicas ou elétricas.

Quanto ao acoplamento do acionamento ao eixo das navalhas, pode ser feito por

meio de luvas elásticas. O número de lâminas é um número par de facas por quatro ou

seis. O número de facas é determinado pela seguinte fórmula: N = L / P - 1

Onde: N = Número de facas

L = Largura do condutor em mm.

P = Passo = distância entre duas facas em mm.

Cálculo da potência de acionamento - Para determinar a potência de acionamento de

uma navalha, é necessário que se determine à proporção de canas não cortadas e

conseqüentemente as de canas cortadas.

Esses parâmetros são obtidos aplicando as seguintes fórmulas:

Proporção de cana que não foram cortadas: i = r / h = 100

Onde: r = ajuste em mm.

h = altura do colchão de canas em mm

Proporção de canas cortadas: 100 – i

21

K = -----------------

100

Onde: K = percentagem de canas cortadas em relação a unidade.

Potência Motora: é dada por:

K C n f R

P = 0,0025 ----------------------

P

Onde: P = potência motora em C. V.

K = percentagem de canas cortadas em relação a unidade.

C = esmagamento em T. C. H.

N = rpm do eixo.

F = fibra contida na cana em relação a unidade.

R = raio do círculo descrito pelas lâminas em cm.

p = passe em cm.

Desfibrador - É um implemento instalado após as navalhas, o qual tem a finalidade de

desfibrar as canas facilitando o trabalho das moendas, permitindo um aumento de

aproximadamente 20% em um conjunto já completo com navalhas e ternos, acarretando

um aumento de extração de Pol.

Sua velocidade de rotação varia de 500 rpm, a 1500 rpm. Sua potência de

acionamento varia segundo o fabricante, é na ordem de 25 C.V a 45 C.V por TFH.

No caso do desfibrador Tongart, podendo a chegar a 50 C.V por TFH.

Implementos alimentadores - Existem vários tipos de alimentadores: O rotativo (também

chamados rolos alimentadores). Os alternados (conhecidos como socadores), e os

alimentadores contínuos à pressão (WALKERS Limited), press- roll e o top roll.

São empregados para facilitar o trabalho dos ternos, evitando que os rolos deixem de

pegar o bagaço, quando bem triturados e submetidos a altas imbibições.

Separadores magnéticos – Este dispositivo tem por finalidade reter na rampa de

alimentação do primeiro terno, os pedaços de ferro que vem com as canas se alimentam

às moendas.

22

O aparelho descrito é um eletro-ímã disposto em toda largura da calha de

alimentação do

esmagador. Ele retém os pedaços de ferro que passam em seu campo. Consome

uma potência de aproximadamente 2,0 C.V., por metro de largura da calha condutora.

Quanto à sua eficiência, é calculada da ordem de 70% e melhora aproximadamente

85% das lesões que ocorrem na superfície dos rolos %.

Ele é provido de um servo-motor, que faz basculhar a rampa do condutor de

bagaço, atraindo melhor os pedaços de ferro existentes no colchão do bagaço.

A esteira transportadora recomendada é a de borracha.

Capitulo III

MOENDAS

Moagem - A moagem é a operação da extração da sacarose.. A cana constitui-se em uma fração

23

sólida, que é a fibra, e a outra líquida que é o caldo. A separação é feita num tandem de moenda no qual o caldo é expelido da fibra-que funciona como vasos capilares-através de sucessivas aplicações de pressão a medida que a cana é espremida entre pares de rolos de moendas. A eficiência de esmagamento é determinada por: - Numero de compressões, - Pressão efetiva, - Grau de rupturas das células, - Drenagem do caldo, - Propriedades físicas da fibra. Moendas - As moendas, geralmente são constituídas de quatro a seis ternos. Cada terno

é composto essencialmente de três rolos horizontais, formando um triângulo.

O rolo superior ou rolo de pressão localiza-se no vértice superior do triângulo,

O rolo de entrada ou rolo caneiro localiza-se na linha inferior ao rolo superior,

juntamente com o rolo de saída ou rolo bagaceiro.

Os rolos de entrada e saídas são fixos, enquanto que o rolo superior flutua

controlado por um sistema hidráulico.

Os rolos se compõem de camisa e eixo. A camisa é vestida ao eixo, isto é, ferrada

a quente. Os moentes dos eixos de moendas repousam em mancais de bronze, providos

de circulação de água e canais de lubrificação. O rolo tem por objeto, esmagar as canas

em duas etapas ou duas pressões, fazendo com que o bagaço passe do tambor de

entrada ao de saída, através da bagaceira ou virola.

A bagaceira ou virola funciona como um transportador fixo, onde o bagaço em

transito desliza-se sobre ela.

As camisas são dotadas de frisos para melhorar a capacidade de alimentação e

permitir uma melhor drenagem, formando ângulos que variam de 45 a 50 e que o

ângulo dos frisos do tambor de saída são iguais ao ângulo dos frisos do tambor de

pressão, e possuindo a mesma altura.

Os frisos são de três tipos :

Frisos circunferências: São ranhuras circulares, usinadas na superfície lateral do

cilindro, formando como que planos perpendiculares ao eixo.

Frisos Messchaerts: São usados no rolo de entrada de cada terno, com intervalo

de quatro em quatro polegadas e profundidade de uma polegada e largura de um quarto

de polegada. Frisos chevrons: São usados nos rolos de entrada e superior, com formato

de um V.

24

Nos tambores de pressão dos ternos vamos encontrar os flanges ou pestanas.

Virgens ou castelos - São pares de estruturas em aço, que são fixados sobre os

lageirões, por possantes parafusos. Os castelos ou virgens suportam aos rolos de

moendas e a virola ou bagaceira. Os lajeirões são construídos geralmente em aço, estão

presos à base. Quase sempre sua parte central, é côncava, servindo de coletor de caldo, e

recebe o nome de párol. Costuma-se forrar o párol, com

um lençol de cobre, com objetivo de protegê-lo contra a oxidação produzida pelo caldo e

pelos produtos anticépticos.

Com o fim de evitar modificações nas aberturas de entrada e saída dos rolos, assim

como flutuações acima dos limites do tambor de pressão, os mancais que suportam os

moentes dos tambores estão fortemente fixados pelos cabeçotes.

Os castelos das auto-reguláveis - As principais particularidades da moenda tipo ―Auto-

Regulável‖, fabricada pela Fives Lille – Cail, em relação aos outros tipos de moendas

chamados ―clássicos‖, são as seguintes:

A estrutura de uma concepção nova compreende dois castelos constituídos cada

um de duas peças importantes:

a) Parte inferior suportando os dois cilindros, inferior o de entrada e de saída;

b) Parte superior ou chapéu suportando o cilindro superior. Este chapéu é

articulado a uma extremidade sobre a parte inferior e a extremidade oposta é

ligada ao macaco hidráulico.

- O cilindro superior é absolutamente flutuante e possui uma grande liberdade de

movimento devido à articulação dos chapéus.

- A relação das aberturas E/S é constante qualquer que seja o valor do

levantamento do cilindro superior.

- A regulagem das aberturas de entrada e saída, assim como a da lâmina de

bagaceira, faz-se pelo exterior dos castelos com a ajuda de dispositivos especiais.

- Os macacos hidráulicos são independentes das bases.

- O rolo de alimentação forçada é previsto para ser incorporado à moenda.

Entre estas particularidades a mais importante é incontestavelmente a constância

de relação das aberturas entrada/saída.

25

Com efeito, esta relação não se modifica praticamente em trabalho, da posição

―REPOUSO‖ à posição ―LEVANTAMENTO MAX‖.

Antes de empreender a descrição detalhada da nova moenda tipo ―Auto-Regulável‖,

julgamos ser necessário atrair muito especialmente a atenção, para este princípio de uma

importância capital no funcionamento e no rendimento das moendas.

Nas antigas moendas do tipo ―Clássico‖ (esquematizada na figura 1) a forma do

castelo e a direção das reações, não permitem resolver de maneira conveniente o

deslocamento do cilindro superior, em virtude do atrito dos mancais superiores nas caixas.

Os construtores utilizaram processos tais como: as placas de deslize em materiais

de fraco coeficiente de atrito, os rolamentos, o recuo da pressão hidráulica (pH colocado

em F), inclinação dos castelos superiores a 15º (Direção de F), ou ainda levantamento do

cilindro de entrada para conservar os castelos superiores verticais.

Todas estas modificações melhoram o deslocamento dos cilindros superiores,

amaciando este movimento que, pelo contrário, não teve nenhuma influência no

melhoramento da constância da relação E/S.

F1

F PH

CILINDRO SUPERIOR

F2

ENTRADA

S

E

CILINDRO DE ENTRADA CILINDRO DE SAÍDA

Fig. 1 – Decomposição das reações dos cilindros de uma moenda clássica.

26

Com a moenda tipo ―Auto-Regulável‖, a articulação dos chapéus sendo equipada

com rolamentos, suprime totalmente os atritos devidos aos deslizadores dos mancais

superiores nas moendas convencionais e resolve ao mesmo tempo a questão da relação

E/S.

Com efeito, o deslocamento do cilindro superior faz-se para trás, isto é, seguindo

um arco de círculo cujo centro está situado de tal maneira que a relação E/S permanece

sempre constante.

Além disso, para permitir uma fácil regulagem em função dos diâmetros dos

cilindros novos ou usados, o centro de rotação A pode ser igualmente modificado pela

rotação de um excêntrico.

A moenda tipo ―Auto-Regulável‖ é a única cuja relação E/S não se modifica em

trabalho, qualquer que seja o valor do deslocamento do cilindro superior.

Pelo contrário, as moendas chamadas tipo Clássico, se estão na cabeça reta,

abrem-se com a mesma quantidade na entrada e na sida, e se estão na cabeça inclinada

ou com cilindro de entrada elevado, abrem-se mais na saída do que na entrada.

É corrente variar a relação das aberturas E/S em marcha de 2,5 a 2 da primeira à

última moenda da uma bateria.

Se examinarmos a importância da variação da relação E/S em função do tipo de

moenda utilizada, obteremos a moenda tipo ―Auto-Regulável ‖.

Para as moendas do tipo ―Clássico‖, a variação é de +33 a +125%, enquanto para a

moenda tipo ―Auto-Regulável ‖ é de 0,0 a +5,0 %.

Podemos afirmar que a relação das aberturas E/S com a nova moenda tipo ―Auto-

Regulável‖, permanece constante para qualquer posição do cilindro superior.

Esta disposição apresenta, além disso, a vantagem de assegurar uma pressão de

saída contínua invariável.

Com efeito, qualquer que seja a espessura da camada de canas ou de bagaço que

entra na moenda é sempre prensada da mesma maneira, portanto nas melhores

condições de extração.

Bagaceira ou virola das auto-reguláveis - A bagaceira se regula do exterior dos castelos

da moenda e a largura da lâmina foi reduzida ao mínimo.

27

As virolas ou bagaceiras das tradicionais - A virola ou bagaceira é a peça que conduz

o bagaço desde o tambor de entrada ao de saída.

Geralmente feita em aço de alta dureza ou ferro fundido, ela é curva e segundo os

cálculos matemáticos de Bergmann, formando uma espiral logarítmica. A determinação do

raio da virola, do ponto de contato dela no tambor caneiro (bico da virola) e o seu término;

constituiu até o ano de 1951, o grande problema dos especialistas em moendas. O

processamento se fazia por tentativa; não era possível, sem a observação de pelo menos

5 anos em uma usina, para precisar com exatidão o fator baixo de cada terno que

compõem os ―tandem‖.

Precisamente naquele ano, cubano Júlio C. G. Maiz com sua forma analítica

resolveu o problema. Hoje em dia, graças ao professor Maiz, é possível a qualquer tecnico

desde que tome conhecimento do seu método, precisar a altura do fator baixo de uma

moenda sem necessitar do acervo do conhecimento dessa mesma moenda.

A distância do término da virola ao tambor de saída, é outra medida que se vem

diminuindo, a ponto de alguns fabricantes construírem as virolas entrosadas nos rolos de

saídas, com o objetivo de impedir a queda do bagacinho no parol.

Instruções para que um terno funcione bem:

- Que o rolo de pressão tenha livre flutuação e que este trabalhe nivelado;

- Desde que o rolo flutue livremente teremos melhorado um dos pontos mais

importantes do esmagamento das canas, porque: melhoramos a eficiência mecânica e a

extração;

- Reduzimos os desgastes, a manutenção e chegamos mesmo a evitar certas

ruturas;

- Obtemos operações mais uniformes, com buchas menos freqüentes das moendas;

- Não havendo aparelhos magnéticos, os ferros e outros objetos sólidos que

comumente vêm com as canas, podem passar sem ocasionar danos tão grandes nos

frisos dos rolos.

Considerações para melhorar a flutuação dos rolos - São as seguintes as causas

inibidoras:

28

Pistões que se travam nos cabeçotes das virgens podem ser: desenho deficiente, falta de

lubrificação descentralização causada por desgaste do mesmo.

Chumaceiras ou mancal superior que se travam na queixada das virgens; pode ser pelos

os seguintes motivos:

A) - Hidráulico em má condição, pode ser por: desgaste de suas partes internas e

externas, produzindo o travamento; inércia devido aos pesos; distância

demasiada grande entre os cabeçotes e os acumuladores do hidráulico,

ocasionando uma alta fricção do fluxo de óleo, afetando o movimento do rolo

superior.

B) - Ajuste das moendas: quando a relação de entrada e saída é muito alta, a

resultante das forças tende a revirar as chumaceiras e pistões; que o eixo das

carretas conduzidas, do trem das engrenagens das moendas (a que se acopla ao

rolo de pressão) esteja entre 1/4 ―a 3/8‖ mais altas que os eixos dos rolos de

pressão, quando em sua posição de repouso. Quando isto não ocorre, ou seja, o

eixo da carreta mais alta que o eixo do tambor de pressão, quando este se

encontra em sua posição de repouso, a eficiência da luva é mínima e afeta

grandemente a flutuação do rolo de pressão.

C) - Carretas dos rolos defeituosos podem ser: carretas más desenhadas, carretas

em más condições, que devido à reação dos dentes, obrigam ao rolo superior a

momentos alheios aos que deveriam ter, pela variação do colchão de bagaço.

D) - o desnível do rolo superior influi muito no movimento do mesmo, por travações

que ocorrem.

Métodos para eliminar os impedimentos de construção:

29

- Pistões - No desenho dos pistões tem-se que levar em conta, que seu comprimento

deve ser de pelo menos 1,5 vezes o seu diâmetro. Alguns fabricantes estão construindo

pistão oco, transmitindo a pressão hidráulica, através de duas barras de aço, de tal modo,

que faz às vezes de junta universal, e qualquer desequilíbrio do mancal superior, não se

transmite ao pistão.

- Lubrificação - Os pistões hidráulicos comuns usam solas, umas em forma de taça e

outras em forma de U em sua parte superior, de tal forma justa, que o óleo que poderia

lubrificar, não lubrifica, a menos que a sola se rompa. Deste modo, deve-se pensar em

instalar algum método efetivo de lubrificação no passeio do pistão. No tipo de pistão, a

vedação se faz na parte inferior, substituindo-se a sola por borracha sintética, de sorte que

o pistão fique completamente banhado em óleo.

- Desgaste - Um pistão deve estar bem ajustado à sua camisa, a fim de evitar que revire.

- Chumaceiras - Desenho de Construção: A resultante do paralelo que forma as forças de

um terno, obriga a chumaceira a trabalhar sobre um dos seus lados, daí, ser evidente a

necessidade de se desenhar as chumaceiras com o dito lado maior que o oposto a saída

do bagaço, para evitar que revire.

Desgaste - É muito importante manter as chumaceiras superiores bem ajustadas às

virgens. Estas devem ser forradas com uma chapa metálica presa por parafusos, para se

repor quando desgastadas.

- Lubrificação: Devemos manter um método efetivo de lubrificação entre a queixada da

virgem e a chumaceira, não somente para evitar o desgaste, como também para permitir

melhor flutuação do rolo superior.

Ajuste das moendas - Relação entre entrada e saída:

Quando a relação entre as áreas de entrada e saída é muito alta, a resultante das

forças tende a revirar os pistões e chumaceiras. Deve-se manter esta relação a mais baixa

possível sem afetar a extração das moendas.

30

É muito importante ajustar as entradas e saídas das moendas, ainda que se

mantenha a relação desejada, para que o tambor tenha uma média de levantamento igual

a diferença em elevação entre a mesma em repouso e o eixo da carreta que veste a luva.

Quando sua flutuação é maior ou menor, se afeta consideravelmente a efetividade a luva,

requerendo maior potência para operar as moendas e naturalmente, afetando o

deslocamento do tambor de pressão.

Carreta ou rodetes dos rolos - Desenho de construção:

O desenho dos dentes de uma carreta deve ser de tal que com a variação no

levantamento, não resulte velocidade periférica demasiado variável, acomodando-se o

melhor possível aos diâmetros e posições do tambor de pressão, nem reações violentas

que afetem o seu levantamento normal.

Desgaste - Carretas com dentes sumamente desgastados produzem em muitos casos,

flutuação do rolo superior diretamente relacionado com o movimento do eixo.

Rolo superior desnivelado - Quando um rolo trabalha desnivelado, tem a tendência a

revirar as chumaceiras superiores, ocasionando não apenas aquecimento devido à

concentração de pressão em pequenas áreas, se não a tendência a travar a chumaceira

na virgem, interferindo no movimento do rolo superior.

Outros motivos - Enumeram outros motivos, tais como:- desgastes das virolas e rolos das

moendas; - pressões diferentes nos hidráulicos da moenda;- parafuso distribuidor do

bagacinho;- uniformidade do colchão do bagaço;- tipo de canas, etc...

Pressão das moendas - O sistema hidráulico compõe-se de um acumulador hidráulico, e

mais uma peça interposta entre estes e os mancais superiores rolos de pressão, que se

situa no interior do cabeçote de pressão, nada mais é que um cilindro munido de um

pistão, cuja finalidade, é transmitir aos mancais, a pressão hidráulica, proveniente do

acumulador.

31

O êmbolo, assim como a tampa que obtura o cilindro no interior do cabeçote,

recebe uma gaxeta de couro (sola hidráulica) para vedar o óleo, o qual, proveniente do

acumulador, atinge o cabeçote superior através de uma canalização em aço.

A força exercida sobre cada mancal do rolo superior é dada por: F = P . S

Onde: F = carga hidráulica em toneladas

P = pressão exercida em kg / cm2

S = área do cilindro hidráulico

Pressões exercidas em cada cabeçote: Primeiro terno = 250 kg / cm2

Segundo terno = 210 kg / cm2

Terceiro terno = 220 kg / cm2

Quarto terno = 230 kg / cm2 Quinto terno = 240 kg / cm2

Sexto terno = 250 kg / cm2.

Embebição - Uma moenda, depois de bem ajustada, é responsável por uma eficiência de

trabalho de 90% do açúcar e não-açúcar contido na cana moída.

Daí, porque, sob qualquer ponto de vista industrial ou econômico que se analisa,

deve-se dispensar às moendas, um cuidado todo especial, além de requerer experiência e

em seu manuseio.

Os números usados no controle químico e que representam a eficiência de trabalho

de um ―tandem‖, são: Sacarose: Extraída % de sacarose em cana;

Perdas nas moendas;

Caldo absoluto perdido % de fibra.

Constituição físico-química e fisiológico da cana - Em qualquer estudo sobre a

embebição é indispensável considerar, em primeiro lugar, as características físico-

químicas e fisiológicas da cana, pois se tratando de um organismo formado por células

vivas, instintivamente resistem a ceder o caldo por elas aprisionado, enquanto conservam

a sua vitalidade.

A função do ―tandem‖ é, por conseguinte, destruir o máximo de células (triturando-

as) e após esmagando-as, para obtenção de seu caldo constituinte.

Pode-se considerar a cana constituída por três caldos:- O medular (o mais rico);– O

contido pelos nós (o menos rico);- E o de córtex (o mais pobre).

32

Esses três caldos constituem o caldo absoluto da cana. Porém, a moagem a seco,

não é bastante, para permitir a extração de um máximo econômico do caldo normal, uma

vez que, o alto

poder absorvente da fibra seca, retém o caldo extraído de outras células pela ação

compressiva dos rolos.

Teremos que usar a embebição e a maceração, para a atingir o objetivo de obter

uma extração máxima.

Estas razões justificam uma desintegração preliminar da cana antes de passar

pelos ternos, como na prática é conseguido com o uso de navalhas, desfibradores e

esmagadores. O conhecimento desses princípios básicos, ajuda a melhorarmos a

extração das moendas.

Principais fatores para tornar eficiente a embebição ou a maceração - São os

seguintes, os fatores que afetam a eficiência da embebição ou da maceração:

– Grau de desintegração do bagaço;

– Proporção e estrutura da fibra do bagaço;

– Altura do colchão de bagaço;

– Tempo e amplitude do contato da água ou do caldo diluído, com o

bagaço;

– Quantidade de água, ou de caldo diluído, aplicado sobre o bagaço;

– Temperatura e pureza da água e do caldo diluído aplicado sobre o

bagaço;

– Diferenças ou quedas de Brix e Pureza entre o líquido macerador;

– E o caldo original no bagaço; – infecção bacteriológica dos caldos

diluídos.

Uma das causas principais da baixa eficiência das moendas está na ineficiência dos

sistemas de embebição usados.

Com efeito, se fixarmos em 100% a proporção teórica da mistura da água de

embebição ou de caldo diluído de maceração com o caldo original no bagaço, a

experiência nos mostra, que na prática esta proporção de mistura varia entre 20 a 70%.

Esta grande flutuação provém geralmente, de sistema inadequado de embebição e

maceração. A correção desses sistemas propiciam ganhos substanciais de açúcar

extraído pelo ―tandem‖.

33

- Grau de desintegração do bagaço - Em igualdade de condições tanto a embebição

como a maceração, será mais eficiente, quanto mais desintegrado esteja o bagaço.

- Proporção e estrutura da fibra do bagaço - Cada variedade de cana, apresenta um

conteúdo e estrutura de fibra distinta. É evidente, que para obtermos uma mesma

extração, necessitamos de uma maior quantidade de água para um maior conteúdo de

fibra. A quantidade de água será mínima de 2,5 vezes o peso da fibra.

- Altura do colchão de bagaço – Nas mesmas condições: moagem diária, dimensões dos

rolos, pressão e velocidade periférica dos tambores, que são os fatores determinantes da

altura do colchão de bagaço, tanto a embebição como a maceração será mais eficiente,

isto é, terá tanto maior poder de penetração, tanto vertical como lateral, quanto menor

seja a altura do colchão, desde que ele se mantenha compacto.

J. Salinas observou que a embebição ou maceração aplicada à saída de cada terno

permite uma maior penetração do líquido macerante do que quando aplicada à entrada

das moendas. Destas observações concluiu da conveniência de colchões mais finos de

bagaços. Para que não afetasse a moagem diária, teve que moer com altas velocidades

periféricas nos rolos, onde em alguns casos, usou até velocidades variantes entre 18 a 25

metros por minuto, resultados inteiramente coroados de êxito. Usam-se velocidades nos

transportadores intermediários de 8 á 20 vezes a velocidade periférica dos cilindros de

moendas. Nestas condições a camada de bagaço sobre o condutor, formará um colchão

de 10 a 20 mm. de espessura sobre o transportador, que neste caso ele deverá ser de

borracha.

- Tempo de contacto da água ou do caldo diluído com o bagaço - Este é um fator

decisivo na eficiência da embebição ou maceração.

O motivo principal que nos conduz a aplicar a água ou o caldo diluído à saída de

cada terno é propiciar um tempo máximo de contacto entre o líquido macerador e o

bagaço, a fim de que o primeiro, possa realizar a sua função diluidora e lixiviadora, fato

que não se produz instantaneamente, em virtude das características físicas e fisiológicas

do bagaço.

34

- Quantidade de água ou de caldo diluído aplicado sobre o bagaço - Este fator está

relacionado

com a capacidade de evaporação da fábrica, é evidente que o limite da água de

embebição depende dos múltiplos efeito e da sobra de bagaço.

A má colocação da embebição de 30% sobre a cana, (ou 250% sobre a fibra) com

um fator de mistura de 20%, não seria tão eficaz como uma boa colocação de embebição

de 20% sobre cana (166% sobre a fibra aproximadamente) com um fator de mistura de

50%. No segundo caso, a eficiência da maceração será 40% maior que no primeiro, com

outras, substanciais vantagens econômicas.

- Temperatura e pureza da água ou do caldo diluído aplicado sobre o bagaço - Das

inúmeras provas feitas com água fria e água quente (condensado dos aquecedores,

evaporação e tachos a vacuo), chegou-se ao seguinte resultado: Muito embora a

embebição com a água quente, não atingisse nunca a 100% sobre a água fria os

resultados foram bem alentadores, não obstante houvesse aumento de impurezas

provenientes do bagaço, (principalmente ceras e substâncias pécticas). Por outro lado, a

água fria além de proporcionar uma menor extração, não deixa de causar certas

perturbações à fabricação, mormente se as águas são duras ou magnesianas, cujos sais

minerais, além de serem incrustantes, são substâncias melaçogênicas. A temperatura

ótima da água de embebição é de 70º C.

- Infecção bacteriológica dos caldos diluídos - Em virtude do baixo Brix dos caldos

macerantes torna-se necessário se ter um cuidado todo especial com a assepsia das

moendas, sob pena de grandes prejuízos serem causados neste departamento.

Várias bactérias que provém do campo, são termófilas, tais como ―Leuconostoc de

Mesenteroides‖ e outros, sensíveis apenas aos produtos clorados.

Fórmula de capacidade das moendas - A fórmula de capacidades de moendas é dada

pela fórmula de E. Hugot (2ª Edição 1970).

0,8 . c. n. (1-0,06 n D) L.D2 N

C = ------------------------------------------------

F

Onde C = Capacidade em T.C.H.

35

c = Fator de preparação e 1,10 a 1,25

n = rpm dos ternos

L = Comprimento dos rolos em m.

D = Diâmetro dos rolos em m.

N = Número de rolos de moendas do tandem.

F = Fibra em relação e unidade.

Quando o conjunto de moendas é dotado de queda Donnelly toma-se um fator f =

1,25 e quando é dotado de Press-Roll toma-se um fator 1,35.

Em 1945, López Ferrer, apesar de reconhecer que não existia nenhuma expressão

matemática aceitável, propunha como aproximada, em arrobas cubanas/hora, a seguinte

fórmula:

Qa = x d x L x R x A x 1.620 F x 25 Onde:

d = Diâmetro do rolo de pressão em pés;

L = Comprimento do rolo de pressão em pés;

R e A = Respectivamente revoluções por hora dos rolos e altura de entrada do

colchão de bagaço, sendo A medido no 1º terno, expresso em pés.

Fora da incógnita A relativa ao primeiro terno, a qual é função da cana moída, não

existe o número de rolos ou ternos do ―tandem‖. Na mesma época que aparecia a fórmula

de López Ferrer

Onde: C = Capacidade em TC.H.;

c = Fator de preparação e 1,10 a 1,25;

n = rpm dos ternos;

L = Comprimento dos rolos em m.;

D = Diâmetro dos rolos em m.;

N = Número de rolos de moendas do tandem;

f = Fibra em relação à unidade.

Após dissecarmos as fórmulas conhecidas de capacidade de um ―tandem‖, iremos

apresentar aquela que nos atrevemos chamar de ―RACIONAL‖, pelas razões abaixo:

36

1. A capacidade é função direta da velocidade periférica dos rolos, lógico que ela é

considerada independente do grau do esgotamento do bagaço, ou melhor dito,

da cana.

2. Esse grau de esgotamento deve dar-se apenas no último terno, sendo os

anteriores, apenas preparadores do colchão de bagaço, para entregar em

condições ótimas de volume e pressão ao último terno.

3. A extração de sacarose % da sacarose em cana fora de certos limites de

moagem em seco, não é função direta dos ternos, se não da quantidade e

distribuição da embebição.

4. Para cada ―tandem‖ de determinado número de rolos e sempre que as pressões

sejam adequadas às velocidades empregadas, existe uma relação

fibra/velocidade, que é constante para um comprimento determinado dos rolos

quando o grau de esgotamento é igual.

5. Quando o número de rolos varia, a constante anterior varia também, se bem que

não seja na mesma proporção, porém em relação menor.

Reynoso, com 30 Kg/cm2 ou (426 Lib/pol2) em cana desfibrada, obtinha 78% de

caldo sobre o peso da cana, enquanto que Deerr, utilizando pedaços de cana de

1 pol3, conseguia apenas 52% apesar de utilizar pressões maiores de 34 Kg/cm2

ou (490 Lib/pol2).

6. O grau de desfibramento da cana pode expressar-se como ―Coeficiente de finura‖

daí porque a capacidade de um ―tandem‖ será inversamente proporcional a esse

coeficiente de finura do bagaço.

A determinação desse fator é o ponto mais delicado para se estabelecer uma

fórmula racional, uma vez que, varia não apenas com o número de ternos, como ainda,

com os tipos de frisos e especialmente, sua profundidade. Do que foi possível aos

estudiosos do assunto observar, o coeficiente de finura, varia com os diferentes tipos de

frisos dos rolos, além do número destes, onde as navalhas são consideradas como dois

rolos.

Coeficiente de finura = 1____ Kr √ N Kr = função do friso;

N = número de rolos onde as navalhas são consideradas como dois rolos.

37

Daí a fórmula: ____

Qa = 100 x Kr x L x V x √ N

F

Qa = capacidade em arrobas cubanas/hora;

F = % fibra na cana;

L = comprimento dos rolos em pés;

V = velocidade periférica do último terno em pés/minuto;

Kr = variando de 1,25 (mínimo) a 1,50 (máximo).

Daí porque pode a fórmula acima, tomar os seguintes aspectos:

Qa mínimo = L x V x √ N x 125

F Qa máximo = L x V x √ N x 150 F

EXEMPLO: Uma usina que tenha uma navalha, um esmagador e quatro ternos, cujos rolos

tenham 7 pés de comprimento, velocidade periférica dos últimos rolos de 40 pés/minuto,

moendo cana de 11,5% de fibra, moerá normalmente:

____

Mínimo: = 125 x 7 x 40 x √ 16 = 12,173 @. cubanas/hora = 140 ton./hora 11,5 ____ Máximo: = 7 x 40 x √ 16 x 150 = 14,609 @ cubanas/hora = 170 ton./hora 11,5

Potência das moendas - As potências que indicam as obras técnicas, estão, geralmente,

em função das toneladas de fibra manipuladas.

Nas instalações movidas a vapor, estas potências se determina em H.P. por

tonelada de fibra por hora (H.P.I./T.F.H.), ou por tonelada de cana por hora (H.P.I./T.C.H.).

A determinação da potência consumida por um tandem é complexa e integra

numerosos fatores, tais como:

1. - Potência consumida pela compressão do bagaço;

2. - Potência consumida pela fricção entre os mancais e os moentes;

3. - Potência consumida por fricção entre o bagaço e a virola;

38

4. - Potência consumida por fricção dos frisos da virola contra os cilindros de

moendas e os pentes raspadores;

5. - Potência consumida pelos transportadores (externos) intermediárias;

6. - Potência consumida pelas as engrenagens.

Há outros fatores, de determinação difícil ou de estimar, como: variedades de cana,

lubrificação, ajuste da aberturas de entrada e saída do coeficiente de finura com que a

cana é entregue ao primeiro esmagamento etc.

Fórmula geral simplificada - Potência Normal Absorvida por um Terno, em C.V.I.:

Primeiro terno: PN = 0,20 F.n.D.

Outros ternos: PN = 0,18 F.n.D.

Potência absorvida máxima por um terno, em C.V.I.

Primeiro terno: Pp = 0,25 F.n.D.

Outros ternos: Pp = 0,22 F.n.D.

Em termos práticos temos para: Primeiro terno: P = 22 CV por TFH

Segundo terno: P = 17 CV por TFH

Terceiro terno: P = 18 CV por TFH

Quarto terno: P = 19 CV por TFH

Quinto terno: P = 20 CV por TFH

Sexto terno: P = 22 CV por TFH

Cálculo das aberturas das moendas - Este é um dos cálculos mais importantes,

anualmente feitos nas usinas, onde existem realmente técnicos e técnica.

Na maioria de nossas fábricas, para não dizer a totalidade, as áreas de abertura de

entrada e saída das moendas não são determinadas por cálculos. Mas, que os mecânicos

ou serralheiros imaginam pelo simples fato de terem aprendido de seus mestres que, para

moer-se uma taxa de X ton/hora, em uma moenda cujos rolos tenham ―Y‖ de diâmetro e

―Z‖ de comprimento, cujo R.P.M. dos rolos seja V e o número de ternos Δ, carece então de

uma abertura de entrada e saída respectivamente de Se e Ss.

É meridiano que duas usinas da mesma capacidade de esmagamento e dispondo

ainda dos mesmos implementos de preparação e esmagamento, mas que em uma, as

39

canas têm baixa percentagem de fibras, enquanto que na outra o percentual de fibra em

cana é alto, elas jamais poderão ter as mesmas áreas de abertura e saída. Entretanto, no

conceito vigentes de nossos serralheiros e mecânicos, a este dado tão importante, não

dispensam a mínima atenção.

Fatores básicos para determinar as áreas de entrada e saída dos ternos do tandem. -

São fatores básicos para a determinação das áreas de entrada e saída dos ternos, os

seguintes:

1) - Quantidade de cana que se deseja moer;

2) - Percentagem de fibra na cana;

3) - Composição quantitativa do bagaço à saída de cada terno;

4) - Velocidade angular e linear dos rolos de cada terno do ―tandem‖ ;

5) - Natureza do material de que são feitos os rolos e virolas;

6) - Drenagem do caldo extraído;

7) - Dispositivo alimentador dos ternos;

8) - Tipo de maceração e quantidade do líquido macerante;

9) – E outros fatores tais como: condições mecânicas das moendas;

embebição com cachaça, quantidade e distribuição do bagacinho, etc.

1) Quantidade de cana que se quer moer - As aberturas dependem da quantidade de

cana que se deseja moer na unidade tempo. Desde que se mantenham constantes as

velocidades dos rolos e o teor de fibra em cana seja mais ou menos o mesmo, é evidente

que, nestas condições, para moermos mais, carecemos dar maiores áreas de entrada e

saída aos ternos.

Para os nossos cálculos posteriores, vamos designar por W a quantidade de canas,

em arrobas cubanas (11,5 quilos), moídas nas 24 horas. Na prática, quando somos

forçados a aumentar ou diminuir a moagem diária, ocasionalmente, na impossibilidade de

modificarmos os nossos ajustes ou ―setting‖ apelarmos para as máquinas que acionam o

―tandem‖, dando-lhe maior ou menor velocidade.

2) Percentagem de fibra em cana – O percentual de fibra em cana é fator básico que

governa os ajustes de uma moenda. A uma maior percentagem de fibra na cana

corresponderá maiores aberturas; desde que todos os demais fatores permaneçam

40

constantes. Como os ajustes têm que ser fixados antes do início da safra e em cujos

cálculos deve se levar em conta principalmente à fibra, ocorrerá que quando esta variar

durante a safra, deverão variar também as aberturas, em correspondência com essas

flutuações.

Isto se consegue perfeitamente, uma vez que as aberturas se ajustam

automaticamente a essas exigências, graças à liberdade que tem o rolo superior de se

suspender. Desde que não haja variação na altura do colchão de bagaço, a variação do

percentual de fibra em cana, poderá ser observado pelo movimento contínuo das placas

dos acumuladores hidráulicos, denotando uma auto-ajustagem dos rolos da moenda em

estudo.

Chamando F o porcento de fibra em cana, W a quantidade de cana moída em 24

horas, a quantidade Q de fibra moída na unidade de tempo, será dado por:

Q = W . F / 100 = arrobas de fibra/24 horas

Q = W . F . 25 / 24 x 100 x 60 / lbs. de fibra/minuto

3 Composição quantitativa do bagaço, à saída de cada terno - Chamamos de bagaço,

a cana após sofrer seu primeiro esmagamento. À medida que o colchão de bagaço

avança, sofrendo sucessivas compressões pelos ternos que compõe o ―tandem‖, ai

reduzindo-se o coeficiente de finura do bagaço e a composição quantitativa deste,

experimenta variações. Assim sendo, a composição do bagaço, à saída de cada terno, é

um fator importante no ajuste do terno.

Por outro lado, este fator é função dos implementos preparadores do colchão da

natureza da cana que se mói, da eficiência própria das moendas e da posição do terno no

conjunto.

Imaginemos o bagaço constituído de duas partes principais:

a) - Uma parte sólida representada pela fibra seca;

b) - Outra líquida , representada pelo caldo presente juntamente com a

água de diluição.

Portanto, em cada 100 partes de bagaço à saída de cada terno, existirá F' % de

fibra seca e H% de líquido, é desnecessário dizer que:

F' + H = 100

41

Chamando de umidade, a parte líquida contida no bagaço. Dos estudos realizados

por Noel Derr, sobre a compressibilidade do bagaço, ele chegou à conclusão de que há

um ponto tal de pressão, a partir da qual, a unidade de volume não sofre redução.

A aplicação de pressões sobre o colchão de bagaço reduzirá seu volume até um

determinado ponto que, a partir do qual, o bagaço atuará como um corpo rígido.

Naturalmente, este ponto muito difícil de ser determinado, torna-se ainda mais, de vez que

depende da variedade da cana e do seu grau de preparação.

A seguir, transcreveremos os resultados obtidos em uma Usina equipada com

uma navalha, um esmagador e seus ternos. Teremos oportunidade de observar que há

uma pequena diferença no peso específico do líquido que acompanha a fibra seca (que

convencionamos chamar de umidade), cujo peso específico é decrescente, à medida que

nos aproximamos do último terno o qual, geralmente, está compreendido entre 66 e 62

Lbs. / pés3

ESMAGADO

R

1

TERNO

2

TERNOS

3

TERNOS

4

TERNOS 5 TERNOS

6

TERNOS

F' 22,00 28,00 35,00 41,00 45,00 49,00 52,00

H 78,00 72,00 65,00 59,00 55,00 51,00 48,00

Fw 78,00 87,00 91,00 95,00 98,00 100,00 101,00

hm 66,00 66,00 65,00 64,00 63,00 62,00 62,00

F' = Fibra % em bagaço que sai de cada terno;

H = Umidade % em bagaço que sai de cada terno;

fw = Peso específico da fibra seca em Lbs./pé3 ;

hw = Peso específico d a umidade em Lbs./pé3 .

No quadro acima, vemos que a percentagem de fibra cresce à medida que o

colchão sofre novas compressões, muito embora as pressões dos ternos sejam crescentes

a partir do primeiro terno. Também podemos observar a pequena variação do peso

específico da parte líquida retida pelo bagaço, à saída de cada terno.

A relação H/F' de cada terno depende do grau de preparação que recebeu a cana,

antes de chegar ao 1º terno.

42

Por exemplo: Quando a cana é preparada por uma navalha com um esmagador ou por

um duplo esmagador sem navalhas, a relação do primeiro terno será de H/F' = 72/28. Se

existe um jogo de navalhas e duplo esmagador, ou duplas navalhas e um esmagador ou

ainda uma navalha, um esmagador e um desfibrador entre a relação de umidade para fibra

será de H/F' = 65/35.

Para um conjunto de 5 ternos com um esmagador e uma navalha, a relação para

o último terno será de H/F' = 50/50. E para um outro conjunto que tenha os mesmos

aparelhos preparadores, mas que o ―tandem‖ tenha 6 ternos, a relação será de H/F' =

48/52 também para o último terno.

Das experiências de Deerr, comprovadas posteriormente por outros

investigadores no campo da prática, o bagaço ao ser comprimido, por um ―tandem‖, chega

a pesar de 70 a 80 lbs./pé3 , segundo o grau de compressão aplicado, ou seja , segundo o

número de ternos considerados.

Em 150 experiências feitas, em um conjunto de 1 esmagador e 6 ternos, chegou-se

aos seguintes resultados:

Esmagador 1º terno 2º terno 3º terno 4º terno 5º terno 6º terno

Bw 1122 1154 1154 1186 1218 1250 1283

Bw = expresso em lbs./pé3, representa o peso específico do bagaço. Do exposto

concluímos que necessitamos conhecer a composição do bagaço à saída de cada terno, a

fim de calcularmos os ajustes dos mesmos.

4) Velocidade linear dos rolos - A quantidade de fibra que passa pelos ternos de um

―tandem‖ é constante da unidade de tempo, enquanto que o seu volume irá decrescendo

sob as sucessivas e crescentes pressões a que está submetido o bagaço em trânsito.

Como conseqüência, o operador terá que calcular aberturas compatíveis com a

manutenção do volume correspondente à saída de cada terno.

5) Natureza do material dos rolos e virolas - A qualidade do material que compõe as

camisas dos rolos e das virolas é de grande importância, no estudo dos ajustes dos ternos,

muito embora não entre diretamente nos cálculos das áreas de entrada e saída. As

camisas dos rolos devem ser feitas de ferro (fundido) mole, enquanto que as virolas devem

ser de ferro (aço) duro. É óbvio que, as camisas de ferro mole facilitam a ação de ―agarre‖

43

do bagaço ao passo que o ferro duro usados na confecção das virolas oferecem a

vantagem de diminuir o coeficiente de atrito, facilitando o deslize do bagaço.

6) Drenagem do caldo extraído - Um dos detalhes mais importantes quando se assenta

uma virola, é o relativo a drenagem que se deve deixar na parte posterior da virola, cujo

objeto é permitir uma boa vazão do caldo extraído pelo rolo superior e o de saída.

Recomenda-se para um bom funcionamento de drenagem, cuidado especial não só

com os Messchaert nos rolos de entrada, como também frisos semelhantes nas virolas. A

má drenagem acarreta jorros de caldo, que se projetam entre os rolos de pressão e saída,

alcançando às vezes boa distância. Quando isto acontece, diz-se que, o terno tende a

cuspir.

Esse fenômeno também resulta algumas vezes de uma relação muito grande entre

as aberturas de entrada e saída.

7) Dispositivos para melhorar a alimentação dos ternos - Os acondicionadores do

colchão de bagaço são aparelhos que se adicionam às moendas, com o objetivo de

melhorar a eficiência da moenda, evitando o engurgitamento dos ternos. É bom salientar

que a eficiência desses dispositivos depende muito, do bom ajuste das moendas. Estes se

tornam ineficazes quando os ajustes são impróprios.

8) Método de maceração empregado e quantidade de líquido macerante - O sistema

de maceração e a qualidade do líquido macerante, são fatores que podem influenciar nos

ajustes previamente calculados.

Uma moenda onde é forçado a usar a cachaça quente como líquido macerante,

pode produzir modificações nos ajustes calculados, em virtude de facilitar o polimento dos

rolos, o que determina um menor ―agarre‖.

9) Outros fatores - O estado em que se encontram os rolos – presença de estrias

transversais ou helicoidais nos rolos de entrada, isto é, canero, com o fim de melhorar a

alimentação. A presença do chevrons reduz a ação trituradora das moendas, uma vez que

aumenta a área de abertura do terno, embora que em pequena escala. Daí, termos que

levar em conta as estrias, por ocasião dos ―settings‖.

44

Outros fatores de ordem econômica, tais como: impossibilidade de reposição de

novas camisas de diâmetro desgastado, e que em virtude do diâmetro das carretas,

cavidades de virgem e outros motivos, nos impede de ajustar os nossos ―settings‖, daí

termos que nos contentar, com dimensões mais próximas das que nos fornecem os

cálculos , etc.

Para fixar-se a capacidade volumétrica do bagaço em transito em um ―tandem‖, ter-

se-á de levar em consideração não só o cálculo da área de abertura, mas, sobretudo a

velocidade linear desenvolvida pelo tambor superior, a qual é função do diâmetro desse

mesmo rolo.

Cálculo do volume do bagaço em trânsito - Para o cálculo do volume do bagaço em

trânsito admitir a existência de um tambor imaginário, girando, e que tenha um diâmetro

médio Dm distinto do verdadeiro diâmetro externo do rolo superior.

Para a elucidação do que acima ficou dito, estudaremos 3 casos distintos,

representados nas figuras números 1, 2 e 3.

De b h b De b h

a e c a c a

e e

h‘ d f d‘ h‘ a h‘ c

d p f d d f

Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3

Frisos de mesmo passo e Frisos de mesmo ângulo e Frisos de mesmo passo e ângulos iguais passos diferentes ângulos diferentes

Como se constata nas figuras 1,2 e 3, a área efetiva por onde o bagaço passa, para

a secção considerada em cada um dos casos, é fornecida por:

Figura nº 1, chamando:

A1 = Área do triângulo abc

A2 = Área do triângulo acdf

A3 = Área do triângulo def

A‘ = Área efetiva por onde passa o bagaço

S = Distância de ponta a fundo de frisos entre os rolos.

45

p = Passe dos frisos

L = Comprimento dos rolos

h = Profundidade dos frisos.

Logo:

A‘ = A1 + A2 – A3 porém A1 = A3 por se tratar de triângulos iguais, onde:

A‘ = A2

De onde concluímos, que a área efetiva para a secção considerada é igual a do

retângulo acdf, o que é o mesmo que:

A‘ = A2 = S . P

Área total será dada por:

A‘ = S x L

Figura nº 2, chamando:

A1 = Área do triângulo abc

A2 = Área do triângulo acd‘f

A3 = 2 (área do triângulo def)

A‘ = Área efetiva por onde passa o bagaço.

Logo:

A‘ = A1 + A2 – A3 para a secção correspondente a um dente do rolo.

Figura nº 3, chamando:

A1 = Área do triângulo abc

A2 = Área do triângulo acd‘f

A3 = Área do triângulo dcf

A‘ = Área efetiva por onde passa o bagaço.

A área correspondente à secção de um dente, será dada por:

A‘ = A1 + A2 – A3

Pelo que vimos da figura anterior, concluímos que, a área efetiva, pode ser suposta

como girando ao redor do eixo do tambor superior, formando assim um volume de

revolução. De acordo com esse critério, que é certo, podemos aplicar o teorema de

Pappus, que diz assim:

―O VOLUME QUE GERA UMA ÁREA PLANA QUE GIRA EM TORNO DE UM EIXO, É IGUAL AO

PRODUTO DESSA ÁREA PELA CIRCUNFERÊNCIA QUE DESCREVE SEU CENTRO DE GRAVIDADE‖.

46

Então se fizermos:

V1 = Volume gerado pela área A1 ao girar em torno do eixo de pressão.

V2 = Volume gerado pela área A2 ao girar em torno do eixo de pressão.

V3 = Volume gerado pela área A3 ao girar em torno do eixo de pressão.

V = Volume resultante dos anteriores.

C1 = Comprimento da circunferência descrita pelo centro de gravidade da área A1.

C2 = Comprimento da circunferência descrita pelo centro de gravidade da área A2.

C3 = Comprimento da circunferência descrita pelo centro de gravidade da área A3.

Teremos então, aplicando o teorema de Pappus, que:

V = V1 + V2 – V3 = A1C1 + A2C2 – A3C3

V = A1C1 + A2C2 – A3C3

h h

De De-h De De-h Dm De

De-h Dm

h

S De S C De

C

h‘ S

Figura 4 Figura 5 Figura 6

Demonstra-se matematicamente que o volume anterior é equivalente ao gerado por

um retângulo determinado pelas linhas de centro dos dentes dos rolos inferior e superior.

O diâmetro de giro desse retângulo e que corresponde a seu centro de gravidade, se

chama ―diâmetro médio‖, isto se pode apreciar claramente nas figuras 4, 5 e 6. Observa-

se, para qualquer dos 3 casos, o diâmetro médio está expresso por:

Dm = De – h + C (1)

Onde:

47

De = Diâmetro externo do rolo superior

h = Altura do dente do rolo superior

C = Distância entre as linhas de centro dos dentes dos rolos: superior e saída

Como se pode apreciar, na fórmula (1), Dm é função de C e este por sua vez está

subordinado a Dp, cujo valor é o que buscamos para determinar o ajuste. Em outras

palavras, a equação (1) tem duas icógnitas, Dm e C.

Contudo, podemos estabelecer outra equação, que é a seguinte:

V = A x v (2)

Onde:

V = Volume em trânsito em pés3/minuto

A = Área efetiva por onde passa o bagaço, em pés2

v = Velocidade linear correspondente a um determinado a um tambor imaginário

cujo diâmetro exterior é determinado pelo centro de gravidade do retângulo antes

mencionado, ou seja, cujo diâmetro exterior é Dm.

Por outro lado sabemos que: A = L x C (3)

Onde:

L = É o comprimento dos rolos em polegadas.

C = É a distância entre os centros de dentes, em polegadas.

Sabemos também que:

v = π x Dm x N (4)

Onde: Dm = É o diâmetro médio e

N = o rpm dos rolos.

Substituindo os valores das equações (3) e (4), na equação (2), teremos:

V = L x C x x Dm x N / 1.728

Dm = 1.728 x V / L x C x x N (5)

NOTA: O número 1.728 que aparece na equação nº 5 é o fator de conversão de pés3 em

polegadas3.

1º terno 2º terno 3º terno 4º terno 5º terno 6º terno

48

Diâmetro exterior do rolo superior em polegadas (De)

0,886 0,8636 0,889 0,919 0,902 0,902

Velocidade angular do rolo superior em R.P.M. (N)

4,450 4,190 4,710 4,400 7,180 6,220

Velocidade linear do rolo superior em pé/min (V)

12,399 11,366 13,170 12,750 20,352 17,633

Fibra % de bagaço a saída de cada terno (F‘)

25 35,00 41,00 45,00 49,00 52,00

Umidade % de bagaço a saída de cada terno (H)

75 65,00 59,00 55,00 51,00 48,00

Peso específico da fibra seca a saída de cada terno em Kg/m3 (W)

1395 1459 1523 1571 1603 1619

Peso específico líquido do bagaço a saída de cada terno em Kg/m3 (hw)

1058 1042 1026 1010 994 994

Peso específico do bagaço a saída de cada terno (bw)

1154 1154 1186 1218 1251 1283

Relação de entrada e saída em trabalho (R).

1,70 1,80 1,90 2,00 2,10 2,20

a) Cálculo da quantidade de fibra, Qf, moída na unidade de tempo:

Qf = W . F____ = 200.000 x 15 = 500,0 Kg/min 100 x 24 x 60 100 x 60

b) Cálculo da quantidade de bagaço, Qb, a saída de cada terno:

Qb = Qf x 100

F‘

1º terno = 500 x 100 = 2.000 25

2º terno = 500 x 100 = 1.428,6 35

3º terno = 500 x 100 = 1.219,5 41

4º terno = 500 x 100 = 1.111,1 45

5º terno = 500 x 100 = 1.020,4

49

6º terno = 500 x 100 = 961,5 52

c) Cálculo do volume do bagaço em trânsito e saída de cada terno.

Vb = Qb_ bw

49

Vb1 = 2000 = 1,838 m3/min 1088

Vb2 = 1428,6 = 1,238 m3/min 1154 Vb3 = 1219,5 = 1,0283 m3/min 1186

Vb4 = 1111,1 = 0,912 m3/min 1218

Vb5 = 1020,4 = 0,816 m3/min 1251 Vb6 = 961,5 = 0,750 m3/min 1283

Cálculo das aberturas de trabalho de cada terno:

1º Terno: Frisos de passe de 3‖3/8 = 86 mm = 0,086 m.

Dm = Vb___ = 1,838_________ = 0,054 L C π n 1,9812 x C x 3,1416 x 5,5 C

Dm = 0,8858 – 0,0397 + C – 0,8461 + C

0,054 = 0,8461 + C C

0,054 = 0,8461 C + C2

C2 + 0,8461 C – 0,054 = 0

C = -0,8461 ± √ 0,84612 + 4 . 1 . 0,054_

2

C = -0,8461 ± 0,9653 = 0,05962 m = 59,62 mm 2

As = C = 59,62 mm

Ae = 7 x As = 2 x 59,62 = 119,2 mm

2º Terno e os demais:

Cálculo é feito de maneira idêntica

PROBLEMA - Imaginemos uma moenda, cujo esmagador tem um comprimento de 78‖ e

diâmetro de 35‖1/2, com frisos de alturas, respectivamente:

50

h = 4‖1/4 e h‘ = 3‖3/8

N = 5,37 rpm e a capacidade volumétrica.

V = 38,40 pés3/minuto.

Segundo a fórmula nº 5, temos:

Dm = 1.728 x V / 78 x C x x N

Dm = 1.728 x 38,40 / 78 x C x 3,1416 x 5,37

Dm = 50,4 / C

Substituindo o valor de Dm na fórmula nº 1 , encontraremos:

50,4 / C = De - h + C

C(De - h + C) = 50,4

C(35,5 - 4,25 + C) = 50,4

C2 + 31,25 C - 50,4 = 0

C = - 31,25 + 31,252 + 4 x 50,4 / 2

C = 1,565‖

Conhecido C poderemos determinar Dp - Com efeito:

C = h / 2 + h‘ / 2 + Dp

Dp = C – (h / 2 + h‘ / 2)

Substituindo no 2º membros as incógnitas pelos seus respectivos valores, temos:

Dp = 1,565 - (4,25 / 2 + 3,375 / 2)

Dp = 2,2475

O sinal negativo indica que os frisos estão entrosados. Portanto, a distância S, de

ponta a fundo, é determinada por: S = h‘ - Dp = 3,375 - 2,2475

S = 1,1275

S = 1‖1/8

Regulagem da moenda – A regulagem de um tandem requer tres medidas:

51

a – A abertura entre o rolo superior e o rolo de entrada,

b – A abertura entre o rolo superior e o rolo de saída,

c – A abertura entre o rolo superior e a virola ou bagceira.

Traçado analítico das virolas - Existe vários métodos de traçados da virola.

Nenhum desses traçados dá-nos uma indicação segura, da altura inicial da virola

Graças ao Fator Baixo (F.B.), o qual foi proposto por J. D. Compain no ano de 1950, e

que apenas pelo traçado analítico poderá ser precisado. O Fator Baixo deverá variar entre

3/8 a 1‖.

O traçado:

1º ) - Em um ponto qualquer C , da linha ab, se traça a vertical cd, que conterá o centro

do tambor de pressão;

2º ) - Marca-se a distância C 01 = Z, de acordo com os diferentes tipos de virgens. Do

ponto 01 como centro, se descreve o círculo R1, com o diâmetro exterior do rolo superior;

3º ) - Com a distância X = R1 + R2 + E + 1/16‖ (que compreenda a soma dos raios

do tambor superior e o de entrada, mas a Entrada, e mais 1/16‖ para o ajuste); desde o

ponto 01 como centro, se intercepta à linha ab no ponto O2. Deste último ponto como

centro e com o raio exterior R2, do rolo de entrada, se descreve o círculo m2;

4º ) - O centro O3 e o círculo m3 do tambor de saída, são obtidos de maneira análoga ao

item 3. A distância Y = R1 + R3 + S , quando S é positivo, é Y = R1 + R3 - S ,

quando S é negativo, isto é, quando a saída está engrenada.

5º ) - Marca-se o ponto N sobre ab, tal que, T = 1/3R1 ; do ponto N, traça-se o

segmento NO1, prologando-se indefinidamente.

6º ) - Com a distância R3 + D, se descreve o arco m4, com centro em O3.

7º ) - Tira-se uma tangente comum ao tambor de pressão e ao tambor de entrada; o ponto

de contacto dessa tangente com o segmento NO1, representa o ponto inicial da virola, e A

a sua altura inicial.

8º ) - Sobre a vertical cd, com a distância R1 = A + 1/4‖ determina-se a altura B.

9º ) - Com o centro em O1 e o raio R = R1 + B + 1/4‖ , traça-se o arco m5 , que

intercepta o arco m4 no ponto u3, e C representará a altura da virola.

52

10º ) - Sobre os segmentos u1u2 e u2u3, tira-se as mediatrizes ff' e ee' o ponto de

convergência W, dessa duas últimas linhas, com a 3ª do raio será o centro do arco u1u2u3

e, conseqüentemente, será o centro do arco da espiral da virola.

11º ) - O pescoço de ganso da virola se obtém, traçando-se uma arco de raio V, desde o

ponto u1 ao fundo do friso.

12º ) - A espessura da virola não deve exceder o espaço:

H = P - (R1 + B), sendo P a distância entre o centro do tambor superior e a

superfície superior do gigante ou cêpo da virola.

13º ) - Entrada Real (E.R.) = Entrada de ponta a ponta de friso + h1 / 2 + h2 / 2 ; h1 e

h2 representam respectivamente as profundidades dos frisos dos tambores de pressão e

entrada.

A altura inicial da virola, A = E.R. + F.B.

Fórmula da Entrada Real E.R. = A.R. + h1 / 2 + h2 / 2

53

Capitulo IV

PURIFICAÇÃO DO CALDO

Caldo de cana - O caldo da cana é uma solução de sacarose impura e diluída, cujas

impurezas se encontram em suspensão e em dissolução. O caldo da cana quando

extraído pelo conjunto de esmagamento, tem cor variante, do gris claro ao verde escuro, é

um líquido turvo e que contém bastante ar misturado. Existem nele todos os componentes

solúveis da cana, tais como: sacarose, açúcares redutores, sais orgânicos e inorgânicos,

pectinas e gomas. Além do ar já mencionado, possui em suspensão: bagacinho, terra,

clorofila, albumina, etc. Sua reação logo após a extração, é ácida, débil para as canas

verdes e as maduras, porém forte, para aquelas que passaram do seu estado de

maturação. Para eliminar as impurezas do caldo, faz-se mister o uso de agentes: físicos,

químicos e físico-químicos. O técnico açucareiro tem que conhecer profundamente os

constituintes da cana-de-açúcar, as reações destes com cada um dos agentes usados na

purificação das soluções sacarinas, no decurso da elaboração do açúcar, cuja etapa

derradeira, é a obtenção da sacarose impura sob forma de cristais.

Nas usinas, faz-se um extenso uso de agentes clarificantes com o objetivo de

conseguir variações desejáveis na natureza dos materiais processados. O objetivo de

vários procedimentos de purificação do caldo misturado, que são lodosos e de cor verde

escura, é convertê-los em caldo clarificado brilhante e de cor amarelo claro. O ideal seria,

que o caldo clarificado, tivesse uma cor pelo menos próxima ao hialino.

Com o objetivo de se conseguir um bom caldo clarificado de grau luxímetrico ou

turbidimétrico próximo ao da água, se tem utilizado tanto o calor (agente físico), como

algumas substâncias químicas e físico-químicas, cuja ação é precipitar aqueles não-

açúcares, que, não sendo eliminados do caldo irão interferir negativamente, quer na

quantidade como na qualidade do açúcar produzido. Ë de presumir-se, que a seleção de

substâncias químicas usadas na clarificação do caldo, foi feita com o completo

54

conhecimento da natureza química dos não-açúcares que se desejasse eliminar, porém,

assim não aconteceu.

A cal foi praticamente o único agente purificador em uso, muito antes que as

investigações químicas tivessem revelado a natureza dos não-açúcares presentes no

caldo misturado. O mesmo aconteceu ao agente físico, o calor, cuja aplicação é anterior a

da cal. É a cal o principal agente clarificante. Busca-se por duas vias, conseguir-se

melhores índices de eficiência. A primeira através de melhores, automatizando-os, a fim de

evitar erros do fator humano, e minimizar do custo operacional. A segunda via é coadjuvar

com outras substâncias a função da cal, buscando-se eliminar os não-açúcares refratários

de sedimentar-se com o simples procedimento da caleação e calefação.

Caldo extraído - O caldo extraído pelas moendas , contém, além de todos os

constituintes solúveis de cana, bagacinho, terra e outras impurezas, provenientes da coleta

e esmagamento das canas, assim como substâncias corantes ou não, na sua maioria de

origem orgânica, que se formam por ocasião das etapas anteriores a decantação.

No processo de clarificação simples, o caldo proveniente das moendas, caleado ou

sulfo-caleado, é aquecido e decantado, antes de ser por evaporação, transformando em

xarope. É necessário ter conhecimento, do que possa ocorrer nesta etapa, aparentemente

simples, mas, que na realidade bastante complexa. Tem-se que buscar aumento das

purezas e cuidados sanitários, eliminação de colóides e outros não-açúcares, objetivando

um caldo decantado límpido. Deve-se dar especial atenção ao pH, buscando evitar

hidrólise de sacarose quando ele é ácido ou ter coloração forte, quando básicos. O mais

aconselhável é, na medida de possível, trabalharmos nas proximidades da neutralidade.

Um pouco aquém de 7,0 quando fabricamos branco de consumo direto e até 7,4 quando

fabricamos o demerara. Na verdade, embora, que nós façamos o açúcar branco de

consumo direto, trabalhando em um estágio de simples clarificação, este deveria ser

atribuído ao fabrico do açúcar demerara. Para este último caso, não carecemos na

verdade de um caldo brilhante, de teor coloidal baixo, condições indispensáveis para que

se obtenha um açúcar branco, de consumo direto aceitável, Desde o ponto de vista físico-

químico, o caldo misturado é um dispersóide composto de substâncias em todos os graus

de dispersão, desde partículas bastante grossas até íons.

Ostwald classificou assim os dispersóides:

- Suspensões: partículas maiores de 0.0001 mm;

55

- Soluções coloidais: partículas entre 0.0001 a 0.000001 mm;

- Dispersões iônicas e moleculares: partículas de 0.000001 a menores.

O material grosso e disperso no caldo consiste principalmente de: terra, bagacinho,

cera, etc.

Sua separação faz-se normalmente por tamização e filtração do lodo.

Os colóides no caldo incluem tanto os provenientes do solo como os derivados da

cana.

Além das partículas de terra, por ocasião do esmagamento com a respectiva

embebição, é extraído da cana: ceras, gorduras, proteínas, gomas, pectinas, taninos e

substâncias corantes, que permanecem em solução coloidal.

Os microorganismos que acompanham os caldos da cana podem também favorecer

a aparição de substâncias coloidais. O percentual de substância coloidal situa-se entre

0,50 a 0,30% de caldo. As dispersões iônicas e moleculares incluem o açúcar e os

constituintes da cinza.

Sacarose - O leite de cal tem efeito sobre as soluções de sacarose, apenas a quente, em

soluções concentradas. Fervidas em soluções alcalinas concentradas, a sacarose se

decompõe em ácidos: láctico, fórmico, acético e húmico; os quais se unem a base

presente formando os sais correspondentes. Em apenas pequenas concentrações, os

álcalis combinam-se com a sacarose, a frio, formando combinação solúveis de reação

alcalina, chamadas sacaratos.

O hidróxido de cálcio assim como de outras terras alcalinas (Ba, Sr, etc) formam

também sacaratos. Os sacaratos de cálcio conhecidos são:

Mono – sacarato de cálcio - C12H22O11 CaO

Bi – sacarato de cálcio - C12H22 CaO

Tri – sacarato de cálcio - C12H22O11 3CaO

Operando a quente os dois primeiros são solúveis em água, o terceiro é

praticamente insolúvel. Ao submetermos à ebulição os dois primeiros sacaratos, dá-se a

formação do sacarato tri-cálcio e sacarato livre, tornando-se a solução turva.

Açúcares redutores - Como a ação dos álcalis sobre cada um destes açúcares (glicose e

levulose)

56

difere pouco, estudaremos apenas a sua ação sobre a glicose. Esta é talvez a mais

importante questão, das muitas que possam ocorrer em uma usina de açúcar branco.

Os álcalis e terras alcalinos, diluídos, especialmente em altas temperaturas,

transformam a glucose (dextrose e frutose) em: glicose, frutose e manose; dessas três

substâncias, as duas primeiras são ao término, aproximadamente iguais enquanto que, a

percentagem de manose é bem inferior. A frio os álcalis e terras alcalinas se combinam

com a ―glucose‖, formando os glucosatos, análogos aos sacaratos.

Esses compostos não se cristalizam e se decompõe com facilidade. Quando em

presença da luz a 50º C, escurece com facilidade. A decomposição da glucose é função

da concentração e temperatura, o que constitui um problema sumamente importante para

o técnico açucareiro, transformando-se neste caso a ―glucose‖ em ácidos orgânicos.

Quando aquecemos uma solução de glucose a uma temperatura aproximadamente

de 70º C, em presença de NaOH ou KOH, notaremos que a reação alcalina vai

desaparecendo gradualmente, a cor torna-se e dá-se a formação de sais derivados dos

ácidos glucínicos e sacáricos. O primeiro se decompõe imediatamente pelo calor e a

concentração em ácido húmico, acético, fórmico, e certa quantidade dar apoglucímico. O

ácido sacárico é mais fixo, formando sais que cristalizam bem. Contudo, em estado livre se

decompõe gradualmente tomando a cor castanha.

A ação da cal sobre a glucose em temperaturas inferiores a 55º C, produz

principalmente, ácido lático, que é muito estável e não está sujeito à decomposição

espontânea, muito embora em altas temperaturas se formem os ácidos glucínicos e

sacáricos, já mencionados, seguindo-se dos produtos de sua decomposição.

Todos os sais normais, solúveis, de reação alcalina, sem distinção, decompõem a

―glucose‖, originando a cor escura. Se as condições locais permitires usar uma quantidade

maior de cal, teoricamente ela não ocasionará mais inconvenientes na fabricação do

açúcar branco. Porém, como a percentagem de antocianina depende da maior ou menor

coloração da cana, praticamente, isto é, industrial, torna-se impossível eliminá-lo

completamente.

Nem o uso da sulfitação, será capaz de descorá-la mesmo temporariamente.

Dizem, aqueles que têm experiência no processo de carbonatação, que este, em virtude

do excesso de cal com que se trabalha, ser o único meio de eliminá-la.

Composição dos não-açúcares

57

1) Carboidratos (diferente dos açúcares)

Hemicelulosas e pentanosas (xilas) .................. 8.5 %

Pectinas ................................................................ 1.5 %

2) Compostos orgânicos nitrogenados

Proteínas superiores (albuminas) ...................... 7.0 %

Proteínas simples (albuminas e peptosas) ........... 2.0 %

Aminoácido (glicina, ácido aspártico) .................. 9.5 %

Amidos ácidos (asparagina e glutamina) .......... 15.5 %

Ácidos orgânicos (diferente das aminas)

Aconítico, oxálico, glicolico e málico ................... 13.0 %

3) Substâncias corantes

Clorofila, antociamina, sacaretina e taninas ....... 17.0 %

4) Ceras, gorduras e sabões

Cera de cana ....................................................... 17.0 %

5) Sais inorgânicos

Fosfatos, cloretos, sulfatos, silicatos, nitratos de

sódio, potássio, cálcio, magnésio, alumínio, ferro........ 7.0 %

6) Sílica ...................................................................... 2.0 %

Sacaretina - Este pigmento encontrado na fibra da cana, em contato com substâncias

ácidas é incolor ao passo que em contato com substâncias alcalinas, toma a cor amarela

intensa. Ela, ao

contrário da antocianina é descorada pelo processo de sulfitação, porém, não é eliminada

por nenhum processo, nem mesmo pelo de carbonatação.

Como geralmente, ao manipular-se o branco direto, trabalha-se em zona ácida,

causa poucas dificuldades na manipulação deste tipo de açúcar.

58

Substâncias corantes químicas - Entre os corpos que se podem formar durante a

fabricação de açúcar, podemos em primeiro lugar incluir os produtos corantes da

decomposição dos açúcares redutores; após a combinação corante de ferro e finalmente o

produto do super aquecimento, isto é, caramelo.

Produtos da decomposição da glucose -A‖Glucose‖ em presença de bases ou de sais

de reação alcalinas dão facilmente produto de decomposição de cor escura. Esses

produtos muito embora sejam temporariamente descorados pelo SO2, sua coloração é

reversível e por ocasião de cristalização tingirão os cristais, prejudicando a cor do produto.

Daí, o grande cuidado que deve ter o químico açucareiro, impedindo que haja

aumento do coeficiente glucósico nas distintas etapas de fabricação do branco direto.

Entretanto, como esses produtos corante se formam exclusivamente em meios

alcalinos ou neutros, concluiremos que podemos impedir sua produção, e com bom

resultado, mantendo os caldos sempre ligeiramente ácidos, tendo, entretanto o cuidado de

não aumentar a acidez a ponto de causar inversões, aumentando conseqüentemente as

perdas indeterminadas da usina.

A glucose quando aquecida a temperatura superior a 100 C, a cor torna-se escura,

tal como acontece com a sacarose.

Influência do calor sobre os componentes do caldo de cana:

A sacarose em soluções puras, fervida durante um longo tempo, à pressão

atmosférica, combina-se com a água, hidrolisando-se.

O grau de hidrólise ou inversão depende notavelmente do material de que é

constituído o

recipiente, onde ocorre a fervura. Assim é que a inversão será mais rápida em vaso de

cobre e mais lenta em vaso de vidro.

As investigações levadas a efeito por Herzfeld, demonstraram que o grau de

inversão aumenta em relação direta com a temperatura e concentração. A sacarose anidra

não sofre nenhuma alteração pelo calor, ainda que se eleve esta temperatura a ponto de

fusão 160º C, porém, em presença de menor vestígio da umidade, a sacarose toma uma

cor escura, desprendendo uma molécula de água, formando caramelo, é que devemos

evitar sua formação do decurso da fabricação de qualquer tipo de açúcar.

59

Capitulo V

SULFITAÇÃO

Gás sulfuroso -O emprego do gás sulfuroso pode ser feito de dois métodos:

-Borbotagem;

-Contra corrente em colunas próprias.

O primeiro processo alem de menos eficiente no que se refere ao contato do SO2

com o caldo, propicia maiores perdas da sacarose por hidrolise.

O segundo processo, o de contra corrente indicado para o fabrico do açúcar branco

direto, por consumir menor quantidade de enxofre por tonelada de cana na obtenção de

um determinado pH e permitir uma perda mínima por hidrolise da sacarose.

Quando sulfitamos os caldos de um pH 5,5 apesar de ter espaço de tempo

relativamente curto entre a calagem e sulfitação, não impede que haja hidrolise da

60

sacarose, ao mesmo tempo em que a celulose do bagaço se hidrolisa. E como o SO2 não

é uma substancia permutante e sim descorante provoca uma certa quantidade de

anomalias no processo: dificuldades no trabalho de decantação, e evaporação ao mesmo

tempo em que os colóides perturbam as operações de filtragem da cachaça, cujas tortas

são bastante úmidas e conseqüentemente moles.

O SO2 atua pela a liberação de H, transformando as matérias corantes em leuco-

derivados possíveis de re-oxidação e promovendo uma pseudoclarificação por força do

seu potencial hidrolitico que semi-pepitiza a celulose por hidrolise e os protídeos por

dissociação, o que acarreta uma serie de embaraços e inconveniências à marcha do

possesso.

Trabalhando em meio acido pelo processo de sulfitação, se abrem um ponto ótimo

aparente por descoramento, vês que este ótimo não pode permanecer durante o processo

de da elaboração, em virtude da oxidação e degradação a que estão sujeitas a s

substancias leico-compostas (corantes, sais de ferro, etc), resultantes da sulfitação dos

caldos nas fases de pré-aquecimento, evaporação dos produtos em preparação, devido as

coeficientes da dissociação do SO2 que hidrolisa parte da sacarose dos caldos e celulose

do bagaço, transformando parte destas em outros carboidratos : hexoses e pentoses.

A sacarose hidrolisada não se regenera mais que quando em estado de inversão,

combina-se formando sais de Ca, Mg e K, que juntamente com os ácidos orgânicos do

meio formam um complexo salino de reação acida, transformando-se assim em fonte

permanente de melaço.

O conjunto de sulfitação compreende: forno, caixa de sublimação, coluna de

resfriamento e coluna de sulfitação.

- Forno – O forno de enxofre que é fixo ou móvel, tem formato cilíndrico, construído em

aço carbono ou em ferro fundido. O forno móvel é acionado por um motor elétrico girando

em baixa rotação. Em uma das extremidades é dotado de um porta-ló por onde alimenta o

enxofre na forma de bastonetes e controla a entrada de ar, para mistura do enxofre no

processo de queima e na outra extremidade está conectado com a caixa de sublimação;

- Caixa de sublimação - localiza-se entre o forno e a coluna de resfriamento, tem formato

retangular ou quadrado, construído em chapas de aço carbono, e tem a função de

61

completar a reação de S + O2 produzindo o gás sulfuroso que é tóxico, venenoso, e

prejudica a saúde;

-Colunas de resfriamento - tem a função de resfriar o gás sulfuroso que sai do forno com

temperatura elevada, antes de entrar em contato com o caldo, vês que em alta

temperatura, aumenta as condições de corrosão;

- Coluna de sulfitação - Existe vários tipos como a convencional a Werkspoor, entre

outras, que tem a função de fazer a mistura do gás sulfuroso com o caldo, cujo fluxo do

caldo deve ser constante. Construída em aço inox ou em ferro fundido, com bandejas do

mesmo material ou em madeira.

O pH recomendado para o caldo sulfitado está entre 3,8 e 4,2.

Redutor de viscosidade - Sob a ação do gás sulfuroso, alguns sais orgânicos,

principalmente os de

cálcio são decompostos, com formação de sulfito de cálcio e ácidos orgânicos. Com a

decomposição dos sais de cálcio, reduz consideravelmente a viscosidade dos xaropes e

massas cozidas. Elimina parte das gomas e substâncias pécticas, diminuindo a

viscosidade e facilitando a filtração.

Anticéptico - O gás sulfuroso tem ação preservativa sobre o caldo, já que ele é um

poderoso anti-séptico. Atua principalmente sobre o Leuconostoc de Mesenteroides, é

um dos poucos microorganismos, que tem como primordial para a sua propagação o

alcalino.

Neutralizante - A sua ação neutralizante é utilizada quando se adota o processo de

sulfitação. Os sais formados com a cal são praticamente insolúveis em meio neutro ou

alcalino.

O uso do SO2 sobre o caldo de cana pode ser resumido nos seguintes itens:

Formação de precipitados de pequenos cristais de CaSO3 que possuem uma

grande atividade superficial, sendo, portanto, fortemente absorvente e além disso, em

razão de sua densidade elevada resultam em poderosos auxiliares de decantação.

62

- Por ação fortemente bactericida, a sulfitação destrói os microrganismos no caldo de

cana, evitando a ação danosa destes.

- Pôr ser um redutor energético o SO2 atua sobre as substâncias corantes do caldo

reduzindo a cor. O SO2 também reage com os açúcares redutores inibindo a formação de

melaninas e caramelos que são altamente melacigênicos e corantes.

- Finalmente, a sulfitação produz xarope com menor viscosidade, o que facilita a

cristalização da sacarose nos cozimentos.

Pré-aquecimento da sulfitação - É norma generalizada na fabricação do açúcar direto

realizar-se um pré-aquecimento do caldo a sulfitar para que entre no sistema a

temperatura de até 75º C. A razão principal para isto é que o sulfito de cálcio (CaSO3)

formado nessa temperatura é menos solúvel que o formado a temperatura ambiente

conseguindo-se, assim, uma precipitação mais completa no mesmo, melhorando

consideravelmente a decantação e produzindo caldos clarificados com menos cálcio

residual o que também influirá positivamente na formação das incrustações nos

aquecedores principais durante o aquecimento a 105º C.

A adição do dióxido de enxofre gasoso pode ser feita antes ou depois da calagem.

Controla-se a quantidade que entra por tonelada de caldo misto, e em seguida faz o

controle usual do pH da calagem. A pré-calagem evita a corrosão pelo caldo misto

sulfitado. A adição do dióxido de enxofre gasoso pode ser feio antes ou depois da

calagem. O dióxido de enxofre liquido pode ser introduzido diretamente na tubulação do

caldo misto, devendo ser controlado por meio de um medidor de fluxo.

Fornos fixos ou rotativos - A combustão se processa a 250C com a seguinte reação:

S + O2 = SO2 + 70,2 Kcal

Durante a combustão a temperatura do SO2, não deve exceder a 900º C, a fim de

evitar a sublimação do enxofre: S + 2 O = SO2

: 2SO2 + 2O = 2SO3 ( anidro sulfúrico)

SO3 + H2O = H2SO4

A temperatura do forno deve ser controlada entre 300 – 350ºC e dessecar o ar

utilizado na combustão, para evitar a formação de acido sulfúrico.

O gás após a saída do forno deve ser resfriado entre 100 C e 200ºC.

63

A relação ar enxofre deve ser de 6,0 a 7,0 m3 pôr Kg. de enxofre.

A eliminação ou redução do uso da sulfitação é benéfica porque o enxofre é, de

certo modo, prejudicial ao processo de fabricação do açúcar causando, por inversão, a

decomposição da sacarose, aumentando as incrustações e corrosão dos equipamentos, e

maior consumo de cal, bem como gerar odor e o amarelamento do açúcar.

Capitulo VI

CALEAÇÃO

Tratamento do caldo – Objetivo: - Máxima eliminação dos não açucares,

64

- Caldos de baixa turbidez,

- Volume mínimo de lodo,

- Mínima formação de cor. A adição do leite de cal ao caldo misto, sulfitado ou não, é feito em tanques

cilíndricos, dois, com o fundo de formato cônico denominados de mexedeiras. Esses

tanques são construídos em chapas de aço carbono, e num futuro bem próximo em aço

inox, devido às exigências da qualidade do açúcar elaborado.

Suas dimensões são de aproximadamente de 1,5 D = H, onde D representa o

diâmetro interno e a H a altura e com o fundo com formato tronco cônico..

Objetivos – O principal objetivo: a eliminação dos não açucares, caldos de baixa turbidez,

volume mínimo de lodo e mínima formação de cor.

Para obter resultados satisfatórios na fabricação de açúcar, a etapa de purificação

dos caldos é uma das mais importante. Nesta posição a cal representa o papel de principal

de agente clarificante, razão por que sua qualidade é importante e deve ser controlada

com todo o rigor.

A cal é o primeiro agente clarificante, tendo como finalidade, provocar a coagulação

de substancias tais como pectinas, albuminas entre outras. A pureza da cal é muito

importante ao processo, pois cada tipo de impureza produz um efeito indesejável: alteram

o tipo de tamanho dos flocos formados, reduzem a velocidade de decantação: aumentam

as incrustações dos trocadores de calor, entre outros danos no processo.

A operação de caleação é uma das mais importantes no processo de fabricação de

açúcar e os resultados que podem ser obtidos com uma operação, que as partículas

dispersas de Ca(OH)2 no leite de cal sejam menor possível, para facilitar uma rápida

dissolução e reação com o caldo.

A solubilidade da fase sólida do hidróxido de cálcio aumenta com maior grau de

dispersão das partículas (proporção de água utilizada e tempo de extinção).

Para avaliar o grau de dispersão e, conseqüentemente a qualidade do leite de cal é

feito ensaio

de decantação: 100 ml 15º BÉ (2 horas)

90 95 ml Boa Dispersão

60 90 ml Dispersão moderada

65

60 Dispersão Ruim

O caldo após sulfitado,- elaboração do açúcar branco de consumo direto,- recebe

outro agente clarificante, a cal, sob a forma de hidróxido. A adição do leite de cal se faz

nas mexedeiras, obtendo-se um pH de 6,8.

Na elaboração do açúcar demerara ou crú, adiciona-se o leite de cal até obter um

pH entre 7,0 e 7,4.

Em qualquer dos processos o leite da cal deve ter um grau Bé igual ou inferior a

quatro, a fim de se obter uma ótima reação cal caldo.

A finalidade é obter o pH do caldo misto o mais próximo possível do valor desejado

e pré-fixado tanto da escolha correta desse pH, quanto sua mínima variação ao valor

fixado, dependem os resultados obtidos no processo de clarificação.

pH não é possível ter uma regra geral para encontrar um pH ótimo devido aos

diferentes tipos de não-açúcares presentes no caldo. O pH ótimo é aquele que se obtém

um pH do xarope de 6,5 e obtém-se um mel final com pH próximo de 5,8 de tal maneira

que a cristalização é conduzida na faixa de 5,8 a 6,5.

Um pH superior a 6,5 aumenta a viscosidade, aumento de cor e perdas elevadas de

açucares redutores, principalmente a frutose. Com o pH inferior a 6,5 a inversão da

sacarose aumenta com rapidez. Neste caso o caldo misto deve ser elevado para um pH de

7,4 no caso o processamento do açúcar demerara. Com o pH de 6,5 temos um valor muito

bom para conduzir as operações na seqüência da cristalização, obtendo-se massas

cozidas fáceis de elaboração, mínimo de cor indesejável, pequena decomposição de

açucares redutores, e perda mínima de sacarose por inversão.

O pH exato da calagem do caldo varia com a sua composição, onde os ajustes

freqüentes no ponto de controle são freqüentes no ponto de controle. Cana de boa

qualidade ocorre boa clarificação com esse controle. Ou seja, há boa floculação da matéria

em suspensão, decantação rápida e fluxo de caldo limpo. Com cana de má qualidade ou

deteriorada torna-se, muitas vezes, impossível obter um

caldo claro e uma decantação rápida. Caldo de aparência leitosa constitui indicio de cana

velha (azeda). Isto é causado por dextranas que, pela ação protetora dos colóides,

impedem uma boa floculação. Em tais casos uma calagem mais elevada pode mostrar se

útil, mesmos que os efeitos na cristalização do açúcar sejam menos favoráveis.

66

Alcalinização – O caldo após sulfitado recebe outro agente clarificante, a cal, sob a forma

de hidróxido. A adição do leite de cal se faz nas caleadeiras também chamadas de

mexedeiras.

A caleação poderá ser: a frio ou simples caleação, e a quente, processo Daves, de

dupla caleação.

No segundo processo, o caldo após sulfitado é adicionado nas mexedeiras. Nesta é

caleado e em seguida aquecido à temperatura de 70 ºC com o fim coagular as pectinas e

albuminas.

Após voltamos a alcalinizar a um pH mais convincente e é aquecida a temperatura

de 105º a 110 ºC.

Quanto à técnica de adicionar o leite de cal, este pode ser manual ou automático.

O método automático é o mais indicado, porque independe do operador em manter

uma constância do pH.

É de grande importância à qualidade da cal, conhecer a sua composição, pois

vários inconvenientes ao processo de fabricação, poderão acarretar uma cal de inferior

qualidade.

Efeito do processo da calagem – A cal pode ser adicionada sob a forma do leite de

cal ou de sacarato de cálcio.

O leite de cal é uma solução com muito cálcio em suspensão e pouco em solução.

Considerando que apenas os íons de cálcio presentes na solução estão aptos a

reagirem imediatamente com o caldo, isto significa que a cal em suspensão deverá

primeiro dissolver-se para depois reagir.

O sacarato é uma solução na qual o cálcio se encontra totalmente na forma iônica

e portanto a reação é instantânea.

A principal diferença entre os dois métodos está relacionada com a maior

disponibilidade de cálcio em solução permitindo que a reação ocorra com maior rapidez.

Durante a calagem o fosfato de cálcio precipita-se garantindo uma carga positiva que

neutraliza a carga negativa das proteínas e outras partículas absorvidas na superfície

do cristal formado. É de grande importância a área superficial disponível e não o peso

do cristal de fosfato de cálcio. E enquanto mais fino forem os cristais maior será a

redução da carga nas partículas. Este é o principio básico da dosagem da dosagem

com o sacarato, onde adicionando a cal dissolvida, obtém-se floculos de fosfato de

67

cálcio bastante finos e que apresenta grande superfície especifica. Outra vantagem do

sacarato sobre o leite de cal é quanto o bombeamento, circulação e armazenamento.

Com o sacarato os problemas com bombas, obstrução de canalização são bem

menores. Se a dosagem com sacarato de cálcio a quente não for suficiente para

reduzira carga superficial das partículas, neste caso a etapa seguinte será a adição de

fosfato ao caldo misto. Recomenda-se uma adição de fosfato solúvel na ordem de 50 a

100 ppm para atingir o teor mínimo necessário para se ter uma boa floculação na ordem

de 200 ppm.

Processos de alcalinização - Existem vários métodos de alcalinização, sendo similares

às reações químicas que ocorrem. As variações nos procedimentos podem ter efeito muito

pronunciado, sobre as características físicas do sistema. Isto é verdadeiro no que diz

respeito a sistemas instáveis, como os colóides e a fenômenos tais, como os estados de

agregação, adsorção e hidratação. Pelo que vimos até agora, torna-se impossível, predizer

qual o melhor sistema, para um caldo particular.

Existem cinco métodos usados para a alcalinização do caldo de cana:

1) Alcalinização a frio: Adiciona-se ao caldo cru o leite de cal, (com 2.5 á 7.5% de

CaO), elevando o seu pH de 7.0 á 8.6; aquecendo-se a seguir a temperatura de 105 á

115º, após deixando-o repousar. Normalmente, se deseja ter um caldo clarificado

neutro.

2) Alcalinização a quente: O caldo cru com temperatura de 100 á 115º C, se junta o

leite de cal até pH de 7.0 á 8.0, deixando-se em seguida repousar.

3) Alcalinização fracionada: Alcaliniza o caldo a pH 6.0 á 6.4, após aquece a

temperatura compatível, volta-se a alcalinizar a pH previamente selecionado.

4) Alcalinização fracionada e duplo aquecimento: Tem como na alcalinização

fracionada, o caldo se alcaliniza a pH até 6.4, aquecendo-o a uma temperatura de 90º C.

Volta-se a alcalinizar e reaquecer ao pH e temperatura que melhor consulte ao tipo de

açúcar a fabricar e as exigências da fábrica, deixando-o após repousar.

68

5) Clarificação composta: O caldo do primeiro terno da moenda se alcalinizam a

frio, separadamente do caldo secundário, isto é, do restante dos ternos. A cachaça do

caldo primário será adicionada ao caldo secundário. O caldo secundário clarificado se

adiciona ao caldo primário, antes da alcalinização.

Efeito da temperatura na calagem – O aquecimento do calo, antes da calagem

acima do ponto de alterar as proteínas - 65ºC – diminuindo a carga negativa das partículas

presentes no caldo pela redução do potencial zeta, facilitando ao coagulação das

partículas. Quanto maior for a coagulação das partículas maior será a remoção das

impurezas, tornando o caldo mais limpo.

Cal viva de boa qualidade -Uma cal viva, de boa qualidade para a indústria açucareira,

deve reunir as seguintes condições:

- Irrigada com 0,5 a 1% de seu peso com água, deve queimar ou se apagar em

poucos minutos com um aumento substancial de sua temperatura. A formação de

hidróxido de cálcio é uma reação exotérmica, segundo a equação:

CaO + H2O = Ca (OH)2 + 15,2 Kcal

-Juntando-se depois 10% do seu peso com água, ao pôr uma malha fina, não deve

deixar um resíduo maior do que 10% do peso inicial da cal virgem. Este resíduo retido

pelas malhas, se a cal for realmente boa, misturado com bastante água, deverá amolecer

dentro de uma hora aproximadamente.

- A cal apagada dissolve-se no ácido clorídrico, sem produzir efervescência, e nem

deixar resíduos (insolúveis) superior a 2%.

- As quantidades de óxidos de Fe e Al não excedam a 2%.

- Que o sulfato seja até 0,2%.

- Que os óxidos de Mg e K assim como a sílica seja até 2%, mesmo acontecendo

com a água e CO2.

- O CaO aproveitável deve variar entre 85 e 90% em uma cal de primeira classe.

Devido a pequena solubilidade da Ca(OH)2 na água, (uma parte Ca (OH)2 é dissolvido em

790 partes de água), o produto resultante da cal apagada, quando se usa um excesso de

água (geralmente uma parte de cal para 3,5 a 4 partes de água) é uma suspensão de

69

água de cal, de partículas de Ca (OH)2 muito fina. As operações automatizadas de

caleação requerem um leite de cal bem preparado, para o que necessita de adequadas

instalações. Este departamento deve constituir de:

a) - Um hidrator rotativo constituído por um tambor horizontal que gira lentamente e

está provido de chicanas. A cal e a água entram por um extremo e o leite é descarregado

pelo outro extremo

.b) - Dois tanques de sedimentação são utilizados alternativamente.

c) - Uma peneira vibratória ou rotativa.

d) - Um ou mais tanques cilíndricos, de armazenamento, com movimento induzido.

e) - Uma bomba, aspirante premente com diafragma de borracha, é o preferível

para bombeamento.

O que vasa pelo efluente do hidratador rotativo, se conduz ao tanque de repouso

onde será separado o material não queimado constituídos geralmente por impurezas,

cal queimada (ou morta) ou núcleos de pedra. Depois de um repouso adequado, o

líquido sobrenadante, se côa e o que fica retido nas malhas, será desprezado. As

aberturas dos furos para coar o leite de cal, não deverão ser pequenas, a fim de evitar

obstruções. Usam-se malhas de 13 aberturas por cada 2,54 cm. (uma polegada).

Durante a tamisação, costuma-se lavar a tela com água. Ser útil o uso de um ciclone

com o objetivo de separar as impurezas (partículas). Após ser purificado das impurezas

presentes, o leite de cal é enviado aos tanques de armazenamento, onde será diluído à

concentração correta.

Analise de uma boa cal.

Insolúveis – H Cl............................................................................0,7 %

Sílica –O2 Si.................................................................................. traços

Fe2 .................................................................................................0,2 %

Ca O..............................................................................................54,8.%

K2O................................................................................................ 0,2 %

Mg O...............................................................................................0,2 %

CO2................................................................................................42,7 %

SO3..................................................................................................................................traços

Matéria orgânica............................................................................. 0,7 %.

70

As amostras de xarope devem ser diluídas a mesma graduação que as amostras de

caldo decantado que alimenta a evaporação,o que permitirá:

1 – Determinar o aumento de cor produzido para julgar uma aplicação indébita de

calor.

2 – A amostra diluída de xarope deverá efetuar-se todas as analises inclusive o

coeficiente glucosico, ou seja:

redutores x 100

Coeficiente glucosico = _______________________________

Pol

O aumento do coeficiente glucósico do xarope em comparação do caldo decantado,

denuncia que produziu inversões. Alem disso se deve estabelecer o balanço de

redutores totais convertendo a redutores por cálculos, a sacarose que o xarope contem

e assim quando todo o açúcar que sai do evaporador calculado em redutores é menor

do que o que entrou se concluirá que houve decomposição de açucares redutores.

Normas de coeficientes glucosicos – Devemos ter:

Diferença entre caldo de primeira pressão e o caldo misturado....................0,5

Diferença entre o caldo misturado e o caldo decantado................................0,5

Diferença entre o xarope e o caldo decantado...............................................0,5

Quando a diferença entre os redutores do xarope e do mel for pequena, com um

coeficiente glucosico de cinco no caldo decantado, verificar se há infecção nas moendas

e decomposição nos evaporadores e especialmente nos pré-evaporadores.

A diferença ideal entre as purezas do caldo de primeira pressão e a do caldo

misturado, deve ser de 2,5.

Quando 10 ml de caldo de primeira pressão for neutralizado por 2ml de NaOH a

N/10, a cana é considerada nova , valores maiores a cana é considerada velha ou

então passada do período de maturação.

Adição da cal – O objetivo da adição da cal é a purificação do caldo.

71

A quantidade de cal a ser usada é em media 800 á 1.000 gr por tonelada de cana

no fabrico do açúcar demerara , correspondendo a 25 litros de leite de cal a 6º Bé por

tonelada de cana hora.

Durante a calagem é necessário conhecer as reações que ocorrem.

Adicionando uma certa quantidade de leite de cal ao caldo misto aquecido a

formação de precipitados pode ser observada, no inicio em pequena quantidade, mas

muito volumosa. Continuando a adição de cal,maior formação de flocos pode ser

observadas favorecendo inclusive a sedimentação. Após certo tempo de sedimentação

o precipitado vai ao fundo e o caldo torna-se mais claro. Todas as impurezas em

suspensão concentram-se no fundo. No precipitado são eliminados os não açucares em

suspensão no caldo misto junto com certa quantidade de não-açucares em solução.

Portanto a calagem objetiva aumento do pH do caldo pela adiçõ da cal e garantir a

presença de íons Ca² que irão precipitar junto com o fosfato existente no caldo.

Métodos de adição da cal ao caldo - Existem dois métodos de adição do leite de cal:

método manual e Método eletrometrico

Método manual: Consiste em intermitentemente verter volumes requeridos do leite de cal

de densidade conhecida, as mexedeiras. O grande inconveniente desse sistema é de criar

zonas de alta alcalinidade muito prejudiciais principalmente ao fabrico do branco direto.

Outros o fazem criando um tanque acima das mexedeiras os quais providos de agitação,

recebe o leite de cal e daí, por meio de uma válvula deixa-se cair vagarosamente o leite de

cal durante certo tempo, e no final do tempo de retenção, faz-se a corrente, porém, não

existe mais onde a indústria atingir um estágio tecnológico melhor.

Método automático: Podem ser mecânicos e eletrométricos:

Método mecânico: Também é inconveniente, podendo fazê-lo de várias formas,

entretanto, se tivéssemos de imperiosamente sugerí-los, apenas o faria de duas formas:

1) Adicionando cada pesada, balança de caldo, deixando vazar de um recipiente de

volume previamente conhecido, de tal sorte, que o recipiente esvaziasse quando o

tanque da balança enchesse. A correção de pH seria feita na mexedeira através de

um potenciômetro.

2) A outra modalidade consistiria em se manter dois tanques, sendo um de caldo e

outro de cal, ambos providos de retornos de tal modo que permanecendo sempre a

72

um mesmo nível, pudéssemos com auxílio de um vertedor em V, manter um mesmo

fluxo de leite de cal e caldo misturado. Neste caso como no anterior, deveremos ter

um controle potenciométrico, a fim de aumentar o fluxo do leite de cal, quando

houver necessidade, de vez que, como é do nosso conhecimento o pH do caldo é

variável.

Método eletrométrico: Para o controle eletrométrico da calagem, torna-se

necessário um potenciômetro e um conjunto de dois eletrodos próprios. Esse dispositivo

deve ser acoplado a um outro eletromecânico, a fim de controlar a quantidade de leite de

cal que se junta de acordo com a leitura do pH dada pelo potenciômetro, com relação ao

ponto desejado de controle, daí ser o ponto onde é tomada a amostra mais importante que

depois passa por meio de uma pequena conexão auxiliar, a câmara onde se acha situada

o eletrodo. Como em qualquer sistema o leite de cal deve ser adicionado antes do

clarificador, seja qual for o processo de caleação e termocaleação usados. Pode-se

escolher três lugares para a caleação da câmara com o eletrodo:

1) Imediatamente após o local da última calagem ou após a segunda calagem, se for

este o caso.

2) Imediatamente antes do local da introdução, no agitador do caldo aquecido e

tratado.

3) No tanque receptor do caldo decantado. Entre essas modalidades, a mais usual é a

primeira. O uso das duas modalidades um e dois implica que o mecanismo do

controle deve fixar-se para que mantenha um valor de pH igual ao que se deseja

para o caldo clarificado, mas a diferença estimada do pH entre o caldo clarificado e

o ponto onde seja localizada a câmara de eletrodo. A grandeza dessa diferença

varia com a situação da câmara, com a composição do caldo, e principalmente com

o conteúdo de fosfato. A câmara de eletrodo se coloca imediatamente após a

adição do leite de cal e conseqüente agitação.

Quando o equipamento é bem posto, a variação do pH deve flutuar entre 0.8 a 0.2

extensiva esta variação ao caldo decantado. Além da posição da câmara do eletrodo, um

outro fator deve ser levado em conta: a constância da densidade do leite da cal. O leite de

cal deve ter uma densidade de 4 a 5 Brix.

73

Os eletrodos devem ser vistos diariamente a fim de remover o lado que a ele se

adere. A medição deve ser feita a frio e a pressão atmosférica. É necessário, pois que

certa porção do caldo seja desviada da alimentação da bomba a dirigido através de uma

câmara de eletrodo aberto. Geralmente se incorpora ao circuito do potenciômetro dentro

dos limites muito estreitos, um compensador para a temperatura. Assim é feita para medir

a reação do caldo, no ponto de entrada do tanque, de repouso, razão pela qual se deve

incorporar um eficiente sistema de esfriamento.

O controle da alcalinização é importante para obtenção de um caldo clarificado

compatível com o açúcar a se obter. Existem dois métodos: intermitente e contínuo.

O primeiro pode ser feito de várias formas:

- Por meio de indicadores;

- Por processo calorimétrico;

- Por papel indicador;

- Por potenciômetro de laboratório.

Desses procedimentos, entre nós o controle intermitente por papel indicador ainda é

o mais usado. O segundo método, o contínuo faz-se o controle ao pH com um registrador

que poderá ser instalado conjuntamente com o potenciômetro. Este processo requer vários

cuidados, entre eles a limpeza dos eletrodos e a possibilidade de aferição periódica. Um

outro cuidado que não deve ser esquecido é o da manutenção de temperatura do caldo. A

variação do pH é da ordem de 0,1 unidades por cada 4º C.

Formação dos flóculos - As várias combinações descritas de aplicação da cal e

calor têm por objetivo a obtenção de flóculos (grumos ou coágulos) bem formados de

sedimentação rápida com a conseqüente produção de um caldo límpido e brilhante. Na

formação dos flóculos influem as qualidades e os constituintes do calor e a seqüência cal-

calor. As outras modalidades de aplicação cal-calor dependerão das relações físico-

químicas dos diferentes constituintes do caldo

As variações fundamentais que ocorrem durante a clarificação do caldo são as

seguintes:

1) Variação na concentração do íon H devido ao leite de cal;

2) Coagulação de alguns colóides, devido a concentração de íons H e a aplicação do

calor;

74

3) Formação de compostos insolúveis de cálcio e seus complexos;

4) Formação de compostos solúveis de cálcio e seus complexos.

O que se deseja é a formação de flóculos em duas ou mais etapas o teor de P2O5,

que é a base principal da teoria do mecanismo do processo da clarificação. Há,

entretanto, caldos que embora contando um teor de P2O5 mais do que suficiente, mas que

são refratários. Isto geralmente acontece, quando o caldo contém um teor alto de colóides.

Importância do pH – O controle rigoroso do pH para evitar a inversão da sacarose

quando o caldo é submetido a alta temperatura em meio acido, a taxa de inversão, para

um mesmo pH do caldo, aumenta com a elevação da temperatura.

-Capitulo VII

AQUECEDORES DE CALDO.

Aquecimento do caldo - O aquecimento do caldo da cana é realizado em

aparelhos denominados de aquecedores de caldo, esquenta caldo, ou trocadores de calor,

entre outras denominações.

Os objetivos do aquecimento do caldo:

- Completar as reações dos componentes do caldo com os produtos químicos utilizados

no sistema de purificação;

75

- Desidratação dos colóides do caldo, para proporcionar sua precipitação pelo o efeito

de coagulação das partículas,

- Eliminar microrganismos pela esterilização;

- Flocular as impurezas insolúveis, e

- Remover os gases

- Reduzir a viscosidade.

A temperatura do caldo deve ser elevada a acima do ponto de ebulição. A

temperatura do caldo aquecido deve ficar entre 105ºC e 110C, que é a temperatura ótima

para a decantação.

Temperatura maior provoca a opalescência do caldo decantado, muito embora

forneça uma melhor cachaça e uma decantação mais rápida devido à redução da

viscosidade.

Tipos de aquecedores de caldo - Os aquecedores de caldo que operam nas usinas de

açúcar, classificam-se em: - convencionais, que são os tipos verticais e horizontais;

- especiais, que são os de unidades ou de Webre

- placas.

Aquecedores tipo Webre - Os aquecedores de caldo tipo Webre consta de três corpos

horizontais, um sobre os outros, construídos em chapas de aço carbono que varia de 9 á

16 mm. Os corpos são ligados através de condutos de caldo, nos cabeçotes frontais e do

vapor no corpo.

No corpo inferior se faz a drenagem das águas condensadas e a extração dos

gases incondensáveis.

A temperatura dos gases incompensáveis é de 10C inferior a da temperatura do

vapor, ou seja: Tgi = tv - 10

Recomenda-se instalar os purgadores bem próximo à saída das águas

condensadas, a fim de ter maior aproveitamento do vapor. Só se usa purgador nos

aquecedores cuja pressão de vapor de aquecimento seja positiva.

O feixe tubular é fixado em dois espelhos, construído em aço carbono ou inox, cuja

quantidade de n tubos pôr passo é função da vazão ou capacidade de moagem, que é

acrescida do caldo de retorno dos filtros, do leite de cal e a água usada no parol das

76

moendas para remover o bagacinho. Chamando de caldo para o processo de purificação,

o somatório desse material.

O somatório dos n tubos, nos três corpos, cada, com dois passos, fornece a

superfície interna de aquecimento. Os tubos são em aço carbono com espessura de 1,9 á

2,65 mm ou em aço inox, latão ou cobre com espessura de 1,0 á 1,6 mm, e comprimento

padrão de 4.880 mm.

Nas extremidades colocam-se as tampas, que são projetadas para trabalhar com

pressão, normalmente, de 8 a 10 kg/cm2, e quando são fechadas devem ser bem vedadas.

As extremidades dos corpos recebem o nome de cabeçote. Um cabeçote frontal,

que é dividido em dois passos, e o outro cabeçote traseiro, onde tem uma chapa horizontal

tipo vertedor.

Os espelhos são em aço carbono, ou em aço inox e espessura que varia de 25,4 à

38,1 mm conforme o diâmetro do aquecedor.

Vapor para aquecimento - O aquecimento é feito com vapor servido, oriundo das turbinas

a vapor – vapor saturado-, e vapor vegetal produzido no primeiro e no segundo efeito,

desde que a pressão seja positiva, o qual passaremos a chamar de V1 e V2

respectivamente. Quando o múltiplo efeito for um quíntuplo efeito só devem sangrar

vapor vegetal do terceiro efeito, desde que sua pressão seja positiva, o qual denominamos

de V3.

Usando: Vapor servido para os últimos estágios de aquecimento, vapor vegetal

V3, vapor vegetal V2, e vapor vegetal V1 para os primeiros estágios de aquecimento.

Nos corpos que tem pressão negativa recomenda-se ter muito cuidado ao fazer

sangria pois existindo penetração de ar nas diversas linhas de vapor ou nas linhas dos

incondensáveis o que é provável, desequilibrar todo o sistema..

A eficiência do aquecimento é função da transferência de calor entre o vapor na

superfície externa do feixe tubular e o caldo que passa internamente.

Uma boa transferência de calor requer a remoção dos gases incondensáveis e uma

boa drenagem das águas condensadas.

Um outro fator importante é a incrustação na parte interna do feixe tubular, que são

relativamente moles que devem ser removidas.

77

Velocidade do caldo - A velocidade do caldo deve ser na faixa de 1,8 à 2,0 m/s.

Recomenda-se para projetos, velocidade de 1,5 m/s.

Velocidade superior a 2,0 m/s, reduz o tempo de contato do caldo com o agente

térmico, que é o calor. Velocidade inferior a 1,5 m/s, aumenta as possibilidades de

incrustações.

Dimensionamento dos aquecedores - Toma-se por base o peso do caldo para o

processo de purificação.

Seleciona-se: os tubos – diâmetro, comprimento e material - que irá formar o feixe

tubular e a velocidade do caldo nos aquecedores.

Conhecendo a temperatura do vapor, que será usada nos aquecedores, o valor de

K, coeficiente de transmissão de calor do caldo frio e a temperatura desejada para o caldo

a saída do aquecedor.

Com esses valores, calcula-se o numero de tubos por passo, e a área de

aquecimento da unidade de aquecimento.

Calculo dos aquecedores - A fórmula que determina a superfície de um aquecimento do

aquecedor de caldo, é dada por:

P.c T - to S = --------------- ln ------------- K B T - te

Onde: S = área interna de aquecimento em m2

P = peso do caldo a aquecer em Kg/h;

c = Calor específico do caldo,.... c = 1 - 0,006 B;

B = Brix do caldo a aquecer;;

te = temperatura do caldo a entrada do aquecedor ºC;

ts = temperatura do caldo a saída do aquecedor;

KB = coeficiente de transmissão de calor Kcal / m2 h ºC .

O valor de KB coeficiente de transmissão de calor - É dado pela a seguinte fórmula:

Tv KB = --------------------------------- F

78

0,045 + e . f v Tv = temperatura do vapor que alimenta o aquecedor ºC;

c = espessura do tubo que é usado no feixe tubular m;

v = velocidade do caldo no aquecedor m/s;

F = fator de correção varia de 0,8 á 0,95;

f = para tubos de inox 35, Cu, latão, e para tubos de aço carbono 45.

A temperatura do caldo a saída de cada aquecedor é dado pela seguinte fórmula:

ts = Tv - (tv - te ) e –K . S / P . c

O consumo de vapor é dado por:

P.c. t Vo = --------------------

Onde : Vo = Consumo do vapor pôr aquecedor em Kg/h

P = Peso do caldo a aquecer em Kg/h

C = calor específico do caldo em Kcal/kg

t = diferença da temperatura do de entrada e saída do caldo em ºC

= Calor latente do vapor em Kcal

A temperatura das águas condensadas é dada pela a seguinte fórmula:

ta = Tv - 0,4 (Tv - tj )

Onde: ta = temperatura das águas condensadas C

Tv = temperatura do vapor C

t j = temperatura do caldo aquecido C

Temperatura das águas condensadas – é dado por: Ta = tv – 0,4 ( tv – tj )

Onde : ta = temperatura das águas condensadas

Tv = temperatura do vapor que aquece o aquecedor

Tj = temperatura do caldo no aquecedor

Perdas de carga – Admitindo que os tubos estejam limpos é dada pela seguinte formula:

J = 0,002 V_ ( C + L )

79

D

Onde : J - perdas de carga no aquecedor em m.c.a

V – velocidade do caldo no aquecedor m/s

D – diâmetro dos tubos em metros

L - Comprimento total em circulação de caldo m = Cl

l - comprimento do feixe tubular em metros

Limpeza - A bateria de aquecedores instalada, obrigatoriamente, tem mais aquecedores

que o necessário para a operação, porque há sempre mais de um aquecedor em limpeza.

Os processos utilizados para a limpeza: mecânico, químico, ar comprimido e caldo

frio.

Processo mecânico – faz-se com raspa de aço, ou com chicote elétrico que faz acionar

um dispositivo vibratório conhecido como vibrador mecânico. Este método de limpeza

apresenta vários inconvenientes entre os quais de provocar estria no feixe tubular.

Processo químico – O principal agente de limpeza é a soda caustica, usada em solução

de 20Bé ou a 36Brix a temperatura de 80C, que se faz circular em alta velocidade

através da dos tubos. Vantagens desse processo: permite uma limpeza perfeita; menor

desgaste na tubulação.

Processo com ar comprimido - Eficiente, econômico e mais simples entre os existentes.

Tem a desvantagens de abrir as tampas quando de cada limpeza.

Para iniciar o processo de limpeza liquida-se o caldo do aparelho;

- Abrem-se as duas tampas opostas;

- Injeta vapor no feixe tubular até atingir a pressão de 0,352 kg/cm2, durante duas horas;

- Uma mangueira de diâmetro igual aos dos tubos que compõe o feixe tubular, injeta ar

comprimido a pressão de 5,7 á 6,0 kg/cm2, durante quarenta minutos em cada um dos

tubos.

Limpeza usando caldo misto a frio – É um dos métodos mais econômicos. A limpeza se

processa por ação abrasiva do caldo, em alta velocidade e em contra corrente sobre as

80

incrustações. Antes de proceder a limpeza, e conveniente aquecer a unidade a

temperatura correspondente a 0,352 kg/cm2 durante uns 40 minutos. A cada oito dias

recomenda-se abrir o aparelho para passar uma escova para remover uma tênue

incrustação que se forma no feixe tubular.

81

Capitulo VIII

DECANTAÇÃO

Considerações – O objetivo principal da clarificação é eliminar a quantidade máxima de

impurezas contidas no caldo.

Na elaboração do açúcar cru ou demerara, a cal e o calor são praticamente os

únicos agentes usados para este fim, muito embora algumas vezes usa-se uma pequena

quantidade de fosfato solúvel. Na elaboração do açúcar branco de consumo direto além do

uso da sulfitação adiciona-se outras substancias químicas juntamente com a cal.

Decantação - Esta é uma das fases das mais importantes na elaboração do açúcar; onde

uma boa decantação geralmente fornece um bom açúcar, com perdas mínimas no

processo.

Si não temos uma boa decantação todas as operações seguintes terão dificuldades

porque terão dificuldades para corrigir as etapas seguintes. Si tem uma má decantação

todas as operações em seguidas serão dificies porque não pode corrigir os passos

posteriores. A produção de um açúcar de boa qualidade exige que tenha tido uma boa

decantação. Ou seja uma má decantação não produz açúcar de boa qualidade.

Para elaborar um bom açúcar é necessário ter: boa decantação boa semente e boa

cristalização.

Um decantador deve fornecer os meios para a obtenção do caldo a partir da etapa

de alcalinização, com boas condições para a recuperação do açúcar. Isto significa fornecer

um produto livre do material insolúvel e a um nível de pH a fornecer xarope com pH de

6,5.

O aparelho de decantação deve ter as seguintes funções:

- remoção de gases,

- sedimentação,

- remoção das escumas,

- saídas de caldo decantado,

82

- espessamento da cachaça e

- remoção da cachaça..

.

O caldo a ser tratado nesses aparelhos entra continuamente com saída simultâneas

de caldo clarificado, cachaça e escumas.

O melhor projeto é aquele que tem velocidade mínima na alimentação e nos pontos

de saída a fim de reduzir as correntes interferentes. Os decantadores com vários pontos

de alimentação a saída do caldo são os mais difíceis de controlar.

Nesses aparelhos deve-se evitar a formação dos gases no seio do decantador

mediante uma apropriada distribuição do caldo e correta extração dos gases.

No decantador deve ser mantido com nível mínimo de cachaça e bem compactado.

Controlando esse detalhe operacional, o decantador deve produzir caldo claro livre

de matéria insolúvel e um nível de pH ótimo e sem destruição da sacarose.

Segundo as direções de fluxos do caldo e da cachaça, os decantadores contínuos

são classificados em três sistemas:

- Clarificadores de correntes encontradas .........-- consideradas um bom sistema,

- Clarificadores de correntes paralelas,.............. - considerado um sistema melhor;

- Clarificadores de correntes perpendiculares, ...- considerado como melhor sistema;

Quanto à formação de flocos de cachaça ponto principal na clarificação dos caldos

de cana, tem dois fatores básicos: fator de adesão e fator de colisão.

Fator de adesão - É aquele que tem a tendência dos flocos em aderir-se quando se

chocam entre si, devido ao movimento browniano resultante do tratamento químico

envolvendo o pH na obtenção do ponto isoelétrico das substancias contidas no caldo.

Fator de colisão – Provocado no decantador contínuo, por meio de movimento induzido

ao sistema, e na câmara de floculação de tamanho adequado ao volume do caldo a

decantar, e fornecer as palhetas uma agitação suave.

Qualidade da cana - A qualidade da cana é de suma importância na elaboração do

açúcar.

Quando processamos cana de boa qualidade teremos uma boa decantação porque

há: boa floculação do material em suspensão; decantação rápida e fluxo de caldo limpo.

83

Quando processamos cana de má qualidade ou deteriorada, muitas vezes torna-se

impossível obter caldo claro e uma decantação rápida.

Quando se obtém um caldo de aparência leitosa, constitui uma indicação de cana

velha (azeda), isto é causado pela dextrana que por ação protetora dos colóides, impede

uma boa floculação.

A correção usada na má decantação é feita por elevação da temperatura do caldo a

decantar, - que nem sempre é a melhor solução, porem vem criar problemas na

cristalização.

Coadjuvantes de decantação – Os principais são: - Fosfatos solúveis;

- Betonita;

- Polieletrólitos;

- Agente clarificante cal;

a) Os fosfatos solúveis: O percentual de P2O5 no caldo é quem governa uma boa

decantação. Quando a quantidade de P2O5 for de ordem de 0,035 graus por 1000

ml de caldo, é uma informação bem animadora para que tenhamos uma boa

decantação. Cifras menores de P2O5, assim como índices maiores (o que é

raríssimo), prenunciam respectivamente uma má e uma ótima decantação. O

coeficiente de J. Salinas permite calcular a quantidade de P2O5 a ser adicionada

aos caldos, a fim de obter uma boa clarificação.

Coeficiente de clarificação = P2O5 em mg/litro x 1002 ou Brix (Brix – açúcar total) Coeficiente de clarificação = P2O5 em mg/litro x 1002__ (Brix x não-açúcar % caldo)

O emprego de P2O5 aos caldos, é universal. Países onde se faz controles racionais

da matéria-prima sabem por antecipação, o provável conteúdo de P2O5 nas canas,

segundo a procedência. A partir desses controles se adicionará ou não o P2O5

nas mexedeiras, com o objetivo de que se tenha um mínimo de 0.035 graus por 1000 ml

de caldo. O P2O5 é apenas um coadjuvante mono-ciclo, não obstante a isso obtemos

resultados vantajosos, tais como: maior eliminação de colóides, menor quantidade de sais

de cálcio no caldo clarificado, decantação mais rápida, melhor filtração da cachaça,

84

açúcares de melhor qualidade, massas cozidas de mais fácil centrifugação (turbinação) e

méis finais mais exauridos. Os contras: maior volume de cachaça, maior consumo de cal,

maior custo de evaporação, são inteiramente compensados com o incremento que deverá

ocorrer no rendimento. Os tipos de fosfato usados são: o ácido fosfórico e o super-triplo. O

custo de cada um desses coadjuvantes é quem determina a seleção para cada fábrica.

b) Bentonita: muito embora seu emprego não seja generalizado é um ótimo

coadjuvante da decantação, sobretudo as bentonitas sódicas de síntese anfociclas.

As bentonitas naturais possuem um teor de sílica muito alto, dificultam o

departamento de filtros da cachaça, além de atuarem em sua generalidade, apenas

em um ciclo.

c) Os polieletrólitos: Tem sido recomendado o uso de alguns polímeros sintéticos de

alto peso molecular, solúveis em água, que recebem vários nomes: Lytron,

Separan, etc, que às vezes encontramos no comércio, com outras denominações,

tais como: Separan AP 30, Lytron X – 886. Esses polímeros são encontrados com

alguma freqüência. Na verdade, eles são benéficos no que diz respeito à

concentração e exaurimento da cachaça, produzindo um caldo brilhante e fornece

uma massa cozida menos viscosa.

d) O agente clarificante cal: Qualquer que seja o processo de clarificação usado, a

cal é o principal agente clarificante. Ela é adicionada ao caldo em forma de leite,

isto é, a cal virgem ou hidratada, se junta água suficiente para a sua queima, ou

melhor, para apagá-la. Após, o leite assim obtido é diluído ao grau densimétrico

desejado.

Coeficientes de clarificação – A quantidade de P2O5 em mg/litro é de grande importância

para que tenha uma boa clarificação e que a quantidade de P2O5 não deve ser inferior a

0,035 grama/litro de caldo. Quando isto não acontece devemos adicionar uma quantidade

de P2O5 que cubra esse déficit.

Após numerosas investigações sobre decantação, J. Salinas, chegou a conclusão

que apesar de ter encontrado caldos com valores normais de P2O5 (0,04 á0,06) e em

85

igualdade de pureza, a clarificação dos caldos ainda pode ser deficiente, mesmo tendo

variado o pH, o que vem demonstrar que outros fatores, quer de origem orgânica, minerais

e biológicas, podem intervir de modo negativo. J. Salinas encontrou um índice de

clarificação relativo, o qual foi chamado de coeficiente de clarificação de J.Salinas, que é a

razão dos teores de P2O5 e impurezas não–açucar totais em estado coloidal, referidas a

100 partes de matéria sólidas. O Brix influi notavelmente na clarificação, concorrendo para

que esta se realce de forma satisfatória, este quociente não deve ser inferior a dez ,

segundo a formula por ele estabelecida:

P2O5 x 1002 P2 O5 x 1002 Quociente de clarificação = _____________ _________= _______________

Brix (Brix – açúcar total) Brix . Não açúcar

A determinação do conteúdo coloidal dos caldos é feita com o auxilio do Sedment-

Test. Este quociente é valido nas canas para caldos não contaminados por elementos

microbiológicos, os quais formam nos caldos corpos orgânicos de natureza mulsilaginosas

e emulsoides, que dificilmente decantam pelo ordinário.

Decantadores - Avaliação da eficiência da decantação não deve se limitar somente ao

controle da turbidez do caldo. É indispensável que se controle também sistematicamente a

qualidade da floculação que alimenta o decantador.

Velocidade de alimentação - A velocidade de alimentação do caldo ao decantador, não

deve ultrapassar a 0,4 m/s, na canalização que liga o flash – tanck a entrada do aparelho

de decantação..

A rotação do eixo central de um decantador é 12 r.p.h. ou seja uma volta em cada

cinco minutos.

Partes principais de um decantador – Um aparelho de decantação continua

compreende três partes: - Câmara de floculação – que é o compartimento superior;

- Câmara de compressão da cachaça – que é o compartimento inferior;

- Câmara de sedimentação – que são os compartimentos intermediários.

Tipos de decantadores - Os principais tipos são: - Deming

-Multi-Feed

86

- Rapi-Dorr,

- S R I

- Bach, entre outros.

Torre de pré-floculação e flash tanck - A torre de pré-floculação elimina totalmente o ar

dissolvido no caldo ou preso ao bagacinho, muda a vazão turbulenta para laminar e

permite o controle dos ajustes no caldo antes da clarificação. A prática normal anterior era

ajustar essas variáveis com base no caldo clarificado.

O tanque FLASH elimina o ar dissolvido no caldo ou preso ao bagacinho. Quando o

flasheamento não ocorre, as bolhas de gás que estão aderidas aos flocos reduzem a

velocidade de decantação.

Capacidade dos decantadores – A capacidade de um decantador contínuo é medido em

m2,em área de sedimentação, ou em m3 em volume.

Área – m2 – para cada t. c. d. é necessário 0,140 m2 de área de sedimentação;

Volume – m3 – A capacidade é determinada pelo tempo de retenção necessária

para permitir a sedimentação da cachaça.

Para cada T.C.D. é necessário de 100 á 132 litros de volume de decantação. A

capacidade de sedimentação varia, segundo a variedade da cana; cana crua ou queimada,

tempo de corte ao esmagamento, maior ou menor pluviosidade; tipo de adubação, se o

corte é ou não mecanizado; teor de P205 no caldo, entre outro fatores de menor

importância.

Auxiliares de decantação – os principais auxiliares de decantação:

Acido fosfórico - Quanto maior o teor de P205 inorgânico no caldo, melhor é a

eficiência de clarificação do caldo.

Durante a calagem o fosfato de cálcio precipita-se garantindo uma carga positiva

que neutraliza a carga negativa das proteínas e outras partículas absorvidas na superfície

cristal ―formado‖. A adição de fosfato ao caldo deve ser feita sempre antes da adição do

leito da cal.

Deve manter um teor de P205 da ordem de 30 – 50 ppm no caldo clarificado.

87

Floculantes – Teoricamente os floculantes participam do terceiro estágio da

clarificação, que é o agrupamento dos flocos formado (floculação secundária).

A eficiência do floculante depende: do grau da hidrólise; do peso molécular; da

carga elétrica; cuidado no preparo; dosagem e adição de NaOH elevando o pH da solução

do polímero (pH=9,0 ) é sempre benéfica.

Considerações técnicas para melhoria do processo da purificação do açúcar -

Entendemos que devemos adicionar aos elementos básicos fundamentais um bom

controle sanitário, pela influência que o mesmo representa na recuperação de açúcar e

álcool.

Com introdução da mecanização no campo, a cana chega à usina com seu estado

sanitário comprometido: - se a isto unirmos o atraso desde o corte até a moagem;

- efeito de altas temperaturas da região;

- chuvas;

-canas queimadas; etc.

são fatores que causam deteriorização das canas mediante um rápido desenvolvimento

bacteriano.

Por este motivo, é que devemos ter todo o sistema de extração do caldo nas

melhores condições sanitárias possíveis, com limpezas periódicas a base de vapor e água

quente (a cada 4 horas é o ideal).

Clarificação - Uma boa clarificação pode ser obtida com um apropriado controle de pH

resultante de uma alcalinização correta; controle de temperatura correta e constante;

velocidade correta do caldo através dos clarificadores; separação rápida do lodo; uso

correto de agentes auxiliares de clarificação, como são os floculantes, usando o tipo mais

apropriado e em forma correta; evitar a formação de gases no seio dos clarificadores

mediante uma apropriada distribuição do caldo e uma correta extração de gases.

Mencionamos, o conceito de canas sadias, pois quando processamos canas

deteriorada se torna difícil a operação de clarificação e as subseqüentes etapas do

processo de fabricação de açúcar.

Escala do pH na fabricação

Demerara Cristal VHP

Sulfitação x 3,8 a 4,2 x

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Mexedeiras 7,5 a 7,6 7,2 a 7,4 7,5

Decantação 7,0 a 7,2 6,8 7,0

Cachaça 7,5 a 7,8 7,5 a 7,8 x

Filtro x 6,6 x

Xarope 6,5 a 6,6 6,5 6,5

Flotador x 6,5 a 6,7 x

Massa Cozida 6,6 6,5 6,5

Mel Final 5,8 5,7 5,8

Observação: O pH exato da calagem do caldo varia com a sua composição.

Colóides - O precipitado de fosfato de cálcio é floculante e remove certos colóides por

adsorção e que ao sedimentar-se arrasta outros colóides que se acham em suspensão. As

reações são aceleradas por ocasião do aquecimento, devido à desidratação,

posteriormente pode ter lugar, a precipitação de colóides. As partículas de tamanho

coloidal devido a sua atividade superficial, atuam fisicamente sem proporção. Com relação

ao caldo de cana, os efeitos físicos serão altamente prejudicados à clarificação.

Os colóides tendem a aumentar a hidratação das partículas, tornando-as de caráter

gelatinoso, que vagarosamente decantam. Se os colóides não forem eliminados dos

caldos, eles podem aumentar a viscosidade dos xaropes, méis e massas cozidas,

dificultando o processo de pulga, favorecendo a formação de espuma, aumentando a cor e

conseqüentemente, diminuindo o rendimento de cristalização do açúcar.

Os colóides do caldo da cana são de dois tipos: liofílicos e liofóbicos.

- Liofilicos. São em geral orgânicos que como o nome diz, por ser amigo dos

líquidos, possui um alto grau de hidratação (solvatização inchamento) e alto grau de

viscosidade.

- Liofóbicos, ao contrário dos outros, são menos volumosos (menos hidratados)

formando dispersão pouco estáveis, possuindo pequena viscosidade.

No caldo da cana, as principais substâncias que liofílicas que existem são: as

pectinas, as pentosanas e as proteínas.

Entre as substâncias liofóbicas estão incluídas: as gorduras, as ceras, as partículas

de solo e materiais estranhos provenientes do esmagamento das canas.

89

Se o cuidado sanitário das moendas não for o melhor, naturalmente haverá uma

infestação microbiológica que dará origem a colóides adicionais liofílicos de caráter

musilaginoso, tais como: as glucosanas e levulosanas.

Fazer-se a determinação do percentual de colóides imediatamente antes e

imediatamente depois da decantação, não indica de uma melhor remoção, de vez que, por

ocasião da precipitação dos mais inorgânicos e na decomposição de substâncias

orgânicas, no próprio processo de clarificação pode haver formação coloidal. Daí porque a

quantificação no caldo decantado, com relação ao caldo misturado, não nos dá uma idéia

precisa do grau de eliminação.

Classificação dos colóides - Os colóides dividem-se em: reversíveis e irreversíveis. Os

reversíveis são aqueles que, quando precipitados podem facilmente redispersar-se em

estado coloidal. Os colóides provenientes de canas deterioradas e os provenientes da

ação bacteriosa são quase na generalidade, colóides reversíveis.

A maioria das partículas coloidais é negativa, elas se repelem e tornando-se difícil a

sedimentação. Tão importante quanto a carga elétrica é o de hidratação dos colóides

liofílicos, podem estas, coagular-se por desidratação, tal como se origina pelo

aquecimento. É necessário introduzir de cátions polivalentes para dar as particulares

cargas positivas. As cargas das particulares de fosfato de cálcio são negativas daí não se

esperar que essas partículas se separem por adsorção, alguma quantidade negativa do

caldo. A separação dos colóides que se efetuam durante a clarificação, se deve

principalmente a ação do calor e das variações químicas. Devido à ação do calor, as

albuminas se desidratam, se desnaturalizam e se coagulam. Sendo esta a ação

responsável por considerável parte da clarificação dos caldos. Proteínas que tenham uma

parte isoelétrica, acima do correspondente ao caldo cru, podem ser igualmente coaguladas

e precipitadas devido à variação do pH. As pectinas se decompõem pela ação da cal,

precipitam-se em forma de acetato de cálcio e logo eliminadas.

Sais de ferro - São de pouca importância para os produtores de branco, uma vez que,

sendo o trabalho conduzido em meio ácido, devido a substâncias redutoras que

anteriormente foram adicionadas no caldo (SO2 ou hidrosulfito de sódio) impessam que os

novos sais de ferro que se `referem atinjam os açúcares.

90

Produtos corantes devido ao superaquecimento (Caramelização) - Nas usinas

atuais, o escurecimento causado pelo caramelização, é facilmente evitado, isto porque a

caramelização só se forma em temperaturas superiores a 145º C. Desde que os aparelhos

de cozimento trabalham com suas superfícies de aquecimento (no caso das serpentinas)

livres de incrustações e que os espelhos superiores das calandras sejam côncavos,

dificilmente teremos o fenômeno de caramelização, trabalhando-se com o vazio normal.

Entretanto, o mesmo não acontecia no tempo onde os cozimentos eram conduzidos com

fogo direto em aparelhos abertos.

Finalmente, para completar esta parte sobre substâncias corantes, convém lembrar

que no início das safras, os primeiros cozimentos fornecem açúcar amarelo devido, a

impurezas em suspensão nos caldos, por deficiência de limpeza nos aparelhos e

tubulações; e não a certas substâncias corantes insolúveis ou sais de ferro, como

anteriormente se acreditava.

Fermentações que podem ocorrer - Diferentes fermentações podem ocorrer nas usinas

as quais devem ser impedidas, especialmente nas fábricas de açúcar branco, onde a

temperatura, reação e a concentração, favorecem a maior ou menor intensidade da

fermentação. Por outro lado, além de destruir a sacarose (aumento das perdas

indeterminadas), no caso do branco, é de escurecer o açúcar, tira o brilho do cristal. As

usinas de açúcar podem apresentar as seguintes fermentações: Dextrina, láctica,

butírica, alcoólica e espumosa.

Dextrina - Quase todas as canas, principalmente aquelas que ainda não atingiram a seu

ponto de maturação são veículos de microorganismos, chamado ―Leuconostos

Mesenteróides‖, transformando o açúcar em uma substância gelatinosa formada quase

exclusivamente de dextrina. Este fenômeno é acompanhado de ácido láctico e acético.

Esses microorganismos propagam-se melhor em meio alcalino e são bactérias

termófilas. Entretanto, são facilmente combatidas, usando-se o hipoclorito de sódio nas

moendas ou outras substâncias específicas.

Fermentação láctica - Todos os açúcares que se encontram no caldo de cana podem ser

atacados pelos produtores de ácidos lácticos. Segundo os autores, a fermentação láctica

ocorre mais freqüentemente nas usinas que usam o processo de carbonatação, ou em

91

caldos decantados, ligeiramente ácidos e postos a esfriar durante um tempo longo. Porém,

a fermentação láctica segundo OWENS, é facilmente contida elevando-se a temperatura

das soluções sacarinas, acima de 70º C.

Fermentação butírica - A fermentação butírica, segundo OWENS, é feita e notada nas

soluções diluídas de açúcares, principalmente nas águas de lavagem dos tanques de

caldo, xaropes e méis. Tem um cheiro penetrante, muito parecido ao da manteiga rançosa.

Geralmente notamos a fermentação butírica, nas proximidades das usinas. A

fermentação butírica não ocorre nos caldos nem tão pouco nos líquidos de alta

concentração tais como: xarope e méis.

Fermentação alcoólica - Este tipo de fermentação raramente existe nas usinas,

espontaneamente. É, entretanto, conseguida artificialmente, em soluções diluídas de méis,

para a fabricação de álcool.

Fermentação espumosa - Concluindo, citaremos ainda aquela que geralmente chamam

de ―fermentação espumosa‖, muito semelhante a uma fermentação normal, com a

diferença que esta somente há em altas temperaturas, em virtude da decomposição dos

sais de cálcio originados pela decomposição espontânea dos sais de ―glucose‖, por

conseguinte, os microorganismos não estão presentes a esta decomposição.

Em virtude do grande desprendimento de CO2, resultante dessa decomposição,

provoca às vezes o transbordo dos cristalizadores e malaxeur, com considerável elevação

de temperatura.

A possibilidade de aparição de fermentação espumosa é o motivo adicional da

constante vigilância a fim de evitar desnecessariamente decomposição de açúcares

redutores.

Ácidos orgânicos - A quantidade destes corpos depende do estado de saturação da

cana. São eles: ácidos glicólico, oxálico, málico, sucínico e outros e quando as canas têm

passado da sua maturação ou cortadas há tempo, encontramos o ácido acético.

Cinzas - O conteúdo de cinzas no caldo é muito pequeno e o potássio constitui quase 50%

dessas cinzas. Durante a alcalinização, o K se separa em parte em estado livre e a outra

92

parte forma sulfito quando o caldo é sulfitado. Quando em presença de combinações

solúveis de cálcio com ácidos orgânicos, os sais solúveis de potássio já mencionados, se

decompõe em quase sua totalidade, formando sais orgânicos de K e sulfito de cálcio

insolúvel.

Pectinas e gomas - A pectina se precipita pela cal somente em parte, sendo que as

gomas não se precipitam. Porém, quando no processo de sulfitação, onde usamos uma

maior quantidade de cal, quase que a eliminamos totalmente. Devido a este feito devemos

atribuir uma maior filtrabilidade dos caldos.

Influência dos ácidos sobre os componentes da cana - Como não usamos os ácidos

na fabricação do açúcar sob a forma de cristal, apenas estudaremos a influência dos

ácidos diluídos.

Sacarose - Os ácidos hidrolisam a sacarose, desdobrando-a em glicose e levulose,

principalmente a quente. A sacarose que anteriormente era dextro-rotatória perde esta

propriedade e se torna levo-rotatório.

Devido a isto, o fenômeno chama-se inversão e os açúcares formados se designam

como açúcares invertidos. Nas usinas o estudo das inversões deve ser cuidadosamente

observado, mormente quando fabricamos o branco de consumo direto, pois, poderá

ocasionar perdas indeterminadas demasiado altas. Como já tivemos oportunidade de

dizer, a hidrólise depende da natureza e a concentração do ácido e da maior ou menor

temperatura.

O ácido nítrico e o clorídrico são os que mais rapidamente invertem, enquanto que

na força invertida dos ácidos orgânicos é mais fraca.

Glucose - Os ácidos diluídos exercem pequenos efeitos sobre a ―glucose‖, embora

modifiquem fortemente o poder rotatório da levulose, sempre que se aqueça uma solução

deste açúcar em presença do ácido.

A glucose quando aquecida temperaturas superiores a 100 ºC toma cor escura, tal

como ocorre com a sacarose.

93

Ácidos orgânicos, cinzas, albuminas, pectinas e gomas - A ação dos ácidos diluídos

sobre estes elementos constituintes do caldo, é de pouca ou nenhuma consideração.

Substancias corantes da cana - Estas substancias corantes, podemos dividir em dois

grupos:

-1 – Substancias corantes da cana, as inerentes as canas.

a ) As principais são: - Clorofila

- Antocianina,

- Saretina.

- 2 – Substancias corantes químicas :

a ) As que se formam,

b ) As que se podem formar no processo de fabricação.

Clorofila – A clorofila contida nas células do córtex da haste é de pouca importância na

manipulação do açúcar branco, uma vez que a encontramos em suspensão, por ser

insolúvel no caldo e na água.

Sua eliminação se faz por filtração, tal qual a que se procede para o bagacinho ou a

areia que vem com a cana, não afetando a cor do açúcar até o final do processo.

Antocianina - A antocianina responsável pela cor secundária do córtex da cana é, ao

contrário da clorofila, muito solúvel na água e possui intensa força corante. É precipitada

completamente pela cal, de sorte que, as condições locais permitirem usar quantidade

maior de cal teoricamente ela não ocasionará mais inconvenientes na fabricação do

açúcar branco. Porém, como a percentagem da antocianina depende da maior ou menor

coloração da cana, praticamente, isto é, em escala industrial, torna-se impossível eliminá-

la completamente. Nem o uso da sulfitação será capaz de descorá-la mesmo

temporariamente.

Dizem, aqueles que têm experiência do processo da carbonatação, que este, em

virtude de excesso de cal com que se trabalha, ser o único meio de eliminá-la.

Capitulo IX

94

FILTRAÇÃO

O departamento de filtros é responsável pelo funcionamento do decantador cujo

desempenho reflete na qualidade do açúcar e esgotamento da fabricação.

A cachaça o material decantado contêm de 5 a 10% de sólidos insolúveis, é enviado

para o filtro rotativo a vácuo para remoção do material insolúvel e para lavar o caldo

contido nele. Este caldo filtrado, juntamente com as lavagens retorna e junta-se ao caldo

misto que segue para o processo de purificação do caldo.

O filtro é constituído de um tambor rotativo apoiado em dois cabeçotes. A parte

inferior do tambor está imersa no cocho de lodo do decantador misturado com o bagacilho.

Este é usado como meio filtrante, na ordem de 6 a 8 kg por tonelada de cana. O tambor é

constituído de seções de filtração independentes, cobertas por tela perfurada, usualmente

em aço inox, dotado de furos de formato tronco cone com diâmetro menor voltado para o

lado da pasta. Cada uma das seções está ligada, individualmente, por uma tubulação ao

cabeçote e este ao sistema de vazio. O cabeçote é dotado de três setores: um sem

comunicação com o vazio porem em comunicação com a atmosfera, neste se faz o corte

da torta; o segundo onde reina um pequeno vazio variando de 10 a 25 cm de mercúrio,

onde se faz o pega da pasta a ser filtrada e finalmente o terceiro setor onde existe um

vazio maior, na ordem de 25 a 50 cm de mercúrio onde processa a extração dos sólidos

contidas na pasta a ser filtrada.

O filtro funciona girando uma volta em dez minutos a um volta em três minutos.

Quando o filtro gira, entra neste momento na seção de baixo vazio, que é a seção por

onde começa a entrar na pasta onde ocorre a aspiração do líquido, ficando retido na tela, o

bagacilho e as substâncias em suspensão. A tela é coberta por uma ou mais camada de

torta, passando em seguida ao setor de grande vazio. Aumenta-se a aspiração, a

resistência oferecida pela torta cresce com a espessura. O caldo que passa é filtrado de

uma maneira mais eficiente, por suas próprias impurezas e pelo o bagaço que o contêm,

que assim fornecem uma superfície filtrante necessária, acumulada sobre o tambor. A torta

continua a se espessar, até que a seção emirja do líquido. Após a formação da torta sobre

o cilindro do filtro, com uma espessura conveniente, aplica-se água quente pulverizada,

95

isto é, a lavagem. O vazio aspira lentamente a água. O empobrecimento da torta é eficaz,

porém o Brix do caldo aspirado pelo vazio de alta é ligeiramente inferior ao do caldo do

vazio de baixa. Depois da última rampa começa a secagem e a água é aspirada. Ao

entrar novamente no liquido, a seção alcança a raspa que se apóia sobre a tela perfurada.

Neste momento, o distribuidor desliga o vazio, que faz a torta a torta ficar aplicada à tela.

Filtro rotativo a vácuo deve conter - Bomba de ar, peneira para bagacilho, ventilador,

agitador e motor para o acionamento do filtro.

Torta – uma boa torta é seca e porosa, contem de 75 a 80 % de umidade. A quantidade

de torta por tonelada de cana moída varia de 25 a 40 kg, valor esse devido à umidade e ao

bagacilho que contem a torta.

A espessura da torta varia em media de 0,5 a 1,0 cm.

O filtro fornece em media de 60 a 70 kg de torta por m² por hora.

Esgotamento – A torta contêm em media de 1,8 a 2,0% de sacarose, correspondente a

0,1 a 0,4% de sacarose em cana.

Lavagem – A quantidade de água de lavagem que passa ao caldo claro, representa uma

pequena fração de água enviada ao filtro um valor próximo de 20 a 25%. A maior parte fica

retida a torta.A eficiência da lavagem tem maior importância do que a água empregada. A

temperatura da água empregada deve está entre 75 a 80 C

Capacidade – A capacidade de um filtro rotativo é 0,01939 m² por T.C.D

Manutenção - Verificar: as peneiras, a raspa, o vacuômetro, as telas e os bicos

aspersores de água.

Agitador - Tem a finalidade de evitar a sedimentação da cachaça.

Cachaça - A temperatura da cachaça a filtrar deve está entre 85 e 90C. Temperaturas

inferiores a 80C, há possibilidade de obstrução nos furos das telas. O pH é alcalino.

96

Capitulo X

EVAPORAÇÃO

Evaporação (E) - Consiste na eliminação do excesso de água, por vaporização, usando o

vapor d‘água, como fluído de aquecimento, a fim de obter um concentrado, a uma

concentração desejada.

Vaporização (V) - É o fenômeno pelo qual um fluído passa do estado líquido para o

estado de vapor.

Condensação (W) - É o fenômeno pelo qual, o fluído passa do estado de vapor para o

estado líquido.

Concentração (C) - É o percentual, em peso, de sólidos solúveis, contidos em uma

determinada solução.

Concentração inicial (Ci) - É a solução inicial antes de sofrer o processo de evaporação.

Concentração final (Cf) - É o concentrado final, depois de sofrer o processo de

evaporação.

Vapor - É uma fonte de energia universal. Normalmente gerado em caldeiras, utilizando

como fonte de calor a combustão de: óleos, lenha, bagaço, gases, etc.

Vapor saturado - É produzido em contato com a água e por isso contam sempre uma

certa quantidade de partículas d‘água. Contendo umidade, torna-se um bom condutor de

calor, goza da propriedade de, sendo constantes a temperatura da água e do vapor, ser

97

sua força elástica sempre a mesma, qualquer seja o volume ocupado. É bom condutor de

calor.

Vapor super-aquecido - Resulta de um superaquecimento do vapor saturado em super-

aquecedores, tornando-se seco, isto se verifica a uma temperatura mais alta que a

temperatura sob a qual é saturado. Não possuindo umidade não é bom condutor de calor.

Título do vapor - O título x de um vapor é a quantidade de vapor seco que contém a

umidade de peso deste vapor. Um vapor com título x = 0,95, contém 95% de vapor e 5%

de água arrastada.

Volume de vapor - É o espaço ocupado por um certo peso de vapor a uma dada

pressão.

Entalpia - É o calor que entra na formação do vapor, considerando-se como ponto de

partida a fase líquida na zona de saturação a zero grau centígrado.

Entalpia é dada por: H = U + P.V

Onde H = entalpia

U = energia

P = pressão do fluído

V = volume do fluído

Variação de entalpia - Calcula-se a variação de entalpia, quando ocorre uma variação de

temperatura:

Q = Mc (tf - ti)

Calor - É a energia em movimento.

- É a energia que atravessa as fronteiras de um sistema fechado provocada pela

diferença de temperatura.

- O calor flui do quente para o frio.

Calor sensível - É a quantidade de calor recebido ou cedido pela água, produzindo

variação em sua temperatura.

98

Calcula-se a quantidade de calor sensível pela equação:

Q = m . c (tf - ti)

Onde: m = massa d‘água

c = calor específico da água

tf = temperatura final.

ti = temperatura inicial

Sempre que a água cede calor sensível, sua temperatura baixa, e quando recebe

calor sensível, sua temperatura se eleva.

Calor latente - De vaporização da água, é a quantidade de calor recebido pela água para

passar do estado líquido ao estado de vapor, sem variação de temperatura.

- É o valor necessário à mudança de estado sem variação de temperatura.

Calor total - É a soma do calor latente mais o calor sensível, lembramos que a maior

quantidade do calor total do vapor é calor latente. Exemplo: Pressão a 2,0 kg /m2 cada,

temperatura de 119,6ºC, calor sensível 119,6 cal calor latente 527,0 cal e o calor total =

119,6 + 527,0 = 646,9 cal

Elevação do ponto de ebulição = E.P.E = É a diferença da temperatura de ebulição do

evaporado, e a temperatura da solução da solução a mesma pressão.

A elevação do ponto d ebulição - e.p.c. - varia de acordo com cada tipo de solução.

A elevação do ponto de ebulição nos evaporadores se deve a duas causas:

- A concentração do caldo,

- A carga hidrostática nos tubos.

O caldo da cana de açúcar entra em ebulição a maior temperatura do que a água a

mesma pressão absoluta ( lei Raoult ), portanto a temperatura do caldo em uma caixa de

evaporação é maior do que a do vapor que sai dela.

A elevação do ponto de ebulição depende do:

- Brix,

- Pureza,

- Temperatura absoluta.

e para um Brix e pureza conhecida, é aplicada a regra de Duhring.

99

Thieme, tem fornecido valores da e.p.e. para soluções impuras do açúcar da cana

a pressão atmosférica e Othmar y Silvis, calculou um nomograma com correções

necessárias para qualquer pressão.

A elevação da temperatura modificará a temperatura efetiva do evaporador e para

um quádruplo efeito isto varia de 1º F na primeira caixa e de 5º F na ultima.

A pressão hidrostática também causa aumento na temperatura sendo máximo na

parte inferior da caixa evaporadora.

A temperatura de ebulição de qualquer solução é sempre maior do que a

temperatura de ebulição do evaporado a mesma pressão. O vapor que desprende-se

desta solução condensará na temperatura de saturação que é de 100º C.

Salto térmico - É a diferença entre a temperatura do vapor na primeira calandra e a

temperatura de vapor no último corpo, de um múltiplo-efeito.

T = Ti - Tf

As melhores condições evaporativas é quando T for igual ou superior a 15ºC.

Temperatura - É a propriedade que determina, quando dois sistemas estão ou não em

equilíbrio térmico.

- É a intensidade de calor indicada pelo termômetro.

- E estado de frio ou calor, de umidade ou secura do ar. Grau de calor ou

frio de um corpo ou de um lugar.

- A temperatura de um corpo é o seu estado térmico, considerado em

relação a sua capacidade de transferir calor a outros corpos.

- A temperatura é uma medida de energia cinética média de translação

de uma molécula.

- Temperatura é a sensação do quente e do frio.

- As temperaturas são lidas com o auxílio de alguma escala

termométrica.

Golpe de Ariete - É o golpe provocado por líquidos como a água condensado, nas

tubulações que carregada pela pressão de vapor, com velocidade altíssima, provocando

danificações nas válvulas, tubulações e equipamentos.

100

Pressão - É a razão entre a componente normal de uma força e a área em que ela atua,

isto é, a força por unidade de superfície.

P = F

S

Queda de pressão - A queda de pressão do vapor é devido ao atrito e condensação

entre dois pontos na tabulação.

Pressão atmosférica - É a pressão que exerce a atmosfera equivalente a 1(um) kg/cm2.

Pressão manométrica - É qualquer pressão acima de pressão atmosférica. É a pressão

registrada ou lida nos manômetros.

Pressão absoluta - É a pressão manométrica mais a pressão atmosférica.

Vácuo - É a pressão inferior a uma atmosfera. É mantida através de vacuômetro.

Tipos de Evaporadores - Existem vários projetos e desenhos de caixas evaporadoras.

Tais como os tipos convencionais, CEREP, S.B.F, compacta, película ascendente e as de

película descendente etc.

Evaporadores – Os evaporadores de caldo são do tipo tubular, calandra, película

descendente, placas, e empregam vapor saturado, com temperatura igual ou inferior a 125

C, como meio de aquecimento..

Calandra - É a parte principal de uma caixa evaporadora, funcionando como fonte

geradora de vapor. Composta de dois espelhos, um tubo central, cilíndrico, construído em

chapa de 9 a 12,7 mm e um costado construído em chapas em aço carbono.

Os espelhos são placas planas, totalmente perfurado, construídos em aço carbono,

ferro fundido, inox, latão ou cobre, formato geralmente circular cuja espessura variando de

25,4 á 38,1 mm. Cada furo, dá lugar a colocação de um tubo. A superfície lateral

construída em chapa de aço carbono com espessura variando de 12,7 mm á 19,05 mm.

101

A área de aquecimento é em função da superfície lateral dos n tubos que forma o

feixe tubular, medida interna. A superfície interna de aquecimento é dada por: S =

Di.L.n.

Onde: S = superfície de aquecimento e

N = número de tubos que compõe o feixe tubular.

Di = diâmetro interno dos tubos em metros

L = comprimento dos tubos em metros.

Na calandra o vapor circula pela área externa do feixe tubular e a solução a

evaporar, circula pela área interna dos tubos; enquanto que nas calandras dotadas de

tubos horizontais, o vapor circula pela área interna dos tubos e a solução pela área externa

dos tubos.

Os tubos que compõem o feixe tubular têm diâmetro externo que variam de 32 á

50,8 mm. podendo ser com ou sem costura e espessura variando de 2,65 a 3,2 mm, os de

aço carbono e de 1,0 á 1,6 mm os de aço inox, latão ou cobre. O comprimento é variável.

Os tubos das caixas convencionais chegam até 4.500 mm, com excelente taxa de

evaporação, no ordem de 42%, só as caixas S.B-F As caixas especiais, tipo Kestner e

nas de película descendente tem comprimento acima de 4.500 mm.

O comprimento real do tubo é ligeiramente maior do que a altura da calandra, -

variando de 2 mm á 5 mm -, para melhor fixá-los ao espelhos superior e inferior.

Os tubos de aço inox, podendo ser o 304 ou o 444, tem custo aquisitivo mais

elevado do que os de aço carbono. Os de inox 444 tem valor aquisitivo inferior aos de inox

304 porem mais elevado que os de aço carbono. Como a vida útil dos de aço inox, 304 e

444, é bem maior do que os de aço carbono, na ordem de quatro ou cinco vezes e

acrescentando o custo da mão de obra para sua substituição e que o seu coeficiente de

transmissão de calor é maior que o de aço carbono é recomendável à opção para

instalação dos de aço inox..

A distancia entre dois tubos chama-se passo. O passo tem como distancia mínima

de 52 mm e a máxima é função do diâmetro e do projeto da caixa evaporadora. Os tubos

são distribuídos na forma triangular ou quinconcio que é a mais econômica.

A calandra é dotada de pontos para extração dos gases incondensáveis, e das

águas condensada, alem do ponto ou dos pontos de alimentação do vapor que são

locados em pontos estratégicos.

102

Vantagem do múltiplo efeito - Sabemos que teoricamente que para um kg de vapor

evapora um kg de água sob a forma de vapor.

Usa-se vapor saturado, como fluido de aquecimento.

O evaporado de um efeito, é usado como fonte de calor para a calandra do efeito

seguinte, e assim sucessivamente até a calandra do último efeito, e o evaporado deste

último efeito é condensado no condensador.

Princípios de Rillieux –O aparelho Rillieux está baseado no aproveitamento do calor

latente que produz o caldo de cana ou beterraba, para concentrar e cristalizar. Deste

modo, se utiliza uma considerável quantidade de calor, que em aparelhos abertos.

Rillieux projetou uma primeira caixa bem ampla, de tal maneira que parte do seu

vapor vegetal retornava para a calandra dessa mesma caixa e o restante para a calandra

da segunda caixa do tríplice efeito.

Desta maneira, Rillieux aproveitava a grande diferença entre a temperatura do

vapor da primeira calandra e a do caldo ou xarope em ebulição na caixa mais próxima do

condensador. A diferença entre o vapor da primeira calandra e o caldo em ebulição se

utiliza uma bomba de ar ajudada por uma circulação de água fria para que produza um

vazio de 600 mm de mercúrio, será aproximadamente de 60ºC. Esta diferença é ainda

maior se a instalação é um mono-evaporador.

A diferença de temperatura para se conseguir a ebulição é menor para caldos

diluídos que para caldos concentrados. Como um kg de vapor evapora tantos quilos de

água quantas são a quantidade de caixas evaporadoras do conjunto, concluímos que um

tríplice é mais econômico que um duplo e um quádruplo mais econômico que um tríplice e

assim por diante. Porém, como a distribuição da temperatura total a várias calandras não

pode ser infinita, na indústria açucareira, onde o quíntuplo-efeito representa o limite

máximo.

Os métodos utilizados nos cálculos dos evaporadores para selecionar o aparelho

ideal para uma determinada tarefa e obter um ótimo rendimento, temos a considerar os

seguintes princípios:

Primeiro princípio - Estabelece que um quilo de vapor evaporará tantos quilos de água

sob a forma de vapor quanto forem os efeitos.

103

Teríamos o consumo teórico, para:

Mono Efeito -............ um kg de vapor evapora um kg de água

Duplo Efeito - ...........um kg de vapor evapora dois kg de água

Triplo Efeito - ...........um kg de vapor evapora três kg de água

Quádruplo Efeito -.... um kg de vapor evapora quatro kg de água

Enésimo Efeito -....... um kg de vapor evapora n kg de água

Tais valores não são rigorosamente corretos, como veremos mais adiante, mas o

suficiente necessários para os cálculos de rotina.

Verifica-se que o consumo de vapor se restringe apenas ao primeiro efeito.

Ao estabelecer este princípio, não se levou em conta a temperatura da solução a

entrada de cada efeito, pois a partir do segundo efeito, ocorre sempre um flash, onde as

temperaturas de ebulição diminuem gradativamente, mas atingindo um mínimo no último

efeito.

Segundo princípio - A sangria do evaporado, de qualquer unidade de um múltiplo efeito é

para ser usada em outros fins da fábrica, quando o excesso desse vapor é utilizado

racionalmente, conduz uma economia de vapor. Se extrairmos tantos quilos do evaporado

de qualquer caixa evaporadora do múltiplo efeito, para ser usada no processo, o vapor

logrado equivalerá a quantidade de vapor extraído, dividido pelo numero de unidades que

contenha o sistema multiplicada pela posição que ocupa no grupo a unidade que entrai o

vapor.

Terceiro princípio - Em toda caixa no qual se condensa vapor, é necessário extrair

continuamente os gases incondensáveis, que ficam na calandra e via de regra, ficam

próximo à superfície superior da calandra. São gases frios que reduz a taxa de

transferência de calor.

Observação – É importante observar que a capacidade de evaporação de um efeito num

múltiplo efeito fica limitada pelo consumo do vapor do efeito seguinte.

Nas determinações das superfícies de aquecimento individuais dos evaporadores que compõe o múltiplo efeito, deve ser levado em conta o consumo de vapor vegetal para os aquecedores, tachos e outros fins.

104

Temperatura do vapor na primeira calandra - É determinada pela pressão do vapor

servido disponível, ou do vapor saturado rebaixado e em função das condições químicas e

físicas da solução a ser concentrada.

Temperatura do vapor no corpo do último efeito - Não é aconselhável operar o último

efeito de um conjunto evaporador a temperatura inferior a 51,5 ºC, ou pressão de vácuo a

0,136 kg/cm2 ou 26‖ de Hg na câmara de vapor deste efeito, devido à baixa transferência

de calor, principalmente quando se concentra solução de alta viscosidade.

Evaporação ao ar livre e ao vazio – A concentração de caldo de cana ou beterraba, se

fazia em caldeiras abertas e fogo direto. Em geral a bateria aberta consistia de três corpos

que recebiam fogo direto e o caldo passava de uma a outra, manualmente, por meio de

uma concha grande. A terceira unidade era onde se efetuava a concentração final. Como é

fácil de compreender, a ebulição se processando a pressão atmosférica por um lado e por

outro a elevação de ponto de ebulição devido ao aumento de densidade e mais ainda a

ação nociva do fogo direto, eram fatores adversos à molécula de sacarose que em grande

parte se invertia e também proporcionava a caramelização.

Um grande avanço foi o uso do vapor, primeiro em aparelhos de duplo fundo,

camisa de vapor, e após em serpentinas para a evaporação das soluções sacarinas à

pressão atmosférica. Depois apareceu a evaporação com o sistema a vacuo, a qual se

baseava nos princípios físicos do abaixamento do ponto de ebulição quando se baixava a

tensão superficial. Sabemos que a água ferve a 100ºC ao nível do mar, porém, se há

sacarose dissolvida, há uma elevação no ponto de ebulição, muito embora os vapores

desprendidos continuem tendo a mesma temperatura que se evaporasse a água apenas.

Os pontos de ebulição das soluções de sacarose são os seguintes:

a 10% a 30% a 50% a 60% a 91% .

100.4ºC 101ºC 102ºC 103ºC 130ºC

A solubilidade da sacarose em água, de acordo com a temperatura da água,

obedece às seguintes proporções: a 25ºC - 67.89%; a 50ºC - 72.25%; e a 70ºC - 76.22%.

105

Influi sobre o ponto de ebulição a carga hidrostática, de modo que tanto mais altura

tenha o recipiente, tanto mais temperatura terá as proporções anteriores.Também a

viscosidade influi na elevação da temperatura do ponto de ebulição, devido à resistência

aos vapores desprendidos produzindo certa pressão e também devido à má circulação.

Evaporadores em múltiplos efeitos - Devem-se a Howard no campo teórico, e a Rillieux

no campo prático, a idéia de aproveitar o vapor produzido em um efeito (vaso), para a

calefação do efeito imediato; substituindo a queda de temperatura do fluído calefator por

um aumento progressivo no vazio, de tal forma que a evaporação se produza igualmente

em cada um dos efeitos - (corpos ou caixa).

O seu emprego estriba-se na economia de vapor e mínima destruição de sacarose

por inversão e caramelização. A economia de vapor segundo o número de feitos será de:

50 % em duplo efeito, 66% em tríplice efeito e 75 % em quádruplo efeito, naturalmente

comparando com um mono-efeito. Esquematicamente, poderíamos demonstrar essas

economias do seguinte modo:

Em geral, nas usinas de açúcar de cana, limitamos o número de efeitos a quatro,

porque é o conjunto ideal de evaporadores, que permite uma queda ideal da temperatura

do vapor de escape.

Para determinar a queda de temperatura, devemos usar a tábua das propriedades

do vapor saturado, calculamos através das quedas normais de P, T, e λ, ou seja:

pressão,temperatura e calor latente que adiante transcrevemos.

Evaporação total e parcial. Queda total e parcial – Evaporação total se calcula

conhecendo o Brix do caldo que entra no primeiro corpo e o Brix do xarope que flui do

último corpo, dado pela fórmula:

100 (Brix do xarope - Brix do caldo) = % de evaporação

Brix do xarope

A evaporação parcial se obtém, aplicando a fórmula supra, ao caldo na entrada e

saída de uma mesma caixa.

Para queda de temperatura total se entende a diferença que há entre a temperatura

do vapor que entra na primeira caixa e a temperatura do vapor que vai ao condensador.

106

Por quedas parciais se entende, a diferença de temperatura do vapor na calandra e

a evaporação que produz a mesma caixa. A esta última se chama queda aparente de

temperatura.

Circulação de vapores - O vapor de escape se injeta na calandra da primeira caixa e a

evaporação desta serve de fluido aquecimento da calandra da segunda caixa e assim

sucessivamente; sendo que a evaporação da última caixa segue ao condensador. Para

que haja evaporação é necessário que haja condensação; daí, porque tanto mais próximo

do ponto de condensação esteja o fluido de aquecimento tanto mais rápida é a evaporação

e o contrário se verifica quando aplicamos como fluído de aquecimento o vapor super

aquecido.

A quantidade de água evaporada é aproximadamente igual à quantidade de água

condensada. Como ocorrem perdas por irradiação, a quantidade de água evaporada é um

pouco menor que a quantidade do vapor condensado. A temperatura do vapor

condensado (água condensada) deve ser próxima a do líquido que ferve e o qual produz

este vapor (princípio de WATT).

Visto os princípios anteriores que consideramos essenciais, diremos que o caldo da

primeira caixa proveniente do tanque de caldo clarificado em forma contínua, e ao perder

uma quantidade de água igual ao vapor que vai à segunda caixa passa também em forma

contínua a este, do segundo ao terceiro e do terceiro ao quarto, e a diminuição em volume

é igual ao volume de água que se evapora em cada vaso.

A altura do caldo nos tubos deve ser de um terço da altura destes, muito embora

dando-nos a impressão de ser a do nível da primeira luneta de cada caixa, devido à

ebulição, levantando o caldo duas terça partes ou algo mais, banhando toda superfície de

aquecimento. A circulação do caldo na calandra tem lugar, subindo pelos tubos laterais e

descendo pelo tubo central. Por este motivo, deve ser distribuído na face inferior do

espelho inferior, e extraído o caldo na parte inferior do tubo central.

A alimentação do vapor em cada caixa é mais efetiva, se faz em forma bilateral, isto

é, duas entradas de vapor diametralmente opostas. Os incondensáveis como ar e gases

amoniacais, são de densidade distinta do vapor, daí porque os extratores ou auxiliares de

gases incondensáveis devem tomá-los na superfície do espelho superior e próximo do

espelho inferior. Os auxiliares devem ir diretamente de um vaso ao seguinte, porque de

107

modo contrário o volume de gases incondensáveis mais os dos condensáveis causariam

prejuízo sensível à bomba de ar.

As águas condensadas se extraem por meio de bombas ou sifões de pressão, no

primeiro e segundo corpo, e por sifões barométricos nos dois últimos corpos do quádruplo-

efeito. As calandras devem trabalhar completamente livre de água condensada. A água de

condensação das primeiras caixas se usa para alimentar as caldeiras de vapor e os dois

últimos para imbibição: nas moendas, filtros, turbinas de açúcar, diluição de méis, etc.

Perdas de sacarose por arrasto - Podem ocorrer quando o aparelho está trabalhando

com o nível alto, ou quando é mal desenhada, ou má projetada ou mal construída. A altura

desde o aparelho superior até a cúpula, sem contar com esta, deve ser pelo menos de

duas e meia vezes o comprimento dos tubos. Não obstante todas as precauções, todas as

caixas devem estar dotadas de separadores, onde os gases sofrem uma expansão que faz

perder a velocidade e ao mesmo tempo em que os obstáculos que se põem fazem

recuperar as partículas de açúcar mecanicamente conduzidas pelo próprio vapor. É de

maior importância este separador no último corpo.

Os diafragmas de A. Webre, colocados em forma de meia lua e uma altura de um

metro acima do espelho superior, impedem por choque, que as partículas de açúcar

atinjam o domo.

As perdas de sacarose por arrasto, não apenas têm importâncias desde o ponto de

vista da recuperação, como também, evitando acidificar as águas que alimentam as

caldeiras de vapor, evitando por outro lado, corroer o condensador e tubulações.

Os reativos hiper-sensíveis como – naftol e outros, - caíram no desuso, e somente

empregando-se na determinação do pH.

Todas as águas de condensação devem estar acima de pH=7 sem necessidade de

se juntar nenhum neutralizante.

Perdas por inversão - Têm lugar por vários motivos:

1º) - Caldos ácidos

2º) - Calandras descobertas.

Quando o caldo está trabalhando com pH = 7 ou, às vezes, até alcalino diminui esta

perda e, no segundo caso, podemos evitar usando niveladores automáticos de caldo ou

108

exigindo maior vigilância do operador. A investigação está baseada na fórmula do

coeficiente glucósico:

Coeficiente glucósico = Redutores x 100

Sacarose

O aumento máximo de coeficiente glucósico entre o caldo decantado e o xarope, é

de 0,5 ponto.

Operação e problemas com Evaporadores – Os cuidados que devem ter com o

processo evaporativo do múltiplo efeito abordaremos nos seguintes itens:

– Colocar um múltiplo efeito em marcha,

– Termino do trabalho do múltiplo efeito,

– Fatores que alteram o múltiplo efeito,

– Irregularidade do múltiplo efeito,

– Problemas operacionais.

Colocar um aparelho de evaporação em marcha - Compreende as seguintes

operações:

1 - Revisão de todas as válvulas de limpeza e liquidação, que devem ficar

hermeticamente fechadas;

2 - Comunicar as válvulas de vapor umas com as outras, isto é, o primeiro com o

segundo; este com o terceiro; o terceiro com o quarto e finalmente, o quarto com

o condensador;

3 - Encher o tanque da coluna barométrica;

4 - Comunicar a bomba de vazio assim como os dispositivos de extração de águas condensadas;

5 -Ligar a bomba de injeção de água a toda capacidade;

6 -Ligar os extratores de incondensáveis, começando pelo da última caixa.

7 -Ligar a válvula de admissão de caldo à 1ª caixa, deixando o caldo ferver. Da

primeira caixa se passa à segunda, abrindo a chave e assim procederemos com as

demais caixas. Como aquecemos o caldo até próximo a fervura na primeira caixa, pelo

109

aumento de vazio nas demais caixas, se produzirá à ebulição e, quando o caldo salpicar

na primeira luneta da última caixa, abriremos lentamente o vapor de escape na calandra

da primeira caixa.

8 - Fecham-se as válvulas de comunicação de caldo entre as caixas, sem fechar à

válvula da admissão de vapor de escape da primeira caixa.

9 - Inicia-se a concentração do caldo em seguida vai se reduzindo o seu volume;

vamos alimentando a primeira caixa e mantendo o nível aparente da primeira luneta.

Quando o xarope atinge a concentração entre 25 e 30º Bé (dado que pode ser

comprovado tomando-se uma amostra de xarope pelo tubo de prova da última caixa ou

quando o operador tem muita prática conhece pelo salpico do xarope na luneta),

comunica-se a bomba de xarope. Nessas condições, se regula a entrada e saída de cada

vaso, regula-se o vapor definitivamente, graduam-se os extratores de gases

incondensáveis de tal maneira, que por eles não deixe escapar vapor.

Têndo-se niveladores automáticos, o operador tem apenas que atender as

variações da pressão (vapor) e se não houver, o operador terá que atender ao vapor e

níveis de caldo de cada caixa.

Não podemos esquecer que, sendo a altura real do caldo na calandra, de

aproximadamente um terço da altura dos tubos, se por qualquer motivo fecharmos o vapor

da primeira caixa, as calandras apareceriam descobertas. No início, quando ainda com

vapor fechado, devemos apenas cobrir levemente o espelho superior, pois de modo

contrário, isto é, se a altura do nível do caldo for além do espelho superior, ao ligarmos o

vapor, o caldo subirá tanto, que possivelmente haverá condensação.

Término do trabalho do múltiplo efeito – Compreende as seguintes etapas:

1) Fecha-se a válvula de caldo que alimenta a primeira caixa e desde este momento, o

primeiro vaso serve de reservatório para o segundo, fecha-se à válvula de vapor da

primeira caixa, para não incorrer no erro de descobrir as calandras;

2) Fecha-se a válvula que comunica o domo da primeira caixa com a calandra da segunda

e, se administra vapor a esta pela instalação de vapor direto que todos os vasos devem

ter para limpeza;

3) Alimenta-se a segunda caixa com o caldo da primeira caixa, tendo que abrir o quebra

vácuo a fim de que o caixa reservatório não contenha vazio. Sabe-se que a caixa

110

anterior está liquidada pela entrada de ar na posterior. Ato contínuo se começa a lavar a

primeira caixa e inicia-se a tomada de água ou de soda cáustica, procedendo-se assim,

para ganhar tempo na limpeza;

4) A terceira caixa se alimenta com o caldo que está agora na segunda caixa, tendo-se

que repetir todas as operações que fizemos com o primeiro vaso, isto é, fechar a válvula

que comunica o domo da segunda com a calandra da terceira - abrir a válvula de vapor

direto na calandra desta - comunicada com a atmosfera a câmara de vapor vegetal da

segunda, abrindo para isto, a válvula do copo de evaporação (também conhecido com o

nome de quebra vácuo). Quando se esgota o caldo da segunda caixa, se conhece por

uma entrada brusca de ar na terceira caixa;

5) A terceira caixa se liquida da mesma forma que a primeira e a segunda;

6) A quarta caixa se liquida da mesma forma que as anteriores, apenas com a diferença,

que o xarope fornecido por esta, não terá a mesma concentração das anteriores, porque

não devemos correr o risco de trabalharmos com os espelhos superiores descobertos.

O xarope procedente da liquidação da última caixa de um múltiplo efeito terá pelas

razões expostas, um Brix mais baixo que o normal.

Isto, porém, não causará maiores danos, em virtude de seu pequeno volume. A

quantidade que se torne impossível de ser extraída pela bomba, no final do processo, terá

que ser conduzida para o canal de limpeza da fábrica.

Fatores que alteram o múltiplo efeito –São os seguintes fatores:

1 – Calor necessário para elevar a temperatura da solução a ser concentrada, até o

ponto de ebulição no primeiro efeito;

2 – Perdas de calor por condução e irradiação

3 - Perdas de calor na extração das águas condensadas;

4 – Aumento do calor latente do vapora medida que a temperatura decresce.

5 – Baixa do calor especifico da solução que está sendo concentrada, a medida

que esta é concentrada;

6 – Flash – re evaporação – da solução a ser concentrada ao entrar no efeito

seguinte de menor pressão e temperatura;

7 – Flash – re evaporação – das águas condensadas.

Os cinco primeiros fatores contribuem para o decréscimo da evaporação total.

111

Os três últimos fatores contribuem para aumentar a evaporação total.

Irregularidade do múltiplo efeito – Os problemas causados pela má performance da

evaporação pode ter origem entre outras as seguintes causas:

1- Baixa pressão de vapor na primeira calandra.

2- Sangria de vapor insuficiente

3- Temperatura alta e pouca evaporação

4- Pressão boa nos efeitos e pouca evaporação

5- Baixa evaporação e vazio insuficiente;

6- Penetração de ar no sistema, através de fendas ou da porosidade do material.

7- Má drenagem da águas condensadas

8- Má extração dos gases incondensaveis

9- Acumulo de cascalho entre o feixe tubular

10- Incrustações externas e internas do feixe tubular

11- Obstruções nos condutos de águas condensadas

12- Obstruções nos condutos dos gases incondensaveis

13- Bomba de vácuo sub dimensionada e ou má operada

14- Condensador barométrico.

Problemas operacionais – Quando se tem:

1 – vazio baixo e temperatura elevada tem como possíveis problemas:

- Excesso de vapor na calandra anterior;

- Condensador barométrico com temperatura elevada devido a falta d‗água

ou pro queda de vazio;

2 – A presença de excesso de ar e de gases incondensáveis.

3 – Quando a temperatura aumenta e não há evaporação, significa que o múltiplo efeito

necessita de limpezas.

4 – Tipo de espessura das incrustações existentes no interior da tubulação;

5 – Quando se tem nível alto do condensado na calandra, é devido a grande diferença de

pressão ou de vazio entre dois efeitos;

6- Quando se tem queda de taxa de evaporação significa que o múltiplo efeito está

necessitando de limpezas.

112

Tubo central selado –O sistema chamado de Chapman de tubos selados, foi

desenvolvido em Cuba em 1913, e tendo sido modernizados posteriormente para vencer

as dificuldades inerentes dos projetos antigos, isto é, tubo central não é selado. A

instalação do tubo central selado tem obtido valores na ordem de 25 a 50% na capacidade

evaporativa. O caldo é alimentado na seção inferior do evaporador e sua circulação pelo

feixe tubular só circula uma só vez e o caldo após o processo de convecção sai pelo tubo

central, que está completamente selado, e não permite recirculação do caldo.

Precauções necessárias para obter os melhores resultados são as seguintes:

1 - evitar que tenha pouco liquido no feixe tubular, que fique atomizado e forme uma

neblina que não possa deter as precauções normais contra arrastes.

2 - é indispensável que a alimentação se distribua de maneira uniforme em todo o

fundo, para assegurar que nenhuma área da superfície de aquecimento fique seca. A

alimentação irregular poderá levar ao fracasso.

3 - para subir um pouco o nível do caldo se fixa na parte superior do tubo central

menos no ultimo efeito um anel cilíndrico de 100 mm de altura , e neste se fixa um anel de

150 mm,

4 - o nivelamento das caixas é importante.

O tubo central selado garante a troca térmica perfeita, isto é, teoricamente para

cada quilo de vapor que alimenta a caixa evapora a mesma quantidade de vapor.

Gases incondensáveis – São gases inertes e frios que tem a propriedade de reduzir a

taxa de transmissão d calor quando ocorre o acumulo dos mesmos.

Os gases incondensáveis são constituídos de ar e gás carbônico.

Além dos gases contidos no vapor e o contido na solução, outra parte penetra pelas

as juntas, pelas as válvulas e pelos os poros da chapa etc.

Uma camada de 1,0 mm de gases incondensáveis corresponde a uma incrustação

na ordem de 140,0 mm.

A quantidade de gases incondensáveis contido no vapor d‘água em alguns casos

pode a chegar a 7%. Normalmente este valor deve ser calculado na base de 3 a 5%. A

origem da água deve ser levada em conta.

A localização deve ser nas condições desfavoráveis. Normalmente no lado oposto a

entrada do vapor.

113

Existe casos de fugas dos GI através da porosidade do metal ou da solda. O

método da chama detecta estes possíveis vazamentos. Pressão positiva a chama afasta-

se e pressão negativa a chama dirige-se para o costado.

Os gazes incondensáveis influem no fluxo do calor do lado do vapor. Si o vapor

contem GI, este gás se acumulará quando o vapor condessa sobre a superfície da água

formada e tenderá formar outra capa resistente a passagem do calor.

Existem dois métodos para eliminar os GI.

Primeiro – As calandras de pressão positiva joga os GI para a atmosfera. Ligando as

calandras de cada caixa evaporadora pressão negativa com uma linha única, e esta é

ligada ao condensador barométrico.

Segundo – As calandras das caixas de pressão positiva joga os GI para a atmosfera. Os

GI extraídos das calandras de pressão negativa é conduzido para a parte superior do

domo desta caixa.

Recomendamos – Recomendamos o segundo método, porque se torna mais fácil de

regular as pressões.

Temperatura dos gases incondensaveis - A extração dos GI devem ser reguladas

através de válvulas de regulagem que deve ter a temperatura dos GI igual a temperatura

do vapor menos 10º C, ou seja: TGi = Tv - 10.

Quando essa diferença for inferior a 10C significa que está extraindo gases

incondensaveis mais vapor. Se essa diferença for superior a 10C significa que está sendo

extraindo parte desses gases incondensaveis e o restante fica retido na calandra.

No primeiro caso aumenta o consumo de vapor e no segundo caso se elimina parte

dos GI, e retendo o restante reduz o coeficiente de transmissão de calor que reduz a

capacidade da caixa evaporadora..

Localização recomendada para a extração dos GI está localizada nos extremos das

linhas de fluxo da alimentação do vapor nas calandras. Para estabelecer um caminho

definido para o vapor de tal maneira que os GI seja conduzido a um ponto ideal se instala

a algumas vezes defletores na calandra.

114

A retenção de transmissão de calor resultante da pressão dos gazes

incondensáveis são: O2, N2 e CO2 é maior que a calculada na temperatura de

condensação do vapor.

A quantidade dos GI depende de muitos fatores e o vapor deve conter na fixa de

três sobre o peso do vapor.

Causas e feitos dos gases incondensáveis – Na industria não é possível obter vapor

absolutamente livre dos gases incondensáveis.

Este fenômeno é comum na forma de condensação atmosférica, na formação de

orvalho.

Condensação em presença de incondensáveis também ocorre em equipamentos

industriais nos quais evaporam líquidos contendo ar dissolvido que posteriormente é

condensado, evidentemente na presença deste ar.

Nos aparelhos onde o espaço se encontra a uma pressão inferior a pressão

atmosférica a proporção dos gases se soma com o ar que penetra através das válvulas,

juntas, soldas, e até pelos poros do metal.

A condensação de um componente ocorre quando a pressão parcial se excede aa

pressão de vapor deste componente, na temperatura da superfície fria. Se existe esta

diferença de pressão parcial, o constituinte condensável difundir-se-á através da fase

gasosa em direção da superfície fria onde ocorrerá à condensação, alem de receber o

calor latente por condução e convecção proveniente da fase gasosa.

A extração dos gases incondensáveis acumulados na câmara da solução a ser

concentrada e é de maior importância. O fluxo de vapor tende a arrastar consigo o ar e ir

condensando-o com o vapor. A mistura vai ser cada vê mais rica em ar. Isto significa que o

vapor tem uma trajetória de direção bem definida e o ar irá acumulando na parte superior,

e dali será extraído por completo.

Concluímos que a localização da extração dos gases incondensáveis seja feita no

lado oposto ao da alimentação do vapor de aquecimento.

Quedas de pressão - As quedas de pressão em um múltiplo efeito, são desiguais e

ligeiramente decrescentes. Este procedimento é para reduzir, os possíveis riscos de

arrasto da solução da massa a ser concentrada, das águas condensadas e dos gases

115

incondensáveis. Os riscos de arrasto aumentam do primeiro ao último efeito devido o

crescimento do vacuo.

Distribuição das normais de P, T, e v - Quando se projeta um múltiplo efeito,

podemos determinar todas as suas funções de funcionamento, partindo de uma economia

máxima.

Para que se obtenha uma ótima performance do múltiplo efeito, será necessário

distribuir as quedas de pressão individuais, sob as quais trabalham os vários efeitos, sejam

aproximadamente iguais, mais ligeiramente decrescentes do primeiro ao último efeito.

Esta igualdade das quedas de pressão tem por finalidade unificar as alturas do sifão

entre os efeitos.

Para determinar as quedas de pressão entre os efeitos, devemos utilizar a seguinte relação:

11 + 9 = 1 10n 10n Onde: 11 representa a primeira fração, corresponde ao primeiro efeito. 10n

_9__ representa a última fração, corresponde ao último efeito. 10n

Quedas de pressão entre efeitos = E = é dado pela seguinte relação:

E = 11 - 9 n - 1

E = quedas ou diferenças entre as frações acima. Exemplo: -Para o Duplo Efeito

E = 11 - 9 = 2 2 - 1

116

11 + 9 = 1 2 x 10 2 x 10

-Para Triplo Efeito E = 11 - 9 = 2 = 1 3 - 1 2 11 + 10 + 9 = 1 30 30 30 -Para o Quádruplo Efeito

E = 11 - 9 = 2 = 0,66 ou 0,67 4 - 1 3 11 + 10,33 + 9,67 + 9 = 1 40 40 40 40 -Para o Enésimo Efeito

E = 11 - 9 n - 1 11 + ..... + 9 = 1 10m 10n:

Queda da pressão total - As pressões de vapor, na primeira calandra – Po - e no último

corpo – Pf -- de um conjunto evaporador, são valores conhecidos e bem definidos. P =

Po – Pf

Onde: P = diferença de pressão

Po = Pressão absoluta de vapor na primeira calandra kg/cm2.

Pf = Pressão absoluta de vapor no último corpo kg/cm2.

Para exemplificar estudaremos um quádruplo efeito.

Para que se tenha pressão desigual e ligeiramente decrescente, partiremos da

seguinte relação:

11 + 10,33 + 9,67 + 9 = 1 ou 40 40 40 40 0,275 + 0,258 + 0,242 + 0,225 = 1 f1 + f2 + f3 + f4 = 1

117

Chamando de: Po = Pressão absoluta de vapor na 1ª calandra

P1 = Pressão absoluta de vapor no 1º corpo, que é a mesma na 2ª calandra

P2 = Pressão absoluta de vapor no 2º corpo, que é a mesma na 3ª calandra

P3 = Pressão absoluta de vapor no 3º corpo, que é a mesma na 4ª calandra

P4 = Pressão absoluta de vapor no 4º e último corpo.

Cálculo das quedas em cada efeito: Seja P = P0 - P1

Para cada efeito teremos: P1 = P x f1

P2 = P x f2

P3 = P x f3

P4 = P x f4

teremos: P = P1 + P2 + P3 + P4

As quedas de pressão em cada efeito:

P1 = P0 - P1

P2 = P1 - P2

P3 = P2 - P3

P4 = P3 - P4

As pressões em cada corpo de cada efeito

P1 = P0 - P1

P2 = P1 - P4

P3 - P2 - P3

P4 = P3 - P4

QUADRO - Normais de P, T, e v

118

Efeito Calandra Corpo

P T V P - P P T

v

1 Po To o Vo Pó - P1 P1 T1 λ1 v1

2 P1 T1 1 v1 P1 - P2 P2 T2 λ2 v2

3 P2 T1 2 v2 P2 - P3 P3 T3 λ3 v3

4 P3 T3 3 v3 P3 - P4 P4 T4 λ4 v4

Produção de vapor em cada caixa - Conhecendo as pressões de trabalho, nos diversos

efeitos que constitui o múltiplo-efeito, poderemos calcular o peso do vapor produzido em

cada vaso.

Estes valores permitem conhecer as possibilidades de sangria em cada efeito. A

mudança das pressões inicial e final permitirá obter outros valores produzidos por

evaporação em cada efeito.

Observação: A pressão de vapor saturado Po será em função das condições de operação

da solução a ser concentrada.

Eficiência evaporativa de uma caixa evaporadora - A maior ou menor eficiência

evaporativa de uma caixa evaporadora, depende das:

- dimensões; desenho; material; tubos; pressão de vapor; superfícies de aquecimento;

passo; extração dos gases incondensaveis e drenagem das águas condensada.

Balanço de material de um mono efeito - Selecionamos para estudo um mono-efeito.

Para determinarmos a quantidade de água evaporada contida na massa a ser

concentrada, estabelece-se que o peso de sólidos dissolvidos que entra é igual ao peso

dos sólidos dissolvidos que sai.

Podemos escrever:

Material que entra = Material que sai.

Mi Ci = MfCf (1)

ET = Mi - Mf (2)

Onde: Mi = Solução massa inicial a ser concentrada = Kg/h

119

Ci = Concentração inicial da solução massa inicial = %

Mf = Massa final após a evaporação = kg/h

Cf = Concentração final da solução massa final = %

ET = Evaporado total = Kg/h

Da equação (1 ) poderemos escrever: Mf = Mi . Ci . Cf

Substituindo em 2, teremos: ET = Mi ( Mi . Ci .) CF

ET = Mi (1 - Ci ) Cf

Generalizando: Po = pressão inicial Pf = pressão final f = representa o fator Pó e Pf- = são valores conhecidos e bem determinados.

Cálculo das quedas de pressão:

P = Po - P1

P = 2,025 - 0,153 = 1,872 kg/cm2

11 + 10,33 + 9,67 + 9 = 1

40 40 40 40

Ou

f1 + f2 + f3 + f4 = 1

Ou

0,275 + 0,258 + 0,242 + 0,225 = 1

P1 = P . f1 = 1,872 x 0,275 = 0,515

P2 = P . f2 = 1,872 x 0,258 = 0,483

P3 = P . f3 = 1,872 x 0,242 = 0,453

P4 = P . f4 = 1,872 x 0,225 = 0,421

Quedas de pressão em cada caixa

120

Para a 1ª caixa = PC1 = Po - P1 P1 = Po - P1

Para a 1ª caixa = PC2 = P1 - P2 P2 = P1 - P2

Para a 1ª caixa = PC3 = P2 - P3 P3 = P2 - P3

Para a 1ª caixa = PC4 = P3 - P4 P4 = P3 - P4

Quadro para o cálculo das normais de P. T. e V

Efeito

Calandra Descritivo de Operação

Corpo

P T P T

1 2,025 120,0 525,7 0,891 2,025 - 0,515 1,510 111,0 531,8 1,173

2 1,510 111,0 531,8 1,173 1,510 - 0,483 1,027 99,8 539,0 1,684

3 1,027 99,8 539,0 1,684 1,027- 0,453 0,574 84,3 548,6 2,904

4 0,574 84,3 548,6 2,904 0,574 - 0,421 0,153 54,0 566,7 10,02

Coeficiente de transmissão de calor - O coeficiente de transmissão do calor é

apresentado da seguinte forma: B.T.U. / pé de superfície /hora /F de diferença de

temperatura. B.T.U. é a quantidade de calor que se necessita para levar a temperatura de

uma libra de água de um ºF.

O coeficiente de transmissão do calor é variável e, condiciona-se aos seguintes

fatores:

1) Velocidade do vapor que circula dentro da calandra (a velocidade desse vapor será

tanto maior quanto menor seja a área por onde circula);

2) Velocidade da solução sacarina (caldo ou xarope) no interior dos tubos;

3) A presença de ar e gases incondensaveis;

4) Caráter e espessura das incrustações existentes no interior dos tubos. Esses tubos

devem ter um diâmetro de 1‖ 1/ 2 a 2‖, sofrem incrustações tanto no interior, como no

exterior.

As aderências externas que diminuem a transmissão do calor são óleos e graxas

que o vapor servido conduz, quando a canalização de vapor não tem separadores

adequados. As incrustações interiores são constituídas por substâncias que formam parte

de caldo e que se depositam por dois motivos:

- Por coagulação de substâncias coloidais;

121

- Porque ao diminuir o teor de água existente no caldo, precipitam-se alguns corpos

(sais).

Um dos objetivos do técnico é reduzir essas incrustações, a fim de manter a

máxima eficiência da fábrica.

Por exemplo, se em um sistema de evaporador, injetamos caldo de 15º Brix e

tiramos xarope de 60º B, quando o aparelho está limpo, quando o mesmo se incrusta este

Brix final poderá baixar a 50 e talvez menos. Toda a semana terá que fazer a limpeza

total das caixas o que equivaleria a uma perda de 8% do tempo de trabalho total da

fábrica. Para se compreender o trabalho de um múltiplo efeito, é preciso recordar que as

medidas das pressões se efetuam com pressões manométricas expressas em

lbs/polegada2 ou kg/cm2 às quais temos que somar 14.7 libras ou uma atmosfera para

obtermos as pressões absolutas. Quando se dizemos 100 1bs/pol2. Equivalente a 114,7

1bs/polegadas2 absolutas.

Existe também outro ponto que é a pressão reduzida, ou a expressão técnica que

se usa geralmente para determinar o vazio que se mede em polegadas. Em uma coluna

de kg na qual se houvesse estabelecido o vazio absoluto em sua parte atmosférica e o

outro extremo mergulhado em uma cubeta aberta e, ao nível do mar, obrigaria o Hg subir

na coluna até 30―ou seu equivalente 760mm‖.

O vazio total se mede pela diferença do que marca o aparelho e o vazio absoluto

30‖ ou 760mm.

Nos aparelhos de evaporação de desenho moderno, comparando com os antigos,

há uma grande diferença na quantidade de água evaporada /pé2/ hora,

Simples- efeito antigo ............... - 14 a 16 1bs./pé2/hora

Duplo- efeito antigo.................. - 6 a 7.5 1bs./pé2/hora

Tríplice- efeito antigo ................ - 4 a 51bs./pé2/hora

Quádruplo- efeito antigo............ - 3 a 3.7 1bs./pé2/hora.

Como conseqüência das inovações técnicas introduzidas nos modernos aparelhos

da Honolulu Iron Work, chegam a evaporar 13 lbs/pé2/hora. Isto se deve nas circulações

do caldo e do vapor, extração de águas condensadas, gases incondensáveis e velocidade

dos vapores vegetais.

122

Outro fator favorável dos aparelhos modernos é as áreas amplas para os tubos de

evaporação. Em quase todos os aparelhos/antigos as áreas são reduzidas estrangulando

a passagem do vapor e modificando as velocidades dos gases vegetais de vaso a vaso e

do último, ao condensador.

A velocidade do vapor nos tubos é dada em metros por segundo:

Do primeiro ao segundo.....................48.8 metros ou 160 pés

Do segundo ao terceiro.......................42.7 metros ou 140 pés

Do terceiro ao quarto...........................39.6 metros ou 130 pés

Do quarto ao condensador.....................30,5 metros ou 100 pés.

Com esses dados e não esquecendo que em quádruplo efeito os vasos devem

evaporar igualmente e conhecida à superfície calórica, se calcula o quilos de vapor que

são produzidas por segundo.

A tabela das propriedades do vapor saturado nos fornece o volume que ocupa um

quilo de vapor e, de posse deste dado, averiguamos a velocidade dos vapores no tubo.

A fórmula ―Q = S . V‖ , nos permite calcular as áreas, uma vez que temos a

velocidade e o volume.

Calculo do coeficiente de transmissão de calor K – Conhecido o valor de K1 podemos

determinar os diversos K de cada efeito do múltiplo efeito.

Para ter estes cálculos é necessário:

- conhecer as normais de P,T, λ e v de todos os efeitos,

-o consumo de vapor que alimenta a primeira calandra, admitindo que a superfície

de aquecimento seja S =1 ,

- Calculamos as calorias que entram no primeiro efeito, Vo λo.

- as calorias que entram em cada efeito é igual as calorias que sai,

Vo λ o = V1 λ 1 = V2 λ2 = ...........+ Vn λ n

- sabemos que : Vo λ o = K ∆t

Vo λ o

Onde : K = __________

∆ t

- para cada efeito teremos:

Vo λ o

123

K 1 = ______________

∆ t n

Pré – evaporador - A capacidade de um pré-evaporador (alta pressão) é de 0.14m2 de

superfície de aquecimento por cada uma tonelada de canas em 24 horas. Esta capacidade

se refere a uma equipe trabalhando com vapor de 2,109 a 2,812 kg/cm2. De pressão,

produzindo vapor vegetal para reforçar a deficiência do vapor de escape (baixa pressão).

A capacidade varia consideravelmente, de acordo com o desenho da fábrica, a

eficiência dos aquecedores, a pressão do vapor, a embebição nas moendas e a limpeza

de seus tubos.

Vapor - CELL (baixa pressão), sua capacidade por tonelada de cana em 24 horas, é

idêntica a de um pré-evaporador.

Refere-se a um aparelho capaz de produzir vapor vegetal de 0,281 a 0,562 kg/cm2

de pressão aquecendo a totalidade do caldo cru, porém reaquecido com pressão

manométrica de vapor de escape de 0.703 a 0,844 kg/cm².

Sua capacidade é função do desenho, do fabricante, das limpezas dos tubos, da

eficiência do aparelho, da pressão do vapor e embebição das moendas.

Evaporadores múltiplos-efeitos - A capacidade de um quádruplo-efeito em 24 horas por

tonelada de canas é de 1,16 m2 de superfície de aquecimento. Este valor refere-se a uma

usina que moa com 20% de embebição e um vazio de 26‖, para se obter um xarope de 60º

Brix.

A capacidade varia consideravelmente, com o desenho do aparelho, a extração dos

incondensados, a extração das águas condensadas, a limpeza interna e externa dos

tubos, as quedas normais de temperatura entre os efeitos, a concentração do xarope, a

pressão do vapor e fator humano operador. Em tríplice-efeito, a quantidade evaporadora

por m2 será de 20% maior e, 20% menor, em quíntuplo efeito.

Economia de vapor

Uso do vapor – O vapor é uma fonte de energia universal. Normalmente gerado em

caldeiras a vapor, utilizando como fonte de calor a combustão.

124

O uso do vapor na industria é feito em função de suas características térmicas.

De um modo geral as caldeiras nas usinas de açúcar produzem, hoje, vapor com

pressão de 21 a 74 Kg/m2hC, que é usado como força motriz, para acionamento das

maquinas e turbinas a vapor entre outras.

As máquinas ou turbinas a vapor podem ser de condensação ou de contra pressão,

esta produzindo vapor servido ou de escape, ou ainda podendo rebaixar o vapor a pressão

de processo e saturando-o quando o vapor produzido for do tipo superaquecido.

Conhecida as suas características térmicas para ser usada na alimentação do vapor

nos evaporadores, visando sempre o equilíbrio térmico, e a eficiência do sistema, muito

embora nem sempre se tem resposta positiva na pratica.

Quando se faz sangria, para cada um quilo de vapor sangrado, teoricamente

economizaremos aproximadamente um quilo de vapor saturado, porque o calor latente é

aproximadamente o mesmo, e supõe-se que o vapor sangrado possua temperatura

suficiente para atender as condições de operação.

Se uma planta de processo onde não se faça sangria consumirá Ve kg/h de vapor

no múltiplo efeito, e Vp kg/h de vapor nas outras etapas, teremos:

Vt = Ve + Vp

Ve = Vapor consumido pelo múltiplo efeito em kg /h

Vp – Vapor consumido nas outras etapas do processo,

Vt = Vapor total consumido pela planta de processo.

Mas se nesta planta de processo, projeta-se um múltiplo efeito, que se faz sangria

teremos:

V‘T = V‘E + ( Vp - Sa )

Onde: V‘E = vapor consumido pelo múltiplo efeito em kg / h

Vp = Vapor consumido por aquecedores, tachos a vácuo e outros em kg / h

As = Vapor produzido nas sangrias em kg / h.

V‘T = Vapor total consumido na fabricação do açúcar em kg / h.

Teremos que: V‘T VT

V‘E VT

125

Para demonstrarmos que a sangria economizará vapor, partiremos da premissa:

a - Que o caldo entrará no primeiro efeito a temperatura de ebulição;

b - Que o peso do caldo a ser concentrado, será o mesmo em todos os exemplos,

que apresentaremos com sangria;

c – Que as concentrações iniciais e finais serão os mesmos, para qualquer caso,

d – Que o consumo de vapor necessário aos aquecedores, tachos etc serão fixos.

Sangria - É a retirada do excesso de vapor de uma caixa de evaporação, em relação a

seguinte, utilizando-o em outros fins da fábrica. O uso adequado ou racional do vapor da

sangria, melhorará o balanço térmico.

1º Caso - Parte da premissa, que não há sangria - Este estudo servirá apenas de

comparativo, com os demais casos, onde exista sangria.

Para provar a economia de vapor se faz necessário tomar por base o peso do

material a concentrar, as concentrações iniciais e finais, e o consumo fixo do vapor

utilizado e para outros fins do processo.

Imaginando uma usina hipotética, onde deveremos concentrar 300.000 kg/h de

caldo decantado, cujo Brix inicial é 15 e que obtenha um xarope com 60 Brix.

O múltiplo efeito evaporará 225.000 kg/h, e consumirá 56.250,00 kg/h e admite-se

que os aquecedores e tachos consumirão 108.750,00 totalizando 165.000,00 kg /h.

Neste caso o consumo de vapor por tonelada de cana será 550,0 kg /h.

2 Caso – Sangria no primeiro efeito – Sangrará do primeiro efeito 65.000,00 kg/h, para

aquecedores e tachos a vácuo, teremos consumo de vapor no processo e fabricação

148.750,00 kg/h ou consumo por tonelada de cana de 495,833 kg/tch.

3 Caso - Sangria no primeiro e segundo efeito.- No primeiro efeito continuará

sangrando 65.000 kg / h e no segundo efeito sangrará 30.000,00 kg/h, neste caso teremos

consumo de 133.750,00 kg /h e o consumo por tonelada de cana na ordem de 445,833

kg/tch.

126

Observação – Não é aconselhado sangrar em efeitos cujo corpo tenha pressão negativa,

pois qualquer possível vazamento desequilibrará todo o sistema salvo quando as linhas de

sangrias são bem dimensionadas com tubulações submetidas a ultra som e a raio X.

Cálculo da superfície de aquecimento – Para calcular a superfície de aquecimento de

um múltiplo efeito, em cada unidade deste, é necessário conhecer:

- Pressão do vapor Po na primeira calandra

- Pressão de vapor Pf no ultimo corpo;

- Pressão de vapor nas calandras e corpos intermediários,

- Temperatura do caldo ao alimentar a primeira calandra,

- Concentração inicial do caldo a ser concentrado,

-Concentração do caldo concentrado, que é o xarope,

- Calor especifico do caldo,

- Valores de K coeficiente de transmissão de calor, em cada efeito;

- Evaporado em cada unidade do múltiplo efeito;

- Excesso do evaporado, usado como sangria.

Flash das águas condensadas – O aproveitamento do flash das águas condensadas é

calculado pela a seguinte fórmula:

W ( T o – T 1 ) Fc = _______________

T1

Onde: Fc= Flash do condensado

W = Peso da água condensada

To = temperatura do vapor que alimenta a calandra

T1 = temperatura do vapor que alimenta a calandra seguinte

= calor latente do vapor de temperatura T1.

Custo do vapor – Um dos principais custos de evaporação é o custo do vapor, utilizado

para aquecimento.

A redução nos custos de evaporação é obtida, quando opera-se uma bateria de

evaporadores, nos quais o vapor produzido pela evaporação do excesso da água contida

127

no caldo em um efeito, é condensada no espaço destinado ao vapor de aquecimento do

próximo efeito, economizando-se o custo para a condensação do vapor do primeiro efeito

e ainda suprindo com o calor do segundo efeito.

Se o evaporado de um efeito irá alimentar o do efeito seguinte, ele irá condensar

com temperatura mais elevada, do que o ponto de ebulição do liquido, nesta unidade

adjacente. Esta diferença de temperatura é conseguida, operando-se as unidades

sucessivas em pressão decrescentes.

O evaporado do ultimo efeito, é condensado em um condensador barométrico que

opera sob vácuo.

No sistema paralelo os custos são baixos em relação ao sistema em contra

corrente, vês que neste existe bombas entre efeitos, o que irá aumentar o custo dos

equipamentos e os custos de operação.

Cálculo da superfície adicional:

SA = 1767,2 x 529,1 = 55 m2

2.000 (115 - 106,5)

Superfície da 1ª caixa:

SA1 = 55 + 794,1 = 849,1 = 850 m²

ou

SA1 = (25.515 + 1.767,2) 529,1 = 27.281,2 x 529,1 = 849,10 m2 = 850,0

m2

2.000 (115 - 106,5) 2.000(115-106,5)

Velocidade dos diversos tipos de vapor: vapor vegetal;

vapor servido;

Velocidade de vapor vegetal, entre os efeitos nos múltiplos efeitos:

-Velocidade do vapor vegetal - crescente - variando de 30 a 60 m/s

-Velocidade do vapor vegetal - decrescente - variando de 48 a 30,5 m/s

-Velocidade do vapor vegetal - constante - variando de 30 a 35 m/s

Velocidade do vapor servido: variando de 20 a 30 m/s

128

-Velocidade crescente: ........... ..diminui o custo e aumenta as condições de arraste.

-Velocidade Decrescente:..........aumenta o custo e diminui as condições de arraste.

-Velocidade constante: .............aumento considerável do custo e diminui as

condições de arraste.

Observação: Diminuindo a velocidade, aumenta o diâmetro, aumenta o custo, e diminui as

condições de arraste.

Velocidades adotadas para o caldo

-Múltiplo efeito: -Tríplice efeito = 1,5 m/s

-Quádruplo efeito = 1,2 m/s

-Quíntuplo efeito = 1,0 m/s

Velocidades para águas condensadas:

- Ponto de extração - saída = 0,6 a 0,8 m/s

-Coletor.............................= 0,8 a 1,0 m/s

-Sifão............................... = 1,0 a 1,2 m

Velocidade dos gases incondensáveis =..5,0 a 15,0 m/s

Isolamento – Perdas de calor – As perdas de calor sempre ocorre por irradiação ou

convecção, daí ser necessário que se faça o devido isolamento a fim de evitar que

essas perdas venham contribuír para o desequilíbrio térmico.

O isolamento deve ser feito nas caixas e nas ligações de vapor, caldo e águas

condensadas. As perdas de calorias de uma caixa sem isolamento pode chagar a

15%. E totalmente isolada inclusive a coberta do domo e o fundo dessa caixa pode

chegar a 2,5%.

Em um múltiplo efeito as perdas são decrescente da primeira para a ultima caixa,

ou seja: P1 ≥ P2 ≥ P3 ≥ ...≥ Pn

As perdas de calor no primeiro efeito diminui a evaporação no segundo, perdas no

segundo diminui no terceiro e assim por diante

129

Limpeza do feixe tubular - A limpeza de múltiplo efeito pode ser feita através de um

desses processos: MECÂNICO, QUÍMICO e BIOLÓGICO.

Processo mecânico, - da remoção das incrustações apesar de seus inconvenientes ainda

é muito usada principalmente nas usinas de menor tecnologia.

O acessório mais usado é a raspa metálica. Esses raspadores pode ser de dois

tipos: raquete e chicote flexível ou vibratório.

Limpeza química, - por ser a mais eficaz, mais cômoda é a universalmente adotada.

Cada vez que desligar uma caixa, passa água e após se enche com uma solução de

soda cáustica, de tal maneira que, quando liquidamos a quarta caixa, podemos dizer que a

terceira ficou preparada e se aquecendo. Com a quarta, se faz a mesma operação, até

limpá-la e enchê-la com a solução de soda cáustica.

A solução de soda cáustica deve ter 20º Bé e a temperatura deve ser de 80 C e

não deve ultrapassar de 90 C. Distribui-se a solução uniformemente para cada efeito e

faz-se a limpeza isoladamente em cada efeito e deve-se manter a solução sob circulação

durante quatro horas fervendo o mais tumultuosamente possível, é o bastante. Deve-se ter

o cuidado de deixar o quebra vácuo completamente aberto. Lava-se a calandra com água,

até desaparecer a reação alcalina.

Países há, onde após lavar apenas uma vez com água, torna-se a encher a

calandra com uma solução de ácido muriático na proporção de 70 quilos de ácido para

cada 200 m2 de superfície de aquecimento, e fervê-lo durante uma hora, também

tumultuosamente.

As incrustações têm as seguintes origens:

1) Devido às impurezas contidas na cal que se alcaliniza os caldos;

2) Devido a uma precária clarificação;

3) Devido aos constituintes da própria cana, variedade e terrenos.

As incrustações de natureza orgânica, geralmente se depositam na primeira caixa e

nos pré-evaporadores e nos corpos seguintes se depositam as incrustações de origem

mineral.

130

As orgânicas podem ser: bagacinho e outros componentes da cachaça devidos uma

má clarificação e, as minerais são sais de cálcio, de magnésio, de ferro, sílica, carbonatos,

sulfatos, etc.

A limpeza de múltiplo efeito pode ser feita de dois metodos: MANUAL (em desuso) e

a QUÍMICA.

A química, pode ser a mais eficaz, mais cômoda e a universalmente adotada.Cada

vez que se desligar uma caixa, se passa água e após se enche com uma solução de soda

cáustica, de tal maneira que, quando liquidamos a quarta caixa, podemos dizer que a

terceira ficou preparada e se aquecendo. Com a quarta, se faz a mesma operação, até

limpá-la e enchê-la com a solução de soda cáustica.

Esta solução se aquece pelas válvulas de vapor direto que cada caixa contém na

calandra.

Processo biológico, este é pouco usado. Consiste em adicionar em cada calandra do

múltiplo efeito uma solução diluída de melaço a 15 a 20 Brix até cobrir o espelho

superior. Em seguida adiciona ao mosto, certa quantidade de fermento e deixa-o em

fermentação por algum tempo. Além do CO2 produzido pela fermentação formam-se

ácidos que atacam as incrustações, deixando o feixe tubular completamente limpo,

entretanto este processo é algo demorado e constitui por outro lado um processo muito

mais eficiente e de custo menor que os processos anteriores.

Incrustações na parte interna - A formação de incrustação nas superfícies internas do

feixe tubular dos evaporadores representa uma completa fase de purificação da solução a

ser concentrada, isto é, a deposição de impurezas contidas na solução.

As incrustações são classificadas em orgânicas e inorgânicas. As inorgânicas são

Ca, Mg, Fe, SiO2.

Diversos são os fatores que concorrem para a formação de maior ou menor

quantidade de incrustação nos evaporadores. As incrustações têm composição bastante

variável.

Alguns componentes aparecem em maior teor de incrustação nas primeiras caixas e

outros ao contrario decrescem.

131

De um modo geral, tem-se observado que nas primeiras caixas as incrustações são

formadas, principalmente de natureza orgânica. Nas ultimas caixas estão constituídas por

substancias que precipita em condição de maior concentração.

A quantidade de incrustação é crescente da primeira para a ultima caixa.

As incrustações de um triplice-efeito é menor do que de um quádruplo-efeito este é

menor que a do quíntuplo-efeito, e assim por diante. Quanto menor a velocidade maior é o

grau de incrustações, pois a deposição das impurezas aumenta co a redução da

velocidade.

Incrustações da parte exterior – Na parte exterior dos tubos, ou seja, na câmara de

vapor se produz incrustação de óleo, nas caixas alimentada por vapor servido (escape)

assim como nos tachos ou vácuos. Geralmente esta limpeza é feita com gasolina, ou

substâncias especificamente detergentes.

Capitulo XI

CONDENSADORES

Condensadores - Os condensadores barométricos têm por finalidade condensar o

evaporado do último efeito de um múltiplo efeito e dos tachos a vácuo, que entra em

contato íntimo com água fria posta em circulação nesses equipamentos.

132

Os condensadores são constituídos de um corpo cilíndrico, tendo as extremidades

terminadas por dois troncos cones. O tronco cone superior, tem ângulo igual ou superior a

30º, comunica-se com a caixa separadora de respingos e esta a bomba de vácuo ou com

o ejetor a vapor. O tronco cone inferior,possui ângulo igual ou maior que 60º, está

acoplado com a coluna barométrica

Dimensionamento: calcula-se o diâmetro d da coluna barométrica, e multiplica-se

por 4,2 a 5,0 d determina-se o diâmetro do condensador. Multiplicando por três

determina-se a altura H do corpo cilíndrico e multiplicando H por 0,25 determina a altura h

do tronco cone inferior. O ângulo do tronco cone superior é igual ou maior que 30º.

O domo do último efeito ou do tacho a vácuo, é acoplado ao conduto que

transporta o evaporado ao condensador.

No conduto que transporta o evaporado do domo da ultima caixa ou do tacho a

vacuo ao condensador, a critério pode ser instalada uma garrafa separadora de respingos

para recuperar o arraste.

A garrafa de respingo tem a forma de um condensador porem com dimensões

inferior

A garrafa separadora de respingos tem o formato do condensador, porém, com

dimensão inferior.

Segundo Hausbrand, para que tenha maior eficiência do sistema, a água sai da

coluna barométrica a temperatura de 40º C, ou no máximo 42º C, e descarrega no poço

onde instala-se a extremidade inferior da coluna barométrica, estabelecendo o selo

hidráulico..

A quantidade de água injetada no condensador a qual chamamos de água de

injeção, isto é os quilos de água por quilos de vapor necessário para condensar o vapor

que vai para o condensador, e é dado pela seguinte fórmula:

W.te

Material que entra = material que sai

E.C + wTe = (E + w) Ts

133

E.C + wTe = Ets + wTs E Bomba vácuo

E.C + Ets = wTs – wTe C

w = E (C – Ts) (Ts – Te) Q + w Ts Coeficiente de injeção: CI = (C – Ts) E Ts - Te

Onde: C = Calor total do vapor;

C I = coeficiente de injeção,

E = Evaporado que vai ser condensado,

C = calor total do vapor que vai condensar,

Ts = Temperatura da água a saída da coluna barométrica;

Tc = Temperatura da água de injeção

A velocidade da água na coluna barométrica é dada pela seguinte fórmula:

_______

V = K √ 2 g . Ho

Onde: V = Velocidade de queda da água em m/s;

K = É um fator que depende do vazio do último efeito ou do tacho a vácuo;

g = É a aceleração da gravidade;

Ho = É a altura da coluna barométrica em metros.

Vazio em polegadas Valores de K

26,5 0,21

26,0 0,22

25,5 0,24

25,0 0,26

24,5 0,28

24,0 0,30

23,5 0,32

A altura Ho da coluna barométrica deve ser calculada para trabalhar com um vazio

maior do que aquele que normalmente trabalha.

134

Multi-jato – O condensador tipo multi-jato trabalha com dupla função: condensa o

evaporado e removem os incondensáveis.

O funcionamento dos multi-jatos está baseado no efeito dinâmico dos jatos de água

que passando pelos bicos em velocidades elevadas, arrastam para a coluna barométrica o

ar presente no sistema.

A grande vantagem do multi-jato está na eliminação da bomba de vácuo.

Sua desvantagem na demora atingir o vácuo desejado.

Calculo do multi-jato:

Seja: = Diâmetro do multi-jato

= Diâmetro entrada vapor

Diâmetro = 1,2 a 1,5

Altura parte cilíndrica = 1,6 a 2,0

Velocidade de água na coluna V = 4,0 e 5,0 m/s

Velocidade de elevação V = 2,5 e 3,5 m/s

Quantidade de bicos = Qt Qb

Qt = Volume de água de injeção m3/h

Qb = Volume de um bico m3/h

Formato dos bicos = tronco cone

Relação = d = 0,85 D

Pressão de água nos bicos = 0,5 a 1,5 Kg/m2

Poço – Local onde fica mergulhada a extremidade inferior da coluna barométrica. O poço

recebe a água do coeficiente de injeção mais o vapor condensado da ultima caixa ou do

tacho a vácuo que desce pela coluna barométrica..

O volume do poço é mínimo de três vezes o volume da água que contem a coluna

barométrica.

Capitulo XII

135

COZIMENTO

Xarope - É o caldo concentrado oriundo dos múltiplos efeitos.

O Brix do xarope, não deve ultrapassar de 60 Brix. Acima desse limite, aumenta-se

a economia de vapor, porque se evapora mais, porém é difícil obter um cristal uniforme.

Com o aumento do Brix aumenta a viscosidade e torna-se mais difícil o tratamento do

xarope, como é o caso de filtração e da flotação. No caso do processo de flotação, o Brix

deve ser 55º Brix.

Massa Cozida - É o concentrado do xarope ou mel no qual exista açúcar cristalizado, ou

o material concentrado até o ponto de cristalização

Semente - É o material introduzido no tacho para dá inicio a um cozimento.

É uma certa quantidade de minúsculos cristais de tamanho pré-determinado –

normalmente na ordem de 20 - 25 microns. Que é introduzida no tacho a vácuo para dá

inicio a um cozimento. Toma – se,em media, 4 g de semente para cada hectolitro de

massa a ser descarregada. A semente é envolvida em um liquido cujo poder indutor

especifico deve ser mais baixo do que o açúcar, não permitindo a dissolução, e nem a

junção de dois ou mais cristais.

O líquido dotado do poder indutor especifico são: álcool isopropílico, álcool etílico

(anidro), a gasolina e o querosene. Toma-se para cada um quilo de semente dois litros de

álcool, ou gasolina.

Sementeira – Para calcular a quantidade de sementeira a serem instaladas toma-se

0,132 hl para cada tonelada de cana esmagada por dia.. O volume de cada sementeira

recomenda-se ser de 70% do volume dos tachos a vácuo.

Magma - É uma mistura de açúcar com xarope, mel ou água, produzido pôr meios

mecânicos.

136

Mel Final - Ë o mel oriundo do ultimo cozimento. É o licor mãe que é separado dos

cristais pôr centrifugação.

Mel A, Mel B e Mel C - É o mel definido de acordo com o tipo das massas de onde

procedem.

Cinzas - É o resíduo que se obtém depois de incinerar a matéria orgânica.

Não açúcar - É a diferença entre a matéria seca e o açúcar, ou seja:

Não Açúcar = Bríx - Pol

Pureza -Todos os métodos de esgotamento são baseados na pureza. A pureza é o

critério mais simples de esgotamento. Exemplo, um melaço de Pza = 30 é mais bem

esgotado do que um melaço de Pza = 40.

Existem várias alternativas de calcular as Pureza:

Sacarose x 100 Pureza Real = Pza Real = --------------------------- Matéria seca real

Sacarose x 100 Pureza Clerget = Pza Clerget = ------------------------- Sólidos Totais Pol x 100 Pureza Aparente = Pza = ---------------------------- Brix

Pureza em relação ao tempo de cozimento - A Pureza exerce influencia sobre a

velocidade de cristalização. Quanto mais alta a Pureza maior é a velocidade de

cristalização. Quanto mais baixa a pureza maior é a viscosidade da massa cozida.

Matérias secas reais - Obtidas pela dessecação.

Matérias secas refratométrica - Obtidas pela leitura do refratômetro.

137

Matérias secas gravimétrica ou Brix - Obtidas pela leitura em um sacarímetro ou em um

densímetro.

Pé de cozimento - Volume da grã do Tacho a vácuo – O volume necessário para iniciar

o cozimento cobrirá o espelho superior na ordem de 50 á 100 mm.

Corte - É o volume que se transfere de um tacho para outro tacho ou para uma

sementeira.

Solubilidade – A quantidade de um componente ( soluto ) que se pode juntar a outro (

solvente ) de modo que se tenha uma solução varia com a temperatura. A técnica pela

qual esta variação ocorre está em função do calor de cristalização. Se o calor de

cristalização for endotérmico, o calor de dissolução será exotérmico e vice-versa.. A

solubilidade será maior com o aumento da temperatura, para substancias que apresentam

um calor de dissolução endotérmico. No caso contrario para calor de dissolução

exotérmico, ao aumentar a temperatura, a solubilidade diminui. Esta propriedade é

denominada de solubilidade invertida.

Lei de Winter y Carp - Cada uma parte de não-açúcar impede a cristalização de 0,4

partes de sacarose.

Calor Especifico da Massa - A formula que fornece o calor especifico para a massa

cozida é :

C = 1 – 0,007 B

Onde: C = calor especifico da massa cozida

B = Brix da massa cozida.

Objetivo principal da usina – É obter um bom açúcar, com altos rendimentos de cristais

e perdas mínimas.

Para obter um bom açúcar é necessário que tenha: Boa decantação

Boa semente

138

Boa cristalização

Fases da concentração das soluções sacarinas que vai cristalizar: Não

saturada

Saturada

Meta - estável

Lábil

Super–saturada

Métodos de cristalização - A cristalização ocorre:

- Pôr semeadura completa ................................... ► ocorre na zona meta estável

- Pôr choque térmico ...........................................► ocorre na zona intermediária

- Pôr aparição espontânea de cristais.................... ► ocorre na zona lábil

Zona saturada - Não há crescimento nem formação de cristais.

Zona meta estável - Os cristais formados apenas se desenvolvam, não existe

dissoluções e nem reprodução, isto é, os cristais existentes crescem e não há formação

de novos cristais. Nesta zona se obtém cristais mais uniformes e de melhor qualidade e é

necessário usar aparelhos que indiquemas curvas de saturação e de super saturação.

Zona intermediária - Define-se zona intermediária como a zona em que os cristais

existentes crescem e há formação de novos cristais.

Zona lábil - Os cristais crescem espontaneamente sem a presença de outros cristais.

Desde que haja formação de novos cristais, devemos evitar esta zona, pois

teríamos um cozimento com resultados desfavoráveis.

Cristalização do açúcar - O objetivo principal, de uma usina, é a obtenção de um bom

açúcar, com um alto rendimento em cristais e perdas mínimas. A fabricação do açúcar

dividi-se em duas etapas:

139

1 - Fabricação do açúcar cru (demerara);

2 - Fabricação do refinado.

Após a obtenção dos xaropes, o modo de cristalizar e sua finalidade, assim como

os equipamentos, os métodos e controles usados na obtenção do mel exaurido, são

semelhante quer no demerara quer no refinado.

Existirá alguma diferença em detalhes, mas na generalidade os problemas básicos,

a técnica e controles requeridos, para melhores resultados, são substancialmente iguais

em ambos os fins da indústria. A separação da sacarose de suas impurezas associadas,

nas soluções sacarinas, é uma função fundamental quer no demerara, quer na refinaria.

Esse objetivo é alcançado, através da cristalização da sacarose e a conseqüente

separação dos cristais por meio da força centrífuga, pois outras impurezas já foram

eliminadas nas fases de clarificação do demerara e filtração com carvão na refinaria.

A separação da sacarose dos não-açúcares pela cristalização, exige repetidas

cristalizações, tantas quantas sejam economicamente possíveis.

A presença dos não-açúcares nos méis e xaropes, exerce influência adversa no

processo de cristalização. A concentração de impurezas, varia na razão direta do número

de cristalizações realizadas, que por sua vez, é determinado pela obtenção de um ótimo

de concentração de não-açúcares.

Torna-se necessário, aprendermos o mecanismo e requisitos necessários a uma boa

cristalização. Antes teremos de conhecer, as distintas fases de concentração das

soluções sacarinas que se deseja cristalizar: Não-saturada; saturada; meta-estável;

intermediária; lábil e super-saturada.

Método de cristalização - Escolher entre estas, a fase onde deve ocorrer a cristalização,

que é obtida por: semeadura completa: por choque ―Shocking‖; ou por aparição

espontânea dos cristais.

Selecionar a zona onde os cristais obtidos por qualquer dos métodos de cristalização

devem ser conduzidos a fim de evitar que não haja dissolução, nem aparição de cristais,

porém permitir apenas que os já formados desenvolva-se.

Zonas de saturação - As zonas de saturação com os seus respectivos índices:

Não saturado . - 0,95 – 300 partes de sacarose. x 100 partes de água

Saturado ........ - 1.00 – 325 ― ― ― ― ― x 100 ― ― ―

140

Metaestável ... - 1,10 - 350 ― ― ― ― ― x 100 ― ― ―

Intermediária . - 1,25 - 410 ― ― ― ― ― x 100 ― ― ―

Lábil .............. - 1.35 - 440 ― ― ― ― ― x 100 ― ― ―

Super-saturado - 1.40 - 460 ― ― ― ― ― x 100 ― ― ―

Nos últimos anos, se tem estudado a teoria e prática da cristalização onde se tem

A.WEBRE como o pioneiro desses estudos e pesquisas.

Na zona saturada, não há nem crescimento nem formação de cristais.

A zona metaestável, caracteriza-se em permitir que os cristais formados apenas se

desenvolvam, sem que haja dissoluções e nem reprodução, isto com o fim de obter-se

cristais uniformes e conseqüentemente de melhor qualidade, é necessário lançarmos

mãos de aparelhos que indiquem as curvas de saturação e supersaturação.

Na zona Lábil, há ainda crescimento de cristais, entretanto aparecem novas

nucleações. Desde que haja formação de cristais, devemos evitar esta zona, para evitar

resultados desfavoráveis. É impossível conduzir a cristalização com relação à

uniformidade e tamanho dos cristais, é evidente que esta operação deve ser feita

enquanto o xarope esteja na zona metaestável de supersaturação e daí por diante

devemos manter os cozimentos nesta mesma zona.

Se excedermos esses índices, atingiremos a zona intermediária, e

conseqüentemente, aparecerão novos cristais. Por outro lado, se a concentração

decrescer, abaixo da zona metaestável, devido a uma diluição ocasionada por má

localização do conduto de alimentação ou por aumento de temperatura devido a queda de

vazio, esses fatos produzirão a dissolução dos cristais já formados. Se a granagem se faz

por ―Shocking‖ devemos proceder enquanto a concentração estiver na zona intermediária,

quando introduziremos uma quantidade limitada de cristais, uma vez que, há formação de

cristais, desde que já existam outros.

Quando suficientes cristais são formados, a aparição dos novos se impede,

retrocedendo o cozimento à zona metaestável, onde os cristais formados cresceram, sem

que haja aparição de outros. Porém, se a cristalização é espontânea, deveremos atingir a

zona Lábil ou o intervalo entre as zonas intermediárias e a Lábil, na qual se formam

cristais independentemente da presença de outros. Quando o número de grãos é

suficiente, agiremos como das vezes anteriores, conduzindo a supersaturação à zona

mateestável, pelas razões anteriormente expostas.

141

É importante recordar que, a transição da zona Lábil, onde ocorreu a cristalização,

à zona metaestável, para onde a supersaturação deve ser conduzida, a fim de impedir a

reprodução de cristais.

Provavelmente seria muito melhor que o ―Shocking‖ se fizesse na zona

intermediária, do que a formação de cristais ou forma espontânea na zona Lábil.

Rendimento cristais na massa cozida -Em todo cozimento arreado, além das

determinações rotineiras de: Brix, Pol e Pureza, recomenda-se determinar o rendimento

de cristais da massa cozida.

Esse fato é sumamente importante no que diz respeito ao volume e exaurimento

dos méis, sobretudo, dos méis finais. Ele nos indicará da necessidade de aumentarmos o

volume de grãos, ou melhor dito, o número de cristais, por ocasião das cristalizações dos

cozimentos finais.

Quanto aos cozimentos de ensacamento, o empobrecimento dos méis e redução

do seu volume, desde que a superfície total dos cristais seja ótimo, obtém-se por dar à

massa cozida um Brix conveniente.

O rendimento de cristais pode ser obtido de dois modos:

a) – MÉTODO DIRETO - Por centrífuga ou prensa específica, ambas de

laboratório;

b) – MÉTODO INDIRETO – Conhecidas as análises da massa cozida, mel e

açúcar, aplicar a fórmula que em seguida

transcreveremos:

c) Rto % =

= 100 x Pol % MC - Brix MC x Pureza do mel / Pol % em Açúcar -

(Brix do Açúcar x Pur. do mel) / 100 (A)

Exemplos:

1º) – Brix da massa cozida 93; Pol % 75; Pureza Massa Cozida – 80.64; umidade do

açúcar 0.5; pureza do mel 60; pol % do açúcar 97.

Rendimento % = 100 x 75 - 93 x 60 / 96 – 99.5 x 60 / 100 = 51.47

2º) – Brix da Massa Cozida 95; pol % 57; pureza da massa cozida 60; pureza do mel

30; pol % do açúcar 91,5; umidade do açúcar 2.

142

Rendimento Cristal = 100 x 57 – 95 x 30 / 91.5 – 98 x 30 / 100 = 45,89%

Obtido o rendimento % de cristais de uma massa cozida, deveremos lutar pelos os

seguintes valores:

1º) – Açúcar refinado: Rendimento 65 %;

2º) – açúcar de ensacamento: Branco de consumo direto e demerara: Rendimento

50 a 60 %.

3°) – açúcar refinado: Branco de consumo direto e demerara: Rendimento 45 a 55

%.

A fórmula (A) fornece o Rendimento de Cristais de uma massa cozida.

Reação de Maillard – É a reação entre os açucares redutores e os aminoácidos, que seria

o responsável pela formação da espuma nos tanque de armazenamento do melaço e que

nesta reação há desprendimento de oxido de carbono ( CO2 ). Esta reação pode ocorrer

depois de um certo tempo do melaço está armazenado.

O caldo da cana possui grande quantidade de aminoácidos, os quais prejudicarão a

elaboração do açúcar, e que só pode ser separado parcialmente durante o processo de

decantação, contribuindo na formação do mel final, sendo provável que sejam importantes

os fatores melacigenicos apesar de um percentual baixo.

E‘ grande a reação entre açucares redutores e de melaço .E‘ grande a quantidade

de estudos sob este tema, geralmente descritas como reação de Maillard.

O estudo dessa combinação e de sua velocidade de reação está baseada na

formação e determinação do 5-hidroximetilfurfural. Acredita-se que a quantidade de 5-

hidroximetilfurfuralse relaciona com a reação de Maillard que se acumula no mel de pureza

baixa.

A primeira fase da reação de Maillard é a reação dos não açucares nitrogenados e a

combinação dos aminoácidos com as hexoses. A ultima fase da reação de Maillard ocorre

durante a operação de cristalização nos tachos a vácuo.

Esta suposição se baseia em que certas matérias se combina com os açúcares

redutores formando um produto de cor escura de alto peso molecular, chamado de

melamidinas. Estes produtos obscuros também contribui nas colorações das massas

cozidas para elaboração do açúcar cru.

.

143

Determinação da quantidade de mel final em estoque na fabricação - Para determinar

a quantidade de mel produzido em uma massa cozida, teremos que determinar o

rendimento dos cristais dessa massa e após subtraí-lo de 100, obteremos a percentagem

de mel.

Exemplo: Determinar os hectolitros de mel, que deverão ser enviados à destilaria, por

uma massa cozida final.

Nota: - Antes, deveremos proceder a análise da massa, do mel e do açúcar:

Brix da massa cozida 95; pol % massa cozida 57; Pureza da massa cozida 60;

Pureza do mel final 30; Pol % no açúcar 91.5; Umidade do açúcar 2%; capacidade do

tacho 45 ton.; Brix do mel final 88; peso de 1 galão de mel final nestas condições: 12,075

lbs.

Solução :

Rendimento de cristais = 100 x 57 – 95 x 30 / 91,5 – (98 x 30) / 100 = 45.89 %

45 ton = 99208,5 lbs. de massa cozida.

45,89 x 99208,5 / 100 = 45.526,8 lbs. de açúcar.

45.526,8 / 132,3 = 344 sacos de 60 quilos de 91.5 do Pol.

344 x 91.5 / 96 = 328 sacos do açúcar de 96 de Pol.

45526,8 x 98 / 100 = 44.616 lbs. sólidas no açúcar.

99208,5 x 95 / 100 = 94.248 lbs. sólidas na massa cozida.

94248 – 44616 = 49.632 lbs. de sólidos no mel final.

12,075 x 88 / 100 = 10,63 lbs. de sólidos em 1 galão de mel.

49632 / 10.63 = 4669 galões = 180,9 hectolitros de mel final.

Quantidade de solução de mel e xarope a injetar nos tachos - Para determinar aos

cozimentos os volumes das soluções de mel a injetar nos cozimentos, quando conhecidas

as purezas desses líquidos e a pureza do pé.

Para tanto, torna-se apenas necessário aplicar a fórmula seguinte: % da solução a

injetar =

= [ Pureza do pé – Pureza desejada / Pureza do pé – Pureza da solução a injetar]

100 - % da solução a injetar = % do pé de cozimento em peso.

144

Exemplo - Deseja-se obter uma massa cozida de 60º de Pureza, dispondo-se de um Pol

de 80º de pureza e uma solução de mel de 50º. Sabe-se que o Brix da massa cozida ao

arrear, deverá ser de 95º e que a esta densidade o volume do tacho corresponderá a 40

toneladas.

Para facilitar o trabalho de cálculo vamos operar em unidades inglesas, devido as

tabelas de Spencer.

Resolução - Aplicando a fórmula anteriormente indicada, teremos % da solução em

peso de mel a injetar = 100 (80 – 60) / 80 – 50 = 66.6

% de pé em peso = 100,0 – 66.6 = 33,4

Como admitimos que o tacho tivesse 40 ton., que em unidades inglesas corresponde a

88.185,36 lbs. teremos:

88.185,36 x 66.6 / 100 = 58.731,44 lbs. de mel.

Como o mel foi diluído a uma solução de 60 Brix o aquecido a uma temperatura

próxima a do cozimento, 60o C, a correção a subtrair ao brix, é de 4.47, logo:

60.00 – 4.47 = 55.53

1 galão de mel nestas condições, pesa 10.52 lbs., então:

58731,44 x 95 / 100 = 55.794,87 lbs. da solução de mel.

Dividindo-se as lbs. da solução de mel a serem injetadas no tacho, pelo peso em

libras de 1 galão desta solução nas mesmas condições, determinaremos os galões

de mel diluído a injetar logo:

55.794,87 / 10.52 = 5.303,6 galões = 205,5 hectolitros de mel diluído a 60º Brix e a 60º C.

Classificação dos cozimentos - Um cozimento será considerado excelente, desde que

contenha zero (O) de cristais anormais ou seja 100 % de cristais regulares.. Entretanto é

muito difícil de conseguir-se, devido as várias causas, que determinam a anomalia dos

cristais, que convencionou-se classificar do bom cozimento, aquele que contenha:

-Regulares.......................................................................... – 60 %

-Conglomerados.................................................................. 20 %

- Finos ( Cristais de tamanho inferior a 0,3 mm ) .......... .... 15 %

- Gemeos ............................................................................. 5 %

TOTAL ......100%

obtém maior exaustão do licor mãe, e como matéria prima para as refinarias de açúcar.

145

Tamanho dos cristais - O tamanho ideal dos cristais variam de 0,8 a 1,2 mm. Os cristais

podem ser maiores que 1,3 mm, porem não devem ser inferiores a 0,7 mm.

O tamanho dos cristais, para : Massa Cozida A = 0,8 a 1,20 mm

Massa Cozida B = 0,8 a 1,20 mm

Massa Cozida C = 0,5 a 0.55mm

Devemos lembrar que tanto maior a superfície de grãos finos, maior quantidade de

mel envolve os cristais sob forma de película, rebaixando a polarização

Tamanho e homogeneidade dos cristais - O tamanho, homogeneidade e forma dos

cristais, têm grande importância, quer com o fim de se obter melhor exaustão do licor mãe,

quer como matéria-prima às refinarias. A má formação dos cristais, segundo a sua

importância se classifica: CONGLOMERADOS, FINOS E GÊMEOS. .

Conglomerados, gêmeos e finos - São classificados como cristais de má formação.

Causa da má formação dos cristais - Os cristais conglomerados, finos e gêmeos, se

formam durante os cozimentos, em virtude de deixarmos subir a supersaturação além da

zona de segurança, que é a metaestável.

Tanto os conglomerados como a reprodução de cristais, provêm da mesma causa,

apenas em intensidade diferentes. Uma vez formado o conglomerado, este só

desaparecerá por dissolução.

Os cristais são classificados em: - irregulares

– conglomerados,

- gêmeos e

- finos –

Formam-se durante os cozimentos devido ao aumento da supersaturação além do

ponto de segurança, que é meta estável.

A instabilidade do vazio é outra causa que produz a avaria dos cristais.

Condensadores centrais ou sistema de vazio central são responsáveis pôr esta

anomalia.

146

Outra causa determinante da má formação dos cristais, é devido à temperatura do

liquido que alimentam. O mel, a água, e as soluções de méis, que alimentam aos tachos

devem ter a mesma temperatura da massa em cocção.

Quantidade de cristais - Um cozimento bem conduzido pode obter-se o seguinte

percentual de cristais: Massa cozida A ----------- 50 a 55%

Massa cozida B --------------- 45 a 50 %

Massa cozida C ----------------- 40 a 45 %

Quando esses valores não se verificam é divido a um cozimento classificado de

frouxo.

Conseqüência dos maus grãos - Como já tivemos oportunidade de ver, tanto os

conglomerados como os finos e gêmeos causam ônus e ao mesmo tempo reduzem a

capacidade, no estágio de refundição ou afinação. Isto, porque aumenta o volume do licor

de afinação sem aumentar a pureza do açúcar.

O que se almeja, é a obtenção de um açúcar depois de lavado, com um pureza não

inferior a 99% , antes de envia-lo ao departamento de filtros, na refinaria. Entretanto, para

se conseguir isto os sólidos no licor de afinação se elevam de 15% a 20% do peso de

açúcar demerara e, as vezes, muito mais que isto.

Este xarope de afinação ou lavagem , no departamento de refundição, que muito se

parece a uma fabricação de usina, se converte em açúcar demerara e mel final. Este

açúcar demerara produzido nas refinarias, volta ao processo de refundição, enquanto que

o mel final, segue para a destilaria.

A fabricação do demerara na refinaria, é um ônus elevado que sobrecarrega o custo

do produto refinado e, por conseguinte, é justamente que deve ser evitado na refinaria:

Abundância de licor de lavagem, devido a alta percentagem de grãos irregulares que a

matéria-prima das refinarias, contém. Daí três exigências do mercado americano quanto

ao demerara: POLARIZAÇÃO, UMIDADE e % DE GRÃOS IRREGULARES.

Devido às más características dos grãos irregulares, geralmente os açúcares

refundidos que os contêm, em vez de apresentar uma pureza de 99 %, apresenta purezas

inferiores a 98%, o que acarretará fatalmente ao produto refinado, inferior qualidade do

produto, redução na capacidade refinaria e aumento do custo de produção.

147

O açúcar má lavado, aumenta o trabalho dos filtros da refinaria, aumentando-lhes as

despesas e perdas dos benefícios normais, sem os quais não pode existir a indústria.

Cozimento frouxo - É um cozimento que contem excesso de mel entre os cristais, isto é,

um cozimento com Brix baixo, muito mel e poucos cristais.

Diante dessa situação, será melhor conduzir os cozimentos o mais apertado

possível, porém, dentro da zona de segurança, que é meta estável.

Segundo Mr. WEBRE, quando conduzimos um cozimento frouxo, fatalmente haverá

reprodução.

O melhor será conduzir os cozimentos o mais apertando possível, porém, dentro da

zona de segurança – a metaestável.

EUGENNE GILLET, em seu livro ―CRISTALIZAÇÃO DE BAIXO GRAU‖, nos diz que: ―O

volume líquido entre os cristais, deve ser o suficiente para conseguir uma circulação

satisfatória‖. Geralmente há complicações quando procuramos separar os cozimentos ao

termina-los. Por esta razão, devemos conduzir os cozimentos o mais apertados possível,

dentro da zona de segurança.

Conglomerados - Consiste em vários cristais que cresceram juntos como se fosse um só

cristal, com vários ângulos e reentrâncias. Isto provoca a formação de cavidades e forma

geométrica indefinida, que propicia a aderência de cera, gomos e outras impurezas, as

quais se tornam difícies de ser eliminadas completamente por afinação.

E, como é óbvio dizer, que esses cristais têm uma superfície maior que os cristais de

formato e tamanho normal, é evidente, que por ocasião de se submeter a matéria-prima ao

processo de afinação, haja dissolução de uma boa quantidade de cristais normais.

Finos - Grãos finos, falsos ou reproduzidos, são cristais de tamanho menor que os

normais, que, como os anteriores, têm maior superfície por unidade de peso, que por

ocasião de afinação, como no caso dos conglomerados, propicia a dissolução de mais

açúcar. Neste caso, são os próprios cristais finos, que se dissolvem, aumentando o volume

e pureza do licor de lavagem reduzindo a capacidade do departamento de refundição ao

mesmo tempo que onera o custo do mesmo departamento.

148

Gêmeo - Consiste em dois cristais unidos em seus lados maiores. São como os

conglomerados, difícies de lavar e retêm impurezas nas faces onde se soldaram. Não

obstante o que foi dito, esse tipo de cristal, não propicia muitas dificuldades, na refinaria.

Os gêmeos se formam, quando a cristalização se faz por ―SHOCKING‖ ou

espontaneamente. Os gêmeos ocorrem também, quando há impurezas provenientes do

caldo da cana ou do caldo de canas de há muito cortadas, ou seja, canas velhas. Quando

cristalizarmos com semente, não devem aparecer cristais gêmeos.

Variações no vazio - Uma outra causa que produz a avaria dos cristais, é a instabilidade

do vazio. Tais variações são inevitáveis com o uso de condensadores centrais e, ainda,

com condensadores individuais se estes dependem de um sistema central de vazio.

Em ambos os casos, quando se descarrega um cozimento e novamente se comunica

o tacho, é indispensável que haja uma bomba auxiliar para aumentar o vazio no aparelho,

antes de comunicá-lo ao sistema central, evitando desta forma dificuldades.

Quando a comunicação do vazio a um tacho, se faz sem o auxílio de uma bomba

auxiliar, forçosamente haverá variações no sistema geral, provocando reproduções e

conglomerados em outros tachos. Quando este choque térmico ocorre, o resultado será

tanto pior se a concentração é baixa, isto é, se ela está frouxa, melhor será ela apertada

(concentrada) do que frouxa (.Brix baixo).

Alimentação fria - Uma outra causa determinante de má formação dos cristais, é devido à

temperatura dos líquidos que alimentam. Tanto a água, como xarope e soluções de méis,

usados na alimentação dos tachos, devem ter à mesma temperatura da massa em cocção.

Tamanho dos cristais em relação aos pesos e volumes das massas - Devemos optar

pelo processo de semeadura completa, por não exigir acervo de várias anos de trabalho

de tachos e que pode fornecer cristais de tamanho pré-determinado e, ao mesmo tempo,

homogêneos.

Naturalmente, que cristalizando pelo método de semeadura completa, tornou-se

indispensável equipar a fábrica para este fim principalmente o tacho onde procedemos a

cristalização. Este processo apresenta as seguintes vantagens:

a) – melhor qualidade do açúcar comercial;

149

b) – mais rápido e mais fácil trabalho dos tachos e centrífugas e,

conseqüentemente, aumento relativo dos ditos departamentos;

c) – maior possibilidade de incrementar o esgotamento de mel final;

d) – maior facilidade em produzir cristais de tamanho ―STANDARD‖ no açúcar

e) – maior economia de vapor.

Definição de semeadura completa ou total - Por semeadura completa ou total, entende-

se incorporar à solução sacarina (xarope ou solução de mel) em ebulição no tacho e na

zona apropriada de supersaturação, certa quantidade de minúsculos cristais de tamanho

pré-determinado, de tal sorte que ao término do cozimento, o número de cristais não tenha

se alterado, apenas tenham os cristais se desenvolvido.

Os americanos e outros povos, usam como semente um pó de açúcar,

comercialmente conhecido com o nome de ―FONDANT‖, cujas partículas têm um tamanho

compreendido entre 20-25 mícrons.

Nas condições americanas e centro-americanos, para cada 1000 pés3 280

hectolitros de pé para massa cozida final, usam 1 kg – 1000 g de ―FONDANT‖, dispersos

em 2 litros de álcool isopropílico ou álcool etílico (anidro) ou gasolina. Enfim, qualquer

desses líquidos servem de veículo da semente, não dissolvem a sacarose e evapora-se

imediatamente ao ser introduzido no tacho, devido ao seu baixo ponto de ebulição.

Relação aproximada entre peso da semente e o tamanho dos cristais de açúcar

resultantes da semeadura completa - A primeira semeadura é experimental e é

importante o tamanho médio dos cristais resultantes da mesma. Com o fim de facilitar os

cálculos do peso do pó para os cálculos seguintes, achamos conveniente dar a proporção

que relacione os pesos de pó com os tamanhos dos cristais resultantes da semeadura:

P / P' = A'3 / A3

Onde: P e P' representam os pesos do pó e

A e A' o tamanho resultante dos cristais.

O desenvolvimento dos cristais nos tachos não é homogêneo devido as causas

abaixo enumeradas:

a) – Irregularidades na circulação das massas cozidas;

150

b) – zonas de distintos graus de sobre saturação;

c) – alimentação inadequada.

A proporção anterior à apenas aproximada, servindo como índice para comprovar a

eficiência da técnica empregada; do trabalho do tacho; do operador, do peso do pó usado

e da uniformidade da semente. Podemos dizer, com bastante aproximação que: quando o

peso em cristais de cozimentos que foram semeados, é igual, os cubos do comprimento

médio dos cristais constituintes, são inversamente proporcionais aos pesos da semente

que originou ditos cozimentos, desde que, as micro-partículas tenham um mesmo peso e

tamanho.

Exemplo - Semeando-se 1816 grs. de semente ―FONDANT‖, o tamanho médio do cristal de

ensacamento seria de 0.8 mm. Qual deveria ser o tamanho médio do cristal de

ensacamento, dando o mesmo número de cortes, ao semearmos 5.000 grs. da mesma

semente, admitindo ser o mesmo o rendimento em peso dos cristais nos dois casos?

RESPOSTAS: 1816 / 5000 = 4 / 11 = X3 / 0.8³ X 3 = 4 x 0.8³ / 11 = 0,57 mm.

Os cozimentos que produzem açúcar de ensacamento comercial, originaram-se de

um certo volume V' de semente, que se desenvolveu no tacho com o xarope e, depois com

um ou mais cortes a outros tachos, continuamos a alimentar com xarope ou mel para

obtermos um certo volume V de cozimento de ensacamento.

Se por um lado a relação de açúcar final e semente e por outro lado a relação de

açúcar comercial a cozimento resultante, são as mesmas (na prática há pequena

variação), e chamando ainda K = V/V' ―Quociente de desenvolvimento da semente‖,

poderíamos dizer que:

O tamanho médio dos cristais de um cozimento iniciado com um pé de semente, é igual ao

tamanho médio dos cristais da semente multiplicada pela raiz cúbica do seu quociente de

desenvolvimento.

O que foi anteriormente dito, podemos expressar com a seguinte fórmula:

A³ = A' 3 V / V'

A = Tamanho médio do cristal do ensacamento;

151

A' = tamanho médio do cristal do pé da semente;

V' = volume do pé da semente;

V = volume do cozimento resultante.

I – Exemplo - Tomemos 140 hectolitros. da semente cujo tamanho médio dos cristais, é

de 0,5 mm e fazemos um cozimento, de 420 hectolitros Calcular aproximadamente o

tamanho do cristal resultante.

A³ = A' 3 420 / 140 = 0.5 3 x 3 = 0.72 mm

II – Exemplo Tomemos 140 hectolitros da semente mas, em vez de fazermos apenas um

cozimento, desenvolvemos o pé até 420 hectolitros os quais serão repartidos com três

outros tachos de 368 hectolitros, em partes iguais. Calcular o tamanho aproximado dos

cristais resultantes.

A' = 0,5 mm V = 3 x 368 = 1104

V' = 140

A³ = 0.5 3 x 1104/140 = 0.995 mm

A seguir, daremos mais algumas vantagens dos cozimentos semeados:

a) – O trabalho dos tachos é facilitado conforme já dissemos, devido à homogeneidade

dos cristais e menos viscosidade dos cozimentos, ocasionando aos operadores,

efeitos altamente satisfatórios;

b) – melhor exaurimento dos méis, em virtude de um maior potencial de esgotamento,

que nada mais é: que a relação entre a superfície total dos cristais e o volume

ocupado.

Potencial de esgotamento - O potencial de esgotamento - PE - é dado pela a seguinte

relação:

Superfície total dos cristais Potencial de esgotamento = ---------------------------------------- Volume total de mel

Esse potencial pode ser aumentado de dois modos:

1º - Diminuindo o tamanho médio dos cristais;

152

2º - dando maior Brix aos cozimentos.

Entretanto, essas duas formas estão limitadas de supersaturação, o melhor

instrumento de que dispõe o superintendente de fabricação para incrementar o

esgotamento dos méis, pela redução do tamanho dos cristais.

Maior facilidade em se produzir um cristal ―STANDARD‖ no açúcar comercial; para

tanto, basta que na fórmula

A = A' 3 V / V'

manter constante o valor de A' é o QUOCIENTE DE DESENVOLVIMENTO.

Este potencial pode ser aumentado de duas maneiras:

1 – diminuindo o tamanho médio dos cristais

2 – dando maior Brix aos cozimentos

Controle das variáveis que determinam o tamanho do cristal - A fórmula que governa

num tamanho maior ou menor de cristal de ensacamento ou comercial, desde que se

conheça o tamanho da semente, volume do pó de cozimento e o volume final deste

mesmo cozimento, é a seguinte:

A3 / A' 3 = V / V' (10

Para melhor compreensão, chamaremos:

Ac = Sólidos no açúcar de ensacamento % de sólidos no xarope;

Sem = Sólidos no açúcar de semente % de sólidos no xarope;

Pz = pureza do xarope;

Pm = pureza do mel final;

Pe = pureza do açúcar do ensacamento;

Pmc = pureza da massa cozida final;

Pa = pureza do açúcar da semente.

V' = Ac x Pe e V = Sem x Pa

Daí: A = A' 3 Ac x Pe / Sem x Pa (2)

153

Chamamos V / V' quociente do desenvolvimento da semente, a qual

representamos pela letra K , então teremos:

V / V' = K = Ac x Pe / Sem x Pa (3)

Teremos também que A = A 3 K (3a)............

Em qualquer dos sistemas usuais de massa cozida, a produção de semente e de

açúcar comercial é dado pelas seguintes fórmulas:

SÓLIDOS NO AÇÚCAR COMERCIAL

% DE SÓLIDOS NO XAROPE Ac = 100 / (Pz - Pm) / (Pe - Pa) (4)

SÓLIDOS EM AÇÚCAR NA SEMENTE % DE SÓLIDOS NO XAROPE :

Sem = 100 (Pme-Pa) (Pe- Pz) / (Pa - Pme) (Pe - Pa) (5)

(Pz - Pa) (Pa - Pme) (Pe - Pa) Pe (Pz - Pm) (Pa - Pme) Pe

K = Sem x Pa = -_______________________________________________________

(6)

(Pe - Pm) (Pme – Pa) (Pe – Pz) Pa (Pme - Pa) (Pe - Pz) Pa

Substituindo o valor de K , na fórmula (3a), vem:

A = A' 3 (Pz - Pm) (Pa - Pme) Pe / (Pme - Pm) (Pe - Pz) Pa =

(7)

Admitamos que a semente produzida seja de 0.5 mm o que desejamos obter açúcar

comercial de 0.77mm.

Substituindo na fórmula (3) os símbolos pelos valores acima e tirando o valor de K,

teremos: K = 0.773 / 0.53 = 3,66

Daí concluímos que, em qualquer usina que produza semente de tamanho médio de

0.5 mm e açúcar comercial de 0.77 mm, ocorrerão 3 hipóteses: K = 3.66 o cristal médio

será de 0.77 mm , não faltará nem sobrará semente.

K > 3,66 haverá falta de semente e o cristal será maior de 0.77 mm.

K > 3,66 teremos que dissolver semente ou produzir um cristal menor de 0.77 mm.

154

Problemas - Em uma usina, que não importa qual seja o seu sistema de massa cozida,

se tomou os seguintes dados: Pz = 85 ;

Pm = 33 ;

Pe = 98 ;

Pme = 60 ;

Pa = 85

A' = 0.55 mm.

Calcular o tamanho do cristal que se produzirá.

Solução -

Determinando-se o valor de K, usando-se a fórmula (6), teremos:

K = (85 - 33) (85 - 60) 98 / (60 - 33) (98 - 85) 85 = 4.27

Como 4,27 é maior do que 3,66 se conclui que a referida usina, está produzindo um

cristal comercial maior de 0,77 mm.

Aplicando a fórmula (3a), obteremos o tamanho médio de cristal produzido.

A³ = 0.5 3 x 4,27 = 0.81 mm

Admitamos que a supra citada usina, decidiu fabricar açúcar a granel de 1 mm.

Calcular a quantidade de semente que teremos de dissolver, partindo de uma semente de

0.5 mm.

RESOLUÇÃO: Sabemos que: A³ = A' 3 K

K = A3 / A3 = 1,0 ³ / 0,53 = 8

Mantendo 0.5 mm na semente, necessitaremos um quociente de desenvolvimento

igual a 8 para que possamos produzir um cristal médio de 1 mm.

PRODUÇÃO DE SÓLIDOS EM AÇÚCAR %

SÓLIDO NO XAROPE (Fórmula 4) 100 (85 - 33) / 98 - 33 = 80%

PRODUÇÃO DO SÓLIDO NA SEMENTE %

DO SÓLIDO NO XAROPE (Fórmula 5) 100 (60 – 33) (98 – 85) / (85 – 60) (98 – 33) = 21,6 %

155

Caso utilizássemos toda semente, o cristal produzido teria um tamanho apenas de

0.81 mm conforme calculamos no problema nº 1.

Para se produzir um cristal médio de 1 mm teríamos que utilizar menor quantidade de

semente do que aquela produzida pela usina. Esta quantidade se calcula da seguinte

forma: Tirando o valor de Sem na fórmula (2) e atribuindo a K o valor de 8 previamente

calculado, teríamos:

Sem = Ac x Pe / K x Pa = 80 x 98 / 8 x 85 = 21,6 %

A usina, necessitará, transformar em semente 11.5 % de sólidos que entram no xarope

a fim de conseguir um cristal de 1 mm. Como entretanto está produzindo 21.6 %, terá

forçosamente que dissolver: 21.6 - 11.5 = 10.1 % de sólidos da semente % de sólidos

no xarope que equivale a:

100 x 10.1 / 21.6 = 46.7 % de produção de semente

Problema - Admitindo que a usina quisesse produzir um cristal de 1 mm nas que não

desejasse dissolver açúcar, qual seria o tamanho do cristal da semente?

Solução - Da fórmula n° 2 se tira o valor de K. Conhecido este, o valor de A' se calcula

pela fórmula (3), onde se atribui a A o valor de 1 mm.

K = 80 x 98 / 21.6 x 85 = 4,27

A' 3 = A / K = 1 / 4.27

A‘ = 1 / 1.62 = 0.61 mm

Para que não dissolva semente e produza cristal de 1,0 mm terá que elaborar uma

semente média de 0.61 mm.

Formula nº 4 - Admitindo o tamanho da semente nova 0,61 mm e partindo de um

volume de 200 Hl e a semente antiga, de 0,5 mm, para se manter o K = 4,27 e o cristal

de 1,0 mm. Quanto se deve desdobrar o 200 Hl?

SOLUÇÃO:

V' = 200 V = ?

A' = 0,5 A = 0,61

156

V / V' = A3 / A'3

V / 200 = 0,61³ / 0,53 V = 200 x 0, 61³/ 0,5³

V = 200 x 1,82 = 364 Hl

Reportando-nos à fórmula (1) e do que já vimos em aula anterior, teremos:

Zona de supersaturação - É relação existente entre o peso em gramas de sacarose em

100 g de água numa solução de pureza P, a temperatura T, com o peso em gramas de

sacarose em 100 g de água de uma solução saturada de pureza P e temperatura T, ou

seja :

g Sacarose /100g de água em solução de pureza P e temperatura S = ------------- -------------------------------------------------------------------------- g Sacarose / 100g de água em solução saturada de pureza P e temp T As impurezas influenciam a super saturação.

Semeadura completa ou total - Pôr semeadura completa, entende-se em introduzir certa

quantidade de semente – quantidade de minúsculos de tamanho pré determinado - de tal

sorte que ao término do cozimento, que a quantidade de cristais introduzidos sejam a

mesma, mas que os cristais tenham aumentado de tamanho.

As partículas de semente tenham um tamanho na ordem de 20 a 25 mícrons.

Cristalizando pelo método da semeadura completa é que pode fornecer cristais de

tamanho pré-determinado e ao mesmo tempo homogêneos.

Cristalizando pelo método de semeadura completa, torna-se indispensável equipar

o tacho onde seleciona.

Vantagens desse processo:

1 - Melhor qualidade do açúcar,

2 - Mais rápido e mais fácil o trabalho dos tachos e das centrifugas,

3 – Maior possibilidade de incrementar o esgotamento do mel final,

157

4 – Maior possibilidade de produzir cristais do tamanho standard no açúcar comercial,

5 – Maior economia de vapor.

Marcha do cozimento - O processo não é continuo, mas, pôr etapas conforme

descrição a seguir:

1 – Trabalhar com um vácuo na câmara dos gases na ordem de 25‖ a 26‖de Hg.

2– Puxar um pé de xarope ou semente até cobrir o espelho superior na altura de 50 a

100 mm.

3 – Em seguida fazer a alimentação do vapor na calandra.

4 – Concentra-se, mantendo-se constantemente coberta a superfície de aquecimento

ou seja, completa-se o nível da massa, alimentando continuamente com xarope ou

mel dependendo o tipo de massa cozida que está sendo elaborada.

5 –Retira-se a amostra da massa cozida em elaboração através da sonda e essa

amostra é colocada em uma lamina de vidro, onde é examinadas, a intervalos de

tempos, à luz de lâmpada elétrica.

6 – Atingindo a concentração desejada, obtém-se :

1.1 – espontânea a formação de cristais ...........= processo de espera.

1.2 - provocada pôr diferença térmica..............= processo de choque

1.3 - introdução de cristais na massa ,...............= processo de semeadura.

7 - O número de cristais formados dependerá da grã que se quer no produto final.

Para obter cristais grandes – grã grossa – o numero de cristais bases, que será

permitido formar-se, deverá ser pequeno, dando-se assim condições de crescerem

mais. Para obter grã- fina a base do número de cristais deverá ser grande..

8 - Quando o numero de cristais for suficiente, puxa-se novo volume de xarope ou de

mel das turbinas de açúcar. Continua essa alimentação que não deve ser rápida

que chegue a dissolver os cristais já formados, nem lentamente que

provoque a formação de novos cristais.

9 - A quantidade da massa vai aumentando lentamente e os cristais vão crescendo.

Estando o tacho com todo o seu espaço útil todo ocupado, param a

alimentação e ―aperta-se” o cozimento, até que a massa alcance o Brix

desejado.

158

Observação: 1 = O operador conhece a proximidade do ponto, pela velocidade com

que os salpicos escorrem pelo vidro do visor.

2 = Outra maneira de reconhecimento é pela prova de fio. Esta prova

consiste em se tomar uma porção de massa, colocando-a entre o polegar

e o indicador, juntar esses dedos e em seguida, afastá-los

rapidamente:

a – se o fio se romper quando curto, o cozimento ainda não está

terminado;

b - se não se romper, o cozimento está terminado. É considerado no

ponto quando o fio só se rompe depois de muito alongado e bastante

fino.

10 - Dado o ponto, fecha a válvula de vapor, desliga-se o vácuo, abre a

válvula de descarga, e em seguida a do quebra vácuo, e descarrega

a massa cozida no cristalizador.

11 - Concluído o descarrego da massa cristalizada, injeta-se vapor dentro do

tacho, para dissolver o açúcar em suas paredes, e no feixe tubular,

deixa-se escoar o xarope obtido, e em seguida fecha-se a válvula

de descarga e todas as entradas de ar, liga-se o vácuo,

puxa-se novo pé , e inicia-se novo cozimento.

Instrumentos que deve conter um tacho - Um tacho equipado para cristalizar deverá

ter :

1 – Um recipiente cujo volume contenha pelo menos uma vez e meia o volume da

semente envolta no líquido;

2 – O recipiente que é destinado a fazer a mistura. Deve ser equipado com motor

elétrico;

3 – Um aparelho para medir de super saturação;

4 – Um manômetro de pressão absoluta;

5 – Um termômetro que indique a temperatura do vapor saturado;

6 – Um termômetro de chicote longo, cujo bulbo esteja colocado no centro do tubo

central da calandra;

7 – Um manômetro que indique a pressão na calandra;

8 - Sonda;

159

9 - Instrumentos baseados na condutibilidade;

10- Refratômetro de tacho. Registrador;

11- Controle automático da pressão absoluta;

12- Controle automático de nível.

Velocidade de cristalização - A velocidade de cristalização da massa cozida depende :

1 = da viscosidade,

2 = da temperatura,

3 = da super saturação,

4 = da pureza do licor mãe,

Cozedores a vácuo - Classificam-se em: - serpentinas

verticais .... com circulação natural

- com circulação mecânica,

- horizontais,

- contínuos.

Características técnicas e construtivas dos cozedores verticais com calandra -

Funcionam como um mono evaporador.

Materiais-..........aço carbono ou aço inox

Domo - ............com altura mínima de 2,00 m;

Corpo - .............com altura mínima de 3,00 m;

Calandra-...........altura de 600 a 920 mm circulação natural;

altura máxima de 1.000 mm com circulador mecânico;

Tubo central-... diâmetro 40 a 50 % do diâmetro interno do espelho;

Formato – tronco cone= circulação natural

- reto = circulação mecânica,

Corpo inferior -.........altura de 120 a 200 mm;

Fundo – Formato tronco cone com ápice invertido, com formato de W,

cujo diâmetro corresponde ao diâmetro menor do tubo

central, para os de circulação natural.

160

- Formato tronco cone = para os de circulação mecânica

- Ângulo de 15 a 22o;

Quanto maior a altura dos tubos maior será as perdas de carga, o que dificulta a

circulação da massa em cozimento.

Tubos - A medida que aumenta concentração do caldo, aumenta a sua viscosidade

perdendo cada vez mais a sua fluidez. Sua consistência não mais permite mais ebulição

em tubos de pequeno diâmetro.

Diâmetro = variam de 4‖ a 5‖, massas cozidas com purezas

elevadas, caso das refinarias, pode-se optar por tubos de

3‖1/2.

Comprimento = variam de 600 a 920 mm

tubos com comprimento superior a 920 mm até 1.000 mm

, recomenda-se usar circulação mecânica.

Material = ............aço carbono;

aço inoxidável

cobre e

latão

Altura da massa cozida - A altura máxima da massa no final do cozimento: com

circulação natural é de 1.500 mm acima do espelho superior; e com circulação forçada é

1.800 mm.

Corpo - O corpo deve ser reto, isto é, ter o mesmo diâmetro do espelho, a fim de evitar a

formação de maior percentual de cristais irregulares.

Cozedores horizontais a vácuo - Tem o formato de um cilindro na horizontal, e sua

calandra é formada pôr placas ou feixe tubular.

Relação superfície / volume - Esta relação é de grande importância na seleção do tacho

a vácuo

161

Relação mínima para os tachos a vácuo para elaboração da massa A e B é 0,650

m2/hl.

Relação máxima para os tachos a vácuo para elaboração da massa C é 0,600

m2/hl

A área de aquecimento é tomada pelo diâmetro interno dos tubos que compõe o

feixe tubular.

Obs – o feixe tubular de preferência são de aço inoxidável..

Capacidade em volume total dos tachos a vácuo.- volume total:

sistema de três massas cozidas..............0,586 hl / TCD

sistema de duas massas cozidas.............0,468 hl / TCD

Consumo de vapor pelas Massas Cozidas – Em média o consumo de vapor para cada

quilo de água evaporado da massa cozida é :

Massa cozida A ............................1,15 kg / h

Massa cozida B..............................1,20 kg / h

Massa cozida C..............................1,25 kg / h

Limpeza dos tubos do cozedor – Deve ser feita lavagem, com vapor, em cada intervalo

de cozimento. Nas paradas longas ou no fim de safra deve-se, fazer limpeza química

(soda caustica ).

Processos de cozimento - A massa cozida, após ter completado a sua cristalização, é

turbinada e obtém-se açúcar e mel. Este possui sacarose recuperável para uma nova

cristalização, em outro cozimento.

Para se obter um completo esgotamento, isto é, o ponto da sacarose recuperável

existente no mel não ser economicamente viável, são necessários vários cozimentos, que

são chamados de cozimentos de Massa de 1a, 2a, e 3a, ou de massas A, B, e C.

Processo de duas massas cozidas - Usa-se este processo de duas massas, quando a

usina produz xarope de baixa pureza ou possua poucos vasilhames tais como tachos,

sementeiras, cristalizadores e turbinas de açúcar.

162

Os processos usadas são de duas massas cozidas : Primeira ou A e Terceira ou C.

As pureza dessas massas cozidas são :

massa primeira ou A - Pza a partir de 79

massa terceira ou C - Pza entre 59 e 62

Processo de três massas cozidas - Neste sistema temos em processo as massas

cozidas de primeira, segunda e terceira, ou A, B e C.

Purezas dessas massas cozidas são:

massa de primeira ou A - Pza a partir de 83

massa de segunda ou B , - Pza entre 70 a 76

massa de terceira ou C, - Pza entre 59 e 62

Massa cozida A – É elaborada com Pza igual ou superior a 83, é elaborada com um pé

de cozimento, formado do magma C, e alimentada só com xarope ou xarope com

recirculação de solução de mel A.

Massa cozida B - É elaborada com pé de cozimento, formado do magma C e alimentada

com solução de mel A.

Massa cozida C – É elaborada com Pza de 59 a 62, é elaborada com semente virgem, e

alimentada com solução de mel B.

Processo duplo magma - Este processo se obtém um único açúcar elaborado pela

massa cozida A.

Utilizando o açúcar C sob forma de magma é usado com pé de cozimento para

elaboração da massa cozida B, e o açúcar B sob forma de magma é usado como pé de

cozimento para elaboração da massa cozida A, e ensacando único açúcar elaborado pela

massa cozida A.

Rebaixamento da pureza - Condições para rebaixar o mel final em 30 pontos.

163

1 - que o cozimento seja conduzido pôr aparelhos de super saturação

2 - tempo de cura . Sistema com refrigeração : Massa Cozida A = 2 horas,

Massa Cozida B = 2 horas,

Massa Cozida C = 30 horas,

3 - que a relação glicose / cinzas seja maior que dois.

Brix das massas cozidas - Quanto mais baixa a Pureza da massa , maior deverá ser o

seu Brix.

Massa Cozida A = Brix até 93

Massa Cozida B = Brix de 93 - 94

Massa Cozida C = Brix igual ou maior de 96.

Tempo de cozimento - Quanto menor for a pureza da massa cozida, maior será o tempo

para elaboração dessa massa:

Os ciclos completos de cozimento podem tomar como valores médios:.

Massa Cozida A = 3,5 a 4 horas

Massa Cozida B = 5,0 a 6 horas

Massa Cozida C = 7,0 a 8 horas

Circulação da massa cozida - A circulação da massa cozida é provocada pelo o

processo de convecção, onde as bolhas de vapor, originada pelo o aquecimento dos

tubos tendem a subir, aumentam de tamanho, agitam a massa e a forçam para cima.

Parando o aquecimento, a circulação é interrompida.

A circulação é auxiliada pela a diferença de peso especifico entre a massa cozida

quente que sobe pelo os tubos – feixe tubular - e a massa cozida fria que desce pelo o

tubo central ou no anel lateral, como é o caso dos tachos que tem calandra flutuante ou

nos horizontais de placas ou de tubos..

A velocidade de circulação das massas cozidas depende da Pureza e de sua

viscosidade. Quanto maior a Pureza menor é a viscosidade.

A velocidade da massa cozida durante o cozimento é decrescente. A medida que

vai aumentando a concentração da massa cozida , vai reduzindo a velocidade.

A velocidade de circulação na primeira hora pode atingir a velocidade de 0,50 m/s.

Como valores médios podemos tomas as seguintes velocidades:

164

Massa cozida da Refinaria = 0,20 m/s

Massa cozida A = 0,10 m/s

Massa cozida B = 0,04 m/s

Massa cozida C = 0,02 m/s

Distribuição dos volumes dos tachos para os diferentes tipos de massa cozida –

Recomenda-se adotar os seguintes valores:

Sistemas de duas massas - Usando a seguinte relação 3 volumes de massa A para 1,0

volume de massa C ou em percentuais, 75% de MCA e 25%de MCC.

Processo de duas massas – Praticamente, para cada 3 Hl de massa Cozida A, o seu

volume é de 1 Hl de massa C

Volumes : Massa A = 1,42 hl pôr TC

Massa C = 0,47 hl pôr TC

Sistema de três massas - Usando a seguinte relação 2,0 volumes de massa cozida A

para um volume de massa cozida C e 1,48 volume de massa cozida B para 1,0 de

massa C, e em percentuais, 46% de MCA, 31% de MCB e 23% de MCC.

Processo de três massas cozidas – Praticamente para massa cozida A, o seu volume é

duas vezes o volume de massa B e o volume da massa B, é duas vezes o volume da

massa C.

Volumes Massa A = 1,700 hl pôr TC

Massa B = 0,850 hl pôr TC

Massa C = 0,425 hl pôr TC .

Quantidade de massa cozida - Os volumes aproximados variam, com diversos fatores,

entre os quais se destacam o Brix e a Pureza.

Aumento de vazio – O aumento de vazio no cozimento poderá acarretar prejuízos por

motivos diversos.

O aumento de vazio decresce a temperatura, e esta por sua vez, faz aumentar a

supersaturação. Por exemplo, a queda de uma polegada no vazio, duplicará sob certas

165

condições a supersaturação. Neste caso, ou surgiria um novo grão , ou se formaria

conglomerados ou podendo ocorrer a formação simultânea de ambos. Ocorrendo estas

flutuações obteríamos grãos de qualidade inferior.

Com relação a variação de pressão do cozimento, constata-se que aumentando a

pressão - o vazio decresce – a ebulição do cozimento cessa, e assim permanece até que

a temperatura do material no tacho, seja aumentada pela absorção do calor sensível,

transmitido pela superfície de aquecimento. Durante esta fase, que é curta variando de

cinco a dez minutos, o tacho permanece inerte e o conteúdo vai absorvendo o calor da de

aquecimento adjacente. A temperatura do liquido em torno dela, e conseqüentemente a

película adjacente da massa cozida pode alcançar um grau de temperatura, capaz de

sub-saturar a solução e provocar a dissolução do grão, a menos que, pressão de vapor,

bem baixa, sejam admitidas nessas superfícies. Tais temperaturas e supersaturação

transitórias nos cozimentos contribuem para a formação de grãos falsos e conglomerados.

Além do mais, qualquer substancia sub-saturada tenderá dissolver os cristais e

provocar aparecimento de grãos irregulares, e mesmo, criar dificuldades nas turbinações

finais. Estes efeitos são indesejáveis principalmente quando é alta a pressão hidrostática.

Desde que os resultados dos estudos referentes a semeadura, mostraram a necessidade

imperiosa da aplicação de uma pressão de vazio automaticamente regulada de

cozimento, com a finalidade de conseguir uma cristalização que até então pelo o processo

de espera ou de choque. Estas conclusões eliminaram os inconvenientes de

reprodutividade dos resultados que se processavam nos métodos antigos de cristalização.

Existe uma relação definida entre temperatura, concentração e supersaturação, na qual os

cristais de formarão espontaneamente nas soluções semeadas ou não semeadas e para

melhores resultados em ambos os processos, o núcleo deveria ser mantido sob pressão

estável, para reduzir os inconvenientes naturais encontrados na escala comercial da

cristalização do açúcar.

Refundição – Os benefícios conseguidos com os trabalhos de refundição juntamente com

outras alterações nos processos podem ser resumidos como se segue:

1 – A capacidade aumenta de 20 a 25% ou mais,o que contrabalança a perda de

capacidade conseqüente da ausência dos não-açucares refratários a manipulação.

2 – Não há necessidade de investimento pela recuperação da capacidade perdida.

166

3 – O rebaixamento de purezas ao normal, e até mesmo a um pouco abaixo do

normal.

4 – Grande economia e vapor, alcançada pela redução da não recirculação dos não

açucares.

5 – Redução das perdas, acarretando altas produções e melhor qualidade do

açúcar refundido produzido.

6 – Redução considerável de combustível em conseqüência da boa qualidade do

açúcar refundido.

Resfriamento das massas - A massa de ensacamento ao sair do tacho, com

temperatura de 70 C, ela deve ser resfriada até a temperatura de 65º C para em seguida

ser centrifugada. A temperatura de 70 C, teríamos problemas de centrifugação.

O resfriamento da massa C ou final, devemos rebaixá-la a temperatura ambiente da

fabrica, para em seguida elevá-la a temperatura de 60º C para em seguida centrifugá-la.

Cozimento difícil - Quando as massas não cristalizam, ou tem dificuldade de cristalizar,

ocorre o processo de inversão, significa que a massa está azeda.

pH das soluções de mel e xarope - As soluções de Mel e Xarope devem ter o pH

debilmente ácido. O pH do xarope é de 6,5. Essas soluções de mel e xarope,

apresentando alcalinidade, indicam que adicionaram cal e conseqüentemente aparecerá

cola.

Caramelização - Inversão - Coloração - A caramelização, a inversão e a coloração são

mais acentuadas quando a temperatura está mais elevada. Na fabricação do açúcar

branco, quanto mais branco se deseja obter o açúcar, mais baixa deve ser a pressão de

vapor de aquecimento e mais alto vácuo no tacho. O vácuo é o fator que mais influencia a

temperatura da massa cozida do tacho.

Recomenda-se que as temperaturas dos cozimentos A e B ficam entre 65 e 75

C, a coloração e as reações de decomposição são mínima e os índices de cristalização é

satisfatório.

Para as massas cozidas recomenda-se operar a temperatura de 65o C.

167

Cor – A formação de cor está relacionada quando se opera com temperaturas elevadas no

pré-evaporador e no primeiro efeito, principalmente quando se tem o tempo de retenção

prolongado.

Dos componentes responsáveis pela formação de cor, o ferro é o mais importante.

Portanto quanto mais elevado for o teor de ferro na solução a ser concentrada maior será

a formação de cor.

O aumento de cor , normalmente aumenta no processo de clarificação.

A cor escura dos caldos crú é causado por: - vários derivados dos polifenóis entre

os quais o principal é o tanino, e por ferro oriundo dos rolos de moendas.

As principais matérias colorantes são: clorofila, autocianina, sacaretina, tanino e

xantofila.

Para obter um açúcar com cor baixa, deve evitar o uso excessivo de cal. Não

permitir que nenhuma operação seja feita usando excesso de calor durante longo tempo.

A alteração de cor varia em função das canas queimadas e da falta de limpeza nas

canas esmagadas, e as alterações que o caldo sofre no decantador.

Açúcar com mínimo de cor se obtém quando esmaga canas novas, canas madura,

canas de boa qualidade e limpa, isto é, isenta de impurezas.

Açúcar de maior intensidade de cor quando esmaga canas verdes, canas de má

qualidade ou deterioradas, com maior quantidade de impurezas, tais como ponteiros,

palhas etc.

Cana de má qualidade ou deteriorada, torna-se impossível de obter uma caldo claro

e ter uma rápida decantação.

Desenvolvimento de cor no processo deve-se

– quando se processa com temperatura elevada

- pH excessivo,

- temperatura elevada, produz: aumento de cor, caramelização e inversão

- tempo longo no processamento.

Os compostos coloridos resultam:

- reação dos aminoácidos e açucares redutores,

- decomposição de açucares redutores,

- reações do tipo de condensação.

168

Quanto mais perfeito é o cristal, menor é a cor. Isto significa operar em tachos bem

projetados e que tenha boa circulação.

Quanto mais baixa a taxa de cristalização mais perfeito são os cristais.

Combate à formação da cola no tacho - Quando constatada a formação de cola no

cozimento, preparar uma solução de bicarbonato de sódio, na seguinte proporção: - para

cada 100 Hl de massa cozida, contida em um tacho, tomar 400 a 500 g de bicarbonato de

sódio e dissolver em 10 litros de água. Deste volume toma-se 50 % e colocar no meio do

volume da massa cozida e os 50 % restante quando completar o volume do tacho.

Combate à formação de cola no cristalizador - Quando a massa é arriada no

cristalizador, e existir formação de cola, colocar na mesma proporção que foi feita a

solução para combater a formação de cola no tacho, ou conforme o caso, dissolver 800 g

de bicarbonato de sódio em 40 litros de água. Coloca-se a solução sobre o cristalizador,

na superfície da massa arriada.

Circulação nos tachos a vácuo – A maior ou menor circulação natural nos tachos

usados nas usinas de açúcar,depende do tamanho, tipo, desenho, superfície de

aquecimento, pressão de vapor, vazio, tipo do material a ser manipulado, etc.

Circulação natural – A circulação natural da massa no interior de um tacho a vácuo

ocorre baseada no processo de convecção. Quando o nível da massa está baixo, a

circulação é induzida para a formação borbulhas de vapor no feixe tubular da calandra,

reduzindo o peso da massa em elaboração. A massa cozida que encontra-se nos tubos

da calandra saem em direção ascendente em todos os pontos com temperaturas

diferentes , onde a media geral dessas temperaturas representa a temperatura da massa

no tacho. A medida que a massa se eleva,quando estes pontos chegam a um nível donde

o vazio corresponde a seu ponto de ebulição, se produz um flash com liberação de um

borbulha de vapor.

A expressão ―circulação nos tachos a vácuo‖ se aplica para descrever uma forma

qualitativa da intensidade com que a massa cozida está se movimentando, pelo processo

de convecção, para cima ao longo dos tubos que forma a superfície de aquecimento,

evaporando-se na zona do nível superior – zona acima do espelho superior – e retornando

169

para baixo até ao fundo do tacho a vácuo via tubo central. A força motriz da circulação é a

intensidade da evaporação ou a formação de bolhas de vapor no nível

superior,produzindo um peso especifico inferior ao da massa cozida e criando pressões

hidrostáticas diferentes acima da superfície de aquecimento e em cima do tubo central. A

intensidade da circulação ou o fluxo da massa cozida através dos tubos da calandra se

determina pela diferença da temperatura da massa que sai dos tubos e a temperatura da

massa na seção inferior do tacho a vácuo, ou seja T2 – T1 .

A velocidade de circulação pode expressar como a velocidade do fluxo da massa

cozida que passa através dos tubos que forma a superfície de aquecimento.

A velocidade de circulação nos tachos a vácuo bem projetado varia de 5 a 20 m por

minuto no inicio e caindo par 0,30 m por minuto no fim do cozimento, e é dado pela

seguinte formula:

Velocidade de circulação = força motriz / resistência.

A resistência a circulação no tacho a vácuo depende do projeto do tacho a vácuo –

superfícies de resistência ao fluxo - e a viscosidade da massa cozida

Circulação mecânica - Trata-se de um dispositivo que tem a função de forçar a

circulação da massa, permitindo uma circulação praticamente constante do inicio ao fim.

A grande vantagem da circulação mecânica consiste na obtenção de uma

circulação ótima independente das condições exigidas, para que tenha uma boa

circulação.

O tacho de calandra entra em ebulição mais rapidamente na primeira metade

de seu tempo de seu cozimento e mais lentamente na fase final.

O efeito da rápida evaporação de uma calandra na fase primaria do

cozimento, pode ser contrabalançada, mantendo-se uma alimentação de baixa densidade.

Este procedimento não é recomendado como melhor pratica, pois sua aplicação tende a

causar o crescimento irregular da grã, a lavar a semente inicial, podendo ainda ocasionar

a presença de finos e conglomerados. Além disto, há uma objeção contraria, ao emprego

de uma quantidade grande de alimentação, durante a fase primaria da massa cozida,

porque este processamento, provocará na fase inicial aumento de liquido prejudicial aos

grãos formados, o que ocorre para diminuir a capacidade do tacho e para aumentar o

consumo de vapor, como conseqüência de baixa densidade da alimentação.

170

Outro método para equilibrar as características de cozimento de um tacho de

calandra durante a fase primaria do cozimento, consiste na alimentação do tacho por

algum tempo com água. Se bem esta operação não afete a circulação do tacho, todavia

ele apresenta maiores inconvenientes de que a alimentação a baixa densidade, porque o

combustível e a água são desperdiçadas e a alimentação e a alimentação com água

tende a dissolver o grão e reduzir a quantidade original do núcleo com o qual a massa

cozida foi iniciada. á baixa densidade .

Em relação aos tachos de circulação natural, apresenta as seguintes diferenças:

-Velocidade de circulação - Varia de 60 a 90 rpm, como rotação média de 75

rpm.

-Taxa de evaporação - Mais ou menos constante.

-Duração do cozimento - É consideravelmente reduzida;

-Pressão de vapor - Pode-se usar vapor de baixa pressão como vapor vegetal

do primeiro ou do segundo.

Potência .......= Para............ MCA = 0,1875 a 0,200 CV pôr hl

MCB = 0,2000 a 0,225 CV por hl

MCC = 0,225 a 0,250 CV por hl

Vantagens e inconvenientes da circulação mecânica - Segundo Webre os principais

são:

1) Redução do tempo de cozimento;

2) Temperatura máxima alcançada pela massa cozida é consideravelmente mais baixa;

3) Cristais mais bem formados, mais bonitos e mais regulares;

4) Menor coloração do açúcar e menores riscos de perdas de açúcar por

superaquecimento locais;

5) Possibilidade de utilizar a alimentação automática, tomando o impulso da potência

absorvida pelo motor: quando aumenta a válvula de alimentação se abre, quando diminui,

esta se fecha;

6) Possibilidade de alimentar o aparelho com xarope ou mel um pouco saturado, sem

perigo de refundição;

7) Depósitos nos tubos, provoca desgaste produzido pelo atrito dos cristais que

circulam;

8) Possibilidade de utilizar para aquecimento um vapor com pressão mais baixa.

171

Cozimento C – Após o cozimento deixar a massa resfriar no próprio tacho a vácuo. Desliga-

se o vapor. Deixar ligado durante vinte minutos o vazio e a coluna barométrica.

Recomenda-se colocar mel final como lubrificante para fluidizar a massa cozida.

Manter ligado o circulador mecânico, se o tacho a vácuo for dotado desse

equipamento.

Após descarregar no cristalizador deixar resfriar, lentamente, durante mínimo de trinta

horas até que a massa atinja a temperatura na faixa de 38º a 42 ºC.

Após atingir essa temperatura aquecer a massa cozida a temperatura de 50º a 52 ºC

e em seguida centrifugá-la.

Capitulo XIII

MALAXADORES

Cristalizadores - São equipamentos com formato de uma calha ou em U ou cilíndrico.

Utilizados para receber as massas cozidas que são descarregadas dos cozedores a

vácuo, com a finalidade de fazer a cura dessas massas, complementando a formação dos

cristais com o maximo esgotamento do licor mãe.

172

Os cristalizadores são dotados de elementos moveis, dos mais variados desenhos,

podendo ser dotado ou não de refrigeração natural ou forçada.

Cristalização complementar - É concluída nos cristalizadores. Esta operação é realizada

pôr movimentação e resfriamento das massas, a fim de aumentar os pontos na queda de

pureza.

Objetivo - Resfriar as massas cozidas, cujo tempo de permanência é função do tipo de

massa cozida - tipo do cristalizador, das condições técnicas da usina.

Tempo de cura - As condições recomendadas são:

Massa Cozida Sem Refrigeração Com refrigeração

A 12 h 2 h

B 24 h 4 h

C 72 h 30 h

O valor, acima, não tem sido observado na prática, principalmente as massas

cozidas A e B. O tempo de cura é curto, demora pouco tempo dentro dos cristalizadores e

muitas vezes são centrifugadas(turbinadas) logo após ser descarregadas.

Capacidade - Estes equipamentos tem capacidade em volume do Tacho, que o alimenta

acrescida de uma margem de segurança na ordem de 10% a 20% do seu volume.

Dimensões do cristalizador – O dimensionamento normal a altura é igual a largura ou

diâmetro. O comprimento é de 3 á 3,5 vezes o diâmetro do cristalizador.

Características técnicas e construtivas –

Material ..............Corpo .............aço carbono ou inox,

Espelhos..........aço carbono ou inox.

Eixo .................tubo em aço carbono ou inox.,

rotação - Varia de 0,25 a 1,2 rpm. Acionamento ....Motor elétrico......acoplado a um redutor de velocidade ou um tipo sem fim,

173

Hidráulico Potência - A potência necessária para fazer girar um cristalizador, depende: - Rotação dos elementos moveis,

- Brix e viscosidade da massa cozida. - A instalada - recomenda-se de 0,03 a 0,05 CV por hectolitro. Cálculo do número de cristalizadores - Para calcular a quantidade de cristalizadores a

ser instalados para cada tipo de massa cozida é necessário conhecer:

Tempo de cura ( TC); em horas

Tempo de centrifugação ou tempo de turbinação ( Tc ) em horas

Numero de Cozimentos Dia (QC)

Volume do cristalizador = volume do tacho m³

Brix e o peso específico da massa a ser descarregada;

Com os elementos acima calcula-se o:

TU = tempo de utilização do cristalizador, que dado pela seguinte fórmula:

TU = (tempo de cura + tempo de centrifugação ) x quantidade de cozimentos dia

TU = ( TC + Tc ) Q.C

O numero de cristalizadores ( N C ) a instalar é dado pela a seguinte fórmula: TU N C = ----- --- + 1 24

Capitulo XIV

TURBINAS DE AÇÚCAR

Turbinas ou centrífugas de açúcar – São maquinas usadas para separar os cristais de

açúcar do licor mãe.

174

Classificação das turbinas - Classificam – se em bateladas e contínuas.

Partes principais das turbinas de açucar -

Motor elétrico - que é o acionamento que aciona o eixo;.

Eixo – que pode ser vertical ou horizontal- que sustenta a cesta ou balaio;

Cesto ou balaio - seu conteúdo é o volume de massa cozida, ou sua capacidade

por ciclo o cesto é perfurado por onde flui o mel exausto;

Argoletes – aros de aço especial usadoscom reforço.

Telas = área de filtração;

Contra–tela - tem a finalidade de afastar a tela do balaio e aumentar a área de

filtração;

Válvula de descarga - por onde descarrega os cristais de açúcar após a turbinação;

Bicos de lavagem - saída da água sob a forma de spray para lavagem do açúcar;

Arado de descarga - peça usada para facilitar o descarrego do açúcar,

Envelope - capa protetora da turbina servindo para recolher o mel exausto.

Ciclo da turbina - O ciclo da turbina compreende as seguinte etapas:

zLigar – Partida - Estabilizar - Lavar - Secagem - Frear - Descarregar.

Ciclo varia com a qualidade de açúcar.

Fatores que influenciam o ciclo da turbina - Os principais fatores que influencia o ciclo

da turbina são: - Viscosidade da massa cozida,

- regularidade e tamanho dos cristais,

-rapidez do arranque da turbina,

-força centrífuga, desenvolvida com a velocidade de operação,

-lavagens com água e vapor ,

- rapidez do freio e da descarga.

Capacidade do cesto ou balaio - É dada pela seguinte fórmula:

Dois rebordos chato = V = 0,7854 ( D2 - d2 ) H

Onde: V = volume do balaio ou cesto em m3

175

D = diâmetro interno do balaio em m

d = diâmetro da seção sem material = D – 2 L

L = aba do balaio = 0,10 D ( valor pratico )

H = altura do balaio

Turbinas contínuas - São do tipo cônicas com eixo vertical. A cesta perfurada possui um

ângulo de conicidade de 34o; e sua rotação é na ordem de 2600 rpm.

Usadas para centrifugação das massas cozidas de terceira ou C

A massa a ser centrifugada deve ser aquecida a temperatura de 50o C.

Capitulo XV

Secadores

176

Secagem do açúcar – O secador é usado nas usinas de açúcar, para reduzir a

umidade do açúcar branco direto e do refinado. O açúcar após centrifugado contem 1%

de umidade

Existe dois tipos de secador: Horizontal e Vertical.

São dotados de câmaras de secagem e outra de resfriamento e tem formato

cilíndrico. No tipo horizontal a câmara de secagem gira e é ligeiramente inclinada na

ordem, de 5 a 7 %, o que facilita a progressão do açúcar enquanto que na vertical a

câmara de secagem é fixa. A velocidade de rotação é de :

n = 8 a 10 / D.

D = diâmetro do tambor em metros.

No secador horizontal e no vertical o açúcar se desloca no sentido contrario a

corrente de ar quente que proporciona a secagem do açúcar.

São dotados de uma fonte quente, denominada de radiador, é formada por tubos

de aço, cujo somatório, medida externa, obtemos a superfície de aquecimento, através da

qual insuflamos ar com um ventilador e na outra extremidade um exaustor, para a

extração do ar saturado.

A permanecia do açúcar na câmara de secagem depende dos rpm, do

comprimento e da inclinação do ou corpo de secagem. O tempo de permanência de 6 a

10 minutos será um bom tempo.

Em valores médio, para cada 1.000,0 kg de açúcar a secar é necessário 1,25

m³, de câmara de secagem. A relação do peso de açúcar para o peso do ar, é de 1:3.

A temperatura do ar quente na entrada do secador recomenda-se ser

máxima de 105ºC, para evitar que a temperatura possa amarelar o açúcar e de 60º a 90ºC

na saída do aquecedor de ar. A velocidade de circulação de ar é na ordem de 1,0 m/s.

Velocidades superiores podem arrastar os cristais finos de açúcar.

O consumo de vapor é na ordem de 2 a 3 kg para cada 100 kg de açúcar a

secar.

A poeira do açúcar é explosiva, quando é muito fina e misturada ao ar. Deve-se

proibir o uso de chamas, cigarro e etc na seção de secagem e usar um exaustor e um

ventilador, para evitar que essa poeira se propague nesta seção de secagem. A

177

concentração de poeira do açúcar no ar a partir do qual pode ocorrer explosões é de 60

g/m³, para as poeiras de 0,1 mm, cai para 7 g / m³ para as poeiras muito finas.

Quando se diminui a umidade do açúcar a deterioração torna-se mais lenta e a

perda da titulação menor. O teor de água no açúcar demerara ou crú, vindo das turbinas (

centrifugas ), geralmente é na ordem de 0,5 á 2,0%. Usando o secador é possível diminuí-

lo de 0,1 á 0,2%. Com isto, obtêm-se duas vantagens: - o açúcar conserva-se melhor, e a

outra, a polarização e a titulação aumentam proporcionalmente à água extraída.

Calor especifico do açúcar – O calor especifico do açúcar cristalizado, na

temperatura de 15ºe 75ºC é:.................. C = 0,28 kcal/kg

Mais exatamente dado pela seguinte formula:

C = 0,2775+0,000085 t

T = temperatura do açúcar em ºC.

Perda de peso e titulação – O açúcar demerara armazenado em sacos nos

países tropicais com clima marítimo, e tendo um bom índice de diluição, perde na ordem

de 0,1º de titulação. A manipulação e o transporte marítimo aumentam a perda. Quando o

açúcar está deteriorado as perdas aumentam cada vês mais.,

Modelos de secador – Os principais são :

Horizontal – Roto-Louvre, modelo mais difundido mundialmente;

Vertical - Büttner

178

Capitulo XVI

BALANÇO TÉRMICO

Um dos trabalhos que o engenheiro químico tem é oferecer à fábrica onde trabalha,

é de uma tecnologia que venha satisfazer as exigências da usina, uma compatibilidade

com a sua época. Quando da exigência econômica, evidentemente, a tecnologia deve ser

reformulada.

A indústria açucareira não foge a essa regra. A tecnologia usada há anos, com

plena justificativa econômica da época, necessita hoje ser revista totalmente.

Cumpre, hoje, adotar uma tecnologia correspondente às exigências econômica do

futuro próximo.

Hoje, devido aos altos custos dos combustíveis tais como fuil-oil, lenha entre outros

e da energia elétrica, temos que admitir que a indústria açucareira deve satisfazer as suas

necessidades térmicas e energéticas a partir exclusivamente da queima do seu próprio

bagaço.

O valor comercial que o bagaço tem atualmente, poderá no futuro, ser maior. Um

balanço térmico e energético bem equilibrado propicia a indústria, utilizar a menor

quantidade possível de bagaço, criando um excedente para comercialização.

O consumo de vapor nos processos - energia térmica - varia com os equipamentos

existentes, com o modo de operar, e com a produção do produto elaborado; açúcar e o

álcool.

A produção de energia - térmica e elétrica - nas usinas utiliza normalmente o

sistema de co-geração simples: mesmo neste esquema há várias formas, mais ou menos

eficientes de adequar os níveis de geração de energia elétrica e mecânica - moendas,

turbo geradores e turbo bomba - e o nível de energia térmica - vapor de escape - às

necessidades do processo.

O sistema opera em série, com a possibilidade de reduzir a pressão do vapor direto

à pressão do vapor servido, em paralelo, para ajustar o consumo do processo na

elaboração do açúcar e álcool.

179

Uma operação térmica bem balanceada, não teria excesso de vapor de escape: o

vapor vivo, após a expansão das máquinas, seria justamente o necessário para os

processos.

É possível, encontrar situações, onde o consumo de vapor no processo seja maior,

em relação ao vapor direto gerado pelas caldeiras, havendo, portanto, necessidade de

reduzir à pressão do vapor direto a pressão do vapor servido, para saturando-o e

complementando ao processo. Poderá ocorrer o contrário, a soma do vapor de escape

com o vapor vegetal ser maior do que o vapor direto, neste caso o excesso será perdido, o

que poderá desequilibrar o balanço térmico.

Em muitas usinas, aparentemente o sistema está balanceado, porque a usina

adquire energia externa o que não deveria ocorrer. Caso há, onde usinas são obrigadas

comprar combustíveis outros, a fim de completar o combustível bagaço, também são

casos de desequilíbrio térmico.

Necessidade energética - Para suprir as necessidades energéticas, podemos dividir nas seguintes etapas: A) Preparo da cana - O preparo da cana pode ser feito de várias opções, entre as quais

podemos instalar: Dois jogos de facas, ou um jogo de faca mais um desfibrador ou dois

jogos de facas mais um desfibrador.

Como alternativa, é aconselhável instalar um nivelador antes da primeira navalha, a

fim de manter altura constante da cana na esteira.

B) Moagem - Um tandem de moendas é composto de quatro a seis ternos, conforme o

caso. Moendas de construção robustas permitem pressões hidráulicas elevadas; na

ordem de 2t a 3t por centímetro linear, sobre o comprimento da camisa do rolo superior.

Os ternos das moendas são acionados individualmente por turbinas a vapor, por motores

elétricos ou motores hidráulicos. As turbinas a vapor substituíram com grande vantagem

as máquinas a vapor, principalmente as de multi estágios..

Quando o acionamento é feito por turbina a vapor, utiliza-se o vapor direto das

caldeiras.

O vapor usado é o superaquecido, e usando o vapor produzido por escape - vapor

saturado -para as diversas etapas do processo.

180

C) Aquecimento do caldo caleado - O caldo caleado ou sulfo caleado deverá ser

aquecido, à temperatura entre 105 e 110ºC. Este aquecimento poderá ser feito com vapor

vegetal, usados nos primeiros estágios e com vapor servido no último estágio de

aquecimento.

Outra alternativa mais onerosa em termos de balanço térmico é usar

exclusivamente vapor servido.

D) Aquecimento do caldo decantado - Como alternativa, podemos fazer o pré-

aquecimento, do caldo decantado usando vapor servido antes de levá-lo ao processo de

concentração (Evaporação). Usa-se, o condensado do vapor servido, para

alimentação das caldeiras e o condensado do vapor vegetal para o uso da embebição, da

diluição de méis, da formação do magma etc.

E) Evaporação - O múltiplo efeito, quando dotado de sangrias racionais, equilibra o

balanço térmico da fábrica.

O vapor servido alimentará a primeira caixa do conjunto. O excesso do evaporado

de cada efeito se faz sangrias – de preferência o vapor vegetal que possua pressão

positiva - com vapor vegetal e utilizando-os para aquecimento do caldo, cozimento das

massas cozidas, usando-o na .........................................................................refinaria e na

destilaria, no caso da usina possuir esses departamentos.

Outra alternativa é quando a usina possui instalado antes do múltiplo efeito, um ou

mais pré-evaporadores. Neste caso as opções são bem maiores para ter um perfeito

equilíbrio térmico. No sistema de evaporação com sangrias do vapor vegetal, além do

benefício de equilíbrio térmico, existirá a economia de água na coluna barométrica que

condensará o vapor vegetal do último corpo.

O condensado do vapor servido será utilizado para alimentação das caldeiras

geradoras de vapor e o condensado do vapor vegetal será utilizado na embebição, diluição

dos méis, lavagem dos filtros, turbinas de açúcar e etc.

F) Cozimento - No sistema de cozimento, utiliza-se vapor servido e vapor vegetal.

181

Não é aconselhável fazer todo cozimento usando vapor vegetal. O consumo de

vapor em cada cozimento é decrescente, isto é, à medida que a massa vai concentrando o

consumo vai reduzindo.

Usando unicamente vapor vegetal nos cozimentos chegará o momento que se faz

necessário, eliminar o excesso do vapor vegetal para a atmosfera. Aconselha-se usar no

processo de cozimento, mais ou menos 60% de vapor vegetal e o restante de vapor

servido.

O quantitativo de consumo de vapor nos tachos depende do Brix do xarope e dos

méis, do tipo de massa cozida (A,B ou C).

Tipos de acionamentos - Na usina de açúcar podemos utilizar os seguintes tipos de

acionamento: turbinas a vapor, motores elétricos e acionamento hidráulico além da

primitiva maquina a vapor.

1) Turbinas a vapor – É utilizada para acionamento no: Nivelador de Cana, Navalhas,

Desfibrador, Esteiras de Canas, Ternos de Moendas, Gerador elétrico, Bombas, e etc.

2) Motores elétricos - O acionamento é feito com motores elétricos nas seguintes

máquinas, aparelhos e equipamento: Nivelador, Navalhas, Desfibrador, Ternos de

moendas, (em algumas usinas de açúcar.), Esteiras: de canas, intermediária, bagaço e

etc. Mesa alimentadora, pontes rolantes, motores–bombas, motores-redutores, etc.

3) Acionamento hidráulico - É o que existe de mais moderno. Acionando: Navalhas,

Desfibradores, Mesas Alimentadoras, Moendas, Decantadores, Filtros, Cristalizadores,

Turbinas de Açúcar, Turbo Geradores, etc.

Balanço hidráulico – Juntamente com o Balanço Térmico é necessário elaborar o

Balanço Hidráulico, Água tratada e não tratada, os condensados do vapor servido e do

vapor vegetal.

Trata-se de uma manipulação de dados que permita:

- a) Determinar a quantidade de água necessária e as fontes de captação e as

medidas necessárias, caso aquelas não sejam suficientes.

182

- b) Definir os processos de utilização da água, as quantidades de recirculação e da

complementação, seguindo os fluxogramas do processo, tais como: o consumo de água

em todas as seções existentes, em função do processo selecionado e a quantidade de

água que deve recircular, cujo objetivo final é quantificar em função do Fluxograma do

Processo.

- c) Executar o dimensionamento das: tubulações coletoras, tubulações

distribuidora, tubulações de recirculação etc, bombas, válvulas, acessórios, etc.e de torres

de resfriamento quando for o caso.

Tubos - São condutos fechados, destinados ao transporte de fluídos, exceto em alguns

casos raros. Todos os tubos são de seção circular, classificando-se como cilindros ocos. A

maioria dos tubos funciona como condutos forçados sem superfície livre, com o fluído

tomando toda área da seção transversal.

Tubulação - Chama-se ―tubulação‖ um conjunto de tubos com os diversos acessórios.

Bombas - O acionamento das bombas, na maioria dos casos é feito por motores

elétricos, muito embora em alguns casos se faça utilização de turbinas a vapor, hidráulico

ou outro meio.

Alimentação das caldeiras - Recomenda-se que cada caldeira, tenha uma bomba

acionada por motor elétrico, e uma outra acionada por turbina a vapor.

Águas usos e aplicações - As águas usadas são:

- água não tratada,

- água tratada,

- água de condensação.

Uso da água condensada no processo - A água condensada do vapor servido, retorna

para alimentação das caldeiras, e a água condensada do vapor vegetal deverá ser

utilizada para:

Embebição

183

- Lavagem de torta do filtro rotativo a vácuo,

- Diluição dos méis A e B no processo para elaboração do açúcar,.

-Lavagem do açúcar nas turbinas de açúcar A e B,

- Preparo do magma.

Água tratada para resfriamento - Deve ser tratada, ou pelo menos decantada e filtrada e

deve ser usada para:

- Mancais das moendas,

- Mancais das engrenagens,

- Redutores de velocidade,

- Para os mancais das turbinas a vapor,

- Nos cristalizadores (malaxagem).

Água não Tratada - A água bruta captada dos mananciais utilizados para:

- Tratamento da água,

- Lavagem da cana,

- Colunas barométricas,

- Lavagem dos equipamentos,

- Limpeza de um modo geral.

Condensação - -Vapor servido

- Água condensada ao longo das linhas de vapor

- Aquecedores de caldo

- Pré-Evaporador (quando existir)

-Primeira caixa do múltiplo efeito

-Tachos a vácuo.

Condensação - Vapor vegetal

- Aquecedores de caldo (primeiros estágios),

-A partir da segunda caixa do múltiplo efeito,

- Tachos a vácuo.

184

Aplicação do Balanço Térmico.

O balanço térmico de uma usina que esmaga 8.280 TCD, produzindo açúcar e

álcool.

Os dados necessários para elaborar o balanço térmico são os seguintes:

Moagem para açúcar _______________________ 7.200 TCD

Moagem para açúcar _______________________ 1.080 TCD

Produção de açúcar dia _____________________ 16.250 Sacos

Produção ou Álcool dia _____________________ 180.000 Litros

Análise média da cana:

Pol na cana ________________________ 14,5 %

Brix na cana ________________________17,6 %

Fibra na cana _______________________15,5 %

Extração ou Pol ____________________________ _ 90 %

Extração em caldo moído ______________________ 100 %

Unidade do bagaço _________________________ __ 49 %

Leite de cal por tonelada de cana ________________ 26 Kg

Retorno do caldo filtrado _______________________ 20 %

Temperatura do caldo ao entrar no aquecedor _______ 28º C

Aquecimento do caldo:

Primeiros estágios ______________________________ Vapor vegetal V-2

Último estágio _________________________________ Vapor Servido

Temperatura de saída do ultimo rstagio______________110º a 110º C

Evaporação

Brix do caldo decantado _________________________ 15º

Brix do xarope _________________________________ 60º

Vapor primeiro efeito____________________________ Vapor servido

Vapor pré-evaporador, se existir____________________ Vapor servido

Uso do termo compressor, recirculando o vapor vegetal,e misturando o vapor servido.

185

Sistema de evaporação__________________________ quádruplo ou quíntuplo efeito

Sangria_______________________________________preferencia: caixas que tem

pressão positiva no corpo

Sistema de três massas cozidas, A, B e C.

Produção de massa cozida por tonelada de cana

M.C.A = 1,18 Hl/TC.............. — Brix = 93 e Peso Específico = 1502 kg/m3

M.C.B = 0,68 Hl/TC............... — Brix = 95 e Peso Específico = 1516 kg/m2

M.C.C = 0,41 Hl/TC............... — Brix = 96 e Peso Específico = 1520 kg/m2

Semente moagem ................... — Brix = 88 e Peso Específico = 1467 kg/m

Semente virgem .................. — Brix = 88 e Peso Específico = 1467 k/m2

Volume do pé ____ _________________ 38% volume tacho.

Ciclo cozimento para as massas:

MCA _____________________ 4 horas

MCB _____________________ 6 horas

MCC _____________________ 8 horas

Volume dos tachos a vácuo _______________________ 500 HL.

Volume dos cristalizadores ________________________ 500 HL.

Turbinas de açúcar:

MCA ____________________ 750 kg/ciclo ___________ ciclo = 200 segundos

MCB ____________________ 750 kg/ciclo ___________ ciclo = 240 segundos

MCC ___________________6.000 kg/ciclo ___________ ciclo = 60 minutos.

Uso doVapor:

Vapor direto ______________ Turbinas a vapor

Complemento para o processo, reduzindo a pressão do

vapor a usado no processo.

Vapor servido ____________ - Aquecedores de caldo no ultimo estágio de aquecimento

186

-Evaporação, no primeiro efeito e no pré-evporador

-Tachos a vácuo

- Destilaria.

Vapor vegetal 1 ___________ -Aquecedores de caldo

- Evaporação no 2º, 3º e 4º Efeito

- Tachos a vácuo

Vapor vegetal 2 ___________ - Aquecedores de caldo, nos (n — 1) estágios de

aquecimento.

Tachos a vácuo, para cristalizar e nas massas de terceira.-

Temperatura do vapor direto __________________ 3060C _______ =339,8 kcal/kg

Temperatura do vapor servido ________________ 120ºC _______ = 524,7 kcal/kg

Temperatura do vapor vegetal 1 ______________ 111ºC _______ =531,8 kcal/kg

Temperatura do vapor vegetal 2 ______________ 100ºC _______ = 538,9 kcal/g

Consumo de vapor por CV nas turbinas a vapor = varia segundo a quantidade de

estágios.

BALANÇO MASSAS

Volume massa cozida por dia = fator x TCD

Quantidade de cozimento dia = volume massa cozida dia volume do tacho

Quantidade de cozimentos com um tacho = horas dia operação ciclo cozimento

Quantidade de tachos para cada tipo massa = quantidade de cozimento dia quantidade cozimento tacho

Peso massa cozida = PMC = HL = m3 x peso específico massa

SEMENTE:

187

Mis . Cis = Mfs . Cfs

Mis = Massa inicial semente = volume x peso específico

Cis = Brix inicial semente

Mfs = Massa final semente = volume x peso específico

Cfs = Concentração final semente.

Mfs = Mis . Cis Cfs

Evaporado semente = Es = Mis - Mfs

ALIMENTAÇÃO

Mia . Cia = Mfa . Cfa

Mia = Massa Inicial Alimentação =

Cia = Brix inicial alimentação

Cfa = Massa final alimentação

Cfa = Brix final alimentação.

Mfa = PMC - Mfs

Mia = Mfa.Cfa Cia

Evaporado da alimentação = EA = Mia - Mfa

Evaporado total = ET = EA + ES

Evaporado por hora = Eh = ET x quantidade cozimento dia

24

Vapor alimentação = Vo = Eh x calor latente evaporado x F Calor latente vapor alimentação

F = fator em função de massa cozida. E o vapor usado para vaporizar o tacho a vácuo.

Fa = fator massa cozida A = 1,05

Fb = fator massa cozida B = 1,10

Fc = fator massa cozida C = 1,15

BALANÇO TÉRMICO da MASSA COZIDA A

Tacho a vácuo selecionado...........................Volume 500HL = 50 m3

Volume MCA dia = 1,18 x 7200 = 8.496 HL = 849,6 m3

188

Quantidade cozimentos dia = 8496 = 16,99 coz. 500

Quantidade cozimento com um tacho = 24 = 6 coz. 4

Quantidade tachos MCA = 16,99 = 3 tachos 6

Peso massa cozida A = PMCA = 849,6 x 1502 = 1.276.099,2 kg/dia

Peso massa cozida no tacho a vácuo = 50 x 1502 = 75.100 kg

SEMENTE MAGMA

Volume do pé = 38% do volume do tacho a vácuo

Mis = 0,38 x 50 x 1.467 = 27.873,0 kg/coz

Mfs = 27.873,0 x 88 = 26.374,5 kg/coz.

Es = 27.873,0 - 26.374,5 = 1.498,5 kg/coz.

ALIMENTAÇÃO

Mfa = Massa final alimentação = PMC - Mfs

MFA = 75.100,00 – 26.374,5 = 48.721,5 kg/coz.

Massa inicial alimentação = Mia = 48.725,5 x 93 = 75.524,5 kg/coz. 60

Evaporado da alimentação = EA = 75.524,5 - 48.725,5 = 26.799,0 kg/coz.

Evaporado total = ET = EA + ES = 26.799,0 + 1.498,5 = 28.297,5 kg/coz.

E = 28.725,5

75.524,4 27.873,0

Alimentação Magma

75100 kg

Ali= 48.725,5

Sem= 26.374,5

MCA

189

Evaporado hora = 28.297,5 x 16,992 = 20.034,7 kg 24

BALANÇO TÉRMICO da MASSA COZIDA B

Tacho a vácuo selecionado ..................................... 500 HL = 50m3

Volume M.C.B Dia = 0,68 x 7200 = 4896 HL ........................ = 489,6m3

Quantidade cozimentos dia = 4896 = .................................. = 9,792 500

Quantidade cozimentos com um tacho a vácuo = 24 = 4 coz. 6

Quantidade tachos MCB = 9,792 = ........................... = 3 Tachos

4

Peso M.C.B = PMCB = 489,6 x 1516 = ..................... = 742.233,6 kg

Peso M.C.B no tacho 500 HL = 50 x 1516 ................ = 75.800,00 kg.

SEMENTE MAGMA

Volume pré = 38% volume do tacho a vácuo.

Mis = 27.873,0 kg

Mfs = 26.374,5 kg

Es = 1.498,5 kg

ALIMENTAÇÃO

MFB = Massa final alimentação B = PMC - MFS

MFA = 75.800,0 - 26.374,5 = 49.425,5 kg.

Massa inicial alimentação = Mia = 49.425,5 x 95 = 78.257,0 kg 60

Evaporado da alimentação = EA = 78.257,0 - 49.425,5 = 28.831,5 kg

Evaporado total = ET = EA + ES = 28.851,5 + 1498,5 = 30330,0 kg

E = 30.330,0

A = 49.425,5

S = 26.374,5

190

78.257,0 27.873,0

Alimentação Magma

75.800,0

Evaporado hora = 30.330,0 x 9,792 = 12.374,7 kg/h 24

BALANÇO TÉRMICO da MASSA COZIDA C

Tacho a vácuo selecionado ............................. 500 HL = 50m3

Volume M.C.C dia = 0,40 x 7200 = 2952 HL = 295,2m3

Quantidade de cozimentos dia = 2952 = .................... = 5,904

500 Quantidade cozimento com um tacho a vácuo = 24 = 3 coz. 8

Quantidade de tachos MCC = 5,904 = 2 tachos 3

Peso M.C.C = PMC = 295,2 x 1524 = 449.884,8 kg

P.M.C. no tacho C = 50 x 1524 = 79.200,0 kg

SEMENTE VIRGEM

Volume pé = 38% volume do tacho a vácuo

Mis = 27.873,0 kg

Mfs = 26.374,5 kg ES = 1.498,5

ALIMENTAÇÃO

MFA = Massa final da alimentação C = PMC - MFS

MFA = 76.200,0 - 26.374,5 = 49.825,5 kg

Massa inicial alimentação = Mia = 49825,5 x 96 = 79.720,8 kg 60

Evaporado da alimentação = 79.720,8 - 49.825,5 = 29.895,3 kg

Evaporado total = ET = EA + ES = 29.895,3 + 1498,5 = 31393,8 kg

E = 31.393,8

M.C.B

A = 49.825,5

S = 26.374,5

191

79.720,8 27873,0

Alimentação Semente

76.200,0

Evaporado hora = 31.393,8 x 5,904 = 7.722,9 kg/h

24

Quadro Resumo Balanço Térmico

MASSA COZIDA

COZIMENTO

DIA

EVAPORADO KG

CALOR LATENTE

CONSUMO VAPOR

COZIMENTO

HORA SERVIDO VEGETAL SERVIDO VEGETAL

A 16,992 28.297,5 20.034,7 525,7 531,8 17.134,7 4.437,2

B 9.792 30.330,0 12.374,7 - 531,8 - 14.446,7

C 5.904 31.393,8 7.722,9 - 531,8 - 9.425,8

Total 40.132,3 17.234,7 28.309,7

Requerido 18.141,8 29.799,6

Total evaporado =

Servido 40% = 40.132,3 x 0,4 = 16.052,92

Vegetal 60% = 40.132,3 x 0,6 = 24.079,38

Vapor servido = 16.052,92 x 564,4 x 1,05 = 18.096,40 525,7

Vapor vegetal A = 3981,78 x 564,4 = 1,05 = 4.437,2 531,8

B = 12.374,7 x 564,4 = 1,10 = 14.446,7 531,8

C = 7.722,9 x 564,4 = 1,15 = 9.425,8 531,8

BALANÇO TÉRMICO dos AQUECEDORES DE CALDO

Moagem = extração 100% caldo misto ........................... 300.000 kg

retorno caldo filtrado = 20% = 0,2 x 300.00 ... 60.000 kg

192

leite cal = 26 kg/TC = 26 x 300 ....................... 7.800 kg

367.800 kg

Volume do caldo e aquecer = 367.800,0 = .................... = 357,1m3 1030,0

Aquecedores: quantidade de tubos por passo:

D = 357,1 = 0,2649m 0,7854 x 1,8 x 3600

M = (0,2649)2 = 82 tubos 0,0294

Superfície total de aquecimento:

ST = PC ln Tu - Te K Tv - Ts

ST = 367.800 x 0,91 ln 120 - 28 = 515,8m2 1440 120 - 110

Superfície de cada aquecedor de caldo:

S = di L n N m = 3,1416 x 0,0294 x 4,88 x 82 x 2 x 3 = 221,7m2

Vapor = vapor vegetal 2º efeito para os (n-1) aquecedores

vapor servido para o último estágio de aquecimento.

Temperatura a saída de cada estágio de aquecimento.

TS = Tu - (Tu - Te Ks Mc

Fazendo A = Ks Mc

Vapor vegetal 2

A = 1200 x 221,7 = 0,7949. 367.800 x 0,91

Vapor servido

A = 1440 x 221,7 = 0,9538 367.800 x 0,91

TS1 = 100 - (100-28) é 0,7949 = 67,4º C

TS2 = 100 - (100-67,4) 0,4516 = 85,2ºC

TS3 = 100 - (100 - 85,2) 0,4516 = 93,3ºC

TS4 = 120 - (120 - 93,3) 0,3853 = 109,7ºC

193

Consumo vapor vegetal 2

Q = McAt = 367.800 x 0,91 (93,3 - 28) = 40.566,9 kg/h

538,9

Requerido = 40.556,9 = 42.690,9 kg/h 0,95

Consumo vapor servido

Q = 367.800 x 0,91 (109,7 - 93,3) = 10.441,4 kg 525,7

Requerido = 10.441,4 = 10.991,0 kg/h 0,95

Resumo

Vapor Consumo Requerido

Vegetal 2 40.866,9 43.017,7

Servido 10.441,4 10.991,0

BALANÇO TÉRMICO da EVAPORAÇÃO:

O conjunto evaporativo é um quádruplo efeito:

O caldo a ser concentrado entrará no primeiro efeito e temperatura de

100ºC.

Evaporado total = 300.000 (1 - 15 ) = 225.000 kg/h 60

A evaporação por efeito:

4ºcx — x .................................... 27.291,25

3º cx — x .................................... 27.291,25

2º cx — x + 43017,7 ................... 70.291,25

1º cx — x + 43017,7 + 29.799,6 . 100.108,55 ET = 4X + 115,835 225.000,00

X = 225.000 - 115.835,0 = 27.291,25 kg/h 4

Vapor adicional ao primeiro efeito

V ad = 300.000 x 0,91 (111,0-1000) = 6,277,4 525,7

Vapor requerido = 6.277,4 = 6.607,8 k 0,95

194

Vapor ao 1º Efeito = 100.108,55 x 531,8 = 101.270,2 kg/h 525,7

Vapor ao 2º Efeito = 70.308,95 x 530,9 = 71.247,6 kg/h 531,8

Superfície de aquecimento de cada efeito

S1 = (101.270,2 + 6277,4) 525,7 = 3926,2 m2 .......... 3.950,0 m2 1600 (120-111)

S2 = 71.247,6 x 531,8 = 2691,0 m2 ......................... 2.700,0 m2 1280 (111-100)

S3 = 27.291,25 x 598,9 = 1052,0 m²...................... ... 1.070,0 m2 925 (100-84,9)

S4 = 27.291,25 x 548,8 = 1070,0 m²............................ 1.070,0 m2 520 (84,9-58,0)

Total = 8.790,0 m2

Vapor - Potência absorvida

Descritivo Potência

Absorvida C.V.

Kg Vapor

Por C.V

Consumo

Vapor kg/h

Perdas

Gerais 5%

Vapor Requecido Kg/h Potência

Instalada em CV

Navalha 1 923 14,2 13.106,6 655,3 13.761,5 1.000,0

Navalha 2 1138 14,2 16.159,6 808,0 16.967,6 1.200,0 1.200,0 1.200,0

Desfibrador 1625 14,2 23075,0 1.137,8 24.228,8 7.000,0 7.000,0 7.000,0

195

Termo 1 923 14,2 13.106,6 655,3 13761,9 1.000,0 1.000,0 1.000,0

Termo 2 775 14,2 11.005,0 556,3 11.555,3 1.000,0 1.000,0 1.000,0

Termo 3 805 14,2 11.431,0 571,6 12.002,6 1.000,0 1.000,0 1.000,0

Termo 4 835 14.2 11.857,0 592,9 12.449,9 1.000,0 1.000,0 1.000,0

Termo 5 864 14,2 12.258,8 613,5 12.882,3 1.000,0 1.000,0 1.000,0

Termo 6 893 14,2 12.680,6 634,1 13.314,7 1.000,0 1.000,0 1.000,0

Turbo

Alternador

4378 14,2 62.167,6 3.108,4 65.276,0 5.000,0 5.000,0 5.000,0

Turbo

bomba

420 14,2 5.964,0 298,2 6.262,2 500,0 500,0 500,0

Total 13.579 14,2 192.821,8 9.641,1 202.462,9 15.700,00 15.700,00 15.700,00

Resumo consumo vapor: servido, vegetal 1 e vegetal na fabricação.

Descritivo

Vapor servido Vapor Vegetal 1 Vapor Vegetal 2

Consumo Requerido Consumo Requerido Consumo Requerido

Aquecedor 1 - - - - 24.470,4 25.758,3

Aquecedor 2 - - - - 11.055,1 11.637,0

Aquecedor 3 - - - - 5.030,7 5.295,5

Aquecedor 4 10.441,4 10.991,0 - - - -

1º Efeito 107.547,6 113.208,0 - - - -

2º Efeito - - 71.247,6 71.247,6 - -

3º Efeito - - 27.281,3 27.291,3 - -

4º Efeito - - 27.291,2 27.291,2 - -

Tacho A 17.234,7 18.141,1 4.437,2 4.670,7 - -

Tacho B - - 14.446,7 15.207,0 - -

Tacho C - - 9.425,8 9.921,9 - -

Destilaria 31.500,0 33.157,9 - - - -

Total 166.723,7 175.498,0 154.139,8 155.629,7 40.556,2 42.690,8

Os quadros acima fornecem os seguintes dados:

Vapor servido = consumo = 166.723,7 Kg/h

requerido = 175.498,0 Kg/h

produção = 183.181,0 Kg/h

196

saldo 7.683,0 Kg/h

Vapor direto = consumo = 192.821,8 Kg/h

requerido = 202.462,9 Kg/h

Potência instalada = 15.700,0 CV

Consumo vapor direto = 222.940,0 Kg/h

Vapor direto requerido = 234.087,0 Kg/h

Bagaço

Produção para tonelada de cana ________________ 343,14 Kg

Produção hora ______________________________ 118.383,30 Kg

Bagaço para combustão

202.462,9 = ________________________________ 96.410,90 Kg/h 2,1

Bagaço para filtro = 7x300 = 21.000,0 Kg/h

Sub total = 98.510,90 Kg/h

Bagaço disponível = 118.383,30 - 98.510,90 = 19.872,4 kg/h

Conclusão - Concluímos ser viável termicamente uma usina de açúcar que opere nessas

condições.

Capitulo XVII

BALANÇO DE MATERIAIS

197

O balanço de material de um processo industrial é uma escrituração exata de todos

os materiais que entram, saem, se acumulam, ou se esgotam no curso da operação,

durante um dado intervalo de tempo. O balanço de material é, assim, uma expressão da lei

da conservação da massa, tendo em consideração aqueles termos. Se fizerem medidas

diretas do peso e da composição de cada uma das correntes que entra ou sai num

processo durante um dado intervalo de tempo, e da variação no inventário do material

dentro do sistema durante esse intervalo de tempo, nenhum cálculo seria preciso. Raras

vezes isto é possível e, por conseqüência, torna-se indispensável o cálculo das incógnitas.

O princípio geral dos cálculos de um balanço material é estabelecer um número de

equações independentes igual ao número de massas e composições desconhecidas. Por

exemplo, se num processo entram duas correntes e uma corrente sai, sem variação no

inventário dentro do sistema, durante o intervalo de tempo, a massa e a composição de

cada corrente estabelece o balanço material completo. Para calcular o balanço material

completo, o número máximo de incógnitas permitidas é de três, escolhidas entre os seis

termos possíveis. As variações na resolução do problema dependerão dos termos

particulares que se desconhecem, quer sejam de composição ou de massa, quer de

correntes que saem ou que entram.

Para elaborar o balanço de material tomaremos por base as seguintes premissas:

Toneladas de cana esmagada por hora........................................................................ 125,0

Pol média na cana ....................................................................................................... 12,5

Fibra média na cana .................................................................................................... 14,5

Extração de pol (moendas) ........................................................................................ 93,0

Extração do caldo misturado ...................................................................................... 100,0

Pureza do caldo misturado ......................................................................................... 83,0

Pureza do mel final .................................................................................................... 40,0

Polarização do açúcar ................................................................................................ 99,7

Rendimento industrial – kg/tc ................................................................................... 120,0

1º MOENDAS

MATERIAL POL NÃO POL MAT.SECA FIBRA ÁGUA PESO MATERIAL

198

Cana 12,500 2,560 15,060 14,500 70,440 100,000

Água embebição --- ---- ---- ---- 30,720 30,720

Caldo misturado 11,625 2,268 13,893 --- 86,107 100,000

Bagaço 0,875 0,292 1,167 14,500 15,053 30,720

Bagaço p/filtro 0,020 0,007 0,027 0,330 0,343 0,700

Bagaço

disponível

0,855 0,285 1,140 14,170 14,710 30,020

2º SULFITAÇÃO

MATERIAL POL NÃO POL MAT.SECA FIBRA ÁGUA PESO MATERIAL

Caldo

Misturado

11,625 2,268 13,893 --- 86,107 100,000

SO2 --- 0,030 0,030 --- --- 0,030

Caldo Sulfitado 11,625 2,298 13,923 --- 86,107 100,030

3º CALEAÇÃO

MATERIAL POL NÃO POL MAT.SECA FIBRA ÁGUA PESO MATERIAL

Caldo Sulfitado 11,625 2,298 13,923 --- 86,107 100,030

Caldo Filtrado 2,257 1,594 3,851 --- 19,599 23,450

H2O --- --- --- --- 2,028 2,028

Cal --- 0,100 0,100 --- --- 0,100

Caldo sulfo

Caleado

13,882 3,992 17,874 --- 107,734 125,608

4º VAPORIZAÇÃO

MATERIAL POL NÃO POL MAT.SECA FIBRA ÁGUA PESO MATERIAL

Antes flash 13,882 3,992 17,874 --- 107,734 125,608

Perdas flash --- --- --- --- 2,245 2,245

Após flash 13,882 3,992 17,874 --- 105,489 123,363

5º CLARIFICAÇÃO

199

MATERIAL POL NÃO POL MAT.SECA FIBRA ÁGUA PESO MATERIAL

Caldo após

flash

13,882 3,992 17,874 --- 105,489 123,363

Cachaça 2,325 1,704 4,029 --- 11,000 15,000

Caldo

decantado

11,557 2,287 13,874 --- 94,489 108,363

6º FILTROS

MATERIAL POL NÃO POL MAT.SECA FIBRA ÁGUA PESO MATERIAL

Cachaça 2,325 1,675 4,000 11,000 15,000

Bagacilho 0,020 0,007 0,027 0,330 0,343 0,700

Lavagem 11,250 11,250

Total 2,345 1,682 4,027 0,330 22,593 26,950

Torta 0,088 0,088 0,176 0,330 2,994 3,500

Caldo filtrado 2,257 1,594 3,851 19,599 23,450

7º EVAPORAÇÃO

MATERIAL POL NÃO POL MAT.SECA FIBRA ÁGUA PESO MATERIAL

Caldo

Decantado

11,557 2,287 13,874 94,489 108,363

Evaporação 83,306 83,306

Xarope 11,557 2,257 13,874 11,183 25,057

200

ITEM MATERIAL DENSID. % CANA PESO Kg/H VOLUME 1./H

01 Cana entrada na usina --- 100,000 125.000,000 ---

02 Água usada para a embebição 0,982 30,720 38.400,00 39.103,870

03 Caldo Misturado 1,060 100,00 125.000,000 117.924,528

04 Bagaço --- 30,720 38.400,000 ---

05 Bagaço (bagacilho) p/filtros --- 0,700 875,000 ---

06 Bagaço disponível

p/combustão

--- 30,020 37.525,000 ---

07 Enxofre --- 0,030 37,500 ---

08 Caldo Sulfitado 1,060 100,030 125.037,500 117.959,906

09 Caldo Filtrado 1,020 23,450 29.312,500 28.737,745

10 Cal --- 0,100 125,000 ---

11 Água p/formar o leite de Cal 0,998 2,028 2.535,000 2.540,000

12 Leite de Cal a 5ºBé 1,116 2,128 2.660,000 2.383,512

13 Caldo sulfo-caleado à aquecer 1,060 125,608 157.010,000 148.122,641

14 Vaporização --- 2,245 2.806,250 ---

15 Caldo decantado 1,060 108,363 135.453,750 127.786,556

16 Cachaça --- 15,000 18.750,000 ---

17 Água p/lavagem da torta 0,982 11,250 14.062,500 14.320,265

18 Torta --- 3,500 4.375,000 ---

19 Evaporação --- 83,305 104.131,250 ---

20 Xarope 1,278 25,058 31.322,500 24.508,998

21 Massa Cozida A 1,502 16,814 21.017,465 13.992,986

22 Açúcar A para ensacamento --- 8,827 11.034,169 ---

23 Mel A 1,481 7,986 9.983,296 6.740,915

24 Massa Cozida B 1,5168 2,525 3.156,207 2.086,832

25 Açúcar B para ensacamento --- 1,172 1.465,689 ---

26 Mel B 1,488 1,352 1.690,518 1.138,100

27 Massa Cozida C 1,524 6,454 8.067,216 5.293,449

28 Açúcar C --- 2,788 3.485,037 ---

29 Água p/formação do Mágma 0,998 1,785 2.207,074 2.211,497

30 Magma 1,278 4,533 5.692,111 4.453,921

31 Mel final – (melaço) 1,467 3,666 4.582,149 3.123,482

201

BALANÇO DO MATERIAL: TACHOS

Sistema de três massas de A . Webre

Premissas:

Pureza do Xarope ................................................................................................. 83 %

Açúcar produzido/hora , para rendimento de 120 kg/TC = 120 x 125=.................15.000

kg/h

Açúcar, Pza 83, indicado no diagrama .......................................................... 3.596 kg

FATOR = 15.000 / 3.596 = 4.1713

Brix do xarope ...................................................... 60

Brix da massa A .................................................. 93

Brix do açúcar A ................................................. 99,5

Brix do mel A ..................................................... 60

Brix da massa B ................................................. 95

Brix do açúcar B ................................................ 99,5

Brix do mel B .................................................... 60

Brix da massa C ................................................ 96

Brix do cozimento C ......................................... 98

Brix de alimentação C ....................................... 60

Brix da semente C ............................................. 60

ELABORAÇÃO DA MASSA COZIDA A ( RENDIMENTO DE 120 kg DE AÇÚCAR / T.C. )

MATERIAL PESO SÓLIDOS

TABELA

FATOR MATÉRIA SECA %

BRIX

PESO

LÍQUIDO

EVAPORAÇÃO VAPOR

Xarope 4.459,7 4,1713 18.602,747 60 31.004,578 --- ---

Cozimento 120,2 4.1713 501,390 98

Alimentação

C

1.043,3 4.1713 4.351,917 60 7.253,195 --- ---

TOTAL 5.623,2 23.456,054 38.769,395 --- ---

Açúcar A

Sólidos

totais

23.456,054 93 35.221,563

202

Evaporação 13.547,832

Vapor 1,15 15.580,006

PESO E VOLUME DA MASSA COZIDA A

Peso da massa cozida ............................................................ 25.221, 563 kg/hora

Peso por m.c. a 93º Brix ....................................................... 1.502,490 kg/m.c.

Volume hora = 25.221,563 / 1.502,49 ……………………. 16,787 m.c./hora

Volume dia = 16,787 x 24 = ............................................. 402,888 m.c./dia

Hectolitros. hora = 16,787 x 10 =...................................... 167,870 hl / h

Hectolitros dia = 402,888 x 24 = ....................................... 4.028,880. hl /d

ELABORAÇÃO DA MASSA COZIDA B ( RENDIMENTO DE 120 Kg DE AÇÚCAR / T.C.)

MATERIAL PESO SÓLIDOS

TABELA

FATOR MATÉRIA SECA %

BRIX

PESO

LÍQUIDO

EVAPORAÇÃO VAPOR

Mel A 660,9 4,1713 2.756,812 60 4.594,687 --- ---

Semente C 13,5 4.1713 56,313 98 57,462 --- ---

Alimentação

C

112,0 4,1713 467,186 60 778,643 --- ---

Xarope 76,2 4,1713 317,853 60 529,755 --- ---

TOTAL 862,26 3.598,164 5.960,547 --- ---

Açúcar B

Sólido Total 3.598,164 95 3.787,541 --- ---

Evaporação 2.173,006

Vapor 1,20 2.607,607

PESOS E VOLUMES DA MASSA COZIDA B

Peso da massa cozida .......................................................................... 3.787,540 Kg/hora

Peso por m3 a 95 Brix ....................................................................... 1.516,8 Kg/m.c.

Volume hora = 3.787.541 / 1.516,8 = ............................................... 2,497 m.c./hora

Volume dia = 2,497 x 24 ................................................................ 59,928 m.c./hora

Hectolitro hora = 2.497 x 10 ........................................................... 24,970 Hl/hora

Hectolitro dia = 59,928 x 10 ............................................................ 599,280 Hl/dia.

203

ELABORAÇÃO DA MASSA COZIDA C (RENDIMENTO DE 120 Kg DE AÇÚCAR / T.C.)

MATERIAL PESO SÓLIDOS

TABELA

FATOR MATÉRIA SECA %

BRIX

PESO

LÍQUIDO

EVAPORAÇÃO VAPOR

Mel A 513,5 4,1713 2.141,963 60 3.569,938 --- ---

Mel B 1.714,5 4,1713 7.151,694 60 11.919,490 --- ---

TOTAL 2.228,0 9.293,657 15.489,428 --- ---

Açúcar C 9.293,657 96 9.680,089 --- ---

Evaporação 5.809,339

Vapor 1,25 7.261,674

PESOS E VOLUMES DA MASSAS COZIDAS C

Peso das massas cozidas por hora ......................................................... 9.680,089

Kg/hora

Peso por m3 a 96 Brix ....................................................................... . 1.524,0 Kg/m.c.

Volume por hora = 9.680,089 / 1.524 = ................................................. 6,352

m.c./hora

Volume por dia = 6,352 x 24 ........................................................ 152,448 m.c./dia

Hectolitro hora = 6,352 x 10 .............................................................. 63,520 Hl/hora

Hectolitro dia = 152,448 x 10 ......................................................... 1.524,480 Hl/dia

RESUMO DA ELABORAÇÃO DAS MASSAS COZIDAS A, B e C

BALANÇO DO MATERIAL UNIDADE MASSA A MASSA B MASSA C TOTAL

1 – Volume Hl/hora 16.787,000 2.497,000 6.352,000 25.636,000

2 – Peso massa cozida Kg/hora 25.221,563 3.787,541 9.680,089 38.689,193

3 – Evaporação Kg/hora 13.547,832 2.173,006 5.809,339 21.530,177

4 – Vapor Kg/hora 15.580,006 2.607,607 7.261,674 25.449,287

5 – Volume de masssas Hl/dia 4.028,880 599,280 1.524,480 6.152,640

204

6 – Massa cozida/dia Kg/dia 605,317,512 90.900,984 232.322,136 931.180,632

DIMENSIONAMENTO DOS TACHOS

O ciclo completo de um cozimento, isto é, de início de um ao início do seguinte; foram

selecionados os seguintes tempos: MASSA A = 4 horas

MASSA B = 6 horas

MASSA C = 8 horas

Número de cozimento, dia, para as diversas massas: MASSA A = 24 / 4 = 6

cozimentos

MASSA B = 24 / 6 = 4 cozimentos

MASSA C = 24 / 8 = 3 cozimentos

CÁLCULO DO NÚMERO DE TACHOS

Para a instalação dos novos tachos, foi selecionado aparelhos com volume de

500/Hl.

De acordo com os dados anteriormente calculados, teremos:

Número de cozimento total para cada massa = Peso massa cozida dia / Volume do tacho

Massa A = 4.028,880 / 500 = 8 cozimentos

Massa B = 599,280 / 500 = 2 cozimentos

Massa C = 1.524,480 / 500 = 3 cozimentos

Numero total de cozimentos

O número de tachos calculado: = _____________________________

Número de cozimento dia

Massa A = 8 / 6 = 2 tachos

Massa B = 2 / 4 = 1 tacho

Massa C = 3 / 3 = 1 tacho

TOTAL .............. = 4 tachos

205

MALAXAGEM

PARA A MASSA A

Volume de massa cozida por dia ..............= 4.028,88 Hl = 4.030 Hl

Volume dos cristalizados (individual) .............................. = 500 Hl

Peso da massa cozida no cristalizador = 50.000 x 1,524 = 76.200 Kg

Cozimento por dia .............................................................. = 8 cozimentos

Número de cozedores a vácuo (tachos) ............................ = 2 unidade

Tempo de cura...................................................... = 2 horas

Nº de turbina para centrifugar a massa ............. = 3 unidades

Número de ciclo por hora da centrifugação ...... = 16 unidades

Capacidade hora de centrifugaçção .......... = 3 x 650 x 16 = 31.200 Kg

Tempo de centrifugação .................................. = Peso da m. c. no cristalizador

Capacidade de centrifugação

Tempo necessário para centrifugar a massa contida no cristalizador de 500 Hl.

76.200 = 2 h 25 min

31.200

Tempo de utilização dos cristalizadores com a massa = T. U.

Tempo necessário ........................................................... 2 horas

Quantidade de cozimento dia ....................................... 8

Tempo para centrifugação .............................................. 2 horas 25 minutos

T. U. = (Tempo de cura + tempo centrifugação) x Nº cozimento dia

T. U. = (2 + 2h.25) x 8 = 35 horas e 20 minutos

Número de cristalizadores = T. U. /horas dia = 35h 20 / 24 + 1 = 2 + 1 = 3

PARA A MASSA B

Volume de massa cozida por dia = 599,28 Hl. = 600 Hl

Volume do cristalizador (individual) = = 500 Hl

Peso da massa. cozida no cristalizador = 30.000 x 1.5168 = 45.504 Kg

Cozimento por dia .................................... = 2 cozimentos

Número de cozedores a vácuo (tachos) = 1 unidade

206

Nº de turbinas p/centrifugar a massa = 3 unidades

Capacidade hora de centrifugação = 215 x 10 x 3 = 6.450 Kg

Tempo necessário para centrifugas a massa contida

contida num cristalizador de 500 Hl ......... = 45.504 / 6.450 = 7,05 h. = 7 h 3 min

Tempo de utilização dos cristalizadores com a massa = T. U.

Tempo cura.......... ................................................ 2 horas

Número cozimento ................................................ 2

Tempo de centrifugação ....................................... 7 h 3 minutos

TU = (2 + 7,05) 2 ............................................. = 18 h. 10 minutos

Número de cristalizadores = 18,10 / 24 + 1 = 1 + 1 = 2 unidades

PARA A MASSA C

Volume de massa cozida por dia ......................... = 1.524,480 Hl. = 1525 Hl

Volume do cristalizador (individual) 500,0 hl

Peso da m. c. no cristalizador = 50.000 x 1524 = 76.200 Hl

Cozimento por dia .............................................. = 3 cozimentos

Número de cozedores a vácuo (tacho) ................ = 1 unidade

Tempo de cura........... .......................................... = 18 horas

Número de turbinas para centrifugar a m. c. = 2 unidades

Capacidade hora de centrifugação ..................... 2 x 10.000 = 10.000 Kg/h

Tempo necessário para centrifugar a massa

Contida num cristalizador de 500 Hl ................. = 76.200 / 20.000 = 3,81 h = 3 h 49

minutos

Tempo de utlização dos cristalizadores com a massa = TU

Tempo de cura........ ................................................... 18 horas

Número de cozimento ................................................... 3

Tempo de centrifugação ............................................... 3,81 horas

TU = (18 + 3h. 49 min) 3 = 65h. 27h.

Quantidade de cristalizadores = 65.27 / 24 + 1 = 3 + 1 = 4 unidades

207

O total de cristalizadores para os três tipos de Massa cozida, será de: 3 + 2 + 4 =

9 cristalizadores.

Para massa de 2ª usaremos cristalizadores com 500 Hl. por uma questão de

uniformidade.

TURBINAS DE AÇÚCAR

MASSA COZIDA A

Quilos de massa por dia ............................................................. = 605.317,512 Kg

Tipo de turbina de açúcar a ser instalada ................................. = SALZGITTER

Características da turbina .......................................................... = Automática tipo FZ 600

Ciclo por hora ........................................................................... = 15

Carga de massa por ciclo ......................................................... = 650 Kg

Ciclo por dia ............................................................................ = 15 x 22 = 330

Carga de turbina dia = Kg/ciclo x ciclos hora

Carga de massa / unidade / dia .............................................. = 650 x 15 x 22 =

214.500 Kg

Quantidade de turbinas = Kg massa dia / Capacidade dia de turbina

Quantidade de turbinas a instalar = 605.317,512 = 3

MASSA COZIDA B

Quilos de massa por dia ........................................... = 90.900,984 Kg/dia

Tipos de turbina a instalar ........................................ = T G B (Mausa)

Características:

Dimensões = 24" x 40"

Ciclo = 10

Carga de massa de cada unidade ........................... = 215 Kg

Ciclos/dia = 10 x 22 ........................................ = 220

Carga de massa / unidade e / dia = 220 x 215 = 47.300 Kg

Quantidade de turbinas a instalar = 90.900,984 / 47.300 = 2

MASSA COZIDA C

Quilos de massa por dia ............................................... = 232.322,136

Tipo de turbina de açúcar a instalar = KONTI - 10

208

Capacidade média ........................................................ = 10.000 Kg de massa/h

Capacidade/dia = 10.000 x 22 ................................. = 220.000 Kg/hora

Quantidade de turbinas a instalar ................................ = 232.322,136 / 220.000,00 = 2

unidades.

CALCULO DA QUANTIDADE DE MASSA COZIDA

PREMISSAS

1) Brix extraído % cana ....................................................................................... 16,00

2) Pza do xarope ................................................................................................... 85,00

3) Brix do xarope ................................................................................................. 55,20

4) Brix da M. C. A ............................................................................................ 93,00

5) Brix da M. C. B .............................................................................................. 94,00

6) Brix da M. C. C .............................................................................................. 95,00

7) Brix dos méis A e B antes de diluir ......................................................... 86,00

8) Brix dos méis A e B depois de diluir ....................................................... 65,41

9) Pol no açúcar ................................................................................................... 97,41

10) Umidade do açúcar ........................................................................................ 0,60

11) Pureza do açúcar ............................................................................................ 98,00

12) Duração do ciclo dos tachos .......................................................................... 4h. 40"

QUANTIDADE RELATIVAS DE MASSAS COZIDAS - MÉIS E AÇÚCAR

Aplica-se as fórmulas abaixo:

1) % xarope = Pza M. C. - Pza do Mel / Pza xarope - Pza do Mel x 100

2) % sol. Mel = 100 - % xarope

3) % açúcar = Pza M.C - Pza sol. Mel / Pza ac. - Pza sol. Mel x 100

4) % mel = 100 - % açúcar

Obtemos os seguintes resultados:

100 m. c. de Pza 85, necessita de 100,00 xarope e O de Mel.

209

100 m. c.de Pza 75 , necessita de 50,00 xarope e 50,00 Mel de 65 Pza.

100 m. c. de Pza60, necessita de 28,57 xarope e 71,43 Mel de 50 Pza.

100 m. c. A de Pza 85 produz 60,61 de aç. de 98 e 39,39 Mel de 65 Pza.

100 m. c. B de Pza 75 produz 52,08 de aç. de 98 e 47,92 Mel de 50 Pza.

100 m. c. C de Pza 60 produz 51,92 de aç. de 85 e 48,08 Mel de 33 Pza.

Se 100 partes de m. c. de 60 pza, necessitam de 71,43 partes de mel de 50 pza e

100 partes de m. c. de 75 pza produzem 47,92 partes de mel de 50 pza, evidentemente

necessita-se de:

100 x 71,43 / 47,92 = 149,07 partes de m. c. de 75 de pza, para formar 100 partes de

m. c. de 60 de pureza.

Como esta quantidade de m. c. de 75, necessita de 74,53 partes de mel de 65 pza

(149,07 x 50 / 100 = 74,53) , e cada 100 partes de massa de 85 pza, produzem 39,39

partes de mel de 65 pza, serão necessários 74,53 x 100 / 39,39 = 189,20 partes de m.

c. de 85 pza, para satisfazer a manipulação de 149,07 partes de m. c.de 75 pza.

RESUMO

100,00 partes de m. c. de 60 pza procedem de 28,57 de xpe. de 85 pza

149,07 ― ― ― ― 75 ― ― ― 74,53 ― ―! ― 85 ―

189,20 ― ― ― ― 85 ― ― ― 189,20 ― ― ― 85 ―

438,27 292,30

Se dividirmos o açúcar da semente, 51,92 (açúcar C) em partes proporcionais a 74,53

e a 189,20, encontraremos 14,67 e 37,25 como as quantidades de semente

correspondente as m. c. de 75 e 85 de pureza respectivamente.

Teremos:

Xarope de Pza 85 . .................................................................. 151,95 (189,20 - 37,25)

Semente de Pza 85 ................................................................... 37,25

Soma: m. c. de Pza 85............................................................... 189,20

Menos açucar. de 98 de polarização .......................................... 114,67 (189,20 x

0,6061)

Mel de 65 de Pza .................................................................... 74,53

210

Xarope de 85 de Pza.... ............................................................ 59,86 (74,53 - 14,67)

Semente de 85 de Pza ............................................................. 14,67

Soma: m. c. de 75 Pza ............................................................ 149,07

Menos açúcar de 98 Pza ........................................................... 77,64 (149,06 x

0,5208)

Mel de 50 Pza ........................................................................... 71,43

Xarope de 85 Pza ..................................................................... 28,57

Soma: m. c. de 60 Pza ............................................................. 100,00

A quantidade total de xarope é de 240,38 e se for referida a 100 partes de xarope os

resultados anteriores, poderemos confeccionar o quadro ―2‖.

Formação das massas cozidas - 100 % do Brix nos produtos.

QUADRO ―2‖

M.C. SEMENTE XAROPE MEL A MEL B M.C.

A 15,50 + 63,21 + 78,71

B 6,10 + 24,90 + 31,01 62,01

C 11,89 29,71 41,60

Total 21,60 + 100,00 + 31,01 + 29,71 = 182,32

PURGA DAS MASSAS COZIDAS

Massa cozida A : 78,71 Massa cozida B : 62,01

Menos açúcar A : 47,70 Menos açúcar B : 32,30

Mel A : 31,01 Mel B : 29,71

Massa cozida C : 41,60 Açúcar A : 47,70

Menos açúcar C : 21,60 Açúcar B : 32,30

211

Mel final : 20,00 Açúcar (A + B)

CÁLCULO DOS VOLUMES DE MASSAS

3000 ton. x 0,16 (16) / (100) = 480 ton. de Brix

480,000 x 2,205 = 1.058, 400 Lbs.

Como 1 pé3 de M.C. de 86º Brix pesa 77,913 Lbs ingleses, teremos:

1.058,400 / 77,913 = 13.584 pés3 .

HECTOLITRO DE M. C. A

A tabela ―2‖ nos informa que serão produzidos 78,71 partes de M. C. A, de 190 %

de Brix por 100 partes extraído.

Logo das 480 ton. de Brix extraídos serão obtidos 377,808 ton. de M. C. A de 100

% de Brix (480 x 0,78,71).

Como a densidade correspondente ao Brix de 90° é igual a 1.48259, temos que

M = V x d V = 3.77.808 / 1,48059 = 254.829,72 litros = 2.548 hectolitros.

SACOS DE AÇÚCAR A DE 60 KG

Na tabela ―2‖ concluímos, que 100 partes de Brix extraídos, correspondem a 47,70

partes em peso de Brix no açúcar A.

Logo, dos 377,808 quilos de Brix extraídos correspondem a 180.214 kg., de açúcar

A de 100% de Brix (377.808 x 0,4770).

Como a percentagem de sólidos no açúcar é de 99,4 (100 - 0,60), os sacos de

açúcar A elaborados serão = 3.022 (180.214 / 59,640) sabemos que, 0,994 x 60 é

igual a 59,640.

HECTOLITRO DE MASSA COZIDA B

A tabela ―2‖ nos informa que serão produzidos 62,01 partes de M.C. B , de 100%

de Brix por 100 partes de Brix extraídos.

Logo das 480 ton. de Brix extraídos, serão obtidos 297.648 (480.000 x 0,6201)

quilos de M. C. B de 100% de Brix.

212

Como a densidade correspondente ao Brix de 90° é igual a 1,48259, temos que:

297.649 / 1,48259 = 2.008 Hectolitros.

SACOS DE AÇÚCAR B DE 60 KG

Como foi procedido para o açúcar A , vemos na tabela ―2‖ , que 100 partes de Brix

extraídos, correspondentes a 32,30 partes em peso de Brix no açúcar B.

Logo dos 297.648 quilos de Brix extraídos correspondem a 96.140 quilos de açúcar

B de 100% de Brix (297.648 x 0,323).

Como a percentagem de sólidos no açúcar é de 99.4 (100 - 0,60), os sacos de

açúcar B elaborados serão = 1.612 = (96.140 / 59.640).

HECTOLITRO DE MASSA COZIDA C

A tabela ―2‖ nos mostra, que serão produzidos 41,60 partes de M.C. C de 100%

de brix por 100 partes de Brix extraídos.

Logo, dos 480.000 quilos de Brix extraídos serão obtidos 199.680 (480.000 x

0,4160) quilos de M.C C de 100% de Brix.

Como a densidade correspondente ao Brix de 90º é igual a 1,48259, temos que:

199.680 1,48259 = 1.347 Hectolitro.

VOLUMES DE MASSAS COZIDAS

Massa cozida A = 2.548 Hectolitros

Massa cozida B = 2,008 Hectolitros

Massa cozida C = 1,347 Hectolitros

Total de M. C.= 5.903 Hectolitros

VOLUME DOS TACHOS

Foram selecionados tachos, com volume individual de 500 hl.

NÚMERO DE COZIMENTOS

Massa cozida A = 2.548 / 500 = 5,09 aproximadamente 5

Massa cozida B = 2.008 / 500 = 4,016 ― 4

Massa cozida C = 1,.347 / 500 = 2,694 ― 3

213

TEMPO GASTO EM CADA TIPO DE MASSA COZIDA

Massa cozida A = 24 / 5 = 4h.48' aproximadamente 5 horas

Massa cozida B = 24 / 4 = 6h.00' aproximadamente 6 horas

Massa cozida C = 24 / 3 = 8h.00' aproximadamente 8 horas

Esses tempos, não condizentes com as normas técnicas de cozimentos. Nesses

volumes, não foram previstos aqueles reservados a cristalização.

Uma das unidades, ficaria reservada à cristalização e a outra para o manuseio dos

méis provenientes da refinaria.

Capitulo XIX

TERMINOLOGIA AÇUCAREIRA

Todas essas Terminologias estão definidas segundo a Sociedade Internacional

Tecnológicas do Açúcar de Cana – (ISSCT).

01. BRIX

É o porcento (%), em peso, dos sólidos solúveis contidos numa solução de sacarose

pura.

214

Diante de um acordo geral, o Brix passou a representar os Sólidos Aparentes - que

contém uma solução de açúcar. É determinado por um aerômetro Brix, ou usada uma

outra determinação densimétrica convertida em escala Brix, através de uma correção.

02. BRIX REFRATOMÉTRICO

É porcento (%) , em peso, dos Sólidos Solúveis , determinados por refratômetros,

ou seja mediante as escalas de açúcar direto, ou por referências a tabelas de índice de

refração e percentagem de sacarose.

03. SACAROSE (POL) (POLARIZAÇÃO) - SACAROSE

É o composto químico puro, chamado também, de açúcar de cana. É expresso como

SACAROSE REAL ou CLERGET (C12H22O11).

Pol , é o valor determinado através de uma polarização direta ou simples de solução

de peso normal em um sacarímetro.

Polarização é o processo para determinação a Pol, sendo que esta é o resultado

obtido.

04. CALDO ABSOLUTO - São todas as substâncias sólidas dissolvidas da cana mais a

água total da cana. Expressando-se sob a equação:

Caldo absoluto = Cana - Fibra

05. CALDO NORMAL - O ISSCT, abandonou esta nomenclatura, devido aos seus

diferentes significados. (Spencer Meade-Tradução da 9ª Edição).

06. CALDO SEM DILUIR - É o caldo extraído pelas moendas, ou retido pelo bagaço, ao

qual se aplica a correção em presença de água de embebição. Para fins de cálculo,

supõe-se que o seu Brix é igual ao Brix do Caldo Primário.

215

07. CALDO DE PRIMEIRA PRESSÃO - É o caldo extraído pelos dois primeiros rolos do

tandem (rolo de pressão e o rolo de entrada). Este caldo não recebe embebição. Antes era

definido como caldo extraído pelo esmagador.

08. CALDO PRIMÁRIO - É todo o caldo extraído antes de ter iniciado a diluição.

Quando ocorre em certas Usinas, em que a diluição é feita a entrada do primeiro

terno, resume-se o caldo primário ao caldo extraído pelo esmagador.

09. CALDO SECUNDÁRIO - É todo o caldo diluído, ou seja, todo o caldo extraído, que

tenha recebido qualquer tipo de diluição.

10. CALDO MISTURADO - È a mistura do caldo primário com o caldo secundário. Este

caldo é o que segue para o departamento de fabricação.

11. CALDO DO ÚLTIMO TERNO - É todo o caldo extraído pelo último terno do tandem.

12. CALDO DE ÚLTIMO PRESSÃO - É o caldo extraído pelos dois últimos ROLOS do

tandem (rolo de pressão e rolo de saída).

13. CALDO RESIDUAL - É todo caldo retido pelo bagaço; expressa-se sob a forma da

equação:

Caldo Residual = Bagaço - Fibra

14. BAGAÇO - É o resíduo que se obtém ao moer a cana-de-açúcar em um ou mais

ternos. Denomina-se:

a) – Bagaço do Primeiro Terno - Que é o resíduo obtido deste e irá alimentar ao

segundo terno;

b) – Bagaço do Segundo Terno: - O resíduo proveniente deste e destinado a alimentar

o terceiro terno, e assim sucessivamente, até ao último terno. Em geral, o termo

bagaço resume-se ao material que sai do último terno, a menos que se especifique

outra coisa. O bagaço final é usado como combustível para as caldeiras.

216

15. FIBRA - É a matéria seca e insolúvel, em água que contém a cana. O teor de fibra

varia dependendo das variedades e das condições de cultura. A fibra verdadeira ou

celulose não se determina no controle da Usina.

16. EMBEBIÇÃO - É o processo no qual se aplica água ou caldo ao bagaço, para que se

misture com o caldo existente neste e o dilua.

A água empregada nesta operação, recebe o nome de água de embebição.

17. MACERAÇÃO - É o processo no qual o bagaço se satura com excesso de água ou

caldo, geralmente temperatura alta. A água usada nesta operação, denomina-se água de

maceração. A maceração é uma classe especial de embebição.

18. ÁGUA DE DILUIÇÃO - É a porção de água de embebição ou de maceração que

contém o caldo misturado.

19. EXTRAÇÃO - EXTRAÇÃO DAS MOENDAS - EXTRAÇÃO DA POL - É a Pol no

caldo misturado porcento (%) de pol em cana.

ou = Pol caldo misturado x 100

Pol na cana

20. EXTRAÇÃO DE SACAROSE - Sacarose em caldo misturado, porcento (%) de

sacarose na cana. ou = Sacarose no caldo misturado x 100

Sacarose na cana

21. EXTRAÇÃO DILUIDA - É o porcento (%) de caldo misturado sobre a cana.

Extração diluída = Peso do caldo misturado x 100

Peso da Cana

22. EXTRAÇÃO BRIX - É um termo muito afim com a extração da Pol. E o Brix do caldo

misturado porcento (%) de Brix na cana.

23. O ISSCT , define esta relação, sem portanto recomenda-la.

217

FATOR JAVA = (Java Ratio ou = (Sacarose (POL) em capa x 100)

Razon de Java Sacarose (POL) caldo 1ª Pressão

Esta relação permite deduzir a riqueza da cana por uma simples multiplicação, sempre

que conhece o caldo de 1ª pressão.

24. PERDA EM MOENDAS = SACAROSE (POL) EM BAGAÇO PORCENTO FIBRA -

Esta relação entre sacarose (POL) no bagaço, e a fibra, leva em consideração a fibra

inerte que serve de veículo para o açúcar que perde no bagaço é o índice mais valioso da

eficiência das moendas, que o porcento (%) de sacarose no bagaço considerado por si só

já que em todos os cálculos se considera que sacarose e Pol são a mesma coisa, e que a

opção é desnecessária. No Hemisfério Ocidental se usa amplamente este valor como

―Sacarose no Bagaço Porcento em Fibra‖ que possivelmente define o seu valor. Esta

razão leva em consideração a sacarose que contém a cana.

25. RAZÃO DE EXTRAÇÃO - ―É a razão entre a porcentagem de sacarose (POL) não

extraída e a da fibra da cana‖.

[100 - Extração de Sacarose (Pol) ] = sacarose (Pol) não extraído.

Razão de Extração = (100 - Extração de Sacarose)

x 100

Fibra da Cana

Esta relação é usada no Havaí e em outros países, ocasionalmente.

26. CALDO DECANTADO - O caldo que decanta durante o curso do processo de

clarificação. É o caldo que segue para os Evaporadores.

27. CALDO FILTRADO - São os filtrados procedentes dos filtros.

28. TORTA DA CACHAÇA - O resíduo eliminado do processo, por filtração.

218

29. XAROPE - É o caldo concentrado nos múltiplos efeitos, antes que tenham extraído

cristais.

30. MASSA COZIDA - É o concentrado do xarope ou mel no qual exista açúcar

cristalizado, ou o material concentrado até ao ponto de cristalização.

31. MEL FINAL - É o licor mãe separado dos cristais por centrifugação.

É denominado de MEL: de Primeira, de Segunda, etc., ou de A, B, etc., de acordo

com a massa de onde procedem. Aquele proveniente do último cozimento, recebe o nome

de mel final

32. MAGMA - É a mistura de açúcar com xarope, mel ou água, produzido por meios

mecânicos.

33. SÓLIDOS TOTAIS - SÓLIDOS POR DESSECAÇÃO - MATERIAL SECO - É o

material que resta depois da dessecação de produto examinado até o peso constante.

34. PUREZA - É o porcento (%) de POL, em peso, nos sólidos Brix.

Apresenta-se como sendo: PUREZA Aparente

R e a 1

Gravimétrica

e são determinadas pelos seguintes cálculo e fórmulas:

PUREZA APARENTE = POL x 100

BRIX

PUREZA REAL = Sacarose x 100

Sólidos Totais

PUREZA GRAVIMETRICA = Sacarose x 100

BRIX

219

35. AÇÚCARES REDUTORES - As substâncias redutoras, existentes na cana e em seus

produtos e são calculados como açúcares invertidos. Os principais açúcares redutores

são: Hexoses, Glicose, Frutose e a Manosa.

36. RAZÃO DOS AÇÚCARES REDUTORES - RAZÃO DOS INVERTIDOS - O uso de

―Açúcares Redutores‖ em tais expressões é embaraçoso e muitos preferem chamar de

―Invertidos‖. Sabendo a percentagem (%) de sacarose (Pol) e percentagem (%) de

Açúcares Redutores, fazemos a seguinte regra de três:

% de Sacarose (Pol __________________ % de Açúcares

Redutores

100 ______________ Razão dos Aç. Red. ou Razão dos

Invertidos

Razão dos Aç Red . ou dos Invertidos = % de Aç. Redutor x 100

% Sacarose (Pol)

37. CINZAS - O resíduo que se obtém depois de incinerar a matéria orgânica.

38. RAZÃO CINZAS = RAZÃO DE SACAROSE (POL) A CINZAS - Anteriormente era

conhecida como coeficiente salino, e era:

Razão de Cinzas (Sacarose ou Pol) = % de Sacarose (Pol)

% Cinzas

39. RAZÃO DE AÇÚCARES REDUTORES E CINZAS - RAZÃO DE INVERTIDOS A

CINZAS - É um dos valores que serve de critério de qualidade de açúcar cru. Uma razão

elevada de cinzas e redutores indica deficiência para uma boa refinação, e para se obter

um mel final de baixa pureza.

40. FATOR MEL FINAL - É a razão entre sacarose (Pol) que se perde no mel final e os

não açúcares (não Pol) que entram na fabricação com o caldo misturado.

O fator Mel Final pode ser representado por:

220

Fator de Mel Final = __ 100 D___ = 100 D____ = 100 DF___

(100 E / F – E E (100 / F = 1) 100 E - FE

Onde: - D = Pol em Mel Final por 100 partes de cana;

E = Extração de Pol por 100 partes de cana;

F = Pureza Aparente do caldo misturado.

Este valor toma em consideração o porcento (%) de mel final, que se obtém, e

contido de sacarose (Pol) no mel final em relação a quantidade do material formado.

41. NÃO AÇÚCARES - É a diferença entre a matéria seca e o açúcar.

Não Açúcares = Brix - Pol

42.CONTROLE DE MOAGEM - A Equação Fundamental referente aos pesos dos

produtos que entram nas moendas e os quais saem:

Cana + Água de Embebição = Caldo Misturado +

Bagaço

A cana é pesada diretamente na balança à entrada da fábrica, enquanto que o peso

do caldo misturado e o peso de água de embebição são determinados através de balanças

apropriadas.

Numa usina de Açúcar uns dados são obtidos diretamente, enquanto que outros são

obtidos indiretamente, através de cálculos.

221

Capitulo XVIII

CONTABILIDADE AÇUCAREIRA

INTRODUÇÃO - Contabilidade Açucareira é o conjunto de operações que devem ser

realizadas nas Usinas de Açúcar, a fim de estabelecerem em bases concretas, e controle

técnico da mesma.

Mesmo distinta da Contabilidade Comercial, a Contabilidade Açucareira apresenta

em alguns casos certa analogia, uma vez que, dentre alguns dos seus objetivos, possibilita

a obtenção do saldo entre a sacarose entregue pelas moendas ao departamento de

fabricação e a transformação desta em açúcar, assim como das perdas determinadas em

(bagaço em torta e em mel final) e indeterminadas (decantadores, evaporadores, tachos,

condensadores e cristalizadores etc.,). Todavia, essas determinações somente poderão

ser observadas e bem orientadas com o auxílio das análises específicas para cada um dos

diversos departamentos. Daí, surge a necessidade de um laboratório bem equipado para

apresentar os resultados de suas análises de controle de qualidade com absoluta

fidelidade, mostrando o possível controle e o perfeito conhecimento da eficiência do

trabalho.

Com a introdução da Contabilidade Açucareira, poder-se-ia calcular o prejuízo que

representaria a perda de 1% num determinado departamento, durante um safra.

Enfim, a Contabilidade Açucareira, desde que seja feita dentro dos moldes

internacionais, muito contribuirá para que se possa analisar as melhorias que poderiam ser

introduzidas nos diversos departamento, mostrando suas deficiências, fornecimento de

dados sobre condições operacionais de trabalho ou apresentação de outros, e ainda, da

substituição dos equipamentos responsáveis por algum desequilíbrio na fábrica.

BASE DE CONTROLE DE UMA FÁBRICA DE AÇÚCAR (Pol ou Sacarose)

222

O controle de operações numa Usina, desde as moendas até o produto final, baseia-

se nas determinações de Pol e Brix através de todo o processamento em sacarose e

matéria seca, ou alternativamente em sacarose e sólidos em peso, o que pode significar

Brix aerométrico ou Brix refratométricos. A seleção do controle é um assunto ainda

discutível, porém, na prática , o controle não depende nem de um fator nem de outro, são

governados pela sacarose, além, de ser pela Pol.

DADOS BÁSICOS DE CONTROLE DAS MOENDAS, OBTIDOS DIRETAMENTE

01. Peso da cana moída

02. Brix do caldo primário

03. Peso do caldo misturado

04. Brix do caldo misturado

05. Pol do caldo misturado

06. Brix do caldo de último moenda

07. Pol do caldo de último moenda

08. Pol no bagaço

09. Matéria seca no bagaço (Peso Fibra)

10. Umidade % no bagaço

11. Peso da água de embebição

OBS: - Não é recomendado calcular os pesos de caldo misturado e da água de

embebição, relacionados com o seu volume, pois quando é tomado este, é possível cair

em erros, devido às variações de densidade do material.

DADOS OBTIDOS ATRAVÉS DE CÁLCULOS - Brix e Fibra % de Bagaço.

BRIX % BAGAÇO: - Determina-se quando são conhecidos: Pol % Bagaço, Brix % e

Pol % do caldo de última moenda:

Brix % Bagaço = Brix % Caldo última pressão x Pol %

Bagaço

Pol % Caldo Última Pressão

223

FIBRA % NO BAGAÇO: - Determina-se quando são conhecidas; Matéria Seca %

bagaço e Brix % no bagaço.

Fibra % Bagaço = Matéria seca % Bagaço - Brix %

Bagaço

Peso Bagaço: - Podemos determina-lo de dois métodos:

a) – Baseado no peso da água de embebição;

b) – Baseado na fibra % cana.

MÉTODO A: - Tendo por base o peso da água de embebição:

PESO DO BAGAÇO:

Peso Cana + Peso da água de embebição = Peso Caldo Misturado + Peso do

Bagaço.

Peso Bagaço = Peso Cana + Peso Água embebição - Peso Caldo

Misturado

BAGAÇO % DA CANA: - Determina-se quando são conhecidos: Peso Cana e o

peso do bagaço. Então teremos:

Bagaço % Cana = Peso bagaço x

100

Peso Cana

FIBRA % DA CANA - Determina-se quando são conhecidas: Fibra % do bagaço e

bagaço % da cana.

Fibra % Cana = Fibra % do bagaço x Bagaço % da

Cana

100

224

PESO FIBRA - Determina-se quando são conhecidas: Fibra % do bagaço e Peso do

bagaço.

Peso Fibra = Fibra % do bagaço x Peso do bagaço

100

MÉTODO B: - Tendo-se por base a Fibra % da Cana:

BAGAÇO % DA CANA - Determina-se quando são conhecidas: Fibra % da cana e

Fibra % do bagaço:

Bagaço % da Cana = Fibra % Cana x 100

Fibra % bagaço

PESO DO BAGAÇO - Determina-se quando são conhecidos: Bagaço % da cana e

Peso da cana:

Peso do Bagaço = Bagaço % da Cana x Peso

Cana

100

PESO DA ÁGUA DE EMBEBIÇÃO - Partindo de equação fundamental, obteremos:

Peso Água Embebição = Peso Caldo Misturado + Peso bagaço -

Peso Cana

PESO DE FIBRA - Determina-se quando são conhecidas: Fibra % da Cana e Peso da

Cana.

Peso da Fibra = Fibra % Cana x Peso da Cana

100

DADOS RELATIVOS AO CALDO

225

CALDO MISTURADO % CANA - Determina-se quando são conhecidos: Peso do caldo

misturado e o Peso da Cana, donde obteremos:

Caldo Misturado % Cana = Peso Caldo Misturado

x 100

Peso Cana

PESO DO BRIX DO CALDO MISTURADO - Determina-se quando são conhecidos: Brix

% Caldo Misturado e Peso Caldo Misturado, teremos então:

Peso Brix Caldo Misturado = Peso Caldo Misto x Brix % C.

Misturado

100

PUREZA DO CALDO MISTURADO - Determina-se quando são conhecidos: Brix % e

Pol % do Caldo Misturado. Teremos:

Pureza Caldo Misturado = Pol % Caldo Misturado x

100

Brix % Caldo Misturado

PESO POL (SACAROSE) NO CALDO MISTURADO - Determina-se quando são

conhecidos: Pol (sacarose) % do Caldo Misturado e Peso do Caldo Misturado, teremos

então:

Peso Brix Caldo Misturado = Peso Caldo Misto x Pol % Caldo

Misto

100

ANÁLISE DO CALDO ABSOLUTO

PESO CALDO ABSOLUTO:

Donde teremos:

Peso Caldo Absoluto = Peso Cana - Peso

226

Fibra

BRIX % CALDO ABSOLUTO - Determina-se quando são conhecidos: Peso Brix Caldo

Misturado, Peso Brix Bagaço e Peso do Caldo Absoluto, donde teremos:

Brix % Caldo Absoluto = (Peso Brix Caldo Misto + Peso Brix

Bagaço) 100

Peso Caldo Absoluto

POL % CALDO ABSOLUTO - Determina-se quando são conhecidos: Peso Pol Caldo

Misturado, Peso Pol Bagaço e Peso do Caldo Absoluto, teremos:

Pol % Caldo Absoluto = (Peso Pol C. Misto + Peso Pol

Bagaço) 100

Peso Caldo Absoluto

PUREZA DO CALDO ABSOLUTO - Determina-se quando são conhecidos: Pol % e Brix

do Caldo Absoluto, donde, então, teremos:

Pureza do Caldo Absoluto = Pol % Caldo Absoluto x

100

Brix % Caldo

Absoluto

PESO DO CALDO ABSOLUTO EXTRAÍDO - Determina-se quando são conhecidos:

Peso Brix Caldo Misturado e Brix % do Caldo Absoluto , teremos:

Peso Caldo Absoluto Extraído = Peso Brix Caldo Misturado

x 100

Brix % Caldo

Absoluto

CALDO ABSOLUTO EXTRAÍDO % CANA - Determina-se quando são conhecidos:

Peso do Caldo Absoluto extraído e Peso da Cana, então teremos:

227

Caldo Absoluto Extr % Cana = Peso Caldo Absol. Extraído x

100

Peso da Cana

PESO DO CALDO ABSOLUTO EM BAGAÇO - Podemos obtê-lo de dois modos:

a) – Quando são conhecidos o Peso do Caldo Absoluto e Peso do Caldo Absoluto

Extraído: Teremos então:

Peso Caldo Absoluto em Bagaço = Peso Caldo Absoluto - Peso C.

Absoluto Extraído

b) – Determina-se quando são conhecidos: Peso do Brix Bagaço e Brix % Caldo

Absoluto, donde teremos então:

Peso Caldo Absoluto Bagaço = Peso Brix Bagaço x

100

Brix % Caldo

Absoluto

DADOS SOBRE A EMBEBIÇÃO E DILUIÇÃO

EMBEBIÇÃO % DA CANA - Determina-se quando são conhecidos: Peso da água de

embebição e Peso da cana, então teremos:

Embebição % Cana = Peso da água de Embebição

x 100

Peso de Cana

ÁGUA DE EMBEBIÇÃO % DE CALDO ABSOLUTO - Determina-se quando são

conhecidos: Peso da Água de Embebição e o Peso do Caldo Absoluto, teremos:

Água Embebição % de C. Absoluto = Peso Água Embebição

x 100

Peso do Caldo

228

Absoluto

PESO DA ÁGUA DE DILUIÇÃO- Determina-se quando são conhecidos: Peso do Caldo

Misto e o Peso do Caldo Absoluto Extraído, então teremos:

Peso Água Diluição = Peso C. Misto - Peso C. Absoluto

Extraído

DILUIÇÃO % CANA- Determina-se quando são conhecidos: Caldo Misto % Cana e

Caldo Absoluto Extraído da Cana.

Diluição % Cana = Caldo Misto % Cana - Caldo Absoluto Extr. %

Cana

DILUIÇÃO % CALDO ABSOLUTO - Determina-se quando são conhecidos: Peso da

Água de Diluição e o Peso do Caldo Absoluto, então teremos:

Diluição % Caldo Absoluto = Peso da Água de Diluição x

100

Peso de Caldo

Absoluto

DILUIÇÃO % DE CALDO ABSOLUTO EXTRAÍDO - Determina-se quando são

conhecidos: Peso da Água de Diluição e o Peso do Caldo Absoluto Extraído, então

teremos:

Diluição % Caldo Absol. Extr. = Peso Água de Diluição x

100

Peso de Caldo Absoluto

Extraído

ÁGUA DE EMBEBIÇÃO NO BAGAÇO % CANA - Determina-se quando se conhece:

Água de Embebição % Cana e Diluição % Cana, então teremos:

229

Água Embebição no Bagaço % Cana = Água Embebição % Cana – Dil.

% Cana

DADOS SOBRE A CANA

PESO DE POL DA CANA (SACAROSE) - Determina-se quando são conhecidos:

Peso Pol Caldo Misto e Peso Pol no Bagaço, então teremos:

Peso POL (Sacarose) da Cana = Peso Pol (Sac.) C. Misto + Peso Pol

Bagaço

POL ENTRADA % CANA - Determina-se quando são conhecidos: Peso Pol na Cana e

o Peso da Cana, teremos:

Pol Entrada % Cana = Peso Pol Cana x

100

Peso da Cana

POL EXTRAÍDA % CANA - Determina-se quando são conhecidos: Peso Pol Caldo

Misturado e o Peso da Cana, teremos então:

Pol Extraída % Cana = Peso Pol Caldo Misturado x

100

Peso da Cana

POL EM BAGAÇO % CANA - Determina-se quando são conhecidos: Peso Pol no

Bagaço e o Peso da Cana, teremos:

Pol no Bagaço % Cana = Peso Pol Bagaço x

100

Peso da Cana

DADOS PARA JULGAR OS RESULTADOS OBTIDOS NAS MOENDAS

230

EXTRAÇÃO DA POL - Determina-se quando são conhecidos: Peso da Pol do Caldo

Misturado e o Peso da Pol na Cana, logo teremos:

Extração da Pol = Peso Pol Caldo Misturado x

100

Peso Pol Cana

PERDAS EM MOENDAS - Determina-se quando são conhecidos: Pol % Bagaço e

Fibra % em Bagaço, daí, temos:

Perdas nas Moendas = Pol % Bagaço x

100

Fibra %

Bagaço

ou:

Perdas nas Moendas = Pol no Bagaço % Cana

x 100

Fibra % Cana

COEFICIENTE DE EXTRAÇÃO - Determina-se quando são conhecidos: Extração de

Sacarose (Pol) e Fibra (%) da Cana, donde obteremos:

Coeficiente de Extração = (100 - Extração Pol)

100

Fibra % Cana

MOAGEM DIÁRIA - Registrar-se-á a cana esmagada durante as 24 horas.

DIAS DE SAFRA - Os dias de safra são os transcorridos desde o primeiro dia em que se

iniciou a safra, até o dia do seu encerramento.

Considerar-se-á tempo perdido, aquele em que o trem de moendas não tenha

trabalhado, isto é, não foi feito nenhum esmagamento.

231

TEMPO DE MOAGEM POR % DO TEMPO TOTAL - É o tempo em que as moendas

tenham trabalhado. Não é levado em conta o tempo que as moendas tenham girado a

seco, isto é, sem ter esmagado canas. Logo, teremos a seguinte expressão:

Tempo de Moagem % Tempo Total = Horas de Moagem x

100

Total de Horas de

Safra

FIBRA a 12,5% -A quantidade de fibra que contém a cana, influi na extração. Para eliminar

a influência das variações do percentual em fibra, Noel Deerr propôs uma fórmula para

reduzir a extração a uma base comum de 12,5 % da fibra contida na cana.

Mundialmente se usa a extração reduzida como um dos critérios da eficiência da

moenda.

Dedução:

Chamando de:

e = extração de pol, com f de fibra na cana

f = fibra na cana

e ' = extração de pol com f ' de fibra (12,5 %)

f ' = fibra com 12,5 %

v = caldo absoluto no bagaço.

Sabemos que:

Extração de Pol obtido + Extração Pol retira no bagaço = 100 Extração de Pol.

e + r =

100

Caldo Absoluto obtido + Caldo Absoluto no bagaço = 100 - f.

Extração retida = 100 - e = r

Então teremos:

100 extração Pol ........................................................ 100 - f

(100 - e) extração retida ............................................. V

232

V = (100 - e ) (100 - f)

100

Expressando em fibra %

V = (100 - e ) (100 - f) . 100

100 f

V = (100 - e ) (100 - f)

f

Chamando de:

r

r ' a Pol retida no bagaço % Cana

Temos que, a extração retida:

r = 100 - e

r ' = 100 - e '

r" = 100 - e"

rn = 100 - en

Logo, poderemos escrever que

V = r (100 - f ) = r' (100 - f')

f f'

Donde:

r = (100 - f ) = r' (100 - f')

f f'

r' = rf' (100 - f ) = 100 - e'

f (100 - f )

Como: f = 12,5 %

Teremos:

r' = 12,5 r (100 - f) = r (100 - f)

f (100 - 12,5) 7 f.

r' = r (100 - f )

7 f

233

Exemplo:

Extração de Pol = 95

Pol retida no bagaço = 100 - e = 100 - 95 = 5 = r

Fibra na cana = 12,0 %

Determinar a extração retida r'

r' = r (100 - f) = 5 (100 - 12 ) = 5,24

7 f 7 x 12

A nova extração reduzida a fibra de 12,5 % será:

Extração de Pol reduzida, a fibra de 12,5 = 100 - r' = 100 - 5,24 = 94,76.

EFICIÊNCIA DE FABRICAÇÃO - É dada pela seguinte fórmula:

Eficiência de Fabricação = 10,000 (J -

M)____

(1,4 j - 40 ) (100 - M)

Onde: J = Pureza do caldo misturado;

M = Pureza do mel final.

A eficiência teórica é dada pela seguinte expressão:

Eficiência Teórica = ____1,4 - 40 /

J____

Polarização do

Açúcar

E.P. (Eficiência Prática) = Eficiência Teórica x Eficiência de

Fabricação

RECUPERADO EM AÇÚCAR – É o resultado obtido através da seguinte expressão

:

Recuperação em Açúcar = Rendimento Calculado x Pol

Açúcar

100

234

PERDAS NA FABRICAÇÃO - São calculadas pela expressão seguinte:

Perdas Fabricação = Peso Pol Caldo Misturado - Recuperado em

Açúcar

RENDIMENTO TEÓRICO - AÇÚCAR BASE 96

R96 = S (2,4 - 40 / J )

100 x 96

MATERIAL EM ELABORAÇÃO

AÇÚCAR - Para elaborar o açúcar que pode produzir os materiais que se encontram em

elaboração na Usina, existem várias maneiras de proceder-se.

―RETENÇÃO POR CENTO (%) DE SÓLIDOS‖

onde entram apenas as purezas dos produtos, Então:

- % DE RETENÇÃO DOS SÓLIDOS =

= (Pureza do Produto em processo - Pureza de Mel Final / (Pureza do Açúcar - Pureza

do Mel Final)

Para o cálculo do processo, devemos tomar o açúcar na base de 96 % de Pol e o mel

final a 88° Brix. Esta maneira de proceder, consta de treze itens, que por sua vez se

subdividem:

1º) – Medir a quantidade de cada produto em processo, determinando o seu volume em

litros ou pés cúbicos. Para isto, deveremos ter no laboratório, previamente calculados,

todos os vasilhames de fabricação. Para cada vasilhame, faremos uma tabela, que pelo

espaço vazio do depósito, possamos concluir do volume cheio.

2º) – Tomar as temperaturas e determinar as análises dos produtos que se encontrem em

processo. Desde que tenha um bom controle de laboratório, torna-se apenas necessário

consultar o livro de análises para termos satisfeito o item 2º (segundo).

3º) – Preparar uma folha ou livro, com os seguintes dados:

1. – nome do produto;

235

2. – peso do produto em arrobas por pé cúbico, quilos por litros ou libras por pé

cúbicos;

3. – pé cúbico ou litros do produto;

4. – arrobas, libras ou quilos do produto;

5. – Brix corrigido do produto à temperatura medida;

6. – arrobas, libras ou quilos de sólidos no produto;

7. – Pol % do produto, calculado com a pureza original e com o brix corrigido à

temperatura medida;

8. – arrobas, libras ou quilos de Pol no produto.

Ao anotar os dados de todos os produtos, somam-se todas as colunas e, se calculam

as médias do Brix, Pol, Pureza e Unidades de peso por unidades de volume.

Coluna 1 - Nesta coluna anotar-se-á o nome de cada produto;

Coluna 2 - Anotam-se as unidades de volume de cada produto;

Coluna 4 - Nesta coluna se anota do produto, que se calcula assim:

Volume do produto x Peso por unidade de

volume

Coluna 5 - Nesta coluna anotar-se-á o Brix correto de cada produto;

Coluna 6 – Nesta coluna se anota o peso de sólidos de cada produto, que é calculado pela

seguinte formula:

:

Peso do Produto x Brix do Produto

100

Coluna 7 - Nesta coluna anotar-se-á o % do Pol de cada produto obtido depois de

multiplicar a pureza do produto pelo Brix correto, já anotado na coluna 5;

Coluna 8 - Nesta coluna se anota o peso de Pol de cada produto conforme mostramos

abaixo:

Peso do Produto x % de Pol no produto

100

236

FOLHA DE PRODUTOS EM PROCESSO

ANÁLISES DE AÇÚCAR E MEL FINAL:

PRODUTO BRIX POL PUREZA

Açúcar 67,57 96.00 98.39

M e 1 88.00 32.56 37.00

1 2 3 4 5 6 7 8

PRODUTO VOLUME

LITRO

PESO EM

VOLUME

PESO

PRODUZIDO

% BRIX PESO DE

SÓLIDOS

POL % PESO

POL

Caldo Clarif. 568,464 1,047 591,712 12,50 74.462 10,25 61,054

Xarope 56,974 1,281 72,968 58,96 43,022 45,35 36,007

Massa A 69,490 1,471 102,235 88,58 90,563 71,64 73,292

Massa B 32.620 1.488 48,055 91,08 49,275 68,58 33,339

Massa C 418,032 1,492 623,544 91,59 571,481 58,15 362,825

M e 1 A 32,763 1,308 42,489 63.75 27,232 40,00 17,181

M e 1 B 14,413 1,304 18,791 64,56 12,133 34,58 6,498

Semente

Virgem

14,215 1,459 20,746 87,08 18,067 76,27 15,824

Semente - - - - - - -

TOTAL 1.207,041 1.2641 1.525,856 57,75 881,235 39,67 605,960

CALCULAR AS MÉDIAS DAS COLUNAS DOS PRODUTOS EM PROCESSOS -

a) – Peso por unidade de volume

Fórmula:

Peso total de Produtos em Processo

Volume total dos produtos

Operação: 1.525,856 = 1,2641

1.207,041

237

b) - % de Brix dos produtos em processo

Fórmula:

Peso total de Brix em processo x 100

Peso do produto total em processo

Operação: 881.235 = 57,75

1.525,856

c) - % de Pol nos produtos em processo

Fórmula:

Peso total de Pol em processo x 100

Peso do produto total em processo

d) – Pureza dos Produtos em Processo

Fórmula:

Peso total de Pol em processo x 100

Peso total do Brix em processo

Operação: 605,960 = 68,76

881,235

COM OS DADOS OBTIDOS APLICAMOS A FÓRMULA QUE NOS DÁ A

RETENÇÃO:

(68, 76 - 37,00 ) x 100 = 51,73 % de retenção de sólidos.

(98.39 - 37,00)

CÁLCULO DO PESO DE SÓLIDOS - Fórmula:

Peso de sólidos total em processo x % de

238

retenção

100

Operação: 881,235 x 51,75 = 455.883 = peso de sólidos retidos

100

CÁLCULO DO PESO DE POL NO AÇÚCAR EM PROCESSOS:

Fórmula:

Peso de sólidos retidos x Pureza do Açúcar

100

Operação: 455.86 x 98.39 = 448.524 = peso de Pol no açúcar em processo

100

CÁLCULO DO PESO DE AÇÚCAR DE 96º DE POL EM PROCESSO:

Fórmula:

Peso de Pol no açúcar em processo x 100

96

Operação: 488.524 x 100 = 467.213 =

96

CÁLCULO DOS SACOS DE AÇÚCAR DE 96º POL:

Fórmula:

Peso de Açúcar de 96º Pol

Peso do saco

Operação: 467,213 = 7.787 sacos de 60 kg

60 kg

239

Fórmula:

Peso de Pol em Processo - Peso de Pol no

Açúcar

Operação: 605.960 - 448.524 = 157.436 kg de Pol no mel em processo

CÁLCULO DO PESO DE MEL FINAL EM PROCESSO:

Fórmula:

Peso de Pol no Mel Final em processo x 100

% de Pol no Mel Final

Operação: 157.436 x 100 = 483.832

32.26

CÁLCULO DOS LITROS DO MEL FINAL EM PROCESSO:

Fórmula:

Peso do mel final em processo

Peso da unidade de volume de 88º Brix

Operação: 483.832 = 329.739 litros

1,46732

DETERMINAÇÃO DA QUANTIDADE DE CALDO

Fórmula de COPP ou NECC

N.E.C.C. = 100.000 (J - V)

(1.4J - 40) (100 - V)

N.E.C.C. = Número de eficiência da casa de caldeiras :

(1,4 - _____40________)

240

Caldo Misturado

Fórmula : Eficiência Teórica = __________________________ x 100

96

J = Pureza do caldo misturado

V = Pureza do mel final.

Kg POL APROVEITÁVEIS = PESO DE CANAS x RTO. % CALCULO EM

STOCK

100

PESO DE POL NO C. MISTURADO = Kg DE POL APROVEITÁVEIS x 100

EFICIÊNCIA PRÁTICA

PESO DE C. MISTURADO = PESO DE POL NO CALDO MISTURADO x 100

POL % NO CALDO MISTURADO

Pol Entrada em Fábrica = Extração do Caldo Misto % Cana x Pol C.M.

100

Recuperado em Açúcar = Rto.Calculado Stock x Recuperação Açúcar

100

Perdas na Fabricação = Pol entrada em Fábrica = Recuperação Açúcar

Exemplo: - Cana moída - 1500 t; Rto. Calculado no Stock - 100 kg / T.C. Pureza do

Caldo Misturado - 84% ; Pol do caldo - misturado 15.96% ; Pureza do mel

final - 35%.

EFICIÊNCIA PRÁTICA = EFICIÊNCIA TEÓRICA x N.E.C.C

241

Solução: N.E.C.C. = ______10.000 (84 - 35)_____ = 97.15

(14 x 84 - 40 ) (100 - 35)

Eficiência Teórica = (1,4 - 40 / 84) x 100 = 0,962

96

Eficiência Prática = 93.4

Quilos de Pol aproveitáveis = 1.500.000 x 100 = 150.000

100

Peso de Pol no Caldo Misturado = 150.000 x 100 = 160.445

93.49

Peso do Caldo Misturado = 160.445 x 100 = 1.005294

15.96

Extração do Caldo Misturado = 1.005,294 x 100 = 67.02

1.500,00

Pol Entrada em Fábrica = 67.02 x 15,96 = 10.96

100

Recuperado em Açúcar = 10 x 96 = 9,60

100

Perdas da Fabricação = 10.69 - 9.60 = 1.09

DEDUÇÃO DA FÓRMULA QUE DÁ A EFICIÊNCIA TEÓRICA:

Chamando de B, S e Pza., respectivamente o Brix, Sacarose e Pureza,

sabemos que a Pureza é fornecida por:

Então, em não-açúcares seriam expressos p e r:

Eficiência Teórica = 100 (1.4 - 40 / P)

242

WINTER-CARP, de seus estudos levados a efeito em JAVA, chegaram à

conclusão, que cada parte de Não-Açúcares, impedia a cristalização de 0.4 partes de

sacarose. A parte de sacarose perdida, seria então

E a sacarose aproveitável, seria expressa por:

Então:

Em S quantidade de Açúcar ______ (1.4 - 40 )

Pza.

Em 100 quantidade de Açúcar ______ x

Donde:

Não-Açúcares = 100 x S - S

Pza.

0,4 (100 x S) - S

Pza.

Sacarose aproveitável = S - 0,4 (100 x S) - S

Pza.

Sacarose aproveitável = S (1,4 - 40 )

Pza.

X = R.T. = 100 (1.4 - 40 )

Pza.

243

Capitulo XX

pH

pH do caldo primário ≥ 5,0 ( uma queda abaixo de pH = 5,0 constitui sintoma de cana

deteriorada.

pH do caldo misto = 7,5

pH caldo caleado = 7,0 a 7,4

pH caldo decantado = 7,0

pH do xarope = 6,5

pH da cristalização é conduzida na faixa de 6,5 a 5,8

pH do mel final = 5,8

Caldo de aparência leitosa constitui um índice de cana azeda ou velha.

pH águas condensadas igual ou maior que

244

CAPACIDADE MÉDIA

Caldo extraído ----------------------------------------------------------------100,0 %

Caldo caleado: Volume----------------------------------------------------------0,0514 m³/ tcd

Peso ------------------------------------------------------------52,91 kg / tcd

Aquecedor de caldo,em area por unidade de aquecedor----------------- 0,0336 m² / tcd.

Decantação------------------------------------------------------------------------ 0,132 m³ / tcd.

Filtro Rotativo a vácuo, área de filtração------------------------------------- 0,01939 m² / tcd.

Evaporação: - Quádruplo efeito------------------------------------------------ 1,2 m² / tcd ou 28,8 m²

/ tcd

Quíntuplo efeito------------------------------------------------- 1,4 m² / tcd ou 33,6 m² /

tcd

Consumo vapor: -------------------------Quíntuplo efeito = 1,217 k . quádruplo

efeito kg

Massa cozida: Sistema de três massas, produção----------------------------= 2,82 hl / tcd

Sistema de duas massas, produção ------------------------.= 1,97 hl / tcd

Relação, supperficie/volume - Massa cozida A------------------------------≥ 0.700 m² / hl

Massa cozida B------------------------------≥ 0,650 m² / hl

Massa cozida C-----------------------------≤ 0.650 m² / hl

Circulador mecânico:- massa cozida A------------------------------------------0.1800 a 0,20 CV /hl

- massa cozida B----------------------------------------- 0,200 a 0,225 CV / hl

- massa cozida C------------------------------------------0,225 a 0,250 CV / hl

Malaxagem – Cristalizadores com refrigeração------------------------------- 1,045 hl / tcd.

Tanques: Caldo decantado---------------------------------------------------------- 0,0165 m³ /tcd

Xarope---------------------------------------------------------------------0,033 m³ / tcd.

Mel, para cada tipo de massa cozida—-------------------------------0,0165 m³ / tcd.

245

Diluição de mel para cada tipo de massa Cozida—-----------------0.0165 m³ / tcd

TABELA DE ESPECIFICAÇÕES DE CORES PARA

TUBULAÇÕES E RESERVATÓRIOS

Conforme a Norma Brasileira NB-54, as tubulações aparentes devem ser pintadas

com as seguintes cores:

Vermelho

Verde

Azul

Amarelo

Laranja

Lilás

Preto

Materiais destinados a combate a incêndio

Água

Ar comprimido

Gases não-liquefeitos

Ácidos

Alcalis

Inflamáveis e combustíveis de alta viscosidade (óleo

combustível, óleo lubrificante, etc).

Alumínio Gases liquefeitos, inflamáveis e combustíveis de baixa

viscosidade (óleo diesel, gasolina, solventes, etc).

Cinza-claro

Cinza-escuro

Branco

Marron

Vácuo

Eletrodutos

Vapor

Cor vaga, podendo ser alotada para identificar qualquer

fluido não-identificável para demais cores.

A canalização de água potável deverá ser diferenciada de forma inconfundível das

246

demais.Os depósitos ou tanques fixos que armazenam fluídos deverão ser

identificados pelo mesmo sistema de cores que as canalizações por eles

abastecidos.

O sentido do escoamento do fluido deve ser indicado para seta.

Tabela de vapor saturado

247

Capitulo XXI

Bibliografia Consultada

1-Pieter Honig. Princípios da Tecnologia Azucarera. Vol I CECSA

2-Pieter Honig. Principios da Tecnologia Azucarera. Vol II CECSA

3- Pieter Honig. Princípios da Tecnologia Azucarera. Vol III CECSA

4- E.C. Gillett. Low Grade Crystallization, Califórnia and Hawaiian Sugar Refining CorpLtd,

Crockett, Califórnia 1948.

5 – A.L.Webre.- Circulacion in vacuum pans. Mech Eng..

6 - A.L.Webre – Buena formacion de cristales de azucar. XXVII-1953- Memória anual de la

Asociacion de Técnicos Azucareros de Cuba.

7 - Emile Hugot – Manual da Engenharia Açucareira. Volume I e II – Editora Mestre Jou.

8 – Reinhard Billet – Evaporation Technology - 1989 - VCH

9 – Senén Viego Delgado – Calculo Azucarero Segunda Edicion. 1953 Imp Martinez.

Cienfuegos.

10- John Howard Payne. Operecões Unitarias na Produção de Açúcar de Cana.

Nobel/STAB 1990.

11- Spencer- Meader. Manual Del Azucar de Cana. Montaner Y Simon, AS 1967.

12-. A.L Webre – Sugar quality affected by vacuum pan design.Am Chem Soc, Detrit, Mich

(USA) 1943

248

13 – Gonzalez Maíz, J. C. –

14 – Falcão, RNM – Castro, S Beltrão- Apostilha Tecnologia Açucareira – 1965-DEQQI-

UFPe

15 – Falcão, RNM – Castro, S Beltrão –Apostilha Tecnologia do Açúcar – 1985- DEQQI-

UFPe.

Índice

Capitulo I – Matéria prima

Capitulo II – Preparo da cana

Capitulo III - Moendas

Capitulo IV – Purificação do caldo

Capitulo V – Sulfitação

Capitulo VI – Caleação

Capitulo VII – Aquecedores de caldo

Capitulo VIII – Decantação

Capitulo IX – Filtração

Capitulo X – Evaporação

Capitulo XI – Condensadores

249

Capitulo XII – Cozimento

Capitulo XIII – Malaxadores

Capitulo XIV – Turbinas de açúcar

Capitulo XV – Secador

Capitulo XVI – Balanço térmico

Capitulo XVII – Balanço dos materiais

Capitulo XVIII – Contabilidade açucareira

Capitulo XIX – Terminologia açucareira

Capitulo XX – Tabelas e especificação de cores para tubulações

Capitulo XXI – Tabela de vapor saturado