Baixe Apostila Açúcar e Álcool e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Humana, somente na Docsity! 1 A Usina de Açúcar e sua Automação A Usina de Açúcar e sua Automação Autor: Paulo Roberto Ribeiro SMAR Filial Araçatuba Divisão Açúcar e Álcool email: ribeiro.dnapl@smar.com.br © Direitos Autorais Reservados Este material não pode ser reproduzido parcial ou completo sem autorização prévia. Copyright © 2003 da Smar Equipamentos Industriais Ltda. A Usina de Açúcar e sua Automação 2ª Edição / 2003 2 A Usina de Açúcar e sua Automação Capitulo 1 INTRODUÇÃO E ESTATISCAS 5 A Usina de Açúcar e sua Automação A clarificação, evaporação e a cristalização eram feitas em tanques aquecidos por fogo direto pela queima de lenha. O controle da cristalização era feito pela colocação ou retirada de lenha, ou seja, pela regulagem do aquecimento. 6 A Usina de Açúcar e sua Automação O caldo evaporado contendo cristais de açúcar era colocado em formas e deixando resfriar dando origem à rapadura ou açúcar mascavo. Samuel Hazard, Cuba, 1865 O açúcar branco era produzido em casas de purga, onde em formas especiais eliminava-se o mel por gravidade através de um período de repouso que podia chegar a 50 dias. Henri Monceau, 1764 7 A Usina de Açúcar e sua Automação Em Cuba e demais países do Caribe, o açúcar branco era embalado em caixas e o açúcar mascavo em barris para o transporte até os centros de consumo. Samuel Hazard, 1865 10 A Usina de Açúcar e sua Automação 1.5 - Açúcar, a importância para o Brasil Participação do Açúcar nas Exportações Brasileiras (%) Exportação Total Ano 2001 Mês Brasil US$ FOB Açúcar US$ FOB (%) do Açúcar nas Exportações do Brasil Janeiro 4.537.905.000 229.618.827 5,06 Fevereiro 4.083.023.000 74.282.170 1,82 Março 5.167.500.000 116.041.631 2,25 Abril 4.729.698.000 71.822.001 1,52 Maio 5.367.054.000 78.503.793 1,46 Junho 5.041.980.000 163.264.621 3,24 Julho 4.964.485.000 239.760.286 4,83 Agosto 5.727.436.000 287.345.097 5,02 Setembro 4.754.965.000 292.192.709 6,15 Outubro 5.002.529.000 291.304.947 5,82 Novembro 4.500.260.000 281.727.815 6,26 Dezembro 4.345.808.000 151.867.191 3,49 Total 58.222.643.000 2.277.731.088 3,91 Exportação Total Ano 2002 Mês Brasil US$ FOB Açúcar US$ FOB (%) do Açúcar nas Exportações do Brasil Janeiro 3.971.828.775 148.309.343 3,73 Fevereiro 3.658.349.034 127.931.406 3,50 Março 4.260.412.206 63.761.274 1,50 Abril 4.641.399.729 52.996.253 1,14 Maio 4.441.379.547 90.329.025 2,03 Junho 4.078.559.856 186.919.084 4,58 Julho 6.223.334.278 229.823.044 3,69 Agosto 5.751.020.402 219.061.211 3,81 Setembro 6.491.806.837 329.861.646 5,08 Outubro 6.474.407.905 268.940.680 4,15 Novembro 5.126.951.442 183.602.649 3,58 Dezembro 5.242.335.956 192.100.759 3,66 Total 60.361.785.967 2.093.636.374 3,47 Fonte:SECEX/elaboração UNICA Fonte: Informação UNICA - Ano 6 - Nº 51 - Janeiro/Fevereiro de 2003 11 A Usina de Açúcar e sua Automação Para onde vai o açúcar brasileiro: 2002 - Janeiro a Dezembro País de Destino Toneladas US$ FOB Pr. Médio* Rússia 2.362.210 338.446.250 143,28 Egito 1.031.612 160.351.871 155,44 Romênia 888.708 124.964.058 140,61 Emirados Árabes 809.680 120.580.040 148,92 Canadá 608.460 87.328.939 143,52 Irã 601.296 90.200.503 150,01 Nigéria 571.892 103.465.650 180,92 Senegal 434.333 56.141.389 129,26 Níger 427.208 73.974.863 173,16 Marrocos 396.185 60.620.481 153,01 Arábia Saudita 388.379 57.809.569 148,85 Argélia 312.861 50.495.371 161,40 Iêmen 257.000 43.850.482 170,62 Síria 255.487 45.433.355 177,83 Angola 245.341 43.521.097 177,39 Malásia 207.199 29.662.501 143,16 Malta 206.802 29.337.150 141,86 Tunísia 196.068 37.714.509 192,35 Iraque 192.166 34.848.280 181,34 Bulgária 173.179 23.755.046 137,17 Mauritânia 160.920 24.586.820 152,79 Indonésia 155.878 21.180.780 135,88 Somália 139.420 24.975.323 179,14 Geórgia 127.325 22.974.830 180,44 Gana 120.500 22.862.565 189,73 Nova Zelândia 119.599 17.530.580 146,58 Gâmbia 118.004 20.726.169 175,64 Estados Unidos 110.012 34.833.590 316,63 Sri Lanka 100.910 16.996.736 168,43 Serra Leoa 93.550 15.291.100 163,45 Haiti 92.000 14.775.840 160,61 Índia 91.955 14.145.316 153,83 Uruguai 70.001 11.675.210 166,79 Taiwan (Formosa) 67.495 8.926.906 132,26 Itália 66.432 11.704.024 176,18 Guiné 60.049 11.419.891 190,18 *US$/t Fonte: Seces/Elaboração UNICA 12 A Usina de Açúcar e sua Automação 1.6 - Tipos de Açúcar AÇÚCAR DEMERARA (RAW SUGAR) E V.H.P. (VERY HIGH POL SUGAR) Açúcar produzido naturalmente, sem adicionar produtos químicos na sulfitação. A produção desse açúcar é muito grande, pois é destinado para a produção dos açúcares de melhor qualidade, através da sua diluição. CRISTAL BRANCO Açúcar produzido através de 3 processos de purificação: Sulfitação, Carbonatação ou Fosfatação. O processo mais utilizado é a Sulfitação. A Sulfitação é aplicado ao caldo, e seus principais efeitos são: efeito purificante, efeito descolorante, efeito fluidificante, efeito precipitante. O açúcar cristal branco é qualificado de acordo com um padrão estabelecido: Tipo Mínimo Pol. Máxima Cor Máx. % Cinzas Máx. Umidade Standard 99.3 760 0.15 > 0.05 Superior 99.5 480 0.10 < 0.04 Especial 99.7 230 0.07 < 0.04 Especial Extra 99.8 150 0.05 < 0.04 Com a crescente melhoria da qualidade do açúcar, atualmente existem outros padrões: - Açúcar Especial Extra A, com a máxima cor de 100 - Açúcar G.C. com granulometria controlada - Açúcar Orgânico AÇUCAR REFINADO GRANULADO Açúcar obtido através da diluição do açúcar demerara ou V.H.P. recebendo um tratamento de purificação para eliminação de impurezas e adicionamento de produtos químicos. O açúcar refinado granulado é cristalizado em um Cozedor à Vácuo. AÇÚCAR REFINADO AMORFO Açúcar obtido através da diluição do açúcar demerara ou V.H.P. recebendo um tratamento de purificação para eliminação de impurezas e adicionamento de produtos químicos. O açúcar refinado amorfo é cristalizado através de um choque térmico. Esse tipo de açúcar é menos valorizado que o Refinado Granulado, pois o mel também está contido no produto. AÇÚCAR LÍQUIDO Açúcar obtido através da diluição do açúcar demerara ou V.H.P. recebendo um tratamento de purificação para eliminação de impurezas, adicionamento de produtos químicos, filtragem em tanques de resina ou carvão e concentração até aproximadamente 65o Brix. O poder adoçante desse açúcar é menor devido a quantidade de água adicionada. Esse açúcar é consumido pelas fabricas de refrigerantes e alimentos. Sua principal desvantagem é o baixo tempo de armazenamento, devido aos ataques de microorganismos, principalmente os fungos. 15 A Usina de Açúcar e sua Automação 1.9 – Unidades Produtoras – Centro/Sul do Brasil RANKING DAS UNIDADES PRODUTORAS - CENTRO/SUL - SAFRA 99/00 ORD. Unidades Produtoras Cana Moída (ton.) Açúcar (sacas - 50kg) Álcool Total (m3) 1 Da Barra (SP) 5.821.092 8.469.000 224.317 2 Santa Elisa (SP) 5.637.141 8.278.320 212.548 3 Itamarati (SP) 5.270.109 5.016.220 256.169 4 São Martinho (SP) 5.239.159 8.439.020 194.730 5 Vale do Rosário (SP) 4.054.867 5.809.600 160.005 6 Bonfim (SP) 3.957.066 6.395.520 163.876 7 Barra Grande (SP) 3.947.349 4.949.220 198.845 8 São José - Macatuba (SP) 3.824.873 5.263.680 180.080 9 Nova América (SP) 3.642.812 5.508.100 117.197 10 São João - Araras (SP) 3.253.493 4.702.000 105.605 11 Costa Pinto (SP) 3.246.146 5.919.900 106.876 12 Da Pedra (SP) 3.039.470 3.187.960 172.125 13 Colombo (SP) 2.940.243 5.123.300 96.992 14 Santa Cruz - Américo Brasiliense 2.850.014 3.571.640 133.690 15 Catanduva (SP) 2.721.495 3.474.620 136.528 16 Alto Alegre (PR) 2.613.834 4.929.860 73.175 17 Colorado (SP) 2.603.304 3.810.020 115.584 18 Vale do Verdão (GO) 2.566.058 2.108.700 110.927 19 Iracema (SP) 2.554.316 3.491.820 105.674 20 Andrade (SP) 2.442.215 2.223.520 158.629 21 Maracaí (SP) 2.412.888 4.411.280 70.526 22 EQUIPAV (SP) 2.273.755 2.133.100 115.083 23 Rafard (SP) 2.224.390 4.018.260 63.834 24 São Luiz - Pirassununga (SP) 2.183.763 3.641.740 48.693 25 Bazan (SP) 2.112.403 4.132.100 63.310 26 Cruz Alta (SP) 2.035.834 4.678.000 --- 27 Moema (SP) 2.033.648 2.959.300 78.144 28 São Luiz - Ourinhos (SP) 2.002.514 2.856.260 66.300 29 Santa Adélia (SP) 1.943.081 3.003.000 84.298 30 Junqueira (SP) 1.753.914 2.250.300 81.721 31 Virálcool (SP) 1.737.540 2.230.840 67.167 32 Santa Helena - Rio das Pedras (SP) 1.728.164 3.147.360 47.079 33 Guaíra (SP) 1.716.578 2.628.780 66.230 34 Diamante (SP) 1.697.462 3.224.840 43.554 35 Moreno (SP) 1.696.654 3.277.100 39.814 36 Santo Antônio - Sertãozinho (SP) 1.666.199 2.075.000 77.080 37 São Carlos (SP) 1.665.620 2.407.480 67.533 38 Iturama (MG) 1.658.524 2.082.840 79.135 39 MB (SP) 1.652.161 2.372.000 73.950 40 Alta Mogiana (SP) 1.640.910 3.237.700 42.517 41 São José da Estiva (SP) 1.635.804 2.073.200 80.330 16 A Usina de Açúcar e sua Automação 42 Cerradinho (SP) 1.619.705 2.176.560 61.101 43 Nardini (SP) 1.609-794 1.719.040 87.430 44 Santa Cândida (SP) 1.605.382 1.911.480 72.578 45 N. Aparecida - Pontal (SP) 1.577.550 3.501.860 28.084 46 Ipaussu (SP) 1.571.301 2.817.880 41.698 47 Batatais (SP) 1.560.091 2.395.500 69.127 48 Central Paraná (PR) 1.514.132 2.723.560 32.859 49 Guarani (SP) 1.499.205 3.254.000 52.540 50 Zanin (SP) 1.495.958 2.029.600 52.102 51 Barrálcool (MT) 1.483.785 663.100 95.113 52 Delta (MG) 1.452.151 2.878.560 34.180 53 Quatá (SP) 1.449.557 1.961.080 66.247 54 São Domingos (SP) 1.406.184 2.507.680 44.683 55 São Francisco - Elias Fausto (SP) 1.403.177 3.027.400 --- 56 Maringá (SP) 1.400.000 2.075.320 60.000 57 COCAL (SP) 1.356.990 1.681.780 66.439 58 Jalles Machado (GO) 1.330.645 2.396.000 39.034 59 CLEALCO (SP) 1.330.284 2.074.000 40.258 60 Albertina (SP) 1.324.277 2.807.660 21.468 61 Furlan (SP) 1.321.436 1.978.760 40.000 62 Coopernavi (MS) 1.283.565 1.786.380 46.700 63 São Manoel (SP) 1.275.009 2.237.740 39.174 64 Mandu (SP) 1.268.829 1.973.560 48.688 65 UNIALCO (SP) 1.242.042 1.820.060 53.715 66 Jacarezinho (PR) 1.240.870 1.747.000 43.375 67 ARALCO (SP) 1.239.108 1.354.660 58.092 68 Da Serra (SP) 1.235.464 2.692.480 23.083 69 Santa Luiza (SP) 1.234.163 2.001.000 33.400 70 São João - SJBV (SP) 1.226.549 2.241.340 8.348 71 Debrasa (MS) 1.225.065 --- 96.222 72 Passa Tempo (MS) 1.200.438 1.936.260 24.385 73 N. Aparecida - Itapira (SP) 1.186.393 1.613.260 50.468 74 São Carlos (PR) 1.183.863 --- 89.541 75 Julina (PR) 1.175.676 2.307.780 23.407 76 São José (PR) 1.165.460 2.365.960 22.761 77 Santa Terezinha (PR) 1.165.206 2.075.320 26.838 78 Galo Bravo (SP) 1.150.453 1.444.660 56.036 79 Santa Rita (SP) 1.150.000 1.500.000 47.000 80 Ester (SP) 1.132.499 1.395.000 49.488 81 Vale do Ivaí (PR) 1.130.234 2.023.180 22.699 82 Tamoio (SP) 1.129.158 2.429.300 --- 83 Cooprodia (MT) 1.122.187 920.280 65.150 84 São Francisco - Sertãozinho (SP) 1.107.670 1.051.700 48.100 85 Santa Helena (GO) 1.097.688 2.119.920 28.064 86 FBA / UNIVALEM (SP) 1.091.180 1.139.680 54.104 17 A Usina de Açúcar e sua Automação 87 Nova União (SP) 1.067.952 1.806.980 32.734 88 Trialco - Piripá (MG) 1.053.477 1.289.520 47.026 89 Santa Olinda (MS) 1.030.006 735.200 52.359 90 Santa Izabel (SP) 1.018.784 1.949.740 26.384 91 Bela Vista - Pontal (SP) 1.007.901 1.430.140 37.875 92 Bandeirantes (PR) 1.002.500 755.000 48.200 93 FB - Cidade Gaúcha (PR) 1.000.259 1.537.720 24.309 94 Sonora Estância (MS) 991.689 741.100 58.433 95 Benálcool (SP) 984.158 1.227.220 46.449 96 Pitangueiras (SP) 981.815 1.066.360 49.449 97 Central Álcool Lucélia (SP) 959.002 904.000 52.376 98 Alvorada (MG) 955.803 1.000.800 36.357 99 Alto Alegre – Un. Floresta (SP) 953.351 1.754.760 25.421 100 Santa Lúcia (SP) 950.510 933.520 44.700 101 Ivaté (PR) 928.293 1.847.120 19.479 102 Santa Maria - Cerquilho (SP) 920.492 821.620 42.860 103 Luciânia (MG) 918.542 1.539.140 28.495 104 Volta Grande (MG) 905.764 1.454.140 33.354 105 Ibirá (SP) 899.164 1.348.300 37.342 106 Cresciumal (SP) 892.352 1.046.920 43.330 107 Ferrari (SP) 878.887 902.080 37.071 108 Campestre (SP) 872.016 631.280 45.351 109 Maracaju (MS) 865.283 1.358.360 24.882 110 Bom Retiro (SP) 865.080 1.269.080 30.840 111 Central Paulista (SP) 863.900 995.860 32.220 112 Sapucaia (RJ) 855.631 1.104.420 21.954 113 Buriti (SP) 855.553 --- 77.298 114 Alcoazul (SP) 849.029 606.940 43.759 115 Jardest (SP) 842.171 1.502.680 27.542 116 Parálcool (SP) 830.000 900.000 34.000 117 Santa Fé (SP) 825.364 1.600.040 14.562 118 Floralco (SP) 815.399 620.200 46.613 119 CEVASA (SP) 808.651 --- 74.212 120 Santo Alexandre (SP) 790.943 919.740 39.332 121 Dail - Ibaiti (PR) 777.942 --- 61.822 122 Dois Córregos (SP) 763.329 2.045.380 20.229 123 Sobar (SP) 762.920 --- 63.086 124 Pantanal (MT) 758.978 1.403.100 17.924 125 Sabarálcool (PR) 744.455 929.420 19.144 126 Coocarol (PR) 742.884 --- 55.664 20 A Usina de Açúcar e sua Automação 207 Lopes da Silva (SP) 126.034 --- 10.894 208 Albesa (ES) 125.876 --- 9.166 209 Pureza (RJ) 125.180 118.460 1.837 210 Carval (GO) 123.204 --- 9.239 211 Atenas (MG) 110.300 --- 8.611 212 Rio do Cachimbo (MT) 102.498 --- 9.724 213 Benedito Coutinho - Agrisa (RJ) 86.770 --- 5.182 214 Alpox (RS) 80.262 --- 5.306 215 Carapebus (RJ) 69.985 114.340 --- 216 Lago Azul (GO) 51.345 --- 3.273 217 Pyles (SP) 35.246 --- 3.830 Fonte: Informação UNICA - Ano 5 - Nº 46 - Março/Abril de 2002 Comparativo das Produções de Cana, Açúcar e Álcool do Estado de São Paulo e Região Centro-Sul São Paulo Demais Estados Centro-Sul Produto Quantidade % Quantidade % Quantidade % Cana (t) -46.008.246 -23,69 -10.892.521 -15,62 -56.900.767 -21,56 Açúcar (t) -3.379.918 -25,90 -839.586 -22,09 -4.219.504 -25,04 A. Anidro (m3) -239.417 -6,31 -382.621 -23,47 -622.038 -11,47 A. Hidratado (m3) -1.807.572 -38,53 -142.721 -9,39 -1.950.293 -31,39 A. Total (m3) -2.046.989 -23,14 -523.342 -16,67 -2.572.331 -22,11 ATR (t) -7.129.023 -24,79 -1.824.793 -19,01 -8.953.815 -23,34 kg ATR/t -2,32 -1,59 -5,54 -4,03 -3.24 -2,28 Cana-de-açúcar Açúcar Álcool Estado Toneladas % Toneladas % Toneladas % Espírito Santo 2.554.166 1,23 45.474 0,36 150.663 1,66 Goiás 7.207.646 3,48 397.440 3,15 318.431 3,51 Mato Grosso 8.669.533 4,19 369.530 2,93 464.357 5,12 Mato Grosso do Sul 6.520.923 3,15 23.635 1,83 314.777 3,47 Minas Gerais 10.634.653 5,14 619.544 4,90 485.063 5,35 Paraná 19.320.856 9,33 989.139 7,83 799.364 8,82 Rio de Janeiro 3.934.844 1,90 307.698 2,44 92.596 1,02 São Paulo 148.226.228 71,58 9.671.388 76,58 6.439.113 71,04 Total Centro-Sul 207.068.849 100,00 12.631.848 100,00 9.064.364 100,00 Fonte: Informativo Orplana - Ano VIII - Nº 01 - Janeiro/2001 21 A Usina de Açúcar e sua Automação 1.10 - Terminologia Açucareira EXTRAÇÃO Porcentagem em pol extraído da cana. FIBRA EM CANA É a matéria seca e insolúvel em água que compõe a cana, que posteriormente dará origem ao bagaço. EMBEBIÇÃO É o processo que embebe água ou caldo ao bagaço já esmagado, para que se misture com o caldo existente no bagaço e o dilua no próximo terno. MACERAÇÃO É o processo no qual o bagaço é saturado de água ou caldo, geralmente a alta temperatura. A maceração é uma classe especial de embebição. CALDO RICO OU PRIMÁRIO É o caldo de cana extraído no primeiro terno da moenda no qual estava contido na cana-de-açúcar. CALDO POBRE OU SECUNDÁRIO É o caldo de cana extraída no segundo terno da moenda, que sofreu embebição desde o último terno. É mais diluído do que o caldo rico, pois está contida a água de embebição. CALDO MISTO É a mistura do caldo rico e do caldo pobre (caldo do primeiro e do segundo terno), contendo o caldo que veio da cana e a água de embebição. CALDO SULFITADO É o caldo que passou pelo processo de sulfitação. Contém dioxido de enxofre para redução de cor e eliminação de colóides. CALDO CALEADO É o caldo que passou pelo processo de alcalinização (caleação) para neutralizar o pH do caldo, após a sulfitação. LEITE DE CAL É a mistura da cal virgem com água, utilizado para neutralização do caldo ou do xarope. SACARATO É a mistura da cal virgem com caldo ou xarope de cana, utilizado para neutralização do caldo ou do xarope. CALDO CLARIFICADO OU DECANTADO É o caldo que saiu do decantador para eliminação das impurezas contidas no caldo. 22 A Usina de Açúcar e sua Automação LODO São as impurezas retiradas do caldo durante o processo de decantação. CALDO FILTRADO É o caldo que passou pelo processo de filtragem, para retirada da sacarose contida no lodo. TORTA DE FILTRO É a mistura do lodo com bagacinho de cana que saíram do processo de filtragem. A sacarose contida na torta é dada como perda, pois não será mais processada. A torta é devolvida para a lavoura como fertilizante. POLÍMERO Composto químico misturado ao caldo ou xarope, com efeito de decantação ou flotação das impurezas. BRIX São os sólidos solúveis na cana ou na solução açucarada, dos quais uma parte é a sacarose. É expressada como percentagem de peso de sólidos. POL É o valor obtido pela polarização simples e direta em um sacarímetro de uma solução de peso normal. É expressada como se fosse um valor real. PUREZA É a quantidade de sacarose contida em 100 partes de sólidos totais. Pureza = pol x 100 brix INVERSÃO A sacarose hidrolisa-se com facilidade em soluções ácidas a velocidades que aumentam notavelmente com o aumento da temperatura e diminuição do pH. Esta reação hidrolítica é denominada de Inversão, e causa perda de sacarose. POLISSACARÍDEOS Este nome é dado a todos os sacarídeos com cadeia de mais de 12 monossacarídeos. Os mais fundamentais presentes na cana-de-açúcar é a dextrana e o almidom. São muitos prejudiciais nos processos de moagem, clarificação, cristalização e centrifugação do açúcar. 25 A Usina de Açúcar e sua Automação Conversões utilizadas pelo IAA - 1,048939 kg de açúcar DEMERARA - 0,995966 kg de açúcar SUPERIOR - 0,991955 kg de açúcar ESPECIAL - 1,006127 kg de açúcar REFINADO AMORFO - 0,989962 kg de açúcar REFINADO GRANULADO - 0,678979 lt de álcool ANIDRO - 0,704547 lt de álcool HIDRATADO - 0,594270 kg de HTM 1 Kg de açúcar standard equivale a: - 1,000000 kg de GLUDEX 1 kg de açúcar = 1,04726 kg de ART (Açúcar Redutor Total) 1 lt de Anidro = 1,86222 kg de ART 1 lt de Hidratado = 1,78563 kg de ART 1 lt de álcool Hidratado = 0,96371 lt de álcool Anidro 1 lt de álcool Anidro = 1,4728 kg de açúcar Standard 1 saco de açúcar (50 kgs) gera 5,833 lts de álcool Anidro residual 1 ton. de Mel residual (55%ART)=296 lts de álcool Anidro 1 ton. de Cana padrão (12,257 de pol%cana)= 94 kgs de açúcat Standard ou 63,83 lts de álcool Anidro Conversões do Consecana - SP 1,0000 açúcar Standard = 1,0495 kgs de ART (Açúcares Totais Redutores) 1,0000 álcool anidro = 1,8169 kgs de ART 1,0000 álcool hidratado = 1,7409 kgs de ART ART = 9,26288 * PC * 8,8 * AR, onde: PC = Pol%cana AR = AR%cana, definido pela fórmula: [9,9408 - (0,1049 * pureza)] * [1 - (0,01 * fibra)] * [1,0313 - (0,00575 * fibra)] Cálculo de Anidro e Hidratado Direto e Residual AEA = ATR * 0,5504 AEH = ATR * 0,5744 AEAr = {[(8,8 * PC * (1 -(1,66957 *(1 -(40 / pureza - 1)))))) * 1,0526] + (8,8 * AR)} * 0,5504 AEAr = {[(8,8 * PC * (1 -(1,66957 *(1 -(40 / pureza - 1)))))) * 1,0526] + (8,8 * AR)} * 0,5744 Fonte: TL Assessoria 26 A Usina de Açúcar e sua Automação 1.12 – Padrões Técnicos de Operação CANA: PC > 13% AR 0,5 a 0,8% ART 14 a 17,5% PUREZA > 87,0% FIBRA 12 a 14% BAGAÇO: EMBEBIÇÃO % CANA 25 a 40% BRIX % CALDO MISTO 14 a 16% MOAGEM: EMBEBIÇÃO % CANA 25 a 40% BRIX % CALDO MISTO 14 a 16% ÍNDICE DE PREPARO 85 A 92% BAGAÇO % CANA 26 a 29% EFICIÊNCIA DE MOAGEM > 85% LAVAGEM DE CANA: CONSUMO DE ÁGUA P/ LAVAGEM 5 m³/ton cana pH ÁGUA LAVAGEM 10 a 11 pH 27 A Usina de Açúcar e sua Automação TRATAMENTO DO CALDO: pH CALDO SULFITADO 3,6 a 4,2 CONSUMO ENXOFRE 250 a 300 gramas / ton.cana 100 a 300 gramas / saco açúcar pH CALDO CALEADO 7,2 a 7,4 pH (para açúcar) 5,8 a 6,0 pH (para álcool) CONSUMO CAL 500 a 1500 gramas / ton. cana TEMPERATURA CALDO P/ DECANTADOR 105ºC BRIX CALDO FILTRADO 10 a 12 brix TORTA 30 a 40 kg / ton. cana LODO 150 a 220 kg / ton. cana % SÓLIDOS INSOLUVÉIS NO LODO 15 a 25% pH LODO 8 a 9 pH CONSUMO DE POLÍMERO 1 a 4 gramas / ton. cana pH CALDO CLARIFICADO 6,6 a 6,9 pH (para açúcar) 5,6 a 5,8 pH (para álcool) EFICIÊNCIA DOS FILTROS > 75% BRIX CALDO CLARIFICADO 13 a 15 brix TEMPO RETENÇÃO NA CALEAÇÃO 8 a 10 minutos TEMPO RETENÇÃO NA DECANTAÇÃO 3 a 3,5 horas (açúcar) 2 a 2,5 horas (álcool) 30 A Usina de Açúcar e sua Automação 1.13 - A importância da matéria prima A matéria prima tem que satisfazer um conjunto de requisitos de qualidade para que a indústria ao processá-la seja capaz de obter uma produção estável na qualidade e eficiência. A qualidade da cana-de-açúcar se resume nos seguinte aspectos: - Conteúdo de sacarose - Presença de matérias estranhas - Tempo de corte - Tempo de queima QUALIDADES DE UM BOA VARIEDADE DE CANA-DE-AÇÚCAR - Bom rendimento por hectare - Alta riqueza de sacarose - Conteúdo de fibra entre 12 à 14% - Brix maior de 16o - Boa e rápida germinação - Resistência as enfermidades e pragas - Escassa ou nenhuma floração - Facilidade para a mecanização da colheita - Mínimas dificuldades na fábrica 31 A Usina de Açúcar e sua Automação 1.14 - Composição tecnológica da cana-de-açúcar 1.15 - A colheita da cana-de-açúcar Após atingir o ponto adequado de maturação, a cana-de-açúcar é colhida manualmente ou mecanicamente. No corte mecânico, dispensa-se a queima das palhas antes da colheita. Celulose Pentosana s Lignina Água 75 - 82% Sólidos Solúvei s18-25% açúcare s 15,5 - 24% não-açúcares 1,0 - 2,5% sacarose 14,5 - 24,0% glicose 0,2 - 1,0% frutose 0,0 - 0,5% orgânicos inorgânicos aminoácidos gorduras ceras corantes ácidos, etc. SiO2K 2OP 2O5CaO Mg O Na2OFe2O3SO3Cl Fibra 8,0 - 14,0% Caldo 86,0 - 92,0% CANA- DE- AÇÚCAR 32 A Usina de Açúcar e sua Automação 1.16 - Rendimento Industrial na Usina As canas velhas provocam: - Inversão da sacarose do caldo - Aumento do conteúdo de polissacárideos nos caldos, principalmente a dextrana - Aumento da acidez - Diminuição da pureza do caldo O tempo de corte influi na velocidade de deterioração da cana: - A cana cortada se deteriora mais rápido do que a cana em pé. - A cana queimada se deteriora mais rápido do que a cana verde. O tempo de deterioração da cana depende da sua variedade. A dextrana e o almidom são polissacarídeos introduzidos em grandes quantidade no processo pelo atraso das canas e pelas matérias estranhas, causando dificuldades ao processo: - Aumento excessivo da viscosidade dos caldos. - Redução da velocidade de cristalização da sacarose. - Deformação dos cristais de sacarose, influenciando negativamente no esgotamento e na centrifugação. - Redução geral da eficiência econômica da Usina. O brix do caldo extraído é um indicador importante, já que: - O brix do caldo do primeiro terno é índice da tendência do rendimento. - O brix do caldo misto é índice da quantidade de água à evaporar. A diferença entre o brix do caldo do primeiro terno e do caldo misto é um índice de dissolução proporcional a quantidade de água incorporada no processo de extração, sendo que este aspecto é fundamental determinar: - A carga de trabalho dos evaporadores e cozedores. - A demanda de vapor para o processo. A pureza do caldo serve com base de cálculo aproximado das perdas. A diminuição de pureza significa aumento dos não-açúcares à separar, tendo como conseqüência: - Maior quantidade de mel final e portanto aumento das perdas de açúcar. - Aumento do consumo de vapor por unidade de açúcar produzido. - Diminuição da produtividade. A fibra da cana tem um efeito notável sobre a extração, quanto maior seja a fibra, menor será a extração. 35 A Usina de Açúcar e sua Automação Capitulo 2 PREPARO E MOAGEM DE CANA 36 A Usina de Açúcar e sua Automação Capitulo 2 - PREPARO E MOAGEM DE CANA 2.1 – Recepção e Preparo da Cana A cana que chega na Usina é pesada para controle agrícola e industrial. A cana é analisada no laboratório de sacarose para sistema de pagamento aos fornecedores de cana. A cana é descarregada e armazenada no pátio de cana. Muitas usinas não utilizam o pátio de cana para evitar inversões de sacarose. A cana é lavada nas mesas alimentadoras para eliminação de matérias estranhas. Um índice tolerável de matérias estranhas na cana é de 3%. A mesa alimentada a esteira metálica que conduz a cana para o preparo da cana (picadores e desfibradores). A função dos picadores e desfibradores é a preparação da cana mediante o quebramento da estrutura dura e ruptura das células para a moagem. A cana desfibrada é conduzida pela esteira de borracha até as unidades de moagem. Esta esteira é de borracha por que possui um eletroimã para eliminação das partes metálicas, para não danificar os rolos esmagadores. O preparo de cana define a extração e o trabalho das moendas. Vista da Recepção e Preparo da Cana-de-açúcar para Moagem PICADOR DESFIBRADOR ELETROIMÃMESA ALIMENTADORA ESTEIR ARÁPIDA CHUTE DONELLY TERNO ESTEIRA METÁLICA CANA 37 A Usina de Açúcar e sua Automação 2.2 – Unidades de moagem e seus acionamentos A extração do caldo pode ser feita por Moagem ou Difusão. Vista de uma Moenda Vista de um Difusor 40 A Usina de Açúcar e sua Automação ESQUEMA DO CONJUNTO DE MOAGEM: 2.4 – Índices de eficiência da moagem: - Para cada 1% de matéria estranha que entra na Usina, se perde 1,5 kg de açúcar por tonelada de cana moída. - O índice de rupturas de células define o resultado do preparo de cana. Até 90% é aceitável. - A extração no primeiro terno deve ser de 50 À 70%. - A umidade do bagaço dever ser de 48 à 50%. - A pol do bagaço na saída do último terno dever ser o mais baixo possível, sem afetar outros parâmetros da fábrica. A pol do bagaço até 1,5 é aceitável. - A extração do caldo deve ser a maior possível. A média de extração para uma moenda é 96% e para um difusor é 98%. - Limpeza das moendas, mantendo um perfeito estado de assepsia da área, fazendo desinfeção com água quente, vapor ou produtos químicos. CALDO PRIMÁRIO CALDO SECUNDÁRIO CALD O MISTO EMBEBIÇÃO COMPOSTA ÁGUA BAGAÇO CANA DESFIBRADA PENEIRA ROTATIVA CALDO PENEIRADO BAGAÇO 41 A Usina de Açúcar e sua Automação 2.5 - Extração do Conjunto de Moagem: 2.6 - Operação da Extração de Caldo: CAN CALDO MISTO BAGAÇ ÁGUA DE EMBEBIÇÃO CONTEÚDO DE POL NA FIBRA CONTEÚDO DE POL NO CALDO PRIMEIRO TERNO ÚLTIMO TERNO 80 70 60 50 40 30 20 10 0 % E X T R A Ç Ã O 1 2 3 4 5 a 6 TERNO S 42 A Usina de Açúcar e sua Automação 2.7 - Automação da área de Moagem: AUTOMATIZAÇÃO DA ALIMENTAÇÃO DE CANA Este controle consiste em medir e controlar o nível de cana no chute-donelly do primeiro terno da moenda, atuando na velocidade da esteira de borracha. A velocidade da esteira metálica é sincronizada com a velocidade da esteira de borracha, controlando assim as esteiras de alimentação de cana para a moenda. Também é feita a proteção das turbinas dos picadores e desfibradores, para evitar embuchamento nesses equipamentos, para isto é necessário a medição de rotação das turbinas. A proteção atua na velocidade da esteira metálica até que a turbina recupere a sua velocidade normal de trabalho. O nível do colchão de cana da esteira também pode ser medido e entrar no controle, atuando na velocidade das esteiras caso o nível do colchão de cana diminua. SINCRONISMO DA MESA ALIMENTADORA Este controle consiste em medir a potência do motor da esteira metálica de cana e manter uma carga de cana determinada na esteira metálica. A velocidade da mesa alimentadora é controlada pela potência do motor da esteira e também pelo sincronismo com a velocidade das esteira de cana. CONTROLE DE VELOCIDADE DAS TURBINAS DAS MOENDAS Este controle consiste em medir e controlar o nível de cana desfibrada no chute- donelly do segundo ao último terno da moenda, atuando na velocidade da turbina de acionamento do respectivo terno. Também pode ser amarrado pelo deslocamento do rolo superior, como um segundo elemento de controle. PAINEL INTELIGENTE PARA TURBINA A VAPOR Trata-se de um painel inteligente para controle da turbina a vapor, contendo um Controlador Lógico para segurança, trip da turbina, medição de pressões de vapor primário, vapor de escape, óleo de lubrificação e óleo de regulagem da turbina, medições de temperatura dos mancais da turbina e redutores, medição da velocidade da turbina e comandos das bombas de lubrificação. Todos os comandos são feitos através de uma IHM local no painel ou através do sistema de supervisão. CONTROLE DE VAZÃO DE ÁGUA DE EMBEBIÇÃO Este controle consiste em medir e controlar a vazão de água de embebição. Este controle pode ter um set-point local para manter uma vazão fixa ou ter um set-point remoto, através da rotação da turbina do primeiro terno ou da vazão de caldo misto. CONTROLE DE NÍVEL DA CAIXA DE CALDO Este controle consiste em medir e controlar o nível da caixa de caldo, atuando na velocidade da turbina do primeiro terno da moenda. 45 A Usina de Açúcar e sua Automação Painel de Comando da Moenda – Usina São Domingos – CLP LC700 SMAR 46 A Usina de Açúcar e sua Automação Painel Inteligente de Turbina dos ternos da Moenda – Usina Moema – CLP LC700 SMAR Mesa alimentadora automatizada – Usina Alcoazul – CLP LC700 SMAR 47 A Usina de Açúcar e sua Automação Tela do Preparo de Cana – Usina São Domingos Tela da Moenda – Usina São Domingos 50 A Usina de Açúcar e sua Automação Tela das Temperaturas dos Mancais da Moenda – Usina São Domingos Tela de Partida dos Motores da Moenda – Usina São Domingos 51 A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA MOENDA VISTA EM PLANTA DA MOENDA 52 A Usina de Açúcar e sua Automação Capitulo 3 TRATAMENTO DO CALDO, EVAPORAÇÃO E FLOTADOR DE XAROPE 55 A Usina de Açúcar e sua Automação ESQUEMA DO TRATAMENTO DO CALDO: Coluna de Sulfitação e Aquecedores de Caldo AQUECEDORES CALEAÇÃO SULFITAÇÃO ENXOFR E CAL CONDENSAD O VAPOR FORNO AGITADOR COLUN A DE SULFITAÇÃO SO2 CALDO PENEIRADO CALDO SULFITADO CALDO AQUECIDO P/ DECANTADOR CALDO DECANTADO 56 A Usina de Açúcar e sua Automação DECANTADORES PARA A CLARIFICAÇÃO CONTÍNUA Depois que o caldo é sulfitado, caleado e aquecido, ele é enviado para os decantadores para que seja feita a separação das impurezas (lodo). O tempo de retenção do caldo nos decantadores varia de 2 a 4 horas. Atualmente está utilizando Decantadores Rápidos que trabalham com um tempo de retenção menor do caldo, em média de 40 minutos. ESQUEMA DE UM DECANTADOR: CAIXA DE LODO CAIXA DE CALDO CLARO ACIONAMENTO DOS RASPADORES RASPADORES BANDEJA S LOD O TANQUE FLASH CALDO AQUECIDO 57 A Usina de Açúcar e sua Automação 3.2 - Automação da área de Tratamento do Caldo: CONTROLE DE pH DO CALDO SULFITADO Esse controle consiste em medir o pH do caldo após a sulfitação e controlar a velocidade do inversor de freqüência da rosca sem fim que alimenta a vazão de enxofre para forno rotativo. CONTROLE DE pH DO CALDO CALEADO Esse controle consiste em medir o pH do caldo caleado e controlar a vazão de leite de cal para correção do pH do caldo. A dosagem de leite de cal pode ser feita através de válvula de controle ou de bomba dosadora com inversor de freqüência, sendo este último a mais recomendada. O controle de pH pode ser fracionário, com duas dosagens de leite de cal, uma dosagem na caleação em função da vazão de caldo e outra dosagem fina no balão flash, medindo o pH e controlando a dosagem de leite de cal. CONTROLE DE TEMPERATURA DO CALDO Esse controle consiste em medir a temperatura na saída dos aquecedores de caldo e controlar a vazão de vapor para os aquecedores, mantendo a temperatura ideal para a decantação. CONTROLE DE VAZÃO E DIVISÃO DO CALDO PARA OS DECANTADORES Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de caldo para os decantadores. Caso a Usina possua vários decantadores é recomendado fazer a divisão do caldo, medindo a vazão geral de caldo e distribuindo o caldo proporcionalmente para cada decantador. O nível da caixa de caldo caleado pode fazer parte do controle, alterando a vazão nos casos de níveis críticos (alto e muito baixo). CONTROLE DE DOSAGEM DE POLÍMERO PARA OS DECANTADORES Esse controle consiste em controlar a dosagem de polímero para cada decantador, em função da vazão de caldo, mantendo uma relação caldo x polímero. CONTROLE DE RETIRADA DE LODO DOS DECANTADORES Esse controle consiste em medir a densidade do lodo na saída do decantador e controlar a vazão de saída do lodo através de uma bomba dosadora ou válvula rotativa. RESULTADOS OBTIDOS COM A AUTOMAÇÃO: Conteúdo de SO2 do caldo (ppm) dentro dos parâmetros estabelecidos Estabilidade do pH do caldo Temperatura ótima para decantação Maior remoção do lodo Menor afetação na cor Diminuição das perdas por inversão Melhor recuperação dos filtros (pol da torta) Menor quantidade de mel na fábrica 60 A Usina de Açúcar e sua Automação 3.4 - Automação da área de Filtragem do Lodo: CONTROLE DE NÍVEL DA CAIXA DE LODO Esse controle consiste em medir o nível da caixa de lodo e controlar a velocidade do inversor de freqüência do Filtro Rotativo, com um limite máximo e mínimo. CONTROLE DE NÍVEL DO COCHO DE LODO Esse controle consiste em medir e controlar o nível do cocho de lodo. CONTROLE DE PREPARO DA TORTA Esse controle consiste em medir a densidade da torta e dosar a vazão de bagacinho para a mistura com o lodo. 61 A Usina de Açúcar e sua Automação Tela dos Filtros Rotativos á Vácuo FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DO TRATAMENTO DO CALDO: 62 A Usina de Açúcar e sua Automação 3.5 - EVAPORAÇÃO O tratamento do Caldo fornece um caldo clarificado. Este caldo é açúcar dissolvido na água, com certas impurezas. Como já se eliminou parte das impurezas, é preciso evaporar a água. Esta é a finalidade da Evaporação. Porém, à medida que a água é extraída do caldo, o açúcar fica concentrado, até aproximar do seu ponto de saturação, isto é, do ponto em que os cristais começam a aparecer na massa. A concentração é levada até seu ponto máximo, quando o licor-mãe fica apenas nos espaços livres entres os cristais (massa cozida). Evidentemente uma massa assim não pode ser manipulada como um caldo ou um xarope líquido. Por isso a concentração é separada em duas fases: - A evaporação, que concentra o caldo clarificado até formar o xarope, trabalhando apenas com um produto líquido. - O cozimento, que começa justamente antes do momento em que os cristais começam a aparecer no xarope e vai até a concentração máxima. O ponto de cristalização do caldo de cana fica nas proximidades de 78o a 80o brix. Teoricamente é possível obter a evaporação até 75o brix, porém no cozimento é preciso de um xarope ainda capaz de dissolver cristais falsos, que se formam no início do cozimento. Por isso o xarope tem em média 65o brix. Um evaporador de Usina é constituído principalmente por uma calandra tubular, a qual serve como aparelho de intercâmbio da temperatura: o vapor de aquecimento envolve os tubos externamente e o caldo a ser evaporado está no interior do tubo. O vapor entra na calandra com uma temperatura e pressão fixa, no qual condensa, liberando assim seu calor latente. No interior dos tubos está o caldo com uma temperatura e pressão menor que absorve o calor liberado pela condensação do vapor. A remoção inadequada dos condensados pode causar afogamento parcial dos tubos no lado da calandra, com redução da superfície efetiva de aquecimento. Os condensados contaminados são encaminhados para a fábrica, como água de diluição e o condensado bom é retornado para a geração de vapor (caldeiras) para o seu reaproveitamento. O vapor utilizado na Pré-Evaporação é o Vapor de Escape das turbinas à vapor do setor de moagem e da casa de força. O Vapor de Escape possui uma pressão média de 1,5 kgf/cm². Em média a evaporação consome entre 200 a 300 quilos de vapor para evaporar 1000 quilos de água. Enquanto o cozimento consome em média 1100 quilos de vapor para evaporar até 1000 quilos de água. 65 A Usina de Açúcar e sua Automação Conjunto de Evaporação Convencional tipo Roberts Existe vários tipos de evaporadores: - Evaporador Roberts que é o convencional e mais utilizados pelas usinas. - Evaporador Kestner, que é muito utilizado na África do Sul. - Evaporador de filme descendente, que está sendo introduzido nas usinas. - Evaporador à placas, que é mais utilizado nas refinarias de açúcar para concentração da calda. Evaporador à placas 66 A Usina de Açúcar e sua Automação Evaporador de Filme Descendente FLUXOGRAMA DO VAPOR VEGETAL: A área de evaporação é centro do balanço energético da Usina, pois ela recebe vapores de escape de alta pressão e entrega vapores vegetais com baixa pressão aos aquecedores, aos cozedores à vácuo e em alguns casos aos aparelhos de destilação. Em alguns múltiplos efeitos é possível a sangria de vapor vegetal do 1o e 2o efeitos, utilizados para os aquecedores primários. 1,5 kgf/cm² 0,7 kgf/cm² 40 t/h 95 t/h 30 t/h COZEDORES AQUECEDORE S EVAPORADOR MÚLTIPLOS EFEITOS PRÉ-EVAPORADOR 40o C 104oC 25t/h 100t/ h CALDO 67 A Usina de Açúcar e sua Automação 3.6 - Automação da área de Evaporação: CONTROLE DE NÍVEL DA CAIXA DE CALDO CLARIFICADO Esse controle consiste em medir o nível da caixa de caldo clarificado, abrindo uma válvula on/off de água quente, se caso o nível chegar a um nível crítico muito baixo. Esse controle é importante para não faltar líquido para os evaporadores, o que poderia aquecer os tubos da calandra e parar a geração do Vapor Vegetal, que causaria falta de vapor para os cozedores e aquecedores. CONTROLE DE TEMPERATURA DO CALDO Esse controle consiste em medir a temperatura do caldo antes da entrado no pré-evaporador, e controlar a vazão de vapor para o aquecedor de caldo. Esse controle é importante, pois o caldo irá entrar no pré-evaporador perto de sua temperatura de ebulição, não prejudicando a eficiência do pré-evaporador. CONTROLE DE NÍVEL DOS PRÉ-EVAPORADORES Esse controle consiste em medir e controlar o nível de caldo para garantir a máxima eficiência do pré-evaporador. Nível alto no pré-evaporador pode contaminar o Vapor Vegetal. CONTROLE DE VAZÃO E DIVISÃO DO CALDO PARA VÁRIOS PRÉ- EVAPORADORES Esse controle consiste em medir a vazão de caldo para cada pré-evaporador, e distribuir a vazão proporcional para cada um, de modo que não falte caldo para nenhum pré-evaporador. A vazão geral de caldo é medida e feita uma relação para o controle individual de vazão para cada pré-evaporador. CONTROLE DE NÍVEL DAS CAIXAS DA EVAPORAÇÃO MÚLTIPLOS EFEITOS Esse controle consiste em medir o nível de caixa da evaporação, e controlar a vazão de entrada de caldo. Esse controle permite trabalhar com o nível ótimo para evaporação. Se o nível estiver muito baixo, a superfície de aquecimento dos tubos não será usada integralmente, e os tubos podem secar na parte superior. Se o nível estiver muito alto, a parte inferior do tubo fica afogada com caldo que se move a baixa velocidade, não obtendo por conseqüência, a máxima evaporação. O nível ótimo é aquele em que o líquido começa a ser arrastado para o topo dos tubos através das bolhas de vapor, com somente um pequeno fluxo na parte superior do espelho. Este nível varia com o tamanho dos tubos, temperatura, taxa de transferência de calor, incrustações e viscosidade do caldo. O nível ótimo está cerca de 25 a 40% da calandra. CONTROLE DE VAZÃO DE CALDO PARA A EVAPORAÇÃO MÚLTIPLOS EFEITOS Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de caldo na entrada do 1o efeito da evaporação. Esse controle pode trabalhar em cascata com o controle de nível do 1o efeito. 70 A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA EVAPORAÇÃO MÚLTIPLOS EFEITOS COM CONTROLE DE NÍVEL DAS CAIXAS FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA EVAPORAÇÃO MÚLTIPLOS EFEITOS COM CONTROLE DE VAZÃO DE CALDO 71 A Usina de Açúcar e sua Automação A filosofia deste modo de controle da evaporação é manter a vazão da entrada de caldo e o brix do xarope. Conhecendo a taxa de evaporação do múltiplo efeito, podemos calcular a vazão ideal de caldo para um brix desejável do xarope, teoricamente com a evaporação limpa. Então fixamos este valor como set-point para a vazão de caldo e set-point desejável para o brix do xarope (exemplo: se a evaporação estiver limpa, a evaporação deve evaporar 100 m³/hora de caldo, resultando um xarope com 65o brix). Então colocamos a evaporação em funcionamento. Com o passar do tempo, as caixas irão perder eficiência, devido as incrustações, então o controle de brix deverá segurar mais o xarope no último efeito para assegurar o valor desejável de brix, consequentemente irá subir o nível de caldo, como as caixas estão interligadas, o nível do 1o efeito também irá subir, como o controle de vazão está em cascata com o nível do 1o efeito, esse controle irá reduzir a vazão de caldo. Portanto a evaporação irá se ajustar para manter o brix desejável. Caso a nova vazão ideal de caldo for baixa, devido a caixa pulmão de caldo clarificado estiver alta, o operador poderá baixar o brix desejável do xarope. Medidor de vazão com válvula de controle de caldo 72 A Usina de Açúcar e sua Automação Telas de Sinóptico da Evaporação Telas de Sinóptico do Evaporador Falling Film 75 A Usina de Açúcar e sua Automação SISTEMA DE SUPERVISÃO Software de supervisão para operação, arquivo de dados em histórico e emissão de relatórios e interligado a uma rede Ethernet para comunicação com os outros setores da Usina. RESULTADOS OBTIDOS COM A AUTOMAÇÃO DO FLOTADOR DE XAROPE: Estabilidade e eficiência do flotador Dosagem exata de produtos químicos Economia de produtos químicos Melhora na qualidade do xarope Melhora na cor do xarope Maior remoção de impurezas FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DO FLOTADOR DE XAROPE: 76 A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico do Flotador de Xarope 77 A Usina de Açúcar e sua Automação Capitulo 4 COZIMENTO e SECAGEM DO AÇÚCAR 80 A Usina de Açúcar e sua Automação CONJUNTO DE UM COZEDOR À VÁCUO "CONVENCIONAL" CRISTALIZAÇÃO A cristalização é uma operação unitária do tipo de transferência de massa. A transferência de massa ocorre quando ultrapassa-se um ponto crítico na atração molecular da sacarose. Para que os cristais formem-se na massa, é indispensável que haja uma supersaturação acentuada. A medida que os cristais se formam e crescem, a supersaturação do licor-mãe diminui. Para manter a supersaturação, é preciso haver evaporação de água e alimentação de produto açucarado. A velocidade de cristalização de uma massa cozida depende: - da Viscosidade - da Temperatura - da Supersaturação - da Pureza do licor-mãe A velocidade de cristalização cai muito, quando a pureza do licor-mãe diminui. Por este motivo, explica-se as diferenças consideráveis entre os tempos de cozimento necessários para os cozimentos de Massa A, B e C. XAROPE ME L ÁGUA VAPOR TOMADA DE PROVA CALANDRA CONDENSADO CONDENSADO ÁGUA MULTI- JATO VÁCUO SEPARADOR DE ARRASTE TUBO CENTRAL DESCARG A DE MASSA QUEBR A VÁCUO LUNETAS 81 A Usina de Açúcar e sua Automação SUPERSATURAÇÃO Em uma solução açucarada, não há formação e crescimento de cristais se a solução não estiver Supersaturada, isto é, a solução tem que possuir mais sólidos do que a água possa dissolver em uma determina temperatura. A supersaturação possui três zonas: Zona Metestável Nesta zona, os cristais existentes na solução crescem e não há formação de novos cristais. Zona Intermediária Esta zona está acima da Metestável. Nesta zona há formação de cristais novos na presença dos cristais existentes. Os cristais novos e existentes crescem juntos. Zona Lábil Finalmente, mais acima da zona intermediária, está a zona lábil, onde há o crescimento dos cristais existentes e há formação de cristais novos, independente da presença de cristais. Durante o cozimento, é conveniente manter a supersaturação do licor-mãe o mais próximo possível do limite superior da Zona Metestável. 82 A Usina de Açúcar e sua Automação ESGOTAMENTO É a proporção de sacarose extraída de uma massa cozida. O esgotamento da sacarose é realizada em várias etapas dentro de uma fábrica de açúcar. O processo empregado com mais freqüência é o de três massas, que consiste em três tipos de cozimentos: Cozimento A: Também conhecido como cozimento de primeira, consiste em esgotar a sacarose do xarope, que contém uma pureza média de 80 a 90. Este cozimento tem início com o magma do cozimento C, que são cristais com tamanho médio de 0.3 milímetros, que ao crescerem, esgotam a sacarose do licor-mãe. Ao final do cozimento, o açúcar A deve ter um tamanho de 0.8 a 1 milímetro que está misturado com o seu licor-mãe, que deve estar com uma pureza menor, cerca de 68 a 72. Essa massa cozida A será centrifugada para separação do açúcar e seu licor-mãe (mel rico). O esgotamento deste cozimento é muito eficiente, esgotando em média de 50 a 60% da sacarose do xarope, portanto o açúcar produzido é o de melhor qualidade possível na planta (quanto a pureza, polarização, cor, cinzas, etc.) Cozimento B: Também conhecido como cozimento de segunda, consiste em esgotar a sacarose do mel rico extraído do cozimento A, que contém uma pureza média de 68 a 72. Este cozimento tem início com o magma do cozimento C e o processo é igual ao cozimento A, porém ao final do cozimento, o açúcar B deve ter um tamanho médio de 0.7 milímetros que está misturado com o seu licor-mãe, que deve estar com uma pureza menor, cerca de 56 a 60. Essa massa cozida B será centrifugada para separação do açúcar e seu licor-mãe (mel pobre). O esgotamento deste cozimento é menor, devido a maior viscosidade da massa B, esgotando em média de 40 a 50% da sacarose do mel rico. O açúcar B é mais pobre, por isso normalmente não é comercializado. Normalmente é refundido para ser misturado ao xarope (aumentar a pureza) ou para fabricação do açúcar refino granulado. Cozimento C: Também conhecido como cozimento de terceira ou de granagem, consiste em esgotar a sacarose do mel pobre extraído do cozimento B, que contém uma pureza média de 60. Este cozimento tem início com mel pobre ou rico, aonde será concentrado até uma determinada supersaturação, onde será introduzida a semente (cristais preparados em laboratório com tamanho médio de 0.1 milímetro), que ao crescerem, esgotam a sacarose do licor-mãe. Ao final do cozimento, o açúcar C deve ter um tamanho médio de 0.3 milímetros que está misturado com o seu licor-mãe, que deve estar com uma menor, cerca de 35 a 40. Essa massa cozida C será centrifugado em centrifuga contínua, para separação dos cristais e seu licor-mãe (mel final). 85 A Usina de Açúcar e sua Automação O ponto de semeação corresponde a um brix de 80o em média. O operador reconhece este momento pela viscosidade do produto, cujos respingos escorrem cada vez mais lentos sobres os visores. Outro meio é a prova do fio. O operador retira uma pequena amostra do produto, colocando entre os dedos polegar e indicador e os separa rapidamente: o momento certo corresponde a um fio que rompe-se com um comprimento de 2 a 3 centímetros. Efetuando esta prova cedo demais, o fio rompe-se assim que separam-se os dados, tarde demais, não há rompimento. A granagem é efetuado na zona metestável. Assim que o momento é alcançado (ponto de semente 1), o operador diminui o vácuo, esperando a concentração adequada para esta nova temperatura. Assim que o momento é alcançado (ponto de semente 2), o operador abri a válvula de injeção de semente. Uma vez a semente introduzida, o operador aguarda o tempo de estabelecimento dos grãos, abrindo a válvula de água para manter uma taxa de evaporação alta e uma circulação perfeita, permanecendo cerca de 10 a 20 minutos, até que os cristais tornem-se visíveis a olho nu. Assim impede-se um aumento da supersaturação, que causaria a formação de cristais falsos. Após o tempo de estabelecimento dos grãos, o operador começa a alimentação, restabelecendo o vácuo normal, e abrindo a válvula de alimentação de produto açucarado. Todo o restante do cozimento consiste no crescimento dos cristais existentes, sem formar cristais falsos (novos cristais que se formam de tamanhos diferentes, dificultando a centrifugação, ou formando uma poeira que passa pela tela das centrífugas, enriquecendo e contaminando os méis). Para isto não ocorrer, deve- se manter a maior regularidade do cozimento, mantendo o vácuo e a pressão da calandra constantes. Qualquer aumento no vácuo ou queda de pressão da calandra, pode ocasionar uma formação secundária de cristais pela diminuição da temperatura do cozedor (passagem rápida na zona lábil ou intermediária). Além destas duas causas freqüentes, os cristais falsos também podem ser produzidos, devido a: - uma evaporação rápida demais. - introdução de produto açucarado frio demais. - entrada de ar pelas válvulas secundárias (descarga, corte, quebra-vácuo) que não estão seladas hermeticamente. Assim que contata-se que os cristais ocupam todo o espaço disponível e que o licor-mãe está somente nos espaços livres entre os cristais, é alcançado o nível final, devendo o operador efetuar a descarga de massa para os cristalizadores ou sementeiras. 86 A Usina de Açúcar e sua Automação 4.3 - Automação da área de Cozimento: CONTROLE DE VÁCUO DO CORPO DO COZEDOR Este controle consiste em medir o vácuo do corpo do cozedor, e controlar a vazão de água para o multijato. Este controle juntamente com o controle de pressão da calandra, serão responsáveis para manter a temperatura (uma das variáveis que afetam a supersaturação). CONTROLE DE PRESSÃO DA CALANDRA Esse controle consiste em medir a pressão da calandra do cozedor, e controlar a vazão de vapor vegetal. CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO Esse controle consiste em medir a concentração da massa cozida, através de um sonda de radiofrequência, refratômetro, condutivimento, etc., e controlar a alimentação de produto açucarado. Este controle permite manter a supersaturação. CONTROLE DE ESTABELECIMENTO DOS GRÃOS APÓS GRANAGEM Este controle consiste em medir a concentração da massa cozida, e controlar a vazão de água para o cozedor. Este controle permite manter a supersaturação e a taxa evaporativa após a semeação. CONTROLE DE RETIRADA DOS GASES INCONDENSÁVEIS DA CALANDRA Esse controle consiste em medir a temperatura do vapor na calandra e a temperatura na saída dos gases, mantendo um diferencial de temperatura, controlando a vazão de saída dos gases. CONTROLE DE NÍVEL DA CAIXA DE CONDENSADO Esse controle consiste em medir o nível da caixa de condensado, e controlar a vazão de condensado na saída da caixa. Esse controle garante a extração de condensado da calandra, permitindo que o cozedor trabalhe com sua máxima eficiência. Sonda de Radiofrequencia 87 A Usina de Açúcar e sua Automação MEDIÇÕES E ALARMES DE VARIÁVEIS AUXILIARES - Medição de nível do cozedor - Medição de temperatura da massa cozida - Medição de temperatura do produto de alimentação - Medição da corrente do motor do agitador mecânico - Medição de temperatura da água na entrada e saída do multijato - Medição de nível dos cristalizadores de massa cozida - Medição de nível das caixas de xarope, méis, magma e sementeira. - Medição de pressão do coletor de vapor vegetal COMANDO DAS VÁLVULAS ON/OFF Este sistema permite o comando e sequenciamento automático do cozimento, comandando as válvulas on/off: - válvula de descarga de massa - válvula de corte de massa - válvula de quebra-vácuo - válvula de vapor de limpeza - válvula de semente - válvula de água de limpeza - válvula de limpeza dos visores - válvula de liquidação COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação dos cozedores. SISTEMA DE SUPERVISÃO Software de supervisão para operação, arquivo de dados em histórico e emissão de relatórios, e interligado a uma rede Ethernet para comunicação com os outros setores da Usina. Sala de operação dos Cozedores - Usina Santa Elisa 90 A Usina de Açúcar e sua Automação RESULTADOS OBTIDOS COM A AUTOMAÇÃO DOS COZEDORES: Diminuição do tempo de duração do cozimento: 20 à 30% Uniformidade e repetibilidade dos cozimentos, independente do operador que realiza o cozimento Economia de vapor, água e potência da fábrica Eliminação de formação de cristais falsos e grãos conglomerados Melhor esgotamento da massa cozida Padronização do tamanho e cor dos cristais Melhora no rendimento em cristais Gráfico de um cozimento em Manual na Usina Santa Elisa Gráfico de um cozimento em Automático na Usina Santa Elisa 91 A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DO SETOR DE COZIMENTO Automação de um Cozedor de Granagem - Usina Maracaí 92 A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DE COZIMENTO DE GRANAGEM FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DE COZIMENTOS A e B 95 A Usina de Açúcar e sua Automação 4.5 - Automação da área de Separação de Açúcar: CONTROLE DE TEMPERATURA DOS CRISTALIZADORES Esse controle consiste em medir a temperatura da massa cozida, e controlar a vazão de vapor para a serpentina do cristalizador. Esse controle é utilizado nos cristalizadores de massa C, onde o tempo de cristalização é muito grande. MONITORAÇÃO DO NÍVEL DOS CRISTALIZADORES Permite monitorar o nível de massa nos cristalizadores, e intertravar com a descarga dos cozedores para evitar enchimento e transbordo de massa cozida. CONTROLE DE VELOCIDADE DA CENTRÍFUGA BATELADA Esse controle consiste em medir a rotação da centrifuga, e controlar a velocidade do inversor de freqüência do motor da centrifuga, intertravada com o sequenciamento lógico e sistema de segurança configurado no CLP para comando da centrifuga automática. Toda a operação é automática, desde o carregamento de massa até a descarga do açúcar. CONTROLE DE CORRENTE DA CENTRIFUGA CONTÍNUA Esse controle consiste em medir a corrente do motor da centrífuga, e controlar a vazão de alimentação de massa cozida. CONTROLE DE VAZÃO DE ÁGUA PARA CENTRÍFUGA CONTÍNUA Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de água de diluição para a centrífuga contínua. SISTEMA DE INTERTRAVAMENTO DA CENTRIFUGA CONTÍNUA Esse sistema consiste no intertravamento de partida da máquina, sistema de lubrificação e sistema de limpeza. CONTROLE DE NÍVEL DAS CAIXA DE MEL RICO, MEL POBRE E MEL FINAL Esse controle consiste em medir o nível das caixas de méis, e controlar a vazão de saída das caixas, para não encher e causar perda de méis, e também para não cavitar a bomba, no caso de falta de mel. CONTROLE DE BRIX DO MEL RICO E MEL POBRE Esse controle consiste em medir o brix do mel, e controlar a vazão de água de diluição, para garantir a diluição dos possíveis cristais falsos contidos no mel. CONTROLE DE NÍVEL DE MAGMA Esse controle consiste em medir o nível de magma na rosca , e controlador a velocidade do inversor de freqüência da bomba de magma. CONTROLE DE VAZÃO DE ÁGUA PARA PREPARO DO MAGMA Esse controle consiste em medir a rotação da bomba de magma, e controlar a vazão de água para diluição do açúcar para preparo do magma. 96 A Usina de Açúcar e sua Automação COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação dos cristalizadores, melaceiros, centrífugas contínuas e automáticas. Tela de Sinótico da Centrífuga Contínua 97 A Usina de Açúcar e sua Automação 4.6 - SECAGEM DO AÇÚCAR O açúcar comercial saindo das centrífugas contém em média, uma umidade de 0.5 à 2%. Esta umidade representa graves inconvenientes à conservação do açúcar, quando passa de um certo limite (acima de 1%). Com um secador de açúcar é possível diminuir a umidade para 0.1 à 0.2%, obtendo uma melhor conservação do açúcar, além de aumentar a polarização e a titulação proporcionalmente à água extraída. O rendimento financeiro é muito superior à perda de peso ocasionada pela água evaporada. Um secador compreende um aquecedor de ar com ventilador e é dividido em uma parte de secagem e outra de esfriamento. A secagem por insuflação de ar quente consiste no aquecimento de ar para aumentar sua capacidade de absorção de água e em projetá-lo sobre o açúcar, o que provoca a evaporação da umidade. Existe secadores verticais e horizontais. O secador horizontal é formado por um tambor rotativo, com uma inclinação de 5 à 7%, que facilita a progressão do açúcar. O ar quente que saí através do secador contém uma poeira muito fina de açúcar, por isso é enviado para uma coluna de lavagem para recuperação do açúcar. Secador Horizontal Rotativo, descarregando açúcar seco para o armazenamento