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Faculdade Anhanguera Educacional de Piracicaba
Engenharia de Controle e Automação (6º semestre)
ATPS Termodinâmica
Professor Mestre Reinaldo César
“Destilaria de Aguardente”
Piracicaba
Novembro de 2010
2
ATPS (Atividade Prática Supervisionada)
da disciplina de Termodinâmica do Curso de Engenharia de Controle e Automação
da Faculdade Anhanguera de Piracicaba
“Destilaria de Aguardente”
Autores:
Alexandre José Ferrantin RA 0823820
André Gozetto RA 0808153361
Marcos Antonio Rissatto RA 0500058
Nelson Luís Marques RA 8837371
Paulo Sérgio Vitti RA 0824348
Wagner Alexandre Pires de Oliveira RA 0808164005
Piracicaba 2010
3
Sumário
Lista de Figuras ......................................................................................................4
Resumo ..................................................................................................................... 5
Capítulo 1-Introdução ............................................................................................. 5
Figura 1......................................................................................................... 6
Capítulo 2- Destilação............................................................................................ 6
2.1-Processos de destilação........................................................................... 8
2.2-Destilação descontínua ............................................................................ 8
2.3-Alambique simples.................................................................................. 8
Figuras 2 e 3 ................................................................................................ 9
2.4-Alambique de três corpos..................................................................... 10
Figura 4....................................................................................................... 11
2.5-Destilação contínua.............................................................................. 12
Figura 5....................................................................................................... 13
2.6-Colunas de destilação.......................................................................... 13
Figura 6....................................................................................................... 14
2.7-Tipos de colunas................................................................................... 14
Figura 7....................................................................................................... 16
Capítulo 3- Melhoria de qualidade...................................................................... 16
3.1-Bidestilação.......................................................................................... 16
3.2-Envelhecimento.................................................................................... 17
Figura 8....................................................................................................... 17
Capítulo 4- Fontes de calor................................................................................. 19
Figura 9....................................................................................................... 19
Capítulo 5- Conclusão.......................................................................................... 20
Referências Bibliográficas.................................................................................. 21
4
Lista de Figuras
Figura 1 - Diagrama do Processo produtivo do álcool e cachaça ........................................................6
Figura 2 - Esquema de Alambique Simples com alonga ou tubo de condensação .............................9
Figura 3 - Foto de pequeno Alambique com Termômetro .................................................................9
Figura 4 - Esquema de um alambique de três corpos.......................................................................11
Figura 5 - Foto de uma Destilaria artesanal ......................................................................................13
Figura 6 - Esquema de uma bandeja de destilação ..........................................................................14
Figura 7 - Foto aérea Destilaria Ypióca 3 ..........................................................................................16
Figura 8 - Foto de Barris de madeira para envelhecimento .............................................................17
Figura 9 - Esquema e Foto de caldeira à queima de bagaço .............................................................19
5
Resumo
Neste trabalho pretende-se apresentar os fenômenos relacionados à
termodinâmica envolvidos no processo de destilação da aguardente de cana de
açúcar, pois dentro da gama de aguardentes existentes, é o mais popular do
Brasil. As mudanças de estado físico, os diversos componentes extraídos da
cana-de-açúcar e aproveitados na “cachaça” serão estudados aqui para que o
leitor entenda melhor os detalhes que atribuem qualidade ao produto. O processo
de destilação utilizado na separação da aguardente tem grande importância no
processo, pois para se retirar o produto é necessário uma grande quantidade de
energia, proveniente da queima de combustíveis como a lenha ou em destilarias
maiores, o próprio bagaço da cana. A elevação da temperatura faz evaporar os
produtos mais voláteis que após a condensação são retirados como produto final.
Os detalhes referentes às quantidades de combustível e o impacto ambiental
envolvidas no processo também serão abordadas.
Palavras chave: Cana de açúcar; Aguardente; Destilação; Alambique; Calor;
Energia; Mudanças de estado físico; Meio ambiente.
Capítulo 1 - Introdução:
Aguardente de cana é a bebida com graduação alcoólica de 38 a 54% em
volume, a 200 Celsius, obtida de destilado alcoólico simples de cana-de-açúcar ou
pela destilação do mosto fermentado de cana-de-açúcar, podendo ser adicionada
de açúcares até seis gramas por litro. Cachaça é a denominação típica e exclusiva
da aguardente de cana produzida no Brasil, com graduação alcoólica de 38 a 48%
em volume. A fabricação da aguardente abrange as seguintes operações
unitárias: extração do caldo, preparo do mosto, preparo do lêvedo alcoólico,
fermentação e destilação1.
Atualmente, a aguardente de cana é a segunda bebida alcoólica mais
consumida no Brasil, sendo a cerveja a primeira. Em nível de mercado interno,
constitui-se em importante agroindústria, cuja produção nas grandes destilarias é
de aproximadamente 20.000 litros por hora, 24 horas por dia durante 180 dias no
ano. Estima-se em cerca de 1,3 bilhões de litros anuais, sendo 70% desse total
consumida em “bares de esquina” ou “botecos”. Nas confraternizações sociais e
locais de exploração turística é bastante apreciado em coquetéis com frutas,
também chamadas de “Caipirinha”2.
Parte da produção nacional é realizada em pequenas destilarias ou
“alambiques” montados em pequenas propriedades rurais, onde variantes da
bebida são encontradas, como a adição de odores ou envelhecimento em barris
de madeiras diversas.
6
Há também um considerável aumento das exportações de cachaça,
tornando este mercado interessante economicamente.
Do ponto de vista da Engenharia, há preocupações com a melhoria da
qualidade do produto, a eficiência industrial e com o meio ambiente que tornam a
atividade um importante nicho de estudos e aperfeiçoamento. O uso de
combustíveis oriundos da própria cana (bagaço) na produção, portanto de fontes
renováveis, é interessante sob a ótica ecológica. A queima da palha da cana antes
da colheita está sendo combatida, substituindo o processo manual de corte por
mecanizado, contribuindo assim para o aspecto de impacto ambiental. A evolução
observada ao longo dos anos no processo produtivo demonstra que este tipo de
indústria representa um importante segmento a ser explorado em nossa área da
engenharia, pois há muitos detalhes a serem melhorados com o controle e a
automação de processos.
Figura 1 – Diagrama do Processo produtivo do álcool e cachaça
Capítulo 2 - Destilação:
O vinho, produto resultante da fermentação do mosto, contém um grande
número de componentes de natureza distinta, podendo ser gasosos, líquidos e
sólidos. Dos componentes de natureza gasosa, o gás carbônico é o principal
representante, uma vez que o mesmo se forma em grande quantidade no decorrer
do processo fermentativo. Entretanto, como este gás é fracamente solúvel no
vinho, encontra-se em proporção mínima, pelo fato de desprender-se na
atmosfera.
7
O principal representante das substâncias líquidas é a água com
proporções variando entre 89 a 94% em volume. Em segundo lugar está o álcool
etílico que aparece numa proporção de 5 a 10% em volume, de acordo com a
natureza e a composição do mosto que lhe deu origem.
Além desses dois componentes, outras substâncias líquidas secundárias
estão presentes em menor proporção (1 a 3%), como conseqüência direta da
própria fermentação e das condições em que se processou a fermentação
alcoólica, tais como: os ácidos succínico e acético, glicerina, furfural, alcoóis
homólogos superiores (amílico, isoamílico, propílico, isopropílico, butílico,
isobutílico), aldeído acético, etc. Muitas dessas substâncias, mesmo em
proporções mínimas, conferem ou alteram as características de sabor e aroma,
portanto, extremamente importantes do ponto de vista de qualidade sensorial da
aguardente.
As substâncias sólidas encontram-se em suspensão (bagacilho, células de
leveduras e bactérias, além de outras substâncias não solúveis que acompanham
o mosto) e em solução (açúcares não fermentados, matérias albuminóides, sais
minerais, etc.).
Sob o ponto de vista da volatilidade, as substâncias constituintes de um
vinho podem ser divididas em substâncias voláteis e substâncias fixas. As voláteis
são representadas pela água, álcool etílico, aldeídos, ácido acético, alcoóis
homólogos superiores, gás carbônico, etc., enquanto que as fixas são o extrato do
mosto, as células de levedura e de bactérias.
Sendo as substâncias voláteis de propriedades físicas e químicas
diferentes, é possível sua separação e identificação através da diferença do ponto
de ebulição, sendo o processo conhecido como destilação. Portanto, pode-se
definir a destilação como um processo físico no qual os componentes de uma
mistura de duas ou mais substâncias miscíveis são separados mediante
evaporação de uma parte da mistura e sucessiva condensação do vapor obtido.
Quando uma mistura é submetida ao processo de destilação, pelo seu
aquecimento, dá-se a emissão de vapores, cuja composição difere daquela da
mistura e, à medida que a temperatura se eleva, a tensão dos vapores aumenta e,
quando ela se iguala ou supera a pressão atmosférica reinante, a mistura entra
em ebulição. Pela evaporação de uma parte da mistura, o vapor resultante conterá
os líquidos em proporções diversas, mas, em maior proporção o líquido mais
volátil, isto é, aquele cuja tensão é superior àquela dos outros componentes.
A concentração da mistura durante o processo de destilação não se
mantém constante, como conseqüência do arraste do composto mais volátil
através dos vapores e, como cada concentração corresponde a uma temperatura
de ebulição, esta aumenta durante a evaporação.
Pelo continuar do processo, a quantidade do mais volátil diminui
gradativamente no líquido sob destilação, até desaparecer por completo. Nestas
8
condições, a mistura encontra-se esgotada e a operação denomina-se
“esgotamento”, passando a atuar a temperatura do menos volátil.
Considerando-se um vapor hidroalcoólico, a sua temperatura cairá ao ser
resfriado até o momento em que um dado valor de temperatura seja alcançado,
ocorrendo a sua condensação, e a esta temperatura em que o vapor se
condensou é denominada temperatura de condensação ou ponto de
condensação.
Finalmente, durante a destilação de uma mistura de líquidos miscíveis, com
o aumento crescente da temperatura pode-se dividi-la em diferentes frações, mas,
como o intervalo de temperatura em que se obtêm determinadas frações é muito
amplo não se consegue acumular um só componente, mas sim, uma mistura de
dois ou mais componentes, na qual prevalece o componente de tensão de vapor
mais alto.
Quando o vinho é submetido ao processo de destilação, resultam duas
frações denominadas de flegma e vinhaça. A primeira, que é o produto principal
da destilação do vinho, é constituída por uma mistura hidroalcoólica impura, cuja
graduação depende do tipo de aparelho utilizado na destilação do vinho. A
vinhaça, que recebe diversas denominações regionais, tais como: vinhoto,
garapão, restilo, etc., é o resíduo da destilação do vinho. Sua riqueza alcoólica
deve ser nula, porém, nela se acumulam todas as substâncias fixas do vinho, bem
como uma parte das voláteis2.
2.1- Processos de destilação:
Na prática, a destilação do vinho para obtenção da aguardente pode ser
efetuada de duas maneiras: destilação simples ou descontínua e destilação
sistemática ou contínua. O desempenho destes processos depende
principalmente do desenho e da construção dos destiladores (com ou sem
eliminação de produtos de cabeça e cauda) e das condições operacionais (vazões
de vinho e de vapor, grau alcoólico e pressão de trabalho).
2.2- Destilação descontínua: É utilizada nas destilarias de aguardente de pequena
capacidade, resultando um flegma impuro, cuja riqueza alcoólica varia de 45 a
55°G.L.. Os aparelhos empregados nestas indústrias são o alambique simples e o
alambique de três corpos.
2.3 - Alambique simples:
Este aparelho (Fig. 1) pode ser fixo ou móvel, metálico (chapa de cobre ou
aço inoxidável), de barro ou de madeira, tendo como fonte de aquecimento o fogo
direto ou o vapor (serpentina). Consta de uma caldeira de forma variável
denominada cucúrbita (1) onde se introduz o vinho a ser destilado. Esta caldeira,
9
quando fixa, como acontece na maioria das instalações, é assentada em uma
base de alvenaria. Em sua parte superior possui uma abertura ligada ao capitel,
domo ou elmo (2), também de forma variável. Em continuação a este, tem-se o
tubo de condensação ou alonga (3) o qual se prolonga em uma serpentina imersa
em um tanque de água fria e corrente, denominado refrigerante (4)2.
O alambique foi inventado por um alquimista, por volta do ano 800, de
nome Jabir Ibn Hayyan Geber.
Figura 2 - Esquema de Alambique Simples com alonga ou tubo de condensação
Neste modelo de destilaria, a fonte de calor usada para o aquecimento da
caldeira é geralmente a queima de madeira ou gás. Sua capacidade de produção
é pequena e por isso estas fontes de calor são suficientes e práticas. Há também
a possibilidade do aproveitamento do bagaço da cana que resulta em baixa do
gasto com combustíveis.
Figura 3 – Foto de pequeno Alambique com Termômetro
10
2.4 - Alambiques de três corpos
Este tipo de alambique (Fig. 3) representa um estágio de transição entre os
alambiques descontínuos e os aparelhos contínuos, pois apesar de trabalhar por
cargas intermitentes, seu funcionamento é praticamente contínuo.
A caldeira instalada no plano inferior recebe a denominação de caldeira de
esgotamento (1), sendo aquecida por uma serpentina, contida em seu interior,
ligada a uma tubulação de vapor. Em sua parte superior situa-se um capitel (2) do
qual parte uma alonga (3) que termina em uma serpentina perfurada, no interior da
caldeira seguinte. Esta, colocada em plano superior, recebe a denominação de
caldeira de destilação (4), que também possui um capitel e uma alonga. Deste
segundo corpo, a canalização em continuação a alonga é constituída por uma
serpentina não perfurada, situada no interior da caldeira seguinte. Esta terceira,
que se encontra em plano superior em relação à segunda, recebe a denominação
de aquecedor de vinho (5), possuindo em sua parte superior um capitel de parede
dupla que funciona como condensador (6) que impede perda dos vapores
alcoólicos oriundos do aquecimento do vinho. A alimentação é feita pela parte
central desse capitel de refrigeração (7).
Funcionamento: para este tipo de aparelho, a rapidez durante o processo
de destilação será inversamente proporcional à quantidade e qualidade de
aguardente. A marcha para operar este aparelho, em síntese, apresenta-se
abaixo:
• Inicia-se com a alimentação das três caldeiras, através do aquecedor de vinho,
até a carga das mesmas atingir cerca de 2/3 dos seus volumes totais.
• A água deve circular no condensador.
• Em seguida, é iniciado o aquecimento da caldeira mais inferior através da
entrada lenta de vapor (na serpentina) ou pelo aquecimento direto. O vinho,
quando recebe calor vagarosamente, começa a emitir vapores na caldeira de
esgotamento sendo que parte deles, encontrando uma região mais fria (capitel),
condensa-se e retorna à caldeira. As frações de vapores constituídas pelos
compostos mais voláteis conseguem alcançar a alonga e a serpentina perfurada,
indo borbulhar no vinho contido na segunda caldeira, ou seja, a caldeira de
destilação. Desta maneira, o vinho da primeira vai se esgotando, enquanto que o
da segunda, pelo borbulhamento de vapores, se enriquece em compostos mais
voláteis e se aquece. Ao aquecer-se, essa caldeira inicia a produção de vapores,
cuja composição em produtos mais voláteis é mais rica do que os provenientes da
caldeira de esgotamento. Esses vapores, ao alcançarem o capitel e a alonga,
chegam até a serpentina não perfurada do aquecedor de vinho, trocam calor com
11
o vinho aí contido e condensam-se. O condensado e os vapores alcoólicos que
não foram condensados no aquecedor são encaminhados ao condensador, que
neste caso usa água fria como meio para a troca de calor.
• Terminada a destilação, deve-se cessar a fonte de aquecimento, abrem-se as
válvulas igualadoras das pressões e o registro de descarga de vinhaça, na
caldeira de esgotamento.
• A fase seguinte consiste em enviar o conteúdo da caldeira de destilação à de
esgotamento e, posteriormente, o do aquecedor de vinho a caldeira de destilação,
permitindo nova carga de vinho no aquecedor de vinho, iniciando um novo ciclo de
destilação.
A princípio, o destilado possui uma elevada graduação alcoólica em torno
de 65°G.L., porém, à medida que o vinho contido na caldeira de esgotamento vai
se empobrecendo de compostos mais voláteis, seus vapores serão também mais
pobres, ocorrendo o mesmo com os da caldeira de destilação. Em conseqüência,
o destilado vai se empobrecendo de maneira que, atingindo na caixa de recepção
a graduação de 50°G.L., interrompe-se a fonte de calor e o ciclo da destilação está
terminado2.
Figura 4- Esquema de um alambique de três corpos
12
Considerações do alambique de três corpos:
Este tipo de equipamento pode ser utilizado pelas destilarias de média
capacidade, com uma produção diária de 2400 a 5000 litros. A exemplo da
destilação no alambique simples, no de três corpos também se deve proceder a
separação das frações de cabeça, coração e cauda para se obter uma aguardente
de boa qualidade sensorial. Neste aparelho elimina-se totalmente a necessidade
de destilar água-fraca, o que propicia uma redução no gasto de vapor, de água e
de mão-de-obra, como também aumenta o rendimento da destilação2.
A queima do bagaço é a fonte de calor utilizada para se gerar vapor para
circular e aquecer as caldeiras e aquecedor do vinho. Nas destilarias que usam
este tipo de alambique só se usam lenha, gás ou eletricidade para iniciar um
processo, pois grandes quantidades de combustíveis são utilizadas para se
destilar toda a cachaça. Caldeiras de produção de vapor são dimensionadas
conforme a capacidade de produção e volume de vinho processados, obtendo-se
assim o melhor rendimento industrial possível, aliando-se aproveitamento total da
matéria prima e reduzindo-se o impacto ambiental.
A seguir veremos um processo de destilação em que as fontes de calor
também são geralmente o próprio bagaço da cana, salvo em destilarias como a
que vemos na figura 5, artesanais e de baixa produção.
2.5 - Destilação contínua:
É o processo de destilação empregado nas destilarias de média e de
grande capacidade. Com ela, é possível obter-se flegmas de baixo (35 – 65°GL) e
de alto grau (90 - 96°GL), de acordo com o tipo de aparelho empregado e com a
finalidade a que se destina (cachaça ou álcool). Atualmente, justifica-se para este
tipo de destilação somente o emprego das colunas de destilação contínua, a qual
é alimentada por um filete contínuo de vinho, obtendo-se, como conseqüência, um
fluxo metódico de aguardente e outro de vinhaça.
13
Figura 5 – Foto de uma Destilaria artesanal
2.6 - Colunas de destilação:
São constituídas por uma série de caldeiras de destilação superpostas, as
quais recebem a denominação de pratos ou bandejas (Fig. 6). Cada bandeja se
constitui em uma unidade de destilação. Estas bandejas se superpõem, sendo
envoltas por uma chapa periférica que dá ao conjunto o aspecto de uma coluna
vertical que recebe o nome de tronco de destilação. As bandejas possuem orifícios
periféricos, dentro dos quais, passam tubos abertos nas duas extremidades,
denominados tubos de comunicação ou sifões de destilação, com a finalidade de
manter um equilíbrio de líquido em cada um dos pratos. Para isto, tais tubos, em
sua parte superior, sobressaem alguns centímetros, determinando assim o nível
da bandeja superior, enquanto que, em sua extremidade inferior, ficam
mergulhados no líquido aí contido. Além disso, cada bandeja possui uma série de
14
aberturas contendo tubos denominados chaminés. Estes são munidos
lateralmente de janelas (fenestras), sobre as quais se assentam as calotas ou
chapéus construídos sob formas variadas (circular, retangular, liso ou ondulado,
de bordos lisos ou serrilhados, etc.) que ficam com seus bordos mergulhados no
líquido, oferecendo uma resistência à passagem dos vapores, provenientes da
bandeja inferior, formando verdadeira junta hidráulica. Quando isto acontece, o
vinho, ao mesmo tempo em que se enriquece de álcool, também tem sua
temperatura aumentada. Em síntese, o vinho a ser destilado que chega à coluna
pela parte superior (um pouco abaixo do topo) desce de bandeja em bandeja (por
intermédio dos respectivos sifões), desprendendo-se do álcool, enquanto que os
vapores caminham em sentido inverso, borbulhando em líquidos cada vez mais
alcoólicos, de menor ponto de ebulição, acumulando-se no topo.
Figura 6 - Esquema de uma bandeja de destilação
2.7 - Tipos de colunas:
As colunas de pratos podem ser classificadas de acordo com a riqueza
alcoólica do destilado obtido em: colunas de baixo grau e colunas de alto grau. As
colunas de baixo grau são aquelas que produzem destilados de baixa graduação
alcoólica, variando entre 35 e 65°G.L. Nesta coluna, o número de pratos varia de
15 a 20.
As colunas de alto grau são as que produzem destilados com teores
alcoólicos elevados, variando de 90 a 96°G.L. A diferença fundamental entre estes
tipos de colunas diz respeito a sua constituição. As colunas de alto grau possuem
15
duas zonas: uma inferior à alimentação do vinho, denominada de tronco de
esgotamento, constituída de cerca de 12 a 16 pratos e uma superior à alimentação
do vinho, denominada de tronco de concentração, variando o número de pratos de
18 a 22. Neste tipo de coluna, através de uma retro gradação, permite a retirada
de um destilado de maior concentração.
Na indústria moderna, as colunas de alto grau são as mais recomendadas,
mesmo quando o produto desejado seja um flegma de baixa graduação, como a
aguardente. Isso pode ser explicado pelo fato de, numa coluna de alto grau, além
de ter um funcionamento extremamente fácil, em conseqüência de sua
estabilidade (aqui, entende-se por estabilidade o fluxo de aguardente de igual
graduação), também o teor desejado de não alcoóis pode passar de maneira
harmônica ao destilado.
Coluna de baixo grau:
Uma vez conhecidos os principais componentes de uma coluna de
destilação, é possível compreender com mais clareza seu funcionamento. O vinho
a ser destilado, por meio de uma bomba de recalque, é enviado para a parte
superior da coluna, desce por ela de bandeja em bandeja através dos sifões, até
atingir a caldeira de aquecimento. Pelo aquecimento, o vinho contido na caldeira
inicia a emissão de vapores, que alcançam as chaminés da bandeja
imediatamente superior, e passando pelas fenestras acumulam-se nas calotas,
onde encontram uma resistência oferecida pela junta hidráulica, formada pelo
nível do líquido e a calota. Mas, à medida que o vinho aumenta de temperatura, a
tensão ou força expansiva dos seus vapores aumenta até que, vencida a
resistência imposta pela junta hidráulica, borbulham no vinho contido na bandeja.
Como conseqüência deste borbulhamento, haverá um aquecimento e um
enriquecimento em álcool do vinho contido na bandeja, que por sua vez, emitirá
vapores de teor alcoólico maior do que o emitido na bandeja inferior. Isto se repete
nas bandejas seguintes, de maneira que as temperaturas são decrescentes, da
base ao topo da coluna. A pressão da garrafa manométrica da base da coluna é
de 2,5 a 3,0 m e a temperatura é de 103 a 105°C, enquanto que, no topo da
coluna estes valores são de 1,8 m e 94°C, respectivamente.
Quando a coluna está em pleno funcionamento, o vinho entra na coluna em
fluxo contínuo e vai se desalcoolizando na medida em que desce de bandeja em
bandeja, sendo retirado da caldeira da coluna na forma de vinhaça. Os vapores
alcoólicos oriundos da coluna são encaminhados ao aquecedor de vinho
(condensador), onde trocam calor com o vinho, e daí ao condensador auxiliar,
ocorrendo em ambos retro gradações ao topo da coluna, pela condensação dos
vapores menos voláteis. A parte restante é encaminhada ao refrigerante para
16
diminuir a temperatura do destilado e daí, para a proveta que mede a vazão e,
portanto, a produtividade da coluna. Tanto no aquecedor de vinho como no
condensador ocorrem degasagem, saindo os incondensáveis através da trombeta.
A estabilização do grau do flegma e a perda na vinhaça são controladas pela
entrada de vapor, pelo fluxo de vinho e pela retirada de vinhaça.
Figura 7 - Foto aérea Destilaria Ypióca 3
É possível em uma única unidade fabril, produzir-se álcool (etanol para
combustível) ou cachaça, como é o caso da destilaria da foto acima (fig.7). Do
Grupo Ypióca, foi inaugurada em 23 de outubro de 2009 e é uma das mais
modernas indústrias com capacidade de produzir 90 milhões de litros de
aguardente por ano, ou 50 milhões de litros de etanol/ano.
Capítulo 3 – Melhoria da qualidade:
Alguns métodos são utilizados na busca de uma melhora qualitativa do
produto final, dentre eles destacamos a Bidestilação e o Envelhecimento em
tonéis e barris de madeiras.
3.1- Bidestilação:
Como o próprio nome diz, consiste em realizar, no mínimo, duas
destilações sucessivas, podendo esta ser efetuada tanto em alambiques
intermitentes como em colunas contínuas. Este processo permite a obtenção de
uma aguardente de qualidade superior a qualquer outra proveniente de uma única
destilação, apresentando teor alcoólico fino, baixa acidez, sabor e aroma
agradáveis. Esta melhoria na qualidade da aguardente bidestilada é possível pela
separação ou mesmo o bloqueio de certas frações indesejáveis, ricas em
compostos de maior toxidade, como é o caso dos aldeídos, metanol, ácido acético
e carbonato de etila (uretana), entre outros compostos voláteis prejudiciais ao
organismo humano. Atualmente, cerca de duas dezenas de marcas comerciais de
17
aguardente bidestilada se encontram no mercado. Porém, de maneira geral, esta
prática não é adotada nas destilarias brasileiras, sendo a aguardente obtida
através de uma única destilação, na qual nenhuma fração volátil é descartada do
processo, visando a purificação do destilado2.
Nos pequenos alambiques, geralmente de cobre, a bidestilação é usada
para reduzir o teor de cobre na aguardente, pois pela legislação a tolerância
máxima é de 5mg por litro de cachaça.
3.2 - Envelhecimento:
Os cuidados com a aguardente de cana devem iniciar com a colheita da
cana e prosseguir até a destilação do vinho. Tendo sido bem conduzidas todas as
etapas do processamento, a aguardente apresentará suas características
químicas dentro das especificações legais. Porém, sensorialmente, pode não
corresponder às expectativas dos consumidores mais exigentes, em razão da
presença de substâncias de odor e sabor desagradáveis, devido à falta de tempo
necessário para o descanso. Deste modo, o contato da aguardente com madeira e
o envelhecimento são práticas extremamente importantes, pois a aguardente
envelhecida apresentará melhor aroma e sabor. Tal fato pode ser justificado por
uma série de reações químicas que ocorrem durante o envelhecimento e que
acarretam o surgimento de ácidos e aldeídos aromáticos, cor e leve decréscimo
no teor alcoólico.
Figura 8 – Foto de Barris de madeira para envelhecimento
Basicamente, as alterações químicas que ocorrem durante o
envelhecimento consistem em reações de esterificação e oxidação, nas quais:
Alcoóis + O2 → aldeídos
18
Aldeídos + O2 → ácidos
Alcoóis + ácidos → ésteres
Embora os alcoóis sejam relativamente estáveis à oxidação, na presença
de fenóis e água, formam-se quantidades significativas de aldeídos. Estes são
altamente reativos, podendo oxidar formando os ácidos orgânicos
correspondentes. Através de reações de esterificação, os ácidos reagem com os
alcoóis formando acetais, que suavizam o odor pungente dos aldeídos, conferindo
à aguardente odor agradável. Além dos aldeídos, alguns compostos sulfurados
também diminuem durante a maturação, tais como sulfetos e dissulfetos. Quando
a aguardente é envelhecida em tonéis de madeira, o álcool e a água, através da
penetração capilar e osmose, passam pelos interstícios e células da parede
interna da madeira, iniciando a hidrólise da hemicelulose e da lignina. Os produtos
da hidrólise são extraídos, enriquecendo o destilado. Assim, a madeira dos tonéis
contribui qualitativamente e quantitativamente com congêneres presentes na
bebida, variando de acordo com a composição química da madeira, o tempo de
envelhecimento, a capacidade do barril, a porosidade e a espessura da madeira.
Alguns estudos mostraram que o envelhecimento da aguardente por
mistura, isto é, envelhecer certo volume e cortá-lo com aguardente comum, é
viável e racional, uma vez que o produto final apresenta boas características
organolépticas e comerciais.
Associando o envelhecimento e uma técnica apurada de fabricação, o
produtor assegura a qualidade necessária para o mercado interno e externo. Sem
esse aprimoramento, é difícil alinhar a aguardente típica do país com outras
bebidas destiladas, como o conhaque, uísque e rum.
Entretanto, no Brasil não há costume de envelhecer a aguardente. Os
grandes engarrafadores, que acondicionam milhões de litros anualmente para o
mercado, armazenam grandes volumes em tanques de aço-carbono, protegidos
internamente contra corrosão, por um tempo suficiente para aguardar o
engarrafamento. No momento de engarrafar, é feita uma mistura do conteúdo de
diversos continentes para homogeneizar um grande lote de aguardente, ao
mesmo tempo em que é feito um corte com água e adição de açúcar ou caramelo,
de acordo com o permitido pela legislação2.
19
Capítulo 4 – Fontes de calor:
Como já foi citado anteriormente, na produção da aguardente precisa-se de
grandes quantidades de energia para elevar a temperatura e provocar a
evaporação dos componentes do produto. É evidente que para isso se encontre
alternativas economicamente viáveis e ecologicamente menos agressivas,
concomitantemente com medidas que minimizem perdas nos trocadores de calor,
ampliando assim o lucro obtido pela destilaria.
Desde as primeiras destilarias até hoje, a indústria sucro-alcooleira tem se
desenvolvido com a aplicação das novas tecnologias de automação e controle
disponíveis, seja no processo de destilação com uma melhor eficiência das
colunas pelo controle automático da vazão do vinho/vinhoto como no controle do
vapor utilizado para o aquecimento, nos sistemas com caldeiras de vapor. Tais
caldeiras funcionam com princípios da termodinâmica (realizando transferências
de calor) e são importantes máquinas no funcionamento de uma destilaria.
Mesmo nos pequenos alambiques que usam lenha, termômetros e válvulas
controladas eletronicamente podem aperfeiçoar os processos, além do uso de
tecnologia metalúrgica e de controle.
No processo de fermentação também é muito importante o controle térmico
para minimizar perdas e melhorar o rendimento. Nas dornas de fermentação o
controle biológico é imprescindível, daí o uso de aquecedores à vapor para
controlar o processo.
Até a produção de energia elétrica excedente é conseguida com a queima
do bagaço e é vendida às concessionárias, revertendo assim dividendos
importantes no balanço comercial das destilarias de médio e grande porte.
Figura 9 – Esquema e Foto de caldeira à queima de bagaço
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Capítulo 5 - Conclusão:
Diante de uma indústria tão complexa do ponto de vista tecnológico, por
envolver fenômenos físico, químico e biológicos entendemos a importância deste
tipo de empreendimento. Todo o investimento em implantação e manutenção de
uma destilaria é de grande monta, portanto é natural que proporcionem grandes
lucros aos seus proprietários. Mesmo num pequeno alambique, se relacionarmos
o investimento e a dedicação necessários para o bom andamento do “negócio”,
observa-se o potencial de exploração econômica.
A cachaça, acima de tudo, é uma bebida bastante apreciada no Brasil e tem
aberto novos mercados proporcionando assim um nicho industrial de expansão
interessante, além de aspectos atrativos para a engenharia, pelos dispositivos e
máquinas que emprega.
Quanto à atividade prática supervisionada que proporcionou este trabalho,
foi de suma importância para elucidar alguns entendimentos da matéria
Termodinâmica.
Trabalhos futuros:
Uma pesquisa de campo em alguma destilaria de pequeno porte poderia
trazer-nos elementos para implantação de projetos de automação e controle, com
análises de ordem econômica e quantização de eficiência. Fica como sugestão
para projetos vindouros.
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Referências Bibliográficas:
1-BRASIL. Decreto nº 4.851, de 02 de outubro de 2003. Altera dispositivos
do Regulamento aprovado pelo Decreto no 2.314, de 4 de setembro de 1997, que
dispõe sobre a padronização, a classificação, o registro, a inspeção, a produção e
a fiscalização de bebidas. Diário Oficial da República Federativa do Brasil,
Brasília, DF.
2-Nogueira, Andressa Milene Parente; Venturini Fº, Waldemar G.-
“Aguardente de cana”- Universidade Estadual Paulista-UNESP, Campus de
Botucatu, Faculdade de Ciências Agronômicas
Sites:
www.albinovieira.com/fotos.php?view=preview&category=3&image=112#
www.museudacachaca.com.br/produ.html
www.wikipedia.org
http://www.pt.wikipedia.org/wiki/Aguardente_de_cana (acesso em 19/11/2010)
http://www.tanoariareal.com.br/index.php?option=com_content&task=view&id=2&It
emid=3 (foto fig.8-acesso em 19/11/2010).
http://cesaradames.suamesa.com.br/2009/10/26/ypioca-3-a-maior-destilaria-de-
cachaca-do-mundo (foto fig.7-acesso em 20/11/2010).
http://www.fertron.com.br/siteFertron/home/produto.php?id_cat=22&id_subcat=41
(esquema e foto fig.9 – acesso em 20/11/2010)
“Como construir, montar e operar uma micro destilaria de álcool
combustível (etanol) de capacidade de 100 litros/dia” Apostila sobre mini
destilaria de álcool de Helder Vitor Terra (email: helderterra@ig.com.br) Campos
Gerais M.G., download de WWW.pdf4free.com (acesso em 08/2010).
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