Curso de Cálculos STAB 02 - Parâmetros Tecnológicos da Cana

Cálculos para

Indústria Sucroalcooleira

Parâmetros de Qualidade da Cana

Celso Caldas

Sistemas de Medições

CONSECANA Caldo Extração por prensagem Fibra Indiretamente pelo método Tanimoto

DIGESTOR Caldo Extração com diluição Fibra Por cálculos

Prof. Dr. Celso Caldas

Principais Parâmetros Pol Brix Pureza (caldo) AR ART Fibra Umidade Outros

Impurezas (mineral e vegetal) Oligo e poli sacarídeos (amido, dextrana, levana, etc) Outros (etanol, manitol, etc)


Sacarose Polarimetria

Escala Internacional do Açúcar

Ventzke, 1842 e 1843 Ponto 100 a partir da solução com densidade relativa de 1,1000 a

17,50ºC, referida à água

Mohr, 1855 Ponto 100 a partir da solução de 26,048g de sacarose para 100cm3,

chamando este de peso normal Prof. Dr. Celso Caldas



ICUMSA, 1900Ponto 100 26,0000g de sacarose para 100cm3, a 20ºC

ICUMSA, 1916 Ponto 100 34,660º com luz de sódioPonto 100 40,690º com luz de mercúrio




ICUMSA, 1986

Alterou a escala de ºS para ºZ

Ponto 100 26,0000g de sacarose para 100cm3, a 20ºC, com sacarímetros com lâmpadas de Na (λ = 589,44nm), cuja rotação específica é 34,660º


POL

Inversão da Sacarose Sacarose + 66,53º Glicose + 52,70º Frutose - 92,40º

C12H22O11 C6H12O6 + C6H12O6

+ 66,53º + 52,70º - 92,40º

- 39,70ºProf. Dr. Celso Caldas

POL

26 g Sacarose /100mL

100ºZ

Caldo: x g Sac/100mL

Ls

100ºZ ------- 26 g Sacarose Ls -------- x g Sacarose

X = g/100mL = (26 x Ls) / 100

Considerações:

1.Caldo medido2.Glicose e frutose3.Unidade (g/100mL

POL


Pesando 26g de caldo para balão de 100mL

(26 x Ls/100) g ----- 100 mL ----- 26 g caldo

X ----------------------------- 100 g caldo

X = POL (g/100g) = Ls

POL

100ºZ ------- 26 g Sacarose Ls -------- x g Sacarose

X = g/100mL = (26 x Ls) / 100


Medindo o caldo

(26 x Ls/100) g ----- 100 mL ----- (ME x 100) g AM

X ----------------------------- 100 g AM

X = g Sac/100g = POL = (0,26 x Ls) / ME

Chamando: (0,26 / ME) de FATOR DE POLARIZAÇÃO (Fp)

POL (g/100 g) = Ls x Fp

POL Percentagem em massa (%m/m) de SACAROSE APARENTE

POL


O Fator de polarização (Fp) apresenta excelente correlação com o BRIX:

CONSECANA : 0,2605 – 0,0009882 x Brix

CONAG : 0,26065 – 0,000995 x Brix

TABELAS :

POL


Clarificação do caldo

O agente clarificante interfere no resultado da leitura sacarimétrica (Ls). Subacetato de PB precipita levulose, logo maiores Ls

Os Consecanas recomendam “corrigir” a leitura sacarimétrica quando são usados outros clarificantes: Correção da Ls para mistura clarificante

Ls = 1,00621 x LsAL + 0,05117

Correção da Ls para Octapol Ls = 0,99878 x LsOc + 0,47374

POLProf. Dr. Celso Caldas

Brix, 1854

Soluções Açucaradas a 10%m/m Densidade a 20ºC/4ºC

Arabinose 1,0379

Glucose 1,0381

Frutose 1,0385

Galactose 1,0379

Sorbose 1,0381

Sacarose 1,0381

Maltose 1,0386

Lactose 1,0376

Rafinose 1,0375

Média 1,0380


Brix Densimétrico

Perfeita relação entre C (m/m) e densidade

Escala em Conc (%m/m)

Densímetro (densidade)

Brix % m/m Sólidos Solúveis em Solução


Refratometria

O Fenômeno da REFRAÇÃO


Refratometria

Índice de Refração

n = v1 / v2

Onde:

n índice de refração

v1 velocidade da luz no meio 1

v2 velocidade da luz no meio 2


Refratometria

Equipamentos

Imagens encontradas na internet


Pureza

A pureza deve ser calculada do caldo e não da cana porque no Brix % cana não se considera o fator “c”, o que não ocorre com a pol

Admite-se que a quantidade de sólidos no caldo extraído é a mesma do caldo absoluto


AR (Glicose e Frutose)

Cu++ Cu+

Cúprico Cuproso Azul Vermelho Tijolo

Quem promove esta reação de redução?

Sacarose NÃOGlicose e Frutose SIM AR

Fehling A Cu++

Fehling B NaOH e Tartarato Na e K


AR (Glicose e Frutose) Eynon - Lane

05 moles de sulfato de cobre ( CuSO4 ) reagem com 01 mol de

monossacarídeo (C6H12O6)

1250 g Cu++ ----- 180 g AR69,278 g Cu++ ----- x x = 9,97 g 10 g

1000 mL de LFA ----- 10 g AR0,5 mL de LFA ----- x x = 0,005 g AR

Vg mL ----- 0,05 g AR100 mL ----- x x = %m/v AR = 5 / Vg


AR (Glicose e Frutose) Eynon - Lane

Sem considerar interferência da SACAROSE

Vg mL ----- 0,05 g AR100 mL ----- x x = %m/v AR = 5 / Vg

Considerando a interferência da SACAROSE – CTC/CONSECANA

e3e

e

ear e

0,26* LSf * 5209,6 262,5*

fAR

VT * D


AR (Glicose e Frutose) Eynon - LanePadronização do Licor de Fehling A

Padrão: 1% 0,25%Glicose P.ASacarose invertida a quente (12min a 65ºC)Sacarose invertida a frio (72h a 25ºC)

100 mL da sol. padrão ----------------- 0,25 g de AR

x ----------------- 0,10 g de AR x = 40 mL

10mL A + 10mL B

F = 40 / Vg é aplicado ao volume gasto na análiseF = Vg / 40 é aplicado ao resultado final da análise


ARTComo determinar :

Analisando Eynon –Lane ou HPLC

Cálculo CONSECANA Brixcaldo

Polcaldo

Pureza ARcaldo = 9,9408 – 0,1049 x PZAcaldo

ART = (Pcaldo / 0,95) + Arcaldo


AR / ART IC / HPLC


Parâmetros na Cana

CALDO CANAFIBRA


Fibra % Cana Métodos

FIBRA % CANA

PRENSA

DIGESTOR

• TANIMOTO

• REGRESSÃO

• CÁLCULOS(Umidade e Brix)


O Sistema CONSECANA


Fibra % Cana Tanimoto

Cana Desfibrada500g

Prensa CALDOPBU

ESTUFA (10 – 12h 105º

PBS Umidade

BRIX / POL


Turner & Rojas (1962) Tanimoto (1969) Fernandes (1984) Dedução

Nomenclatura

m massa de cana prensada 500g Cext caldo extraído pela prensa Cres caldo residual no PBU Cabs caldo absoluto Bext Brix do caldo extraído PBU peso do bolo úmido PBS peso do bolo seco (após secagem na estufa)



Equação Fundamental

F%cana = 100 – Cabs%cana

Equações na análise

Cext = m – PBU

Cabs = Cext + Cres



Água evaporada na secagem do PBU

(100 – Bext) g água --- 100 g Cext(PBU – PBS) g água --- x (g Cres (na massa m)

x = g Cres = 100 x (PBU – PBS) / (100 – Bext)

Cabs = Cext + CresCabs = (m – PBU) + [100 x (PBU – PBS) / (100 – Bext)

Considerando que:

m g cana --- Cabs100 g cana --- x x = Cabs % cana = (Cabs x 100) / m

F % cana = 100 – Cabs % cana


Cext = Cres


Simplificando

100 x PBS – Bext x PBU F % C = 0,01 x m (100 – Bext)

Quando a massa de cana é igual a 500g

100 x PBS – Bext x PBU F % C = 5 x (100 – Bext)



Usando os dados das análises de Fibra TANIMOTO, calcula-se uma equação de regressão. Os dados são:

Brix do caldo extraído PBU PBS Fibra % cana

y = a x + b

F%cana = PBU * a + b

Fibra % Cana Regressão

F%C

PBU


Fibra % Cana Regressão

PBU 150g

PE F = 0,0919 x PBU + 0,379 14,16%

AL F = 0,0779 x PBU + 2,3136 14,00%

SP F = 0,08 x PBU + 0,876 12,88%


Parâmetros na Cana

CALDO CANAFIBRA

FATORES

FibraExtração


Fator de Fibra

No caldo 100 g Cabs --- Pol Cabs

Na cana 100 – F % C --- x

x = PC = Pol Cabs x (100 – F%C) / 100

PC = Pol Cabs x (1 – 0,01 F%C)

fator de fibraProf. Dr. Celso Caldas

Fator de Extração

PC = Pol Cabs x (1 – 0,01 F%C) x Pol Cex

Pol Cex

Chamando de c = Pol Cabs / Pol Cext, temos:

PC = Pol Cext x (1 – 0,01 F%C) x c

fator de extração

Experimentalmente, c = 1,0313 – 0,00575 x F%CProf. Dr. Celso Caldas

Dados de Cana - Prensa

PC = Pol Cext x (1-0,01 x F%C) x (1,0313 – 0,00575 x F%C)

ARC = AR Cext x (1-0,01 x F%C) x (1,0313 – 0,00575 x F%C)

ARTC = ART Cext x (1-0,01 x F%C) x (1,0313 – 0,00575 x F%C)

Mas ...

Brix%C = Brix Cext x (1-0,01 x F%C)


O Sistema CONSECANA

Polcaldo

Brixcaldo

Pureza ARcaldo = 9,9408 – 0,1049 x PZAcaldo

Fcana = 0,0919 x PBU + 0,379

Ff = (1 – 0,01 x F)

Fext = 1,0313 – 0,00575 x F

PC = Polcaldo x Ff x Fext

ARcana = ARcaldo x Ff X Fext

ART = (PC / 0,95) + ARcana Prof. Dr. Celso Caldas

O Sistema CONSECANA ATR (1998) Contempla os 3 açúcares e a

eficiência industrial

L Lavagem da cana = 1,5%

B Bagaço = 8,0%

T Torta = 0,5%

I Indeterminada = 2,0%

PERDAS

12%


ATR= 10 x PC x 1,0526 x 0,89 + 10 x ARC x 0,89

ATR (kg/t) = 9,3681 x PC + 8,9 x ARC

PC Pol % cana

0,89 Eficiência LBTI (89%) 11% de Perdas

ARC Açúcares redutores % cana

O Sistema CONSECANA


Método do Digestor


Método do Digestor


NOTA IMPORTANTE

1. Diluição1. 500g / 1000g de água Fator de diluição = 3

2. 500g / 2000g de água Fator de diluição = 5

2. Tempo de extração1. Lâminas cruzadas 15 min

2. Barras paralelas 20 min para FD = 3 (SASTA)

3. Barras paralelas 15 min para FD = 5 (CTC)

Método do Digestor


Método do Digestor Dedução das Fórmulas

a volume ou massa de água adicionada c massa de cana usada no digestor ET extrato total

U total = c x U%cana x 0,01

B total = ET x B%extrato x 0,01

ET = Água adicionada + U total + B total

ET = a + (U%cana x 0,01 x c) + ET x B%extrato x 0,01

ET - ET x B%extrato x 0,01 = a + (U%cana x 0,01 x c)

ET = [a + (U%cana x 0,01 x c)] / (1 – 0,01 x B%extrato)Prof. Dr. Celso Caldas


OBS: Outra maneira de calcular o ETET = água adicionada + caldo absoluto no digestorET = a + (c – c x F%cana x 0,01)ET = a + c x (1 – 0,01 x F%cana)

Brix % cana

ET x B%extrato x 0,01 ----- ‘c’ g de cana Brix % cana ------------ 100 g cana

Brix%cana = B%extrato x (ET / c)

Brix % cana = B%extrato x [(a + c x (1 – 0,01 x F%cana) / c]

Brix % cana = B%extrato x [(a/c + 1) – 0,01 x F%cana)]


Fibra % cana

F%C = 100 – U%C – B%C

F%C = 100 – U%C – [(B%extrato / c) x ET)

OBC: ET = [a + (U%cana x 0,01 x c)] / (1 – 0,01 x B%extrato)

Substituindo e simplificando:

F%C = 100 – U%C – [((a / c) + 1) x B%extrato] / (1 – 0,01 x B%extrato)



Pol % cana

OBS: raciocínio semelhante ao cálculo do BrixBrix % cana = B%extrato x [(a/c + 1) – 0,01 x F%cana)]

Pol % cana = Pol %extrato x [(a/c + 1) – 0,01 x F%cana)]



Dados de Cana – Digestor Resumo (FD=3)

Fibra % cana = [100 - % umidade – (3 x Brix % extrato) ]

[ 1 – (0,01 x Brix % extrato do digestor) ]

Brix%cana = Brix%extrato x [3 – (0,01 x fibra % cana)]

Pol%cana = pol%extrato x [3 – (0,01 x fibra % cana)]

AR%cana = AR%extrato x [3 – (0,01 x fibra % cana)]

ART%cana = ART%extrato x [3 – (0,01 x fibra % cana)]Prof. Dr. Celso Caldas

Umidade % Cana (U%C)

U%C = 100 – F%C – B%C

Onde:F%C fibra % canaB%C Brix % cana


Impureza Mineral

Métodos

Peneiramento Calcinação Específico por calcinação


Impureza Mineral

Cálculos

kg IM / t cana = ( % CCS - % CCL ) x [ 1 - ( % MOV /100 )] x 10

OU

kg IM / t cana = [( % CCS - % CCL ) / % CSolo)] x 10


Impureza Mineral

Cálculos% Cinzas na cana suja = 2,00

% Cinzas na cana limpa = 0,10

% Cinzas no solo (terra) = 78,00

Cinzas na cana = 2,00 – 0,10 = 1,90 %

100 g solo (terra) --- 78 g de cinzas (impureza mineral)

X --- 1,90 g de cinzas

X = 2,43 % de impureza na cana.Prof. Dr. Celso Caldas

Número de Amostras

Depende da variação dos parâmetros, ou em outras palavras, depende do DESVIO PADRÃO

Depende do erro admitido Independe da quantidade

de cana recebida CONSECANA OBS: p > 10kg

Carreg.* Amostr.** %1 - 5 5 100,06 - 10 5 62,5

11 - 15 6 46,216 - 20 7 38,921 - 25 8 34,826 - 30 9 32,131 - 35 10 30,336 - 40 11 29,041 - 45 12 27,946 - 50 13 27,151 - 55 14 26,456 - 60 15 25,961 - 65 16 25,466 - 70 17 25,071 - 75 18 24,776 - 80 19 24,481 - 85 20 24,186 - 90 21 23,991 - 95 22 23,796 - 100 23 23,5

100 24 24,0>100 25,0


Fonte: Cochran & Cox

t Valor da tabela do teste "t" com “n” graus de liberdade, igual a 1,96, ao nível de 5% de probabilidade.

s Desvio padrão verdadeiro da população.

d Erro ou desvio permissível no cálculo da média, em porcentagem da média.

m Média verdadeira do parâmetro analisado na população.

2t *s

Nd * m

Número de amostras

FONTE: A. C. Fernandes, 2011


Número de Amostras

Exemplo POL da cana

Pol média = 14,0% Desvio padrão = 0,8% Erro admitido = 5% N = 5 amostras Erro admitido = 2% N = 31 amostras

FONTE: A. C. FERNANDES, 2011


0

10

20

30

40

50

60

0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20

1,00%

2,00%

3,00%

5,00%

Estimativa para pol cana de 14%Número de amostras

Desvio padrão da população

FONTE: A. C. Fernandes, 2012 Prof. Dr. Celso Caldas

Número de Amostras

Métodos simples:

Comparar o Brix do caldo prensa com o Brix do caldo primário através de uma equação de regressão linear e avaliar o número de amostras através do R2 > 85%

Comparar a PC entre os dados do PCTS e da cana da esteira: [(PCPCTS – PCesteira) / PCPCTS] x 100 < 5%


Preparo das Amostras

Forrageiras

Índice de preparo Distância das facas e contra-facas (2±0,5mm) Manutenção e registro das facas e contra-facas Medir a rotação


84,0

89,6

92,8

94,3

80

82

84

86

88

90

92

94

96

1.700 1.900 2.100 2.300 2.500 2.700 2.900 3.100 3.300 3.500

Índice de preparo

Rotação (rpm)

Valores em função da velocidade (rpm)

2.400rpm

A rotação do desintegradordeve estar entre 2.200 e2.700 rpm ideal a 2.400 rpm


PODER CALORÍFICO DO BAGAÇO

África do Sul:

LCV = 18260–31,14*BBg–207,01*Ubg–182,6*CzBg

LCV Lower Calorific Value (poder calorífico inferior)

BBg Brix % bagaço

UB

g Umidade % bagaço

CzBg Cinzas % bagaço

Cinzas PCI Dif.%1,0 14.496 0,61,5 14.405 0,02,0 14.314 -0,62,5 14.222 -1,33,0 14.131 -1,9


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