ESTUDO DA SUBSTITUIÇÃO DAS TELAS DAS CENTRÍFUGAS …...tela. O valor desta perda extra de açúcar deve ser equilibrado com o custo de substituição de novas telas. Existe um tempo

UNIMAR

CRISTIANE BORSSOE DUARTE

ESTUDO DA SUBSTITUIÇÃO DAS TELAS DAS CENTRÍFUGAS CONTÍNUAS EM RELAÇÃO À PRESENÇA DE CRISTAIS E PUREZA DO MEL FINAL

MARÍLIA 2012



Trabalho de Conclusão de Curso apresentado á

Universidade de Marília como requisito parcial

para a conclusão do curso de graduação em

Engenharia de Alimentos sobre orientação da

Prof. Dr. Patricia Miranda Brusantin Iglezias.

MARÍLIA 2012



Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade de Marília como

requisito parcial para a conclusão do curso de Bacharelado em Engenharia de

Alimentos sob orientação da Profª. Drª. Patricia Miranda Brusantin Iglezias.

Aprovado pela Banca Examinadora em: _06_/ 06_/ 2012_

________________________________________

Profª. Drª. Patricia Miranda Brusantin Iglezias

Orientadora

________________________________________

Prof.Dr. José Arnaldo Duarte

__________________________________________

Profª. Ms.Maria Lízia Queiroz Pinto

DEDICATÓRIA

A Deus pela oportunidade e coragem.

A meus pais, pelo exemplo de vida, simplicidade e persistência.

A meu esposo por todo amor, compreensão, paciência e incentivo.

AGRADECIMENTOS

A Deus por estar ao meu lado e nunca desistir de mim;

Aos meus pais, Antonio e Cleonice, por orientar e inspirar meus passos ao longo da

vida;

A Renato, esposo e companheiro durante estes anos de estudo;

A todos meus amigos, companheiros dessa jornada que me apoiaram e me

incentivaram nos momentos difíceis;

Aos colaboradores da empresa Raízen Tarumã S.A, pelas lições ensinadas e pela

colaboração neste trabalho, sendo sua participação fundamental para que essa

etapa fosse concluída;

Ao Engenheiro Químico Lucas Bombach pela orientação, dedicação, inspiração e

exemplo;

A orientadora Profª. Drª. Patricia Miranda Brusantin Iglezias pelos conhecimentos

a mim transmitidos durante a vida acadêmica e orientação na condução deste

trabalho;

Aos professores de Engenharia da Unimar, pelo exemplo de persistência, afinco e

dedicação a fim de transmitir todos os conhecimentos para a minha formação.

Obrigado a todos!

“Uma caminhada de mil milhas começa sempre com um primeiro passo.”

Lao Tse

RESUMO

Diversos fatores influenciam na perda de açúcar no mel final em centrífugas

contínuas. Estes fatores incluem, taxa de separação, adição de água e vapor,

distribuição do tamanho dos cristais e tamanho da abertura das telas. Este trabalho

trata o controle das perdas devido a mudanças nos tamanhos das aberturas das

telas e sua relação com a pureza do mel final e presença de cristais no mesmo.

A perda de açúcar com a saída de mel final por centrifugação aumenta com

a dilatação das aberturas da tela, resultado da corrosão, desgaste e estiramento da

tela. O valor desta perda extra de açúcar deve ser equilibrado com o custo de

substituição de novas telas. Existe um tempo ótimo econômico para substituição de

tela (a vida econômica da tela) o qual minimiza o total dos custos e justifica sua

troca. Este critério é avaliado em termos de perda extra de açúcar e esta por sua

vez, está relacionada ao aumento da pureza do mel final, tamanho da abertura da

tela e a presença de cristais no mel como forma de identificar o desgaste da

mesma.

Este estudo mostra que telas devem ser substituídas aproximadamente todo

mês, ou quando o aumento de pureza crescer uma unidade. Isto pode ser

monitorado por analises de purezas periódicas e pela verificação de presença de

cristais no mel final. Sugere-se, portanto, que economias significativas podem ser

feitas através de monitoramento adequado, registrando e controlando esses

parâmetros em um programa de substituição de tela apropriado.

Palavras chaves: Mel Final, Recuperação de Fábrica, Centrífugas Contínuas

ABSTRACT

Several factors influence the sugar loss in final molasses in continuous

centrifuges. These factors include, rate of separation, adding water and steam, the

distribution of crystal size and aperture size of the screens. This work is the loss of

control due to changes in the sizes of the openings of the screen and their

relationship to the purity of the final molasses and the presence of crystals thereon.

The loss of sugar with the output of final molasses by centrifugation increases

with the expansion of the openings of the screen, resulting from corrosion, wear and

stretch the value of this loss teal. O extra sugar must be balanced against the cost

of replacement of new screens. There is a great economic time to replace the

screen (the economic life of the screen) which minimizes the total costs and justify

your return. This criterion is evaluated in terms of loss of sugar and this extra turn, is

related to increase the purity of the final molasses, screen aperture size and the

presence of crystals in children in order to identify the wear thereof.

This study shows that screens must be replaced about every month, or when

the increase in purity grow a unit. This can be monitored by periodic analysis of

purity and for checking the presence of crystals in the final molasses. It is suggested

therefore that significant savings can be made through proper monitoring, recording

and controlling these parameters on a screen replacement program appropriate

Keywords: Final Molasses, Produces Retrieval, Continuous Centrifuges

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Componentes Básicos Cana de Açúcar ...................................................19

Figura 2. Mapa Plantações Cana-de-açúcar............................................................20

Figura 3. Movimento da massa cozida no interior de um tacho de cozimento Fonte

Sead:UFSCar...........................................................................................................28

Figura 4. Curva de Supersaturação – Sacarose Pura Fonte : Esalq-USP...............29

Figura 5. Cozimento duas massas Fonte: Sead: UFSCar........................................30

Figura 6. Centrifuga Continua. Fonte : Texas Industrial...........................................34

Figura 7. Relação Temperatura Água x Pureza Mel Final........................................44

Figura 8. Relação Abertura de Tela, Vazão De Água, Carga X Pureza do Mel

Final..........................................................................................................................44

Figura 9. Monitoramento Parâmetros – Pureza Mel Final x Troca de Tela-Situação

1................................................................................................................................47

Figura 10. Gráfico Monitoramento Parâmetros – Pureza Mel Final x Troca de Tela

Situação 1.................................................................................................................47


Situação 2.................................................................................................................48


Situação 3.................................................................................................................49


Situação 4.................................................................................................................50

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Evolução da produção da cultura de cana-de-açúcar no Brasil de 2005 a

2010..........................................................................................................................22

Tabela 2. Descrição dos testes para Padronização do Funcionamento das

Centrifugas Continuas..............................................................................................41

Tabela 3. Resultado dos Testes para Padronização do Funcionamento das

Centrífugas Contínuas.......................................................................................................43

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

Mx = Massa Xarope

Ma= Massa Açúcar

Mmf= Massa Mel Final

Bx = Brix Xarope

Bmf= Brix Mel Final

Px = Pureza Xarope

Pa = Pureza Açúcar

Pmf = Pureza mel Final

IAA- Instituto Açúcar e Álcool

EMBRAPA - Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária

CTC – Centro Tecnologia Canavieira

Brix = Porcentagem Sólidos Solúveis em uma Solução

Pol = Porcentagem em massa de sacarose aparente contida em uma solução

açucarada de peso normal determinada pelo desvio provocado pela solução no

plano de vibração da luz polarizada.

Pureza = Porcentagem de Sacarose contida nos Sólidos Solúveis

LISTA DE ANEXOS

Anexo 1. Modelo De Ficha Para Controle Diário das Centrifugas Continuas.......62

Anexo 2.Controle De Dados . Centrifuga 1..............................................................63

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO.....................................................................................................15

2. REVISÃO BIBLIOGRAFICA................................................................................17

2.1. HISTÓRICO SETOR SUCROALCOOLEIRO.........................................17

2.1.1. Mercado Atual Açúcar no Brasil................................................18

2.2. DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE AÇÚCAR..........19

2.2.1. Matéria Prima............................................................................19

2.2.2. Recepção Matéria Prima (Cana-de-açúcar)..............................23

2.2.3. Descarregamento, Lavagem, Preparo e Extração....................23

2.2.4. Tratamento do Caldo.................................................................25

2.2.5. Evaporação...............................................................................26

2.2.6. Cozimento: Sistema de duas massas.......................................26

2.2.6.1. Conceitos básicos .......................................................27

2.2.6.2. Cozimento de Duas Massas........................................30

2.2.7. Centrifugação Massa B.............................................................32

2.2.7.1. Principio de Funcionamento........................................32

2.2.7.2. Centrífugas Contínuas.................................................33

2.2.7.3. Telas............................................................................35

2.2.7.4. Mel Final......................................................................35

2.3. BALANÇO DE MATERIAL E RENDIMENTO INDUSTRIAL...................36

3. DESENVOLVIMENTO..........................................................................................38

3.1. OBJETIVOS............................................................................................38

3.1.1. Objetivo Geral............................................................................38

3.1.2. Objetivo Especifico....................................................................38

3.2. JUSTIFICATIVA......................................................................................38

3.3. METODOLOGIA, RESULTADOS E DISCUSSÕES...............................39

3.3.1. Abordagem do Problema..........................................................39

3.3.2. Estabelecendo Parâmetros de Funcionamento........................41

3.3.3. Definição, Análise e Coleta de Dados (Pureza e Presença de

Cristais) e Monitoramento das Trocas de Telas..................................45

3.3.3.1. Amostragem.................................................................45

3.3.3.2. Presença de Cristais....................................................46

3.3.3.3. Pureza do Mel Final.....................................................46

3.3.4. Correlação dos Dados com as Trocas de Telas.......................47

3.3.5. Correlação dos dados com Rendimento de Fábrica e Variações

na Pureza do Mel Final........................................................................51

3.3.5.1. Condição 01.................................................................51

3.3.5.1.1. Balanço de Massa – Condição 1....................52

3.3.5.1.2. Recuperação de Fábrica 1 ............................53

3.3.5.2. Condição 02.................................................................54


3.3.5.2.2. Recuperação de Fábrica 2.............................56

3.3.5.3. Condição 03.................................................................56


3.3.5.3.2. Recuperação de Fábrica 3.............................58

3.3.6. Análise Econômica das Condições 01, 02 e 03........................59

3.3.7. Comparativos e Resultados Finais............................................60

4. CONCLUSÂO.......................................................................................................61

5. ANEXOS...............................................................................................................62

6. BIBLIOGRAFIA....................................................................................................64

15

1. INTRODUÇÃO

O objetivo principal de uma Fábrica de Açúcar é extrair o máximo possível de

sacarose contida na cana processada. No entanto ao longo do processo existem

perdas, a saber: perdas bagaço, perdas no lodo, perdas indeterminadas e perdas

no mel final. Embora a redução de cada uma destas perdas seja de grande

importância, as perdas a partir do mel final devido a sua escala e volume são razão

de preocupação técnica dada a tendência de aumento de consumo e cotação de

preço (BRAVO e ALONSO, 2003).

O trabalho foi desenvolvido junto à Raízen Tarumã S.A, empresa que atua

no setor sucroalcooleiro, sendo uma das unidades produtoras de açúcar a álcool da

empresa Raízen, resultado de uma joint venture formada entre a Shell e Cosan. A

unidade Tarumã é responsável por processar anualmente cerca de 4.100.000

toneladas de cana de açúcar, produzir 420.000 toneladas de açúcar cristal, 160.000

m³ de álcool, 2.270 toneladas de levedura para consumo animal e coogerar

210.000 MW de energia elétrica.

Considerando-se que qualquer país que queira permanecer no mercado

internacional como um produtor de açúcar, terá que diminuir os custos de produção

através do aumento de desempenho agroindustrial, tornando seus produtos mais

competitivos (GEPLACEA, 1995).

Dentre deste contexto, o esgotamento do mel final é um ponto estratégico

para aumento da eficiência da fabrica e melhor recuperação dos cristais de açúcar

já produzido que estão envoltos na camada de mel.

Existem diversos fatores que contribuem para inflacionar perdas de açúcar

no mel. Com o passar dos anos, esforços têm sido feitos tanto em laboratórios

quanto em plantas industriais para quantificar e controlar os mecanismos afetando

o aumento de pureza. No momento, vapor e água adicionados são geralmente

mantidos em quantidades mínimas necessárias e temperaturas excessivas de

alimentação são evitadas. Kirby e Atherton (1974) também reportaram tendências

de decréscimo de aumento de pureza em altas taxas de separação.

16

É possível que nas práticas atuais, telas são mantidas além de seu tempo

ótimo de substituição. Isto pode parecer que exista uma economia de dinheiro pela

prática do “vou usar a tela o máximo possível”. Entretanto, o custo por perda extra

de açúcar é muito mais significativo. Substituir telas desgastadas que “aparentam

estar em boas condições” resultará em uma maior economia operacional (E.T

WHITE, CR. GREIC e LK. KIRBY). Monitorar os parâmetros de pureza e presença

de cristais no mel final, identificar e mensurar as perdas e estabelecer um tempo

viável economicamente de troca de tela é o objetivo deste presente trabalho.

17

2. REVISÃO BIBLIOGRAFICA

2.1. HISTÓRICO SETOR SUCROALCOOLEIRO

Há mais de 500 anos, o açúcar tinha valor tão alto quanto o do ouro em toda

a Europa, porque sua produção era limitada a quantidades que não supriam a

demanda do mercado. Assim, o plantio de cana-de-açúcar era um negócio bastante

rentável, mas que não era possível de se realizar na Europa, principalmente, por

questões climáticas. Graças ao domínio da tecnologia naval, os portugueses se

lançaram nas Grandes Navegações em busca de terras. Uma das idéias era plantar

cana nas novas áreas para produzir açúcar. Alguns exemplos são as lavouras nas

ilhas de Cabo Verde, Açores e Madeira. No Brasil, o cultivo começou após a

expedição de Martim Afonso de Souza. A capitania com maior produção era,

inicialmente, a de Pernambuco, de Duarte Coelho, onde foi criado o primeiro centro

açucareiro do País. Depois, o plantio se estendeu para as capitanias da Bahia de

Todos os Santos, São Tomé (Rio de Janeiro) e São Vicente (São Paulo). Embora

mais distantes da Europa, as duas últimas foram as primeiras a lucrar com o

açúcar. Em São Paulo, a cana ocupou a Serra do Mar, com a instalação, em 1532,

do Engenho dos Erasmos, do governador-geral Martim Afonso de Souza. Assim,

começou o primeiro ciclo econômico brasileiro, o “Ciclo da Cana-de-Açúcar” (UNICA).

Manoel (1986, p .129-130) afirma que “[...] até o final da década de 1950 a política

expansionista concentrou-se na ampliação da capacidade produtiva do parque

industrial e da lavoura da cana-de-açúcar”. A partir daí, no entanto, surgiu uma

preocupação com a eficiência dos produtores, que possibilitasse competirem no

mercado internacional, segundo Manoel (1986) o aumento da competitividade

dependia do aproveitamento da capacidade, do grau de eficiência do sistema

produtivo e da estrutura de comercialização.

O Brasil conta, atualmente, com aproximadamente 420 unidades produtoras

de açúcar e álcool. Isso representa uma capacidade instalada para o

processamento de mais de 430 milhões de toneladas de cana, o que pode resultar

na produção de até 18 bilhões de litros e 29 milhões de toneladas de açúcar. Na

atual safra (2011/2012) deverão ser processadas aproximadamente 390 milhões de

toneladas de cana, atingindo 27,5 milhões de toneladas de açúcar e 16,7 bilhões de

litros de álcool. Além disso, deverão ser gerados aproximadamente 3 GWh de

18

energia elétrica, durante as 4.000 horas de funcionamento médio dessas usinas,

dos quais quase 90% utilizados para auto-consumo (UNICA).

O processamento da cana-de-açúcar para a obtenção de açúcar, álcool,

energia e outros produtos é um dos mais complexos e abrangentes processos

industriais, devido à grande interação de áreas e processos, tornando a sua

otimização em busca de máxima eficiência um grande desafio para engenheiros e

técnicos do setor.

2.1.1. Mercado Atual Açúcar no Brasil

O consumo de açúcar no Brasil cresceu expressivamente nos últimos 60

ano, impulsionado, sobretudo, por alterações no padrão de consumo e no

crescimento vegetativo da população. Na década de 1930, o consumo médio anual

de açúcar era de 15 quilos por habitante. Já nos anos 1940, esse número

aumentou para 22. Na década de 1950, o consumo passou a ser de 30 quilos por

pessoa, passando para 32 nos anos 1960. Em 1970, a média era de 40 quilos e,

em 1990, esse índice estabilizou-se em 50 quilos por habitante. Devido a esse

aumento, o Brasil tornou-se um dos maiores consumidores mundiais do produto per

capita. Cada brasileiro consome entre 51 e 55 quilos de açúcar por ano, enquanto a

média mundial por habitante corresponde a 21 quilos por ano. Apesar do alto

consumo per capita, o mercado brasileiro de açúcar ainda pode se expandir com o

aumento do consumo pelo processo de industrialização de produtos alimentícios,

que, comparado ao de outros países, ainda é relativamente baixo. Na década de

2000, o Brasil exportou, em média, 30% da produção, destinou 42% ao consumidor

final interno e 28%, ao segmento industrial (EMBRAPA, 2009).

19

2.2. DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE AÇÚCAR

2.2.1. Matéria Prima

A cana de açúcar, planta que pertence ao gênero Saccharum L, pertencente

à família das gramíneas, é a mais utilizada para a fabricação do etanol. A cana de

açúcar é caracterizada por possuir colmos, com nós bem marcados e entrenós bem

distintos. É composta em média de 75% de água e 25% de matéria orgânica. A

cana de açúcar é constituída de fibra e caldo. A fibra é todo material insolúvel em

água, e o caldo é o conjunto da água e de todos os sólidos solúveis, dele fazendo

parte os açúcares, as cinzas, materiais nitrogenados e outros. (IPT et al., 1990). O

caldo é composto por 82 % de água e 18% de sólidos solúveis (Brix). Os sólidos

solúveis são constituídos de açúcares (Sacarose, Glicose e Frutose) e uma

pequena porcentagem de não açúcares (1 a 2,5%). A figura 1 mostra os

componentes básicos da cana de açúcar.

Figura 1. Componentes Básicos Cana de Açúcar

20

A produção de cana-de-açúcar se concentra nas regiões Centro-Sul e

Nordeste do Brasil. O mapa abaixo mostra em vermelho as áreas onde se

concentram as plantações e usinas produtoras de açúcar, etanol e bioeletricidade,

segundo dados oficiais do IBGE, UNICAMP (Universidade Estadual de Campinas –

SP) e do CTC (Centro de Tecnologia Canavieira).

Figura 2. Mapa Plantações Cana-de-açúcar

Usando também dados do IBGE, verifica-se que o estado de São Paulo é

responsável por mais da metade da produção brasileira:

21

Unidade da Federação

Safra 2005 (t)

Safra 2006 (t)

Safra 2007 (t)

Safra 2008 (t)

Safra 2009 (t)

Safra 2010 (t)

Participação em 2010

São Paulo 254.809.756 289.299.376 329.095.578 386.061.274 408.451.088 426.572.099 59,46%

Minas Gerais 25.386.038 32.212.574 38.741.094 47.914.898 58.384.105 60.603.247 8,45%

Paraná 29.717.100 33.917.335 45.887.548 51.244.227 53.831.791 48.361.207 6,74%

Goiás 15.642.125 19.049.550 22.387.847 33.112.209 43.666.585 48.000.163 6,69%

Mato Grosso do Sul 9.513.818 12.011.538 15.839.993 21.362.034 25.228.392 34.795.664 4,85%

Alagoas 23.723.803 23.497.027 24.993.144 29.220.000 26.804.130 24.352.340 3,39%

Pernambuco 17.115.218 17.595.676 19.637.061 20.359.720 19.445.241 19.704.071 2,75%

Mato Grosso 12.595.990 13.552.228 15.000.313 15.850.786 16.209.589 14.564.724 2,03%

Rio de Janeiro 7.554.495 6.835.315 5.965.446 6.582.623 6.481.715 6.394.477 0,89%

Bahia 5.592.921 6.150.367 6.279.183 5.689.329 4.630.196 5.868.709 0,82%

Paraíba 4.975.797 6.059.030 6.222.223 6.297.179 6.302.570 5.646.151 0,79%

Espírito Santo 4.240.922 4.206.342 4.436.412 5.176.445 5.249.775 5.314.685 0,74%

Rio Grande do Norte

3.286.428 3.391.184 3.836.626 4.105.299 4.259.996 3.962.017 0,55%

Maranhão 1.968.414 2.306.456 2.440.358 3.005.774 2.824.701 3.176.531 0,44%

Sergipe 1.777.372 1.924.975 2.401.966 2.429.603 2.607.155 2.994.819 0,42%

22

Unidade da Federação

Safra 2005 (t)

Safra 2006 (t)

Safra 2007 (t)

Safra 2008 (t)

Safra 2009 (t)

Safra 2010 (t)

Participação em 2010

Ceará 1.787.126 1.617.003 2.251.239 2.270.816 2.323.937 2.306.004 0,32%

Rio Grande do Sul 908.930 1.166.717 1.426.978 1.431.081 1.254.475 1.503.000 0,21%

Piauí 647.675 640.707 779.482 778.084 859.513 779.084 0,11%

Tocantins 161.873 193.390 202.620 392.071 664.284 715.317 0,10%

Pará 505.348 618.316 677.844 574.660 698.845 668.738 0,09%

Santa Catarina 601.869 660.333 734.562 756.803 699.068 422.014 0,06%

Amazonas 340.027 349.847 343.302 365.983 368.050 341.186 0,05%

Rondônia 49.228 86.870 55.302 207.438 253.277 233.527 0,03%

Acre 25.690 35.248 37.138 52.609 38.650 107.251 0,01%

Distrito Federal 25.638 29.756 30.335 54.661 66.248 69.475 0,01%

Amapá 1.755 2.205 2.430 3.200 1.395 4.146 0,00%

Roraima 1.290 1.290 1.290 1.376 1.376 1.455 0,00%

Brasil 422.956.646 477.410.655 549.707.314 645.300.182 691.606.147 717.462.101 100,00%

Evolução da produção da cultura de cana-de-açúcar no Brasil de 2005 a 2010 - IBGE

Tabela 1. Evolução da produção da cultura de cana-de-açúcar no Brasil de 2005 a 2010

23

2.2.2. Recepção Matéria Prima (Cana-de-açúcar)

A etapa industrial inicia-se com a pesagem, onde os caminhões que

transportam a cana-de-açúcar até a usina. O caminhão passa pela balança e

durante a pesagem algumas cargas são sorteadas aleatoriamente através de

sistema informatizado, para análise do teor de açúcar e impurezas minerais. O

caminhão sorteado segue para a retirada da amostra onde o mesmo passa pelo

laboratório PCTS (pagamento de cana pelo teor de sacarose), onde através de uma

sonda (vertical ou obliqua) é coletada amostras para determinar o Brix, Pol, AR,

ART, ATR, e Impurezas Minerais. No mínimo 20% da cana própria são analisada e

100% das canas compradas. É através desta análise que é feito o pagamento da

cana (HUGOT, 1977).

2.2.3. Descarregamento, Lavagem, Preparo e Extração

Após a realização das amostragens, os caminhões seguem para a área de

descarregamento e moagem, onde é efetuada a descarga com guinchos hyllo, que

descarregam a cana diretamente na mesa alimentadora que tem por função facilitar

a lavagem e conduzir a cana até a área de extração (moenda).

A grande parte das impurezas minerais (terra) que vem com a carga do caminhão

do campo, é removida na mesa alimentadora, que utiliza água para lavagem da

matéria-prima. A mesa alimentadora trata-se de um equipamento fixo, inclinado a

um ângulo de 45 graus, para aumentar eficiência de lavagem, construído por vigas

e chapas metálicas, tendo aproximadamente 11 metros de largura, 6 de altura por 6

de comprimento. A cana é conduzida na mesa por arrastadores presos a diversas

correntes metálicas especiais, movidas através de engrenagens fixas a um eixo

principal, acionado por conjunto moto-redutor elétrico. (HUGOT, 1977)

Hugot (1977) afirma que após a cana lavada, a mesma é lançada a uma esteira

metálica denominada esteirão de cana, pertencente ao sistema de extração, com a

finalidade de conduzi-la até o preparo. A esteira é horizontal de pequena inclinação,

que direciona a cana ao nivelador, picador e desfibrador, caracterizando o preparo

da cana esta etapa operação mais importante realizada antes da extração, a sua

24

eficiência é medida pela eficiência de quebrar e abrir a estrutura da cana em maior

número possível de células da cana, onde se localiza o açúcar, facilitando sua

retirada por esmagamento nas moendas. Esta operação exige grande potência dos

equipamentos envolvidos (niveladores, picadores e desfibradores), devido à

quantidade de cana e ao sistema utilizado (atrito e choque mecânico), para picar e

desfibrar a manteria-prima. Depois da preparação a cana cai em uma esteira de

borracha e passa pelo eletroímã onde é eliminado as partículas magnética contida

na cana, logo em seguida se inicia a alimentação dos conjuntos de extração de

caldo do tipo ternos de moenda, cada conjunto de moenda é composto por seis

ternos, cada terno possui de três a cinco rolos, que caracterizam-se pela extração

do caldo por esmagamento ou prensagem, ou seja, submetem a cana desfibrada a

uma pressão mecânica muito grande, que aumenta a medida que o mesmo é

extraído após passar por cada terno sucessivamente. A eficiência deste processo é

de grande importância para a minimização das perdas, pois no bagaço resultante

da prensagem se concentra cerca de 3 a 4% da perda de açúcar (PAYNE, 1989).

Fernandes (2003) descreve a grande perda decorrente do processo de

moagem, onde podemos citar fatores que interferem diretamente nos resultados

tais como, regulagem da moenda para as condições operacionais da usina,

constância na alimentação da cana, fibra da cana, impurezas minerais na cana,

limpeza e assepsia freqüentes, esteirão e das chapas do preparo para minimizar as

perdas microbiológicas, vedações, volume e temperatura da água de embebição

proporcional à cana moída e fibra%cana, avaliação rotineira da extração terno a

terno, regularidade da operação (aproveitamento de tempo), acionamentos dos

rolos (pressão do vapor), estado dos rolos (soldas de enchimento) – procedimento,

umidade e pol do bagaço gerado – amostragem contínua e representativa, rotação

das moendas.

O bagaço resultante da moagem é levado por uma esteira até as caldeiras

onde é utilizada como matéria-prima para a mesma, onde é queimado para

produção de vapor, o bagaço que sobra é enviado para o depósito ao ar livre e fica

a disposição para retornar ao processo quando necessário, sendo assim é mantido

um estoque estratégico para o iniciar a próxima safra, o vapor produzido pela

caldeira alimenta as turbinas para movimentação de maquinas e turbo – geradores

que produzem energia para o consumo interno necessário para a fabricação de

açúcar e álcool e a co-geração junto à concessionária, sendo assim o vapor de

25

escape produzido pelas turbinas e geradores é utilizado para no processo de

aquecimento evaporação e cozimento de açúcar e também na produção de álcool

(FERNANDES, 2003).

2.2.4. Tratamento do Caldo

O tratamento do caldo se inicia através da sulfitação, que consiste na adição

de dióxido de enxofre (SO2) no caldo. O dióxido de enxofre tem por finalidade

eliminar as matérias corantes e transformar em compostos férricos incolores os sais

férricos que o contato com a moenda e tubos possa ter formado. A sulfitação

apresenta varias vantagens como: decantação mais rápida, melhor cristalização,

melhoramento nítido da cor do açúcar, diminuição no tempo de cozimento e

pequeno aumento na capacidade das centrifugas. Após a sulfitação o caldo segue

para a calagem onde recebe a adição de leite de cal para neutralizar o pH e ajudar

na próxima etapa (decantação) através da coagulação de matérias orgânicas e

pécticas (HUGOT,1977).

Antes de seguir para a etapa de decantação o caldo passa por aquecimento

onde o mesmo é aquecido a 105ºC. O aquecimento tem por finalidade completar as

reações químicas (flocular as impurezas insolúveis e remover gases) e esterilizar o

caldo.Para a eficiente eliminação dos gases é feito “flasheamento” do caldo na

entrada do decantador, se o mesmo não ocorre, as bolhas de gás que estão

aderidas aos flocos reduzem a velocidade de decantação (PAYNE, 1989).

Após tratamento e aquecimento o caldo é direcionado ao decantador onde é

realizado a decantação. Na decantação são retiradas as impurezas presentes que

se precipitam para o fundo do meio em que se encontram, o caldo sobe lentamente

pelo equipamento em direção a saída, enquanto a sujeira mais pesada desce em

direção ao raspador. A decantação é ainda acelerada pela adição química de

polímeros floculantes, que aglutinam e aumentam o peso das impurezas

suspensas, precipitando-as mais rapidamente. Os resíduos resultantes da

decantação é denominado lodo, o mesmo é bombeados para os filtros prensa e/ ou

rotativo onde é filtrado para se extrair o máximo de açúcar ainda presente. Nesta

etapa do tratamento do caldo é onde se concentra as perdas de torta de filtro, de

uma maneira geral a perda determinada neste setor é verificada através da pol ou

ART na torta (PAYNE, 1989).

26

2.2.5. Evaporação

Segundo PAYNE,1989, a evaporação realiza a primeira etapa no processo

de recuperação do açúcar no caldo.A prática usual é concentrar o caldo clarificado

até cerca de 65ºBrix , o que requer a remoção de aproximadamente 75% de água.

A necessidade de economia de vapor obriga o uso do principio de múltiplo efeito. A

seção de evaporação também fornece a água condensada para alimentar as

caldeiras. O químico norte-americano Norbert Rillieux , nascido na Lousiana, foi o

responsável pela invenção da evaporação de múltiplos efeitos em 1834, que

revolucionou a indústria açucareira mundial e também a indústria química.

2.2.6. Cozimento: Sistema de duas massas

Segundo (Hugot, 1977), quando os caldos são concentrados, sua viscosidade

aumenta rapidamente com o Brix e quando este alcança 78 a 80º, os cristais

começam a aparecer e a constituição da massa transforma-se: passa

progressivamente do estado liquido a um estado meio solido, meio liquido,

perdendo cada vez mais sua fluidez, e , conseqüentemente, sua manipulação se

modifica completamente. Torna-se “massa cozida”.Semelhantes a um evaporador

do conjunto de múltiplo efeito, os cozedores são independentes e cada um acha-se

ligado a um condensador e a uma bomba de vácuo.Trabalham em torno de 60ºC,

num vácuo de 62 – 65 cm Hg.Os cozedores têm fundo cônico, visando facilitar a

descarga da massa cozida. Devem ser retos, para reduzir pontos mortos e facilitar

a circulação da massa;

27

Figura 3. Movimento da massa cozida no interior de um tacho de cozimento

Fonte Sead:UFSCar 2.2.6.1. Conceitos básicos É preciso entender o sistema de cozimento em duas massas, para

dimensionar a importância da recuperação de açúcar presente no mel final. Alguns

conceitos básicos devem ser citados. Segundo Hugot, 1977 a velocidade da

cristalização se deve a diversos fatores como: viscosidade, temperatura,

supersaturação e pureza licor mãe.

Viscosidade : depende da pureza e da qualidade da matéria prima, sendo difícil

interferir diretamente para a redução da viscosidade na hora de cristalizar, a não

ser com a aplicação de produtos químicos chamados de “lubrificantes de massa”.

Portanto, temos a viscosidade como um fator que podemos interferir pouco quando

desejamos trabalhar com um alto esgotamento de açúcar na fábrica.A viscosidade

28

diminui à medida que se aumenta a temperatura do mel a cristalizar. E, quanto

maior for a viscosidade do mel, mais lenta será a cristalização (STEFANI,2000).

Temperatura diminuição de coeficiente de saturação (SS). Se a temperatura

diminui, é preciso aumentar SS para manter a velocidade de cristalização. A

velocidade de cristalização é a mesma nas seguintes condições: SS = 1,25 a

70ºC; 1,30 a 60ºC e 1,35 a 50ºC; 1,40 a 40ºC.

Supersaturação: De acordo com STEFANI,2000 Quando um mel qualquer é

concentrado em um cozedor, em determinado momento atinge o seu ponto de

saturação. A partir deste ponto, os cristais não aparecem imediatamente, e se

forem adicionados cristais já formados, estes se desenvolverão. A solução neste

ponto é chamada então de “Supersaturada”. Continuando a concentrar o mel,

este passará da zona supersaturada para a “Zona Lábil”, na qual os cristais

existentes continuarão se desenvolvendo e haverá a formação espontânea de

novos cristais. Resumindo, podemos ter o mel em três zonas diferentes de

concentração, de acordo com o Gráfico abaixo, sendo:

� Zona Insaturada - Não há a formação espontânea de cristais e os cristais

adicionados se dissolvem.

� Zona Metaestável - Não há a formação espontânea de cristais e os cristais

adicionados se desenvolvem (cristalização).

� Zona Lábil - Há a formação espontânea de cristais e os cristais existentes

se desenvolvem rapidamente.

29

Coeficiente de Supersaturação (SS) : A velocidade de absorção da sacarose pelos cristais é

proporcional ao quadrado da supersaturação. Na prática, o valor de SS não deve ultrapassar 1,44,

acima do qual a cristalização se realiza de modo desordenado, com abundante formação de falso

cristal.

Figura 4. Curva de Supersaturação – Sacarose Pura Fonte : Esalq-USP

Pureza Licor Mãe : A velocidade de cristalização diminui rapidamente quando a

pureza do licor mãe diminui. Por este motivo, um cozimento de baixa pureza exige

mais tempo que uma massa cozida de primeira.

(sac./ água)sol.sup.sat. (massa sac.%água na sol.sup.sat.)ss

(sac./ água)sol.sat. (masssac.%água na sol.sat.)= =

Curvas de Supersaturação - Sacarose Pura

240

260

280

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

500

50 60 70 80 90 100

Temperatura (C)

par

tes

de

Sac

aro

se /

100

par

tes

de

agu

a

1,0 SS

1,2 SS

1,3 SS

INSATURADO

ZONA METAESTÁVEL

ZONA DE SUPERSATURAÇAO

ZONA INTER.

30

2.2.6.2. Cozimento de Duas Massas

Figura 5. Cozimento duas massas Fonte: Sead: UFSCar

O sistema de cozimento de duas massas se inicia com o “pé” de Magma. O

Magma possui cristais 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

(RIBEIRO,1999). Depois de puxado para o cozedor de massa A , o Magma deve ser

lavado por alguns minutos com água quente para dissolver pequenas pontas de

cristais que se quebram nas centrífugas contínuas. Isso deve ser feito reduzindo-se

a concentração do magma por um período de aproximadamente 5 minutos abaixo

da linha de saturação, com acompanhamento visual através da sonda. Depois de

terminada a lavagem, começa-se a alimentação com xarope, concentrando a

massa cozida lentamente para evitar a formação espontânea de cristais, até atingir

uma consistência firme. O cozimento deve ser conduzido com uma concentração

31

firme, de modo que o mel que envolve os cristais esteja sempre supersaturado para

forçar a deposição da sacarose dissolvida nos cristais, como ocorre na massa B.

Isso garantirá um melhor esgotamento na massa A, obtendo mel pobre com pureza

mais baixa e menor volume. O mel rico deve ser utilizado sempre no final do

cozimento porque os cristais já estão completamente formados, o que impedirá

uma elevação na cor do açúcar. A concentração final da massa A deve ser de 92 a

93 °Brix, devendo chegar às centrífugas automáticas com 91,5 a 92 °Brix. A

concentração cai após a lavagem do vácuo com vapor (STEFANI,2000).

A massa A é direcionada para as centrifugas automáticas que tem a função

de separar o mel que envolve os cristais de açúcar em uma massa cozida. Os

licores mãe, obtido de sua centrifugação, são denominados mel rico e mel pobre, a

parte sólida, açúcar de primeira. O mel pobre é obtido antes da adição de água e

vapor na centrífuga. O mel rico é separado após estas adições. O mel rico ainda

contém alta concentração de açúcar passível de ser cristalizado. Por essa razão

retorna para o cozimento junto com o xarope, e o mel pobre é utilizado no

cozimento de uma segunda massa, denominada massa B que resultará no Magma,

que é utilizado como pé de cozimento para a massa A (RIBEIRO ,1999).

O cozimento de massa B consiste em esgotar a sacarose do mel pobre extraído da

massa A, que contém uma pureza média de 60%. Este cozimento tem inicio com o

a concentração do mel pobre até uma determinada supersaturação, onde será

introduzido a semente (cristais preparados em laboratório com tamanho médio de

0,1 milímetro) que ao crescerem esgotam a sacarose do licor mãe (mel pobre). Ao

final do cozimento o açúcar de segunda (Magma) deve ter tamanho médio de 0,3

milímetros que está mistura ao seu licor mãe (mel final) que deve estar com uma

pureza menor cerca de 30 a 40%. O licor mãe obtido da centrifugação da massa B

é denominado mel final, objeto deste estudo, que pode ser armazenado e enviado

para produção de etanol e o açúcar de segunda denominado magma retorna ao

processo como pé de cozimento para a massa A. (RIBEIRO,1999).

32

2.2.7. Centrifugação Massa B

2.2.7.1. Principio de Funcionamento

“Em nenhuma etapa do processamento, tanto açúcar pode ser perdido tão

rapidamente e com pouco ou nenhum aviso” (PAYNE, 1992).

Nesta etapa se separa a parte sólida das massas (cristais de sacarose)

da parte líquida (mel). No mel estão presentes muitas impurezas, além de

açúcares dissolvidos (glicose, sacarose e frutose). Dependendo da massa a ser

centrifugada têm-se diferentes açúcares e méis (HUGOT,1977). Na centrifugação

da massa B obtém-se o mel final e o magma (açúcar de segunda).

Uma partícula em movimento linear continuará em velocidade constante e uniforme

senão for influenciada por forças externas. Quando uma partícula é submetida a

uma força centrífuga (g) para isolar partículas suspensas em seu meio, seja da

forma em lotes ou fluxo contínuo, esta sedimentação é forçada (NEVES,2010).

O princípio de funcionamento da centrifuga é baseado no emprego da força

centrífuga e na de gravidade entre si, massa cai no fundo da centrífuga e procura

as paredes, quando se inicia a separação do mel (AGUIAR,USP).

Força centrífuga = Fc = m.W².R Fc = kgf; m = kg; W = velocidade angular radianos R = raio centrífuga Força gravidade = Fg = m.g Fg = kgf;

m = kg;

g = aceleração da gravidade, 9,81m/s²

Quanto maior for o número de rotações por segundo, maior será a força centrífuga

aplicada na partícula e, quanto maior o raio da circunferência, maior a força

centrífuga. A força centrífuga relativa (FCR) pode ser calculada por (NEVES,2000):

33

F CR = 1,118. 10 -5 * R * N 2

Onde:

R é o raio de centrifugação, em centímetros

N a velocidade de centrifugação em rotações por minuto (rpm).

A unidade de medida da força centrífuga relativa é o "g", sendo 1g equivalente à

aceleração da gravidade na superfície da terra. Usualmente mede-se a velocidade

de centrifugação em rotações por minuto (rpm), apesar de tratar-se de uma

informação indireta da eficiência da centrifugação (AGUIAR,USP).

2.2.7.2. Centrífugas Contínuas

De acordo com PAYNE,1989, as centrifugas continuas são instaladas para

substituir as centrifugas em batelada (automáticas), na maioria das instalações de

baixa pureza, as centrifugas continuas tem custo inicial baixo, maior capacidade e

menor consumo de potencia. A desvantagem é que fornecem um mel final com

pureza mais alta, em media de 1 a 2 pontos, mas substancialmente maior se não

houver controle adequado.

Um valor bastante razoável para se obter na redução de pureza entre a

massa B e o mel final é da ordem de 18 pontos (BIG TECNOLOGIA, 2008).

A centrifuga continua basicamente é constituída por um cesto cônico e duas

câmaras onde são coletadas as duas fases resultantes da separação. O cesto

girando a alta rotação gera forças centrífugas que atuam na massa que é

alimentada continuamente pelo centro do cesto. Em função desta força centrifuga o

mel é forçado a passar através dos furos da tela e os cristais são direcionados para

o topo do cesto cônico onde são coletados e direcionados para a linha de processo

(BIG TECNOLOGIA, 2008).

34

Figura 6. Centrifuga Continua. Fonte : Texas Industrial

A quebra de cristais produz poeiras de açúcar que passam com o mel final

através da tela. Em geral, os cestos das centrifugas continuas possuem ângulo de

cerca de 30º em relação a vertical e giram a cerca de 2.200 rpm. As telas são

geralmente de cromo depositado e tem perfurações de dois tipos: circular e fenda.

O padrão para perfuração circular é de 0,125 mm de diâmetro. Para perfuração do

tipo fenda, o costumeiro é 0,06 mm de largura e 1,6 mm de comprimento. Embora

ambos os tipos de perfuração aumentam de tamanho com o desgaste, as

perfurações do tipo fenda estão sujeitas a se deformarem para uma forma elíptica,

resultando em alargamento consideravelmente maior. As centrifugas costumam ter

distribuidores para aplicação de água e vapor na face interna do cone.Ambos são

difíceis de manter em condições de fluxo ótimo e, a não ser com grande atenção e

performance – que é a remoção do mel sem perda de açúcar- varia bastante

(PAYNE, 1989).

De acordo com MILNER,2008, existem alguns fatores que determinam o

bom rendimento da centrifugação sendo eles :

- Alimentação com fluxo continuo,

- Respeitar a velocidade de alimentação de acordo com as características da

massa cozida

- Tela adequada ao uso

- Controlar vibrações excessivas

35

- Trabalhar com cesto "totalmente carregado". É extremamente importante para o

melhor funcionamento do centrífuga contínua, mas é muitas vezes o termo mais

incompreendido. O "cesto totalmente carregado" não é a capacidade máxima da

centrífuga ou a carga máxima do motor, é a carga máxima da centrífuga na purga

com pouca ou nenhuma água adicionada e ainda com produção de açúcar

aceitável.

2.2.7.3. Telas

A condição física e mecânica das telas das centrífugas contínuas é bastante

importante no que tange: Recuperação e Esgotamento do Mel Final ; Condição

física dos cristais de Magma (Qualidade final do Açúcar) (CALICHMAN,2011). São construídas em aço níquel-cromo, com furações de 0,06 e 0,09 mm de

diâmetro. As superfícies de trabalho muito lisas das chapas de níquel puro são

cromadas para obter uma maior duração e o deslocamento suave dos cristais de

açúcar. As aberturas se alinham para adaptar-se na direção de deslocamento dos

cristais de açúcar e obter a máxima capacidade e bons resultados de pureza

(EXPAMETAL).

2.2.7.4. Mel Final

O mel final constitui-se no principal subproduto da indústria do açúcar, sendo

produzido na proporção de 40 a 60 quilos por tonelada de cana processada. No

Brasil, devido ao elevado teor de açúcares totais e demais componentes, o melaço

é utilizado, principalmente, na fabricação de álcool etílico, sendo aproveitado,

também, em outros processos biotecnológicos como matéria-prima para a

produção de proteína, rações, levedura prensada para panificação, antibióticos,

entre outros (EMBRAPA,2005).

36

2.3. BALANÇO DE MATERIAL E RENDIMENTO INDUSTRIAL

“Na natureza nada se cria e nada se perde, tudo se transforma”.Esta é AA lei

sobre a qual estão baseados todos os balanços de massa (Lei da conservação da

massa / Lei de Lavoisier).Alguns passos são recomendados para equacionar um

problema envolvendo trânsito de massa (FERREIRA,2010):

• Formar um diagrama detalhado do processo;

• Delimitar a parte do processo que será estudada;

• Quantificar todas as correntes conhecidas e seus constituintes;

• Reunir todas as equações possíveis, relacionando todos os constituintes de

todas as correntes;

• Reunir informações complementares;

• Escolher uma Base de Cálculo para iniciar os Balanços;

O tempo investido na coleta de informações e compreensão do problema,

previne o tempo gasto na correção ou reinício do problema (FERREIRA,2010).O

Rendimento Industrial é utilizado quase que exclusivamente como referencia para a

comparação da performance entre usinas e safras diferentes e o mesmo teve

varias modificações e diferentes formulas durantes os anos. Para estabelecer leis

nessas comparações industriais em31 de maio de 1978, o Instituto do Açúcar e

Álcool determinou através da Resolução nº2/78 a seguinte normativa sobre

rendimentos industriais: K= Ru/Re onde:

K= relação entre o rendimento da unidade industrial (Ru) e o rendimento verificado

no Estado em que se encontra a unidade referida (Re). O rendimento industrial

praticamente relaciona a quantidade de sacarose que entrou e a que saiu do

sistema de forma convertida. Varias formulas foram introduzidas para a

determinação desse rendimento pelo IAA e CTC (FERREIRA,2010).

37

Rendimento Industrial IAA - RI-IAA

0,8281 x A x 50 x Pol + 1,4728 x L

RI-IAA = --------------------------------------------- kg/t cana

C x 0,993

Rendimento Industrial STAB RI-STAB

0,867 x A x 50 x Pol + 1,416 x L

RI-STAB = -------------------------------------------- kg/t cana

C x 0,993

Rendimento Industrial Total STAB RIT-STAB

A x 50 x Pol + 1,630 x L

RIT-STAB = -------------------------------- kg/t cana

C x 0,993

Rendimento Industrial Total Copersucar RIT-COP

A x 50 x Pol + 1,467 x L

RIT-COP = --------------------------------- kg/t cana

C x 0,993

38

3. DESENVOLVIMENTO

3.1. OBJETIVOS

3.1.1. Objetivo Geral

Estudar a viabilidade da substituição das telas das centrifugas continuas

através da obtenção e análise de dados em relação à presença de cristais e pureza

do mel final, visando estabelecer uma relação entre o intervalo de tempo entre as

trocas de tela que proporcione melhor rendimento e recuperação do açúcar

presente no mel final, reduzindo perdas e otimizando o processo.

3.1.2. Objetivo Específicos

a) Obtenção de dados (pureza, presença de cristais) através de análises físico-

químicas;

b) Correlação dos dados com as trocas de tela;

c) Estudo de viabilidade econômica.

3.2. JUSTIFICATIVA

Otimizar o processo de fabricação de açúcar obtendo o maximo de

rendimento é um dos desafios enfrentados hoje pelo setor sucroalcooleiro.

O mercado em constante oscilação, através da lei da oferta e procura,

determina o produto mais rentável a se produzir (açúcar, álcool). A indústria

sucroalcooleira vem se adaptando a essa realidade estabelecendo métodos para

melhorar a eficiência em produção variando entre os dois processos (fabricação de

açúcar, fabricação álcool).

O mel final derivado da centrifugação da massa B possui em sua

composição uma porcentagem de açúcar variando entre 55% a 75%, o mesmo é

destinado a fabricação do álcool porém se o preço do açúcar estiver em alta a

empresa perde em lucratividade. Visando o esgotamento Maximo desse mel , a

troca de tela das centrifugas é essencial para garantir parâmetros aceitáveis de

39

pureza (em torno de 58%), no entanto a tela gera uma despesa a mais para a

empresa. Estabelecer a viabilidade dessa troca comparando o valor obtido através

do açúcar recuperado e o custo das telas é objetivo desse presente estudo.

3.3. METODOLOGIA, RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.3.1. Abordagem do Problema

No Brasil quase não há trabalhos específicos relacionados a determinação

da vida útil das telas das centrifugas continuas visando a eficiência da fabrica e

analise econômica, no entanto este fator é preponderante para a eficiência da

usina. Durante o estagio, através de pesquisa relacionado ao tema, conheci o

trabalho de E.T WHITE, CR. GREIC e LK. KIRBY da Universidade de Queensland,

estado da Austrália. Queensland é responsável por 94,2 de todo açúcar bruto

produzido no país,no qual 85% segue para exportação, atualmente o estado possui

26 usinas (JOHNSTON, Selwyn). Os autores abordaram de acordo com a realidade

do país a maneira mais viável economicamente para a troca de telas das

centrifugas continuas. O artigo “Economics of Screen Replacement” atuou como

inspiração para o desenvolvimento do presente trabalho no qual procuramos

adaptar para a realidade brasileira abordando variáveis tecnicamente viáveis e

rápidas para serem avaliadas e monitoradas (pureza e ausência de cristais) e

através deste estudo estabelecer o melhor tempo de troca de tela economicamente

viável.

Considerando uma centrifuga sendo alimentada a uma taxa constante

equivalente a M toneladas de massa por mês.Seja S = perda de açúcar com o mel

final, em unidades de toneladas de açúcar por toneladas de massa inicialmente

alimentada na centrífuga, incluindo qualquer açúcar extra dissolvido por água bem

como cristais finos (não visíveis a olho nu) passando pelas telas.

Com novas telas, temos a perda de açúcar = So. Assim Y= S – So sendo Y o

açúcar extra perdido. Este será devido ao desgaste da tela, desde que as perdas

por dissolução com água e vapor se mantenham constantes.

40

Durante um período de tempo t (meses), a perda média de açúcar, é dada

por:

A perda média extra de açúcar depende do jeito que será o desgaste da tela,

isto é, como y muda com o tempo. Existe pouco material publicado para as atuais

operações de usina, assim um caso ideal facilmente manipulado será considerado,

onde as perdas extras de açúcar aumentam com o tempo em função de uma lei de

potência.

Quando n=1, tem-se um caso linear, onde a perda de açúcar aumenta

firmemente. Para n>1. Inicialmente a perda aumenta devagar, logo mais

rapidamente para o fim. Este provavelmente o caso mais parecido com a realidade.

Estas tendências são mostradas na figura 2 para n=1 , 2 ,3. Para dar uma

base de tempo comum para todos os casos, eles foram expressos em termos de T,

o tempo, em meses, para um aumento de 1% na perda extra de açúcar (Istoé, de

0,01 tonelada extra de açúcar por tonelada de massa alimentada).

Logo equação (2) se torna,

De (1), a perda média de açúcar durante o período t é

Onde y é a perda extra de açúcar no tempo t. Para o caso linear (n=1), a média é, como esperada, metade do valor final.

41

3.3.2. Estabelecendo Parâmetros de Funcionamento

Para o desenvolvimento do trabalho foi estabelecido um plano que

abordasse a situação como um todo. Num primeiro momento realizamos testes

com intuito de descobrir a melhor situação de operação das centrifugas continuas.

Para isso foram elaboradas uma seqüência de testes abordando todas as variáveis

envolvidas e o cruzamento entre as mesmas, conforme tabela abaixo.

Teste Abertura de tela (mm) Abertura Válvula Água (%) Carga (A) Temperatura da água

1 0,06 25 100 Fria

2 0,06 25 100 Quente

3 0,06 25 110 Fria

4 0,06 25 110 Quente

5 0,06 25 120 Fria

6 0,06 25 120 Quente

7 0,06 50 100 Fria

8 0,06 50 100 Quente

9 0,06 50 110 Fria

10 0,06 50 110 Quente

11 0,06 50 120 Fria

12 0,06 50 120 Quente

13 0,06 75 100 Fria

14 0,06 75 100 Quente

15 0,06 75 110 Fria

16 0,06 75 110 Quente

17 0,06 75 120 Fria

18 0,06 75 120 Quente

19 0,09 25 100 Fria

20 0,09 25 100 Quente

21 0,09 25 110 Fria

22 0,09 25 110 Quente

23 0,09 25 120 Fria

24 0,09 25 120 Quente

25 0,09 50 100 Fria

26 0,09 50 100 Quente

27 0,09 50 110 Fria

28 0,09 50 110 Quente

29 0,09 50 120 Fria

30 0,09 50 120 Quente

31 0,09 75 100 Fria

32 0,09 75 100 Quente

33 0,09 75 110 Fria

34 0,09 75 110 Quente

35 0,09 75 120 Fria

36 0,09 75 120 Quente

Tabela 2. Descrição dos testes para Padronização do Funcionamento das Centrifugas

Continuas

42

Ao todo forma 36 combinações diferentes, alternado as seguintes variáveis:

• Abertura de Tela 0,06 mm;

• Abertura de Tela 0,09mm;

• Carga 100 A;

• Carga 110 A;

• Carga 120 A;

• Abertura Válvula de Água em 25%;



• Temperatura Água: Quente;

• Temperatura Água Fria.

E analisando os produtos envolvidos:

• Massa B : Brix, Cor e Pureza;

• Magma : Brix , Cor e Pureza;

• Mel Final: Brix e Pureza;

Obtendo-se os seguintes dados: Teste

43

Teste Massa B_ Brix Massa B_Pureza Massa B_Cor Mel Final_Brix Mel Final_Pureza Magma_Brix Magma_Pureza Magma_Cor

1 90,6 81,85 13260 85,2 63,19 89,4 96,21 3453

2 91,2 80,65 13549 85,8 63,1 98,4 94,91 4374

3 90,6 81,85 13260 84,6 63,07 90 96,31 3957

4 91,2 80,65 13549 86,4 62,39 98,4 94,24 4420

5 90,6 81,85 13260 85,2 63,19 93,6 94,35 4842

6 91,2 80,65 13549 85,8 62,4 98,4 93,92 4795

7 89,4 82,07 14534 80,4 65,39 73,8 98,93 1747

8 89,4 82,07 14534 81,6 68,06 90 99,23 1392

9 89,4 82,07 14534 80,4 68,25 91,8 98,11 2602

10 88,8 81,2 14654 81,6 68,95 87 98,75 2195

11 88,8 81,2 14654 81 68,19 90,6 97,67 2648

12 88,8 81,2 14474 81,6 67,83 89,4 97,36 2967

13 88,2 80,99 13723 72 67,64 86,4 92,34 5794

14 88,2 80,99 13723 79,2 68,67 85,8 98,69 1932

15 88,2 80,99 13723 72 66,46 87 91,49 6036

16 88,2 80,99 13723 80,4 66,52 85,2 96,48 2909

17 88,2 80,65 14074 72,6 65,33 87 92,75 5506

18 88,2 80,72 13723 80,4 68,47 91,8 92,18 4983

19 89,4 82,41 12860 83,4 64,7 82,8 94,31 4234

20 89,4 82,41 12860 83,4 65,43 81,6 93,03 4654

21 89,4 82,41 12860 83,4 65,57 85,2 95,91 3362

22 89,4 82,41 12860 82,8 65,9 84,6 94,3 4234

23 90,6 82,19 13031 83,4 65,79 88,2 94,64 3727

24 89,4 81,06 13376 82,8 66,49 87,6 94,66 4327

25 91,2 79,46 16365 81,6 60,94 84 93,61 6181

26 91,2 79,46 16365 81,6 60,65 83,4 91,09 7868

27 91,2 79,46 16365 84 70,79 79,8 87,32 10639

28 91,2 78,66 16303 81 63,63 82,8 91,1 7615

29 91,2 79,66 15446 81 61,24 84,6 91,23 7868

30 91,2 79,66 15446 81,6 62,13 86,4 94,3 5746

31 90 79,04 15974 74,4 63,75 86,4 99,55 1629

32 90 79,04 15974 78 65,23 88,8 99,58 1495

33 90 79,04 15974 75 63,56 87 99,7 1764

34 89,4 79,23 15662 79,2 66 88,2 99,44 2353

35 91,2 79,26 16225 76,8 62,94 89,4 98,37 2536

36 91,2 79,26 16225 78,6 64,96 89,4 98,98 2126

Tabela 3. Resultado dos Testes para Padronização do Funcionamento das Centrifugas

Continuas.

Após a aplicação dos testes e análises dos parâmetros descritos, os dados foram

analisados estatisticamente através do software para análises estatísticas Minitab

gerando as seguintes relações:

Figura 7.

Figura 8. Relação Abertura de Tela, Vazão De Água, Carga X Pureza do Mel Final

Figura 7. Relação Temperatura Água x Pureza Mel Final

Relação Abertura de Tela, Vazão De Água, Carga X Pureza do Mel Final

44

ureza Mel Final

Relação Abertura de Tela, Vazão De Água, Carga X Pureza do Mel Final

45

O Gráfico de Efeito Principal relacionando a Temperatura da Água com a

Pureza do Mel Final mostrou que usando água fria, conseguimos alguma redução

na Pureza do Mel Final. O Gráfico relacionando Abertura de Tela, Vazão De Água,

Carga X Pureza do Mel Final mostrou que a Abertura de Tela ideal = 0,09mm, que

a Carga 110 deve ser descartada e quando se utilizar Carga 100, a Vazão deve ser

≠ 75 % e a Carga 120 pode ser utilizada com todas as vazões com diferença

mínima . Com base nesta análise de dados foi estabelecida a melhor situação para

o processo:

_ Tela = 0,09mm;

_ Carga =120 A;

_ Abertura de válvula de água = 25%;

_ Temperatura da Água = Fria.

3.3.3. Definição, Análise e Coleta de Dados (Pureza e Presença de Cristais) e

Monitoramento das Trocas de Telas.

Com a melhor situação de processo estabelecida, definimos os parâmetros

de Pureza e Ausência de Cristais no Mel Final como fatores relacionados ao

desgaste da tela. Deu-se inicio então a análise e coleta de dados destes

parâmetros e simultaneamente o monitoramento das trocas de telas juntamente

com a equipe de manutenção.

3.3.3.1. Amostragem

São retiradas amostras individuais de Mel Final de cada centrifuga em

estudo (num total de cinco). Antes de iniciar a coleta, os parâmetros de

funcionamento são checados.

46

3.3.3.2. Presença de Cristais

Com a mostra ainda quente, mistura-se a mesma com açúcar invertido e em

placa de petri com luz incidente e lupa, verifica-se a presença ou não de cristais no

mel final de cada centrifuga estudada. Durante o estudo foram definidos conceitos

para descrever a presença de cristais neste mel , sendo :

• Ausente: Nenhum indicio de cristais presentes;

• Presente: Cristais presentes;

• Critico: Cristais presentes em grande quantidade.

3.3.3.3. Pureza do Mel Final

Para se obter a pureza do Mel Final necessitamos dos dados de º Brix e Pol (%)

para efetuar os Cálculos.

• Brixº

o Pesa-se 100g amostra;

o Completa-se a 600g com Água Desmineralizada;

o Dilui-se em Agitador Magnético;

o Obtêm a leitura através do Refratômetro;

o Brixº = Leitura x 6

• Pol (%)

o Com o diluído da analise anterior (Brix);

o Pesa-se 52 em balão volumétrico de 200ml;

o Completa a 200ml com Água Desmineralizada;

o Clarifica-se com mistura clarificante;

o Filtra-se;

o Obtém-se leitura através do Polarimetro;

o Pol = {[(Leitura x 1,0078) + 0,0444] x 6}

• Calculo Pureza (%)

o Pureza = Brix / Pol

47

3.3.4. Correlação dos Dados com as Trocas de Telas

RESULTADOS

Monitoramento Parâmetros – Pureza Mel Final x Troca de Tela

70,80%

60,90%

02 dias

63,92%

15 dias

65,38 %

25 dias

68,92%

32 dias

Situação 1

Figura 9. Monitoramento Parâmetros – Pureza Mel Final x Troca de Tela-Situação 1


Situação 1

60

62

64

66

68

70

72

0 5 10 15 20 25 30 35

Pu

reza

Me

l F

ina

l

Dias

Situação 1

48


Situação 2.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 5 10 15 20 25 30 35

Pu

reza

Me

l F

ina

l

Dias

Situação 2

49


Situação 3.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Pu

reza

Me

l F

ina

l

Dias

Situação 3

50


Situação 4.

Os Gráficos acima exemplificam as varias situações encontradas durante o

estudo. A Situação 1 mostrou uma queda de 10 pontos percentuais na Pureza do

Mel Final com a Troca da Tela subindo 08 pontos percentuais após 32 dias da

Troca. Na Situação 2 verificamos uma queda de 5 pontos após a Troca de Tela e

após 35 dias um aumento de 13 pontos percentuais na Pureza do Mel Final. Na

situação 3 observamos a mesma variação da Situação 2 porém num intervalo de 42

dias. A situação 4 foi a que mais ocorreu durante o estudo apresentando uma

queda de 5,5 pontos percentuais após a Troca de Tela e aumento de 3 pontos

percentuais na Pureza do mel Final após 28 dias da Troca de Tela.

56

57

58

59

60

61

62

63

64

0 5 10 15 20 25 30 35

Pu

reza

Me

l F

ina

l

Dias

Situação 4

51

3.3.5. Correlação dos dados com Rendimento de Fábrica e Variações na Pureza do Mel Final Para exemplificar o impacto que a variação da Pureza do Mel Final tem

sobre a Produção de Açúcar e Álcool e o Rendimento da Fábrica, vamos

apresentar 3 situações com a Pureza do Mel Final variando de 60 a 64,50%.

3.3.5.1. Condição 01

Considerando:

Vazão de 200 m3/h de xarope por dia (24 horas) logo temos um montante de

4800 m3/ dia de xarope.

Vx = 4800 m3/dia

Fábrica

Xarope

Brix = 58º

Pureza = 87%

Vazão de 200 m3/h

Açúcar

Brix = 100º

Pureza = 99,80%

Mel Final

Brix = 79º

Pureza = 64,50%

52

Densidade do xarope é dada pela fórmula: [(2 x 10 – 5) x (Brix 2 + 0,0037) x (Brix +

0,9981)]

Densidade do Xarope = 1279,98 Kg/m3

Pela densidade temos a massa de xarope processada durante o dia = 6143,904

ton./dia

Mx= 6143,904 ton./dia 3.3.5.1.1. Balanço de Massa – Condição 1

Equação por Sólidos Solúveis = Mx x Bx = Ma + Mmf x Bmf (1)

Onde :

Mx = Massa Xarope

Ma= Massa Açúcar

Mmf= Massa Mel Final

Bx = Brix Xarope

Bmf= Brix Mel Final

Equação por Sacarose = Mx x Bx x Px = Ma x Pa = Mmf x Bmf x Pmf (2)

Onde :

Px = Pureza Xarope

Pa = Pureza Açúcar

Pmf = Pureza mel Final

Relacionando as formulas temos:

Ma = Bx x Mx – Bx x Mmf (3)

53

Aplicando o valor das variáveis temos que:

Mx x 0,58 = Ma + Mmf x 0,79 (1)

Mx x 0,58 x 0,87 = Ma x 0,9980 = Mmf x 0,79 x 0,6450 (2)

Ma = 0,58 x Mx – 0,79 x Mmf (3)

Resolvendo as equações temos que Mmf 1 = 1637,96 ton. / dia

Substituindo Mmf em (3) temos que Ma = 2269,48 ton. / dia, ou seja,

45.390 sc/dia de açúcar .

Para o calculo de Rendimento do Mel Final em Álcool, consideramos uma vazão de

1637,96 ton./dia de Mel Final com Pureza de 64,50% logo temos 1056,4842 ton./dia

de ART, considerando eficiência da destilaria em 90% temos 950,83578 ton./dia

ART.

Temos que: 2 C6 H12 O6 4 CH3 CH2 OH + 4 CO2 360 g 184 g 950,83578 ton./ dia x X1 = 485,982732 toneladas de álcool Considerando densidade do álcool = 789,3 kg/m3 logo temos um volume de 615,71 m3 de álcool por dia. 3.3.5.1.2. Recuperação de Fábrica 1 Recuperação de Fábrica = [Pa x (Bx – Pmf) / Bx x (Pa – Pmf)] Aplicando os valores das variáveis temos que a Recuperação de fabrica na Condição 1 foi de 73,12%

54


Considerando:



Vx = 4800 m3/dia

Densidade do xarope é dada pela fórmula: [(2 x 10 – 5) x (Brix 2 + 0,0037) x (Brix +

0,9981)]



ton./dia

Mx= 6143,904 ton./dia

Fábrica

Xarope

Brix = 58º

Pureza = 87%

Vazão de 200 m3/h

Açúcar

Brix = 100º

Pureza = 99,80%

Mel Final

Brix = 79º

Pureza = 62,50%

55

3.3.4.5.1. Balanço de Massa – Condição 2

Utilizando as mesmas fórmulas descritas na Condição 1 e aplicando o valor das variáveis temos que:

Mx x 0,58 = Ma + Mmf x 0,79 (1)

Mx x 0,58 x 0,87 = Ma x 0,9980 = Mmf x 0,79 x 0,6250 (2)

Ma = 0,58 x Mx – 0,79 x Mmf (3)




Para o calculo de Rendimento do Mel Final em Álcool, consideramos uma vazão de

1548,28 ton./dia de Mel Final com Pureza de 62,50% logo temos 967.675 ton./dia

de ART, considerando eficiência da destilaria em 90% temos 870,9075 ton./dia

ART.

Temos que: 2 C6 H12 O6 4 CH3 CH2 OH + 4 CO2 360 g 184 g 870,9075 ton./ dia x X2 = 445,1305 toneladas de álcool

Considerando densidade do álcool = 789,3 kg/m3 logo temos um volume de

563,956 m3 de álcool por dia.

56

3.3.5.2.2. Recuperação de Fábrica 2 Recuperação de Fábrica = [ Pa x ( Bx – Pmf)/ Bx x (Pa – Pmf)]

Aplicando os valores das variáveis temos que a Recuperação de fabrica na

Condição 2 foi de 75,35%


Considerando:



Vx = 4800 m3/dia

Densidade do xarope é dada pela fórmula: [ ( 2 x 10 – 5 ) x (Brix 2 + 0,0037) x (Brix

+ 0,9981)]

Fábrica

Xarope

Brix = 58º

Pureza = 87%

Vazão de 200 m3/h

Açúcar

Brix = 100º

Pureza = 99,80%

Mel Final

Brix = 79º

Pureza = 60,00%

57



ton./dia

Mx= 6143,904 ton./dia 3.3.5.3.1. Balanço de Massa – Condição 03

Utilizando as mesmas fórmulas descritas na Condição 1 e aplicando o valor das variáveis temos que:

Mx x 0,58 = Ma + Mmf x 0,79 (1)

Mx x 0,58 x 0,87 = Ma x 0,9980 = Mmf x 0,79 x 0,60 (2)

Ma = 0,58 x Mx – 0,79 x Mmf (3)




58

Para o calculo de Rendimento do Mel Final em Álcool, consideramos uma

vazão de 1444,150 ton./dia de Mel Final com Pureza de 60,00% logo temos 866,49

ton./dia de ART, considerando eficiência da destilaria em 90% temos 779,841

ton./dia ART.

Temos que:

2 C6 H12 O6 4 CH3 CH2 OH + 4 CO2

360 g 184 g

779,841 ton./ dia x

X3 = 398,585 toneladas de álcool

Considerando densidade do álcool = 789,3 kg/m3 logo temos um volume de

504,985 m3 de álcool por dia.

3.3.5.3.2. Recuperação de Fábrica 3

Recuperação de Fábrica = [ Pa x ( Bx – Pmf)/ Bx x (Pa – Pmf)]

Aplicando os valores das variáveis temos que a Recuperação de fabrica na

Condição 2 foi de 77,82%

59

3.3.6. Análise Econômica das Condições 01, 02 e 03

Para a Análise Econômica das Condições 01, 02 e 03 foi utilizada a cotação dos

preços de Açúcar e Álcool do dia 10 de outubro de 2011 disponibilizadas no site da

UDOP.

Açúcar Cristal SC (50 kg) = R$ 62,30

Álcool Anidro (m3) = R$ 1.370,40

Com base nesses valores temos que:

Condição 01: 64,50% Pureza mel Final

45.390 sc/ dia totalizando R$ 2827797,00

615,71 m3/dia totalizando R$ 843768,98

Total: R$ 3.671.565,984

Condição 02: 62,50 % Pureza Mel Final

46,806 sc/ dia totalizando R$ 2916013,80


Total: R$ 3.688.859,102

Condição 03: 60,00 % Pureza Mel Final

48.452 sc/ dia totalizando R$ 3018559,6


Total: R$ 3.710.591,044

60

3.3.7. Comparativos e Resultados Finais

Com base nos balanços de massa e Análise Econômica das Condições 01,02 e

03 vimos que:

• Diferença de lucro entre a condição 01 e a condição 03 foi de 0,10% o que

representa R$ 39.025,06 por dia de produção;

• A cada 2 pontos percentuais a mais na pureza do mel final a fábrica perde

aproximadamente 0,60% do faturamento do dia;

• Uma diferença de 4,5 % na pureza do mel final representa uma perca

mensal de R$ 1.170.751,80, cerca de 1,06% do faturamento da empresa

onde foi desenvolvido o estudo;

• A cada 5 pontos de pureza a menos no mel final, a Fábrica consegue

aumentar sua eficiência em 5,22%.

• Com base no Monitoramento da Pureza do Mel Final x Troca de Telas

verificamos que a vida ótima de utilização da tela é de 30 dias em

processamento continuo.

61

4. CONCLUSÂO

A busca da eficiência nas indústrias está cada vez maior, devido a

otimização dos recursos e aumento dos lucros. Neste sentido o estudo do processo

é de grande importância para conhecimento do funcionamento das variáveis

envolvidas, podendo assim atuar juntamente ao processo minimizando as perdas e

obtendo caminhos para aumento da produtividade.

A centrifugação apesar de ser considerada uma operação unitária simples, é

de grande importância na Fabricação de Açúcar pois nesta etapa pode-se gerar

uma grande perda impactando nos lucros da empresa e no rendimento da Fábrica

de Açúcar, no entanto, são poucos os estudos voltados para essa operação. Nas

práticas atuais, telas são mantidas além de seu tempo ótimo de substituição. Isto

pode parecer que exista uma economia de dinheiro pela prática do “vou usar a tela

o máximo possível”. Entretanto, o custo por perda extra de açúcar é muito mais

significativo. Substituir telas desgastadas que “aparentam estar em boas condições”

resultará em uma maior economia operacional. Este presente estudo teve por

objetivo estudar esta operação, de maneira a otimizar os lucros da empresa através

das Trocas de Telas e aumento do Rendimento da Fabrica, através do

Monitoramento dos parâmetros de pureza e presença de cristais no mel final,com

as Trocas de Telas, identificando e mensurando as perdas e estabelecendo um

tempo viável economicamente para a troca de tela

O presente estudo demonstrou que o período ótimo para a troca de tela é de

30 dias (em processamento contínuo). Os parâmetros adotados indicam de

maneira clara o desgaste da tela, servindo como base para o constante

monitoramento. A pureza do mel final é um parâmetro determinante para a

eficiência da Fábrica de Açúcar e para a lucratividade da empresa .

62

5. ANEXOS

ANEXO 1. MODELO DE FICHA PARA CONTROLE DIARIO DAS CENTRIFUGAS

CONTINUAS

Data : ____/___/___

Centrifugas

Cristais de Açúcar no Mel

Mel Final Carga Observações

Nº Modelo Processo Ausente Presente Critico Brix Pol Pureza Amp.

7 Konti 12 1º Purga




3 Usitep cck14

4 Usitep cck14

5 Konti 10

Tanque Mel Final

Funcionamento AR 1000 :

63

ANEXO 2.CONTROLE DE DADOS – CENTRIFUGA 7

nº Centrifuga Continua 01

Dias

Mel final Magma Cristais no mel Carga Troca de

tela Brix Pureza Brix Pureza Cor

1 82,8 62,98 P 120

2 85,8 59,12 P 120

3 79,8 64,74 A 120

4 81,6 58,42 A 120

5 82,8 59,91 A 120

6 80,4 62,22 A 120

7 81,6 61,6 A 120

8 79,8 63,22 A 120

9 81,6 62,57 A 120

10 83,4 59,48 A 120

11 87,7 55,38 A 120

12 86,4 58,82 A 120

13 82,8 63,27 A 120

14 78 59,18 A 120

15 85,2 58,36 A 120

16 85,2 58,22 A 120

17 84 59,7 A 120

18 84,6 66,71 A 120

19 81,6 65,53 A 120

20 83,4 68,54 A 120

21 85,2 62,62 A 120

22 88,8 63,76 A 120

23 83,4 61 P 120

24 84 59,92 A 120

25 84,6 60,42 A 120

26 83,4 66,44 A 120

27 85,8 59,37 A 120

28 80,4 66,21 A 120

29 83,2 68,49 P 120

30 85,02 64,11 P 120

31 83,76 62,98 P 120

32 82,8 68,97 P 120

33 81,6 70,8 C 120 X

1 82,8 65,9 A 120

2 83,4 63,25 A 120

6 86,4 63,93 A 120

8 83,4 69,99 A 120

10 81 68,78 84,6 92,87 3957 A 120

12 85,8 61,55 82,8 92,48 6158 A 120

15 83,4 59,48 84 95,41 3579 A 120

17 85,2 63,62 94,8 95,7 3773 A 120

20 82,2 69,2 93,6 96,34 2876 A 120

22 82,8 69,18 93,6 95,64 3180 A 120

25 81,6 69,39 83,4 95 3441 A 120

64

6. BIBLIOGRAFIA

HUGOT, E. Manual da Engenharia Açucareira. São Paulo: Mestre Jou, v.1, 1977.

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ESTUDO DA SUBSTITUIÇÃO DAS TELAS DAS CENTRÍFUGAS …...tela. O valor desta perda extra de açúcar deve ser equilibrado com o custo de substituição de novas telas. Existe um tempo