Processo de Recepcao e Moagem de Cana

SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL CFP “Afrânio Fialho de Figueiredo”

Apostila da Unidade Curricular:

Tecnologia de Fabricação de Açúcar e Álcool I

Parte I: Recepção e Preparo da Cana

Módulo II

Dourados, fevereiro de 2008.

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Sumário

CAPÍTULO 1: CONCEITOS PRINCIPAIS ........................................................................................................ 1

1.1 - Introdução .................................................................................................................................................. 1 1.1.1. Origem da cana-de-açúcar .................................................................................................................... 1

1.2 - Característica da cana-de-açúcar ............................................................................................................. 1 1.3 - Alguns conceitos ........................................................................................................................................ 2

1.3.1. Cana madura ......................................................................................................................................... 2 1.3.2. Inversão de sacarose ............................................................................................................................. 2 1.3.3. Definição de diversos tipos de caldo: ................................................................................................... 2 1.3.4. Fibra: ..................................................................................................................................................... 2 1.3.5. Brix ....................................................................................................................................................... 2 1.3.6. POL....................................................................................................................................................... 2 1.3.7. Açucares Redutores: ............................................................................................................................. 3 1.3.8. Açúcares Totais .................................................................................................................................... 3 1.3.9. Pureza: .................................................................................................................................................. 4

2 - COLHEITA E TRANSPORTE NA LAVOURA ........................................................................................................... 4 2.1 - Limpeza De Cana na lavoura .................................................................................................................... 4

CAPÍTULO 2: RECEPÇÃO E MANUSEIO DA CANA..................................................................................... 5

1 - INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................................... 5 2 - TRANSPORTE, PESAGEM, DESCARREGAMENTO E ESTOCAGEM ........................................................................... 5 3 - SONDAS ............................................................................................................................................................. 6 4 - ESTOCAGEM DA CANA ....................................................................................................................................... 6

4.1 - Pátios ......................................................................................................................................................... 6 4.2 - Armazenamento em barracões ................................................................................................................... 6 4.3 - Estocagem em container ou reboques........................................................................................................ 7

5 - EQUIPAMENTOS PARA DESCARGA E MANUSEIO .................................................................................................. 7 5.1 - Hilo ............................................................................................................................................................ 8 5.2 - Balanção .................................................................................................................................................... 9 5.3 - Garra hidráulica ........................................................................................................................................ 9

6 - ALIMENTAÇÃO E LAVAGEM DE CANA .............................................................................................................. 10 6.1 - Tombador hidráulico lateral .................................................................................................................... 10 6.2 - Tombador hidráulico para container....................................................................................................... 10 6.3 - Trator ....................................................................................................................................................... 10 6.4 - Limpeza da cana ...................................................................................................................................... 10

CAPÍTULO 3: ALIMENTAÇÃO ........................................................................................................................ 12

1 - INTRODUÇÃO ................................................................................................................................................... 12 1.1 - Mesas Alimentadoras ............................................................................................................................... 12

1.1.1. Tipos de mesas .................................................................................................................................... 12 Mesas convencionais ............................................................................................................................ 12 Mesas de 45

o ......................................................................................................................................... 13

1.1.2. Acionamento de mesas alimentadoras ................................................................................................ 14 Variador eletromagnético ...................................................................................................................... 14 Conversor ou inversor de freqüência .................................................................................................... 14 Acionamento hidráulico ........................................................................................................................ 15 Acionamento Hidráulico ....................................................................................................................... 15 Nivelador de cana ................................................................................................................................. 15

1.1.3. Características operacionais das mesas alimentadoras ....................................................................... 16 Mesas convencionais ............................................................................................................................ 16 Mesas de elevada inclinação (45° e 50°) .............................................................................................. 16

1.1.4. Capacidade das mesas alimentadoras ................................................................................................. 16 1.2 - Sistema de Lavagem de Cana .................................................................................................................. 16 1.3 - Cush-Cush de Bagacilho .......................................................................................................................... 17 1.4 - Esteira da cana ........................................................................................................................................ 17

1.4.1. Equipamento ....................................................................................................................................... 17 1.4.2. Acionamento das esteiras ................................................................................................................... 18

1.5 - Correia transportadora para cana .......................................................................................................... 19 2 - ALIMENTAÇÃO - CUIDADOS OPERACIONAIS E DE PROJETO ............................................................................. 19

2.1 - Layout ...................................................................................................................................................... 20

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2.2 - Acionamento de mesas e esteiras ............................................................................................................. 20 2.3 - Cabine do operador das mesas. ............................................................................................................... 20 2.4 - Largura de mesa ...................................................................................................................................... 20 2.5 - Ligação mesa/esteira ............................................................................................................................... 20 2.6 - Alimentação da cana................................................................................................................................ 21

CAPÍTULO 4: PREPARO DA CANA ................................................................................................................ 22

1 - INTRODUÇÃO ................................................................................................................................................... 22 1.1 - Principais conceitos ................................................................................................................................. 22

2 - OBJETIVO ........................................................................................................................................................ 23 3 - EQUIPAMENTOS ............................................................................................................................................... 23

3.1 - Jogo de facas ........................................................................................................................................... 23 Jogo de facas fixos ................................................................................................................................ 23 Jogo de facas oscilantes ........................................................................................................................ 24

3.2 - Desfibrador ((shredders)) ........................................................................................................................ 24 Desfibrador convencional ..................................................................................................................... 24 Desfibrador vertical .............................................................................................................................. 25 Tambor alimentador .............................................................................................................................. 27 Picador .................................................................................................................................................. 28 Espalhador ............................................................................................................................................ 28

3.3 - Instalação e acionamento do jogo de facas e desfibradores.................................................................... 28 3.4 - Índice de preparo ..................................................................................................................................... 29 3.5 - Cuidados operacionais e de manutenção ................................................................................................ 29 Verificar a rotação de trabalho das facas .............................................................................................. 29 Manutenção das facas e desfibradores (Figura 37). .............................................................................. 30 Ajustagem da Placa desfibradora .......................................................................................................... 30

3.6 - Esteiras .................................................................................................................................................... 31 3.7 - Eletroímã ................................................................................................................................................. 31

4 - ALIMENTAÇÃO DO 1º TERNO ........................................................................................................................... 32 4.1 - Alimentação com rolo de pressão e calha Donnelly ................................................................................ 33 4.2 - Alimentação com pressure feeder e calha Donnelly ................................................................................ 34 4.3 - Cuidados operacionais ............................................................................................................................ 35 montagem correta da calha ................................................................................................................... 35 Face interna lisa .................................................................................................................................... 35 Altura correta ........................................................................................................................................ 35

Curso Técnico de Açúcar e Álcool – Módulo II 1

CCaappííttuulloo 11:: CCOONNCCEEIITTOOSS PPRRIINNCCIIPPAAIISS

1.1 - Introdução

1.1.1.Origem da cana-de-açúcar

A origem provável da cana-de-açúcar data de 6 mil anos AC em regiões próximas à Índia. Durante a Antigüidade, porém, o açúcar não passava de uma especiaria exótica, sendo utilizada apenas como tempero ou remédio. O preparo de alimentos adocicados era feito com mel de abelhas.

O termo sânscrito sarkara deu origem a todas as versões da palavra açúcar nas línguas indo-européias: sukkar em árabe, saccharum em latim, zucchero em italiano, seker em turco, zucker em alemão, sugar em inglês.

No século 12, o açúcar chegou à Europa. Importantes regiões produtoras surgiram nos séculos seguintes, especialmente no Extremo Oriente. O interesse pela especiaria foi crescente depois do século 15, quando novas bebidas, como o café, o chá e o chocolate eram adoçados com açúcar. Em 1493, Cristóvão Colombo iniciou o cultivo da cana-de-açúcar nas Antilhas. A partir daí, a história do açúcar no mundo ganhou novas dimensões.

No Brasil, o açúcar é produzido a partir da cana, enquanto na Europa é quase totalmente fabricado a partir da beterraba. Hoje, a cana também é utilizada para produção de álcool.Basicamente, a sacarose é o principal componente da cana-de-açúcar (sólido).

1.2 - Característica da cana-de-açúcar

Tabela 1: Referencial de composição.

Figura 1: partes da planta da cana.

COMPONENTES VARIAÇÃO %

Água 65 - 75

Açúcares 12 - 18

Sacarose 11 - 18

Glicose 0,20 - 1,00

Frutose 0,00 - 0,60

Fibra 8 - 16

Celulose 5,00 - 6,50

Lignina 1,50 - 2,50

Pentosana 1,75 - 2,25

Matérias minerais

Si, K, Ca, Mg, Na, etc.

0,10 - 0,80

Matérias nitrogenadas

Aminoácidos, amidas albuminóides, nitratos

0,20 - 0,60

Gorduras e Ceras 0,15 - 0,25

Ácidos combinados 0,10 - 0,15

Ácidos livres 0,10 - 0,15

Pento-hexosanas 0,25 - 0,75

Vitaminas Não dosadas


1.3 - Alguns conceitos

1.3.1.Cana madura

Considera-se uma CANA MADURA quando esta atinge seu MÁXIMO TEOR DE SACAROSE.

É conseguido através de analises laboratoriais, de amostras retiradas da lavoura. Que são periodicamente monitoradas.

1.3.2.Inversão de sacarose

Figura 2: O tempo que a cana foi cortada é fator determinante para a inversão da sacarose.

Fator determinante: Tempo entre corte e processamento.

Ocorre inversão de Sacarose para Glicose e Frutose.

Causada pela ação de Fungos e Bactérias.

Perda considerara de produção (sacarose).

1.3.3.Definição de diversos tipos de caldo:

“caldo absoluto”: Indica todo o caldo da cana, uma massa hipotética que pode ser obtido pela diferença:

canadeabsolutocaldocanafibra %)%100(

“caldo extraído”: Refere-se à produção de caldo absoluto que foi extraído por meio mecânico

“caldo clarificado”: Caldo resultante do processo de clarificação, pronto para entrar nos evaporadores, o mesmo que “caldo decantado”

“caldo misto“: Caldo obtido nas moendas com embebição, sendo portanto formado pela parcela caldo extraído com água de embebição.

1.3.4.Fibra:

Matéria seca insolúvel em água contida na cana, chamada “fibra industrial” quando o valor refere-se a análise de matéria prima e portanto, inclui as impurezas ou matérias estranhas que provocam aumento dos sólidos insolúveis (palhas, ervas daninhas, ponteiro de cana, terra, etc.).

Em colmos limpos define-se a “fibra botânica”.

1.3.5. Brix

É a porcentagem pesos / peso dos sólidos em uma solução de sacarose, ou seja, o teor de sólidos na solução. Por consenso, admite-se o Brix como a porcentagem aparente de sólidos solúveis contida em uma solução açucarada impura (caldo extraído da cana).

O brix pode ser obtido por aerômetros utilizando solução de sacarose à 20º C, sendo denominado “brix aerométrico”, ou por refratômetro, que são aparelhos eletrônicos que medem o índice de refração de soluções de açúcar sendo denominado “brix refratométrico”.

1.3.6. POL

A POL representa a porcentagem aparente de sacarose contida numa solução impura de açúcar, sendo determinada por métodos polarimétricos (polarímetros ou sacarímetros).

O caldo de cana contém em sua composição basicamente três açucares:


Sacarose

Glucose

Frutose

Os dois primeiros são dextro rotatórios ou dextrógiros, isto é, provocam desvio do plano da luz polarizada para a direita. A frutose é levógira por desviar este plano para a esquerda.

Assim quando se analise o caldo de cana, obtém-se a leitura polarimétrica representada pela soma algébrica dos desvios dos três açucares.

Para o caldo da cana madura, o teor de glucose e frutose são geralmente muito baixo, menor que 1% comparado ao teor de sacarose, maior que 14%.

Isso faz com que o valor da POL, aproxime-se bastante do teor real da sacarose, sendo comumente aceita como tal.

Para materiais com altos teores de glucose e frutose, como o melaço, a POL e o teor de sacarose diferem significativamente.

A sacarose é um dissacarídeo (C12H22O11) e constituí o principal parâmetro de qualidade da cana de açúcar.

É o único açúcar diretamente cristalizável no processo de fabricação. Seu peso molecular é 342,3 g. com densidade de 1,588 g/cm

3. A rotação específica da sacarose à 20º C é de +66,53º .

Este açúcar hidroliza-se estequiometricamente numa mistura eqüimolecular de glucose e frutose, quando na presença de certos ácidos e temperatura adequada ou então, pela ação da enzima denominada invertase. A inversão ácida ou enzimática pode ser representada por:

612661262112212 OHCOHCOHOHC

Dessa forma, 342 g de sacarose absorvem 18 g de água para produzir 360 g de açucares invertidos (glucose + frutose - oriundos da inversão da sacarose).

Pode-se dizer que 100 g de sacarose irão produzir 105,263 g de açucares invertidos ou então 95 g de sacarose produzem 100 g de açucares invertidos.

Uma vez que a POL % do caldo pode ser arbitrada como igual à sacarose % caldo, obtém-se:

95,0)%(% caldopolcaldoinvertidosAçúcar

1.3.7. Açucares Redutores:

Esse termo é empregado para designar a glicose e a frutose por terem a propriedade de reduzir o óxido de cobre do estado cúprico a cuproso. Emprega-se o licor de Fehling, o qual é uma mistura em partes iguais de soluções de sulfato de cobre pentahidratado e tartarato duplo de sódio e potássio com hidróxido de sódio.

Durante a maturação da cana de açúcar, à medida que o teor de sacarose se eleva, os açúcares redutores decrescem de quase 2% para menos de 0,5%.

Os monossacarídeos são oticamente ativos, sendo a rotação específica da glucose à 20º C de 52,70º e da frutose 92,4º .

Quando em proporções iguais, a rotação da mistura é de 39,70º. Por ser dextrogiratória a glucose é denominada dextrose, enquanto a frutose que é levógira, receber a denominação de levulose.

No caldo de cana foi demonstrado que a relação dextrose/levulose é normalmente maior que 1,00, decrescendo de 1,6 à 1,1 com o aumento do teor de sacarose nos colmos.

1.3.8. Açúcares Totais

Os açucares totais ou Açucares Redutores Totais (ART), representam a somatória dos açucares redutores e da sacarose invertida por hidrólise ácida ou enzimática pela invertase, determinados na solução açucarada por oxiredutimetria na relação peso / peso.

Além da glucose, frutose e sacarose invertida, outras substâncias redutoras presentes no caldo de cana são incluídas na análise.

Pode-se calcular o teor de açucares totais pela equação:


95,0

sacaroseredutoresaçúcaresART

Para o caldo de cana madura o teor de sacarose não difere significativamente da POL, neste caso pode-se obter AT da seguinte forma:

95,0

PolredutoresaçúcaresART

O conhecimento do teor de açucares totais é importante para a avaliação da qualidade da matéria prima destinada à produção de álcool etílico.

1.3.9. Pureza:

A pureza do caldo, expressa normalmente, a porcentagem de sacarose contida nos sólidos solúveis, sendo denominada “pureza real”. Quando se utiliza POL e BRIX diz-se “pureza aparente” ou ainda “pureza aparente refratométrica”, quando o Brix foi determinado por refratômetro.

2 - Colheita e Transporte na Lavoura

2.1 - Limpeza De Cana na lavoura

A prática atual para colheita de cana é queimá-la na lavoura, com o objetivo de facilitar a colheita manual e minimizar as impurezas vegetais. A grande parte das impurezas minerais é retirada através de lavagem de cana nas mesas alimentadoras. Este procedimento acarreta inconvenientes, tais como:

Perda de sacarose;

Necessidade de uma infra-estrutura para o bombeamento, decantação e neutralização da água e;

Posterior tratamento dos efluentes para devolução ao meio ambiente em condições normais.

Com as novas legislações sobre o meio ambiente tornando-se mais abrangente e mais rigorosa ano a ano, o enfoque sobre a colheita e limpeza de cana está se alterando profundamente. Entrará em vigor a lei da bacia hidrográfica, que rege sobre a captação e uso da água dos rios, além da legislação sobre a lei dos efluentes. Para atender a estas leis, em médio prazo, a colheita de cana necessariamente será crua e mecanizada.

O corte manual restringir-se-á a locais onde a topografia não permita a mecanização. Com a colheita crua e mecanizada, as impurezas vegetal e mineral irão aumentar e com a restrição ao uso da água e maior rigor na emissão de efluentes e particulados, a limpeza de cana passará certamente a via seca, eliminando-se a lavagem.


CCaappííttuulloo 22:: RREECCEEPPÇÇÃÃOO EE MMAANNUUSSEEIIOO DDAA CCAANNAA

1 - Introdução

A cana, como é uma matéria de baixa densidade, ocupa um volume relativamente grande. A conseqüência deste fato é que os equipamentos para seu manuseio terão, proporcionalmente, maiores dimensões. A densidade da cana é influenciada por vários fatores, tais como: variedade, clima, arranjo (cana ordenada em feixe, aleatório), estado (inteira, picada, desfibrada), altura de estocagem, etc. Na Tabela 2 (página 22) tem-se um indicativo das densidades da cana em diversas situações.

Fluxograma 1: Principais equipamentos envolvidos na etapa de alimentação.

Após a pesagem, a cana pode ser conduzida diretamente para processamento ou ser estocada para posterior moagem.

AA CCAANNAA PPIICCAADDAA,, PPOORR TTEERR MMAAIIOORR SSUUPPEERRFFÍÍCCIIEE EEXXPPOOSSTTAA ÀÀ DDEETTEERRIIOORRAAÇÇÃÃOO,, NNÃÃOO

ÉÉ EESSTTOOCCAADDAA..

2 - Transporte, pesagem, descarregamento e estocagem

Figura 3: Pesagem de um caminhão carregado com cana de açúcar numa balança rodoviária.

O transporte da cana até a usina, no Brasil, é predominantemente do tipo rodoviário, com o emprego de caminhões que carregam cana inteira (colheita manual) ou picada em toletes de 20 cm a 25 cm (colheita mecânica). Os caminhões são pesados antes e após o descarregamento, obtendo-se o peso real da cana pela diferença entre as duas medidas. Algumas cargas são aleatoriamente selecionadas e amostradas, para posterior determinação, em laboratório, do teor de sacarose na matéria-prima. O objetivo da pesagem é possibilitar o controle agrícola, o pagamento do transporte, o controle de moagem, o cálculo do rendimento industrial e, juntamente com o teor de sacarose na cana, efetuar o pagamento da mesma.

A cana estocada em pátio é normalmente descarregada nas mesas alimentadoras por tratores com rastelos, enquanto a cana estocada no barracão é descarregada nas mesas, através de pontes rolantes,

Pesagem

Hilo

Sonda para amostragem

Mesa alimentadora

Esteira metálica

Correia transportadora de cana

Pátio, Barracão


equipadas com garras hidráulicas. Prevendo-se eventuais falhas no sistema de transporte e a interrupção do mesmo durante o período da noite, procura-se manter certa quantidade de cana em estoque em barracões cobertos ou em pátios abertos.

A cana estocada deve ser renovada em curtos espaços de tempo, visando à redução de perdas de açúcar por decomposição bacteriológica. A cana picada, que não deve ser estocada, é descarregada diretamente nas esteiras. O descarregamento direto pode ser feito com o uso de pontes rolantes equipadas com garras hidráulicas, guindastes do tipo hilo e, no caso de cana picada, através de um tombador hidráulico para basculamento lateral dos caminhões.

3 - Sondas

Retira amostras de cana para serem analisadas no laboratório, onde obteremos resultados para qualificar a matéria-prima.

4 - Estocagem da Cana

A estocagem de cana é necessária para suprir possíveis falhas por motivos de:

Chuvas

Problemas no transporte

Quebra dos hilos

Quebras nas mesas alimentadoras

4.1 - Pátios

Pátios são áreas de chão batido ou de concreto a céu aberto, sobre as quais as canas são empilhadas. O manuseio de cana é feito através de tratores providos de garras (Figura 4), tanto para empilhamento quanto para posterior suprimento das mesas alimentadoras. A capacidade de estocagem do pátio está limitada à altura da elevação da garra do trator, que em média é de 2,5 m.

O peso específico médio da cana no pátio é da ordem de 300 kg/m

3, portanto a capacidade por área é de

750 kg/m2. As principais características do pátio são:

Investimento inicial na infra-estrutura é menor.

Possibilidade de reciclagem de matéria-prima mais racional.

Custo elevado de manutenção dos tratores.

Limitação na altura de estocagem, portanto necessita de área proporcionalmente maior.

Consumo de combustível elevado.

Necessidade de mesas alimentadoras com a parte traseira aberta ou com

Um mecanismo para abrir e fechar.

Figura 4: Trator para manuseio de cana no pátio.

4.2 - Armazenamento em barracões

Barracão de cana é a designação de edifícios construídos em alvenaria ou estruturas metálicas, podendo ser um prolongamento do próprio edifício das moendas ou difusor. Normalmente possui uma largura entre 20 a 30 metros e uma altura em torno de 15 metros, e é sempre provido de pontes rolantes.

O manuseio de cana no barracão é feito por meio de garras hidráulicas (Figura 6) ou de balanção (Figura 5 e Figura 11 na página 9) que são acoplados no gancho da ponte rolante.

O peso específico médio da cana estocada no barracão é da ordem de 335kg/m3 e a altura de

estocagem depende da altura do barracão e também da característica mecânica da ponte rolante. As características principais do barracão são:


Utiliza menor área em relação ao pátio, devido a altura de estocagem maior.

Energia para movimentação de cana pode ser gerada na própria usina (economia de óleo diesel).

Custo de aquisição do barracão e da ponte rolante elevado.

Capacidade de alimentação limitada devido à restrição nos movimentos da ponte e do peso morto elevado das garras.

Perde-se muito tempo para movimentação das pontes rolantes, principalmente para os barracões longos.

Figura 5: Balanção retirando cana inteira do caminhão no barracão de cana.

Figura 6: Garra hidráulica.

4.3 - Estocagem em container ou reboques

Figura 7: Estocagem em “Containers”.

Quando o transporte é feito em “containers” a cana pode ser estocada nele mesmo. Para isso, utiliza-se um trator especialmente adaptado tanto para descarga, quanto para posterior alimentação. Um outro meio de se estocar a cana é quando o transporte é feito por rodotrem. As duas carretas se separam do cavalo mecânico e ficam livres. Um trator é utilizado somente para levar as carretas do local de estocagem até o ponto de descarga e voltar.

5 - Equipamentos para descarga e manuseio

Para descarregarmos a cana contamos com os seguintes equipamentos:


Hilo

Ponte rolante

Balanção

5.1 - Hilo

Figura 8: Hilo mecânico fixo, descarregando cana inteira.

É o equipamento mais difundido para descarga de cana. É um sistema simples, fácil de operar, prático e relativamente rápido. É um guincho composto de uma estrutura tubular ou de perfis laminados, com altura variando entre 13 a 16 m. A estrutura sustenta um sistema de cabos com polias que movimenta uma viga horizontal num movimento ascendente e descendente. O caminhão a ser descarregado é estacionado entre o hilo e a mesa, ou entre o hilo e a rampa de descarga. Como vimos anteriormente, pode ser usado para descarga de carrocerias simples para cana inteira, com ou sem cabos fixos, carroceria tipo caçamba com báscula superior ou com sistema de telas. A descarga se processa por ação de tombamento (Figura 8) ou basculamento (Figura 9).

Figura 9: Hilo hidráulico móvel, descarregando cana picada.

O hilo pode ser fixo ou móvel. No móvel, a estrutura é presa a uma plataforma que se move sobre trilhos e possui um contrapeso na traseira. Quanto ao acionamento do sistema de cabos pode ser mecânico ou hidráulico. Para se ter um melhor controle, alguns hilos possuem uma guia para o balanção, o que torna o hilo mais fácil de operar.


Figura 10: fotografia de um hilo. Fonte: www.sermatec.com.br. Acessado em 06 de março de 2008.

5.2 - Balanção

É um "guindaste" hidráulico utilizado em conjunto com pontes rolantes. É usado para descarga de cana inteira do caminhão dentro do barracão (Figura 5 e Figura 11). Apresenta cabos de aço pendentes de uma viga que são colocados manualmente de forma a laçar o feixe de cana. A carga é erguida e levada para o estoque ou para mesas alimentadoras. O desenlace do feixe de cana é feito hidraulicamente pelo operador da ponte. É um sistema que requer muita mão de obra, difícil de operar e não é nada prático. Por isso mesmo está em desuso.

Figura 11: Balanção.

5.3 - Garra hidráulica

A sua função restringe-se à movimentação de cana inteira dentro do barracão; para estocagem e alimentação das mesas. O equipamento não se destina a descarregamento de cargas dos caminhões. Como no sistema de balanção, trabalha acoplada à ponte rolante. É constituída de uma viga horizontal na qual se encontram os braços mecânicos articulados que são movidos por cilindros hidráulicos que abraçam os feixes de cana (Figura 6).

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6 - Alimentação e lavagem de cana

Algumas usinas já possuem sistema de limpeza de cana a seco. Basicamente este sistema consiste de uma mesa alimentadora, uma série de correias transportadoras, escova rotativa e câmaras de separação dotadas de ventiladores.

A mesa alimentadora tem inclinação de 45°, com fundo perfurado para retirada de impurezas minerais. A separação das impurezas vegetais é feita em 3 estágios. Na primeira câmara, dotada de 4 ventiladores, localizada na transferência de cana da mesa para a correia transportadora; na segunda câmara, dotada de um ventilador único, localizada após as escovas rotativas, na transferência da primeira para a segunda correia e na terceira câmara, também dotada de um ventilador único, localizada na transferência da segunda para a terceira correia. As impurezas são coletadas através de séries de correias transportadoras e enviadas a uma moega coletora, onde são retiradas por caminhões. A escova rotativa destina-se ao desprendimento de impurezas grudadas à cana para melhorar a eficiência das ventilações posteriores.

6.1 - Tombador hidráulico lateral

Este sistema é utilizado para descarregamento de cana com carroceria com báscula lateral. É um guindaste hidráulico, fixo no chão, formado por dois braços mecânicos articulados, movimentados por cilindros hidráulicos, que se engatam à base da carroceria, basculando-a. À medida que a carroceria vai se inclinando, sua tampa lateral vai se abrindo, deixando a carga fluir (Figura 12). É um equipamento simples, fácil de operar e requer somente um operador para todo o ciclo de descarga tornando o sistema ágil. Entretanto, as carrocerias estão mais sujeitas à torção.

Figura 12: Tombador hidráulico par cana picada.

6.2 - Tombador hidráulico para container

É um guincho hidráulico fixo, composto de duas lanças móveis presas a uma plataforma rotativa. As lanças encaixam-se em dois canais da base da carroceria e o sistema rotaciona o container em torno de si mesmo, em dois estágios, através de cilindros hidráulicos, até a um ângulo em que a cana escoe. O sistema é fácil de operar e requer somente um operador. A vantagem deste sistema é que o descarregamento pode ser feito em ambos os lados da carroceria.

6.3 - Trator

O trator é usado para movimentar cana inteira no pátio, para estocagem e alimentação das mesas. É provido de garras que se abrem e fecham, comandadas hidraulicamente (Figura 4). É muito eficiente para movimentação de cana, entretanto o custo de manutenção e o consumo de combustível são elevados.

6.4 - Limpeza da cana

Conforme discutido acima no Capítulo 1: (página 1), devido a legislação ambiental rigorosa, a colheita da cana deverá ser crua e mecanizada. Por isso, as impurezas vegetal e mineral irão aumentar e com a restrição ao uso da água e maior rigor na emissão de efluentes e particulados, a limpeza de cana passará certamente a via seca, eliminando-se a lavagem.

Algumas usinas já possuem sistema de limpeza de cana a seco. Basicamente este sistema consiste de uma mesa alimentadora, uma série de correias transportadoras, escova rotativa e câmaras de separação dotadas de ventiladores. A mesa alimentadora tem inclinação de 45°, com fundo perfurado para retirada de impurezas minerais. A separação das impurezas vegetais é feita em 3 estágios. Na primeira câmara, dotada de 4 ventiladores, localizada na transferência de cana da mesa para a correia transportadora; na segunda câmara, dotada de um ventilador único, localizada após as escovas rotativas, na transferência da primeira para a segunda correia e na terceira câmara, também dotada de um ventilador único, localizada na transferência da segunda


para a terceira correia. As impurezas são coletadas através de séries de correias transportadoras e enviadas a uma moega coletora, onde são retiradas por caminhões. A escova rotativa destina-se ao desprendimento de impurezas grudadas à cana para melhorar a eficiência das ventilações posteriores.


CCaappííttuulloo 33:: AALLIIMMEENNTTAAÇÇÃÃOO

1 - Introdução

A cana recebida pela Usina deve ser conduzida às moendas ou difusores convenientemente, passando pelo sistema de preparo. Este sistema de condução deve ser robusto e confiável para suportar, sem quebras, os esforços elevados a que estão submetidos. Também deve propiciar a alimentação do equipamento de extração de caldo, mais contínua e uniformemente possível, sem interrupções, pois como veremos a seguir, esta uniformidade é um fator preponderante para boa performance e obtenção de elevado nível de extração nas moendas ou difusores.

Esta interligação é feita através de mesas alimentadoras e esteiras de cana (Figura 13 e Figura 14). A figura mostra um possível layout de equipamentos nos setores de descarga, alimentação, preparo e moagem de cana. Um dos cuidados que se deve tomar no projeto destes setores é quanto ao tráfego de caminhões. O fluxo deve ser bem eficiente, livre de quaisquer obstáculos, de tal forma que o motorista não precise de nenhuma manobra além da normal para entrar e sair da área industrial. Uma manobra de marcha a ré com caminhões, por exemplo, é altamente condenada.

1.1 - Mesas Alimentadoras

Sua função principal é fazer a interligação conveniente entre a descarga ou a estocagem e o condutor principal de cana (esteira de cana ou correias transportadoras). As mesas alimentadoras são transportadores que possuem características peculiares para desempenhar a função. São transportadores de corrente muito largos e curtos, com formato do seu leito retangular ou mesmo quadrado, e sempre posicionado perpendicularmente às esteiras de cana. A sua função básica é receber a cana dos caminhões ou da estocagem e fazer uma alimentação uniforme das esteiras ou correias transportadoras.

A largura da mesa depende do comprimento das carrocerias dos caminhões, devendo ser de 2 a 2,5 m maior que o comprimento destas. As mesas alimentadoras que recebem cana de pátios por meio de tratores podem ser mais estreitas, com largura em torno de 8 m. Normalmente, as mesas recebem feixes de canas em lotes (bateladas), devendo, portanto possuir a capacidade de proporcionar alimentação regular, contínua e uniforme da esteira, dosando a carga recebida.

Uma outra função das mesas é propiciar a lavagem da cana sobre o seu leito. Através de tubo perfurado, posicionado transversalmente à mesa, próximo ao seu eixo de acionamento, a água é jogada sobre a camada de cana. Lava-se somente cana inteira, pois a picada, devido à maior área de exposição, perderia muita sacarose.

1.1.1.Tipos de mesas

As mesas alimentadoras normalmente são conhecidas como convencionais, de média inclinação e de elevada inclinação. A mesa convencional caracteriza-se por ter um leito com ângulo de inclinação variando de 0 a 20° (Figura 13) e normalmente trabalha com corrente com garras, sem o uso de taliscas (Figura 14). A mesa de inclinação média possui um ângulo do leito de 30°, 35° ou 40° e a mesa de inclinação elevada de 45° e 50° (Fig. 3.4). Normalmente, ambas usam correntes com taliscas (veja Figura 22).

As mesas devem, preferencialmente, utilizar correntes de arraste, pois as correntes de rolos desgastar-se-iam rapidamente devido à penetração de partículas abrasivas entre o rolo e a bucha. Quando não se faz o uso de taliscas, o espaçamento entre as correntes não deve exceder 600 mm; caso contrário pode chegar a 1200 mm.

Mesas convencionais

As mesas convencionais (Figura 13), embora possuam grande capacidade de alimentação, tornam a mesma irregular, pois a camada de cana é muito alta, dificultando a alimentação e diminuindo a eficiência da lavagem da cana.


Figura 13: desenho esquemático de uma mesa alimentadora convencional.

Mesas de 45o

Figura 14: desenho esquemático de uma mesa alimentadora de 45o.

As mesas de 45º (Figura 14), por sua vez, trabalham numa velocidade maior, com uma camada bem baixa, o que propicia uma alimentação muito mais regular e de fácil controle e aumenta sensivelmente a eficiência da lavagem da cana.

A lavagem - efetuada sobre as mesas alimentadoras - visa à retirada de matérias estranhas como terra, areia, etc., com a finalidade de obtenção de um caldo de melhor qualidade e aumento da vida útil dos equipamentos pela redução do desgaste. Esta lavagem nunca é feita na cana picada, pois isto provocaria um arraste muito grande de sacarose pela água.


1.1.2.Acionamento de mesas alimentadoras

Figura 15: figura do sistema de acionamento de mesas alimentadoras.

Para cumprir as funções básicas de dosar a carga e promover alimentação uniforme, contínua e ininterrupta das esteiras de cana é imprescindível que as mesas alimentadoras possuam velocidade de operação continuamente variável. Sem esta variação torna-se difícil cumprir a tarefa acima. Esta variação de velocidade pode ser produzida de várias maneiras.

Na indústria açucareira basicamente são utilizados os variadores eletromagnéticos, inversor de freqüência e em menor escala o acoplamento hidráulico com conversor de torque e o acionamento hidráulico.

Variador eletromagnético

O acionamento com variador eletromagnético ( Figura 16) foi largamente difundido no passado, mas hoje os inversores de freqüência estão em franca ascensão devido à queda nos preços, menor manutenção, compactação do acionamento e economia de energia.

O variador eletromagnético trabalha pelo princípio da variação do fluxo magnético na bobina presa no eixo de saída. Dependendo desta intensidade do fluxo magnético há maior ou menor escorregamento entre o eixo de entrada e saída, variando a velocidade relativa entre ambos.

Portanto a potência na entrada e saída é diferente e esta diferença é dissipada em forma de calor. Devido a estas características, para baixas velocidades, o variador tende a esquentar.

Figura 16: Acionamento de uma mesa alimentadora com variador eletromagnético. 1) Motor elétrico; 2) variador eletromagnético de velocidade; 3) Redutor de velocidade; 4) Engrenagem pinhão; 5) Engrenagem roda; 6) Eixo acionador; 7) Engrenagem de corrente; 8) Mancal; 9) Acoplamento.

Conversor ou inversor de freqüência

O conversor ou inversor de freqüência trabalha pelo princípio da variação da tensão e freqüência que alimenta o motor elétrico, variando a velocidade motora. Uma vantagem é que o inversor limita a corrente do motor, diminuindo os picos de partida e, principalmente, não apresenta perdas de potência tão altas como os variadores, quando se trabalha com velocidades mais baixas, dando uma grande economia de energia. Para baixas velocidades, a ventilação do motor é prejudicada além de o torque de partida diminuir sensivelmente. A variação da freqüência e tensão é totalmente eletrônica.

Turbina

Redutor


Acionamento hidráulico

O acionamento hidráulico (Figura 17) é constituído de: reservatório de óleo, válvulas, motor elétrico, bomba de pistões axiais, motor hidráulico de pistões axiais e redutor de velocidade. A variação de velocidade no caso hidráulico é feita pela variação contínua de vazão de óleo por meio de inclinação do ângulo de trabalho dos pistões da bomba. Existe uma variante em que se usa motor hidráulico de pistões radiais de elevado torque, eliminando o uso do redutor de velocidade, tornando o acionamento compacto.

Figura 17: Desenho esquemático do acionamento hidráulico para uma mesa alimentadora. 1) motor elétrico; 2) Bomba de pistões axiais com vazão variável; 3) Motor hidráulico fixo de pistões axiais; 4) Reservatório de óleo; 5) Redutor de velocidade; 6) Eixo acionador; 7) Engrenagem de corrente; 8) Acoplamento de engrenagem; 9) Mancal; 10) Acoplamento.

Acionamento Hidráulico

O acionamento hidráulico com conversor de torque (Figura 18) é constituído de: reservatório de óleo, acoplamento hidráulico bipartido, bomba de óleo acionada por meio de motor elétrico, anel pescador e trocador de calor. A velocidade é variada por meio da quantidade de óleo em circulação dentro do acoplamento. Quanto maior a vazão de óleo, menor o "escorregamento" entre as duas metades do acoplamento e vice-versa. A quantidade de óleo a ser bombeada é regulada pelo anel pescador.

Figura 18: Desenho esquemático do Acionamento Hidráulico com conversor de torque: 1) Engrenagem de corrente; 2) Eixo acionador; 3) Mancal; 4) Acoplamento; 5) Redutor de velocidade; 6) Acoplamento; 7) Acoplamento hidráulico; 8) Motor elétrico; 9) Tanque de óleo.

Nivelador de cana

Para melhorar as características de alimentação uniforme e contínua, as mesas de média e elevada inclinação são equipadas com nivelador de cana.

Trata se de um eixo tubular com braços, que gira numa rotação em torno de 40 RPM. É posicionado perto do eixo acionador, distanciado cerca de 1000 mm do leito da mesa, não deixando que a camada de cana ultrapasse essa altura. A velocidade máxima das mesas alimentadoras é normalmente limitada a:

Mesas convencionais: 8 m/min.


Mesas 30°, 35°, 40°: 13- 15 m/min.

Mesas 45°, 50°: 15- 18 m/min

1.1.3.Características operacionais das mesas alimentadoras

A seguir estão listadas as características principais das mesas:

Mesas convencionais

A capacidade de alimentação é elevada, pois a camada de cana sobre a mesa é espessa.

A lavagem de cana é deficiente devido a esta grossa camada de cana dificultar a penetração da água (Figura 14).

Mesmo com velocidade da mesa variável, o controle de alimentação ainda não é total, dependendo muito da habilidade do operador.

Mesas de elevada inclinação (45° e 50°)

Nas mesas de inclinação elevada, a cana ao ser movimentada fornece uma camada uniforme de pouca espessura.

Esta menor altura da camada de cana melhora a eficiência de lavagem,

Facilita o controle e uniformidade de alimentação.

Entretanto, esta menor altura da camada de cana reduz a capacidade de alimentação da mesa e portanto é necessário uma velocidade maior. O desgaste das correntes é maior que nas mesas convencionais. Proporcionalmente, utiliza menor quantidade de água de lavagem (5 m

3/Ton Cana) que as

mesas convencionais (10 m3/Ton Cana).

1.1.4.Capacidade das mesas alimentadoras

A capacidade das mesas alimentadoras depende basicamente da altura da camada de cana sobre o seu leito, da velocidade do transportador e do peso específico do material.

Nas mesas alimentadoras convencionais a camada de cana sobre o seu leito depende muito da sobreposição de cana no momento da descarga, portanto torna-se difícil estabelecer uma capacidade.

Entretanto, em ritmo normal de descarga, trabalhando com cana inteira, podemos considerar uma capacidade máxima em torno de 800 Ton. cana/h.

No caso das mesas 45°, a camada de cana sobre o seu leito é bem mais uniforme, não dependendo tanto da maneira de descarga. Entretanto a capacidade também é influenciada pela altura das garras das taliscas. Para uma mesa com velocidade máxima de 18m/min., a capacidade máxima é da ordem de:

Altura das garras de 250 mm: 320 TCH.

Altura das garras de 200 mm: 200 TCH.

Para as mesas de média inclinação, a capacidade média é da ordem de 400 a 500 TCH.

1.2 - Sistema de Lavagem de Cana

Atualmente, está em desuso, como discutido nas páginas 4 e 10:

É realizada com água represada (circuito fechado).

Tem como função retirar a terra que está impregnada na cana

A água passa pelo cush-cush para retirada de palhas.

Deve-se efetuar a limpeza dos bicos da tubulação.

A vantagem é que retira grande quantidade de impurezas da matéria-prima a ser processada, porém, a sua desvantagem Perda da Sacarose com a lavagem de cana (Pontas expostas).


1.3 - Cush-Cush de Bagacilho

Na lavagem da cana, além da retirada de resíduos estranhos ao processo, também é retirado o bagacilho. O bagacilho é formado por fragmentos, pedaços de fibra que terminam sendo rejeitados na lavagem e devem ser recuperados, pois também contém sacarose. Para esse fim é providenciado um separador dos rejeitos (cush-cush) que separa água proveniente da lavagem e o bagacilho que retorna ao processo para moagem.

1.4 - Esteira da cana

1.4.1.Equipamento

No sistema mais usual, a condução de cana desde as mesas alimentadoras até o sistema de extração compõe-se de uma ou mais esteiras metálicas de cana em série, seguida de correia transportadora. Na esteira metálica ou no final dela, são montados os equipamentos de preparo de cana, jogo de facas e desfibrador. As esteiras metálicas são transportadores metálicos, fechados lateralmente com chapas de aço, sendo o fundo constituído de taliscas presas às correntes e que se movem juntas (Figura 20 e Figura 21:).

Figura 19: Mesa alimentadora. Fonte: www.sermatec.com.br. Acessado em 06 de março de 2008.

Figura 20: Desenho esquemático de uma esteira metálica.



a)

b)

Figura 21: desenho esquemático de uma esteira metálica: a) com vista frontal e; b) detalhe de uma corrente com taliscas.

Sua seção transversal possui formato retangular. As correntes são apoiadas em vigas longitudinais e o número de linhas varia de dois a quatro, dependendo da bitola e comprimento da esteira. Podem-se usar vários tipos de corrente, entretanto a mais utilizada é a de rolos. A função da esteira é conduzir a cana para a esteira de borracha, passando antes pelo sistema de preparo. As esteiras metálicas servem tanto para cana inteira quanto para picada, não havendo distinção entre elas. A inclinação máxima da esteira metálica deve ser limitada a 18° e da correia transportadora a 23°.

Figura 22: taliscas para transporte de cana. Fonte: http://www.romasul.com.br/produtos.html

Em termos de dimensões, o comprimento total da esteira metálica geralmente é limitado a 50m, pois acima deste valor o esforço nas correntes torna-se elevado, havendo o perigo de desgaste prematuro ou mesmo de rompimento.

Portanto, quando há necessidade de esteiras com comprimentos maiores, utilizam-se duas ou mais esteiras em série. Sempre que possível, evita-se a colocação das esteiras em ângulo reto entre si (esteira transversal), pois a transferência de material de uma para outra é problemática. A largura da esteira normalmente é igual à bitola da moenda; no entanto, utiliza-se uma bitola imediatamente superior, por motivos de capacidade ou de melhores condições de alimentação.

1.4.2.Acionamento das esteiras

A velocidade da esteira de cana deve ser variável continuamente e nunca ser fixa, pois deve absorver variações voluntárias no processo de produção, assim como as irregularidades na alimentação da cana, além de permitir a automatização total da alimentação.

O sistema de variação de velocidade e os equipamentos utilizados no acionamento são idênticos aos da mesa, já descritos.

A velocidade máxima das esteiras metálicas é função do tipo de transportador, corrente e da capacidade de transporte. A capacidade é dada por:

)(1000

60

htonVdhb

Q

Sendo:

Q - Capacidade máxima do transportador (ton./h)

b - Largura da esteira (m)


h - Altura média da cana sobre a esteira (m)

d - Peso específico da cana sobre a esteira (kgf./m3)

V - Velocidade máxima da esteira (m/min.)

A altura média h da cana, na prática, é pouco menor do que a altura da lateral da esteira.

A velocidade é escolhida então, de modo que a capacidade máxima do transportador seja em torno de 40% maior que a capacidade da moenda ou difusor. Normalmente, a velocidade máxima das esteiras é limitada a 15m/min.

1.5 - Correia transportadora para cana

A vida média da corrente e talisca são de três safras, sendo que em todas as safras as correntes devem ser reformadas. A aquisição e reforma das correntes são itens que oneram em muito o custo de manutenção das esteiras de cana e o enfoque atual é diminuir o custo de manutenção industrial. Com o advento do sistema de limpeza a seco de cana, as esteiras de corrente serão substituídas por correias transportadoras. Isto possibilitará a redução de custo de manutenção sensivelmente.

2 - Comentários quanto à automatização

3 - Alimentação - Cuidados Operacionais e de Projeto

Para o bom desempenho de todo o conjunto de moagem, como foi dito antes, a uniformidade e continuidade de alimentação da cana é um fator imprescindível. Entretanto, para se conseguir o intento é necessário, além do projeto adequado destes setores, uma operação correta dos equipamentos.

A seguir listamos alguns pontos importantes com respectivo comentário.


3.1 - Layout

Deve-se dar especial atenção na fase de implantação dos equipamentos industriais. O layout dos equipamentos deve ser bem racional, dando-se uma especial atenção ao tráfego eficiente dos caminhões de cana, pois um “Layout” mal feito nunca propiciará uma alimentação de cana adequada, além de tornar difícil o posterior rearranjo e modificações.

3.2 - Acionamento de mesas e esteiras

O acionamento das mesas e esteiras de cana deve ser com velocidade continuamente variável, para possibilitar ao operador, principalmente das mesas alimentadoras, o controle de camada de cana sobre as esteiras e a maior uniformidade de alimentação possível. A uniformidade total de alimentação só é conseguida com automatização total da alimentação, o que não pode ocorrer se a velocidade dos transportadores não for variável.

3.3 - Cabine do operador das mesas.

O operador das mesas alimentadoras deve possuir uma visão clara e perfeita de todo o conjunto de mesas e esteiras, assim como a transferência de cana de um equipamento a outro. Portanto, a localização da cabine do operador é importante para atender a estes requisitos. Para sistemas mais modernos a alimentação é totalmente automatizada, a cabine de operação encontra-se no centro geográfico da usina e todo o processo (inclusive fabricação, caldeiras, fermentação e destilação) é comandado desta cabine. Em pontos vitais são colocadas câmeras de TV por meio das quais o operador tem uma visão pontual.

3.4 - Largura de mesa

Deve ser compatível com a largura dos feixes de cana, não permitindo excesso de carga nas laterais da mesa.

a)

b)

Figura 23: Largura das mesas alimentadoras: a) ERRADO: largura da mesa insuficiente; b) CERTO: largura da mesa correta.

3.5 - Ligação mesa/esteira

Figura 24: Altura de descarga insuficiente (ERRADO).

Figura 25: Altura de descarga adequada (CERTO).


3.6 - Alimentação da cana

a)

b)

Figura 26: Alimentação de cana na esteira de forma: a) ERRADA: muita falha de cana; b) CORRETA: a cana deve ser alimentada uniformemente na esteira sem falhas.


CCaappííttuulloo 44:: PPRREEPPAARROO DDAA CCAANNAA

1 - Introdução

1.1 - Principais conceitos

Embebição: Processo na qual a água ou caldo é aplicado ao bagaço em beneficio da extração.

Extração: Define a proporção de um componente da cana, em porcentagem, que foi removido durante o processo de moagem.

Índice de Preparo (Open Cell): Relação porcentual da POL das células abertas em relação à POL total da cana.

Densidade da cana: É a relação existente entre a massa de cana (Kg) e o volume que esta se ocupa (m3). A

moagem é um processo volumétrico e que, portanto ela será mais eficiente a medida em que aumentarmos a densidade da cana na entrada do primeiro terno. Isto é conseguido após a passagem da cana pelo picador e pelo desfibrador, elevando a densidade da cana inteira (175 Kg/m

3) ou da cana picada (350 Kg/m

3) para

valores em torno de 450 Kg/m3 de cana desfibrada.

a)

b)

c)

Figura 27: Aspecto da cana: a) inteira; b) picada; c) desfibrada.

Impurezas: são elementos indesejáveis ao processo de origem mineral ou vegetal.

Impureza Mineral: Causam prejuízos à indústria por provocarem desgastes em equipamentos (Bombas, tubulações, desgaste de moendas). Geralmente removida na mesa de Alimentação (lavagem de cana).

Impureza Vegetal: São fibras que não contém sacarose. Geralmente palha resultante de mal queima da cana devido umidade do canavial ou do desponte alto. Aumenta o volume de cana reduzindo o rendimento da extração. Consome potencia desnecessária das turbinas e motores.

Tabela 2: Densidade da cana.

Estado da Cana H1 (m) Densidade (kg/m3)

Cana Inteira no pátio 2,5 295 - 320

Cana inteira no barracão 7,0 295-370

Cana inteira na esteira 2,5 175-230

Cana picada na esteira 1,5 345-410

Cana desfibrada na esteira - 300-400

Cana picada no caminhão 2,0 400-500

1 H Altura média do feixe de cana


2 - Objetivo

A cana, por natureza, possui uma estrutura sólida e a sacarose encontra-se na polpa interna envolta em casca dura. Para facilitar o trabalho de extração deve-se desfazer esta formação natural.

Os objetivos do preparo de cana são:

Romper a estrutura dura da cana desagregando os tecidos fibrosos e transformando-os em partículas com granulometria mais ou menos uniforme.

Abrir e romper maior número de células possíveis, sem, no entanto extrair sacarose.

Aumentar a densidade da cana.

Deve-se ainda manter pedaços de fibra com comprimento suficiente para promover a alimentação da moenda. Com isto consegue-se um material homogêneo e permeável que facilita a extração e o controle e uniformidade de alimentação das moendas. A cana assim preparada, além de propiciar o aumento de densidade, possibilita a instalação de calha Donnelly, que favorece enormemente o aumento de capacidade das moendas. A densidade é elevada de 175 para cerca de 350 kg/m

3 no caso de cana inteira. O rompimento de células também

torna a embebição mais eficiente, pois promove uma maior diluição e lavagem da sacarose nas células abertas. Portanto, para se obter a conjugação de alta moagem com elevada extração, um bom preparo de cana é de fundamental importância.

No processo de difusão, a combinação de células abertas e fibras longas, é fator decisivos para conseguir boa permeabilidade no colchão de cana, tornando assim o processo físico-químico de lixiviação e percolação eficiente dentro do difusor, obtendo-se elevada extração de sacarose.

Os equipamentos utilizados para o preparo de cana são combinações de jogos de facas e desfibradores.

3 - Equipamentos

Tabela 3: Principais componentes dos equipamentos mais usuais no preparo da cana.

Equipamentos Componentes

Picador de Cana Suportes, Lâminas, Eixo Principal, Luva, Volante, Caixas de Mancal, Rotor, Redutor

Desfibrador (Cop 5/6, DH1, Tongaat, Maxcell)

Suportes, Martelos, Buchas, Eixo Principal, Eixos de Oscilação, Tampas Laterais, Rotor, Redutor, Placa Desfibradora, Tambor Alimentador

Esteira de Cana Desfibrada Tambores, Mancais, Motor, Redutor, Lençol de Borracha, Roletes de Apoio

Espalhador de Cana Desfibrada

-

Chute Donnelly -

3.1 - Jogo de facas

Consiste de um eixo robusto no qual são montados os suportes que sustentam as lâminas, e este conjunto (rotor), gira sobre mancais de rolamentos. As lâminas com gumes cortantes, descrevendo movimento giratório, cortam e rompem a cana sobre as esteiras.

Jogo de facas fixos


Os jogos de facas podem ser fixos ou oscilantes. As facas fixas normalmente são mais leves, as lâminas são mais finas e em menor número. A fixação no suporte pode ser através de parafusos ou por encaixe (Figura 28). Geralmente são utilizadas como 1o jogo nivelador ou jogo de faca espalhador para alimentar os desfibradores verticais. A velocidade periférica normalmente é de aproximadamente 50 m/s, com uma rotação de 600 RPM.

Figura 28: desenho esquemático de facas.

Jogo de facas oscilantes

Quanto às facas oscilantes, possuem maior quantidade de lâminas e são mais pesadas, formando uma disposição hexagonal. As lâminas são oscilantes em torno de eixos presos a suportes (Fig. 5.2). Podem ser usadas tanto para 1

o ou 2

o jogo de facas.

A diferença básica entre elas reside no diâmetro de giro e na rotação, mantendo-se a mesma velocidade periférica de 60 m/s. Gira a 630 RPM, com um diâmetro de giro de 1.820 mm ou a 750 RPM, com um diâmetro de giro de 1.515 mm.

Aquelas que possuem diâmetro menor é direcionada para esteiras de bitolas menores, enquanto as de diâmetro maior é indicado para esteiras com bitolas maiores. O sentido de rotação é concordante com o de deslocamento da esteira.

3.2 - Desfibrador (shredders)

O preparo eficiente de cana com jogo de facas rompe um apreciável número de células, mas não o suficiente para práticas modernas de extração que clamam por elevada extração com alta moagem. A função do desfibrador consiste em completar o preparo de cana para romper a maior quantidade possível de células que contém a sacarose e ainda manter o comprimento das fibras longas (100 mm). É de fundamental importância que o jogo de facas seja seguido pelo desfibrador, para o bom desempenho das moendas e do difusor.

Basicamente, existem dois tipos de desfibradores: convencional e vertical.

Desfibrador convencional


Figura 29: desfibrador.

A construção do corpo principal é idêntica à de facas oscilantes. Consiste de um eixo robusto no qual são montados os suportes que sustentam as lâminas (veja Figura 38), e este conjunto (rotor), gira sobre mancais de rolamentos. Faz parte do desfibrador ainda, a placa desfibradora e o tambor alimentador. As lâminas são oscilantes em torno de eixos presos a suportes (Figura 29). O formato das lâminas, também chamadas de martelos, é reto e retangular e não possuem gumes cortantes como as facas, pois desempenham uma função diferente.

É montado sobre a esteira de cana e gira em sentido contrário ao deslocamento da mesma. A placa desfibradora, posicionada na parte superior do rotor, com formato curvo acompanhando o diâmetro de giro dos martelos, possui na sua face internas saliências formadas por barras retangulares transversais. O tambor alimentador, posicionado em frente ao rotor, em um nível um pouco acima deste, tem a função de direcionar a cana entre o martelo e a placa. Pelo próprio movimento do rotor do desfibrador e ajudada pelo tambor alimentador, a cana é forçada a passar entre a placa e o martelo, até atingir o início das barras da placa desfibradora, onde ocorre o desfibramento pela ação de cisalhamento da camada de cana (Figura 29).

Desfibrador vertical

Este desfibrador é de concepção mais pesada. Sua construção consiste como no convencional, de um eixo robusto no qual são montados os suportes das lâminas. A sustentação do rotor é feita por mancais de rolamentos com lubrificação forçada a óleo devido à elevada rotação. A disposição dos martelos, também oscilantes, difere ligeiramente com relação ao convencional por serem em maior número (Figura 5.5). Faz parte do conjunto a placa desfibradora, que neste caso é maior, cobrindo um ângulo de aproximadamente 90o.


Figura 30: Arranjo de desfibrador vertical (Fletcher e Stewart).


Figura 31: Desfibrador vertical e martelo.

Tambor alimentador

O tambor alimentador (Figura 32) força a passagem de cana entre os martelos e a placa desfibradora. Posiciona-se antes do rotor em nível pouco acima conforme visto na Figura 29.

Figura 32: Tambor alimentador. Fonte: http://www.vemag.ind.br. Acessado em 08 de março

http://www.vemag.ind.br/


de 2008.

Picador

O picador (Figura 33), pica a cana, facilitando a alimentação do desfibrador. Sendo que o sentido de sua rotação correspondente ao da esteira metálica.

Figura 33: Picador. Fonte: http://www.vemag.ind.br. Acessado em 08 de março de 2008.

Espalhador2

Após o sistema de preparo, a altura do colchão de cana é uniformizada por um equipamento chamado espalhador (Figura 34), que se localiza no ponto de descarga da esteira metálica para uma correia transportadora de borracha. Esta correia trabalha em alta velocidade (90m/min.), com a finalidade de reduzir a espessura da camada de cana e facilitar o trabalho do eletroímã. Este realiza a operação de remoção de materiais ferrosos, protegendo os equipamentos de extração, mais especificamente os rolos da moenda.

Figura 34: Espalhador. Fonte: http://www.vemag.ind.br. Acessado em 08 de março de 2008.

3.3 - Instalação e acionamento do jogo de facas e desfibradores

O acionamento do jogo de facas e desfibradores, na maioria dos casos, são feito por turbina a vapor acoplada ao turbo redutor. Em menor escala, são utilizados motores elétricos.

2 http://www.sbrt.ibict.br




3.4 - Índice de preparo

O trabalho realizado pelos equipamentos de preparo de cana é medido através do índice de preparo, que representa a relação percentual de POL das células abertas em relação à POL total da cana. Para maiores detalhes, ver caderno sobre controle químico editado pela Copersucar.

No preparo convencional, indicado na Figura 35 e na Figura 36, o índice de preparo varia de 80 a 85%. Na instalação com desfibrador vertical, indicada na figura 5.8, varia de 90 a 92%.

Figura 35: Esquema de instalação do desfibrador.

Figura 36: Esquema de instalação do desfibrador.

Figura 37: Instalação com desfibrador vertical.

3.5 - Cuidados operacionais e de manutenção

Os cuidados operacionais e de manutenção mais comuns durante a safra para jogos de facas e desfibradores são:

Verificar a rotação de trabalho das facas


Verificar sempre se a rotação de trabalho das facas ou desfibrador coincide com a rotação nominal do equipamento. Geralmente esta é uma medida indireta, ou seja, a rotação é medida através de tacômetro no eixo da turbina. Portanto, antes deve-se calcular a rotação nominal da turbina. Para isso, multiplica-se a rotação nominal das facas ou desfibrador, pela relação de transmissão do redutor.

Manutenção das facas e desfibradores (Figura 38).

As lâminas das facas e dos desfibradores desgastam-se após certo período de funcionamento. O desgaste depende da quantidade de cana processada, fibra de cana, impurezas na cana, qualidade da solda, etc. Algumas usinas recuperam as lâminas das facas e do desfibrador sem retirá-las do rotor, quando o desgaste é pequeno. Nesta operação, o fio terra da máquina de solda deve estar conectado ao rotor, para que se evite uma passagem de corrente sobre os rolamentos que poderiam ser danificados.

a)

b)

Figura 38: a) Lâminas e b) Martelos.

Entretanto, a melhor prática é trocar as lâminas após certo nível de desgaste. No caso das lâminas dos desfibradores, pode-se virar os martelos para trabalhar com a outra face, e quando as duas estiverem gastas, então proceder à troca. O desgaste das lâminas das facas e desfibradores dependem de vários fatores e cada usina possui sua particularidade, portanto recomenda-se que cada usina estabeleça seu próprio período de troca e manutenção, observando-se os desgastes e também acompanhando-se a queda do índice de preparo.

Figura 39: Balança e gabarito para recuperação de Lâminas.

Para a recuperação destas lâminas a COPERSUCAR possui o projeto de um dispositivo que facilita este trabalho. Trata-se de uma "balança" (Figura 39) na qual, em um dos lados, coloca-se uma lâmina com peso e comprimento padrão, e no outro, a lâmina a ser recuperada. Os pesos de todas as lâminas recuperadas são então verificados por comparação, sempre com o mesmo padrão. Num outro dispositivo, tipo gabarito, verifica-se também o comprimento das lâminas à medida que forem sendo recuperadas.

Ajustagem da Placa desfibradora


Outro aspecto a verificar, no início de cada safra, é a ajustagem da placa desfibradora. A abertura mínima é de 5 mm, entretanto esta abertura pode ser sensivelmente maior desde que o índice de preparo de cana esteja na faixa especificada do equipamento. Ademais, quanto menor a abertura, maior o consumo de potência.

3.6 - Esteiras

Figura 40: Esteira de cana. Fonte: http://www.sermatec.com.br. Acessado em 5 de março de 08.

3.7 - Eletroímã

O eletroímã (Figura 41) protege os componentes da moenda contra materiais ferrosos estranhos, que por ventura venham junto com o carregamento ou desprendidos dos equipamentos.

Figura 41: Eletroimã.

São cuidados necessários para uma boa operação da moenda.

A temperatura máxima de trabalho deve ser de 90°C.

Verificar sempre os elementos de sustentação.

Verificar a distancia livre entre a camada de cana e o eletro-imã.

Nunca se aproxime do separador ligado com materiais ferrosos a mão.

Pessoas portadores de instrumentos auxiliares de manutenção da vida não devem aproximar-se do equipamento em operação.



4 - Alimentação do 1º Terno

Para o bom desempenho dos conjuntos de moendas é de fundamental importância o trabalho realizado pelo 1º terno, pois deste dependerá em grande parte o desempenho da extração, capacidade de moagem e uniformidade do processo.

A idéia básica é tentar extrair o máximo de sacarose possível no 1º terno e, ao mesmo tempo, manter uma elevada capacidade de moagem. Por outro lado, deve se manter também uma uniformidade e constância de alimentação deste terno para que esta situação possa se repetir nos demais. Quando se extrai o máximo possível de sacarose no 1º terno, a embebição se torna mais eficiente nos restantes e, em consequência, melhora a extração total do conjunto.

Como veremos no capítulo adiante, a regulagem de moenda é feita todas as safras. Do ponto de vista macroscópico ela pode ser vista como cálculo das aberturas dos ternos, para que passe uma determinada quantidade de cana por unidade de tempo. A variação voluntária na quantidade horária a ser esmagada é feita variando-se a rotação dos ternos, desde que a qualidade da matéria-prima se mantenha. Em outras palavras, a moenda é uma máquina essencialmente volumétrica, portanto para se conseguir uma boa performance é necessário que sempre exista uma camada de cana constante na moenda. Daí a importância da alimentação constante e uniforme da mesma.

Os requisitos básicos para se obter a combinação de elevada extração com elevada moagem são:

Preparo de cana eficiente.

Alimentação efetiva, forçada e robusta.

Utilização intensiva de solda tipo "chapisco" nos rolos.

Drenagem adequada dos rolos.

Embebição composta, com uma vazão de água constante de pelo menos 250% da fibra.

Operação e manutenção cuidadosa.

Sistema automático de alimentação do 1° terno, evitando oscilações na moagem.


Automatização de todos os ternos da moenda, necessitando, portanto que todos os ternos sejam equipados com calha Donnely.

A seguir veremos duas maneiras mais eficientes, atualmente utilizadas para alimentação do 1° terno. Como o bicão e a esteira forçada já são sistemas obsoletos, não serão citados.

4.1 - Alimentação com rolo de pressão e calha Donnelly

A Figura 42 ilustra este sistema de alimentação. A moenda de três rolos deve ser necessariamente equipada com rolo de pressão. A alimentação consiste de calha Donnelly, que é uma calha com certa altura, fechada totalmente, com seção transversal retangular e com abertura divergente no sentido de alimentação da moenda. Quando se enche a calha, pelo próprio peso formado pela coluna de cana preparada, a densidade no fundo elevar-se-á. Esta densidade é da ordem de 500 a 550 Kg/m

3, tornando a alimentação eficiente e

possibilitando elevada moagem e extração. Note que este aumento da densidade é conseguido devido ao bom preparo de cana, daí a importância do desfibrador. A calha, além de regularizar e uniformizar a moagem, ainda torna a pressão dos rolos sobre o colchão de cana mais constante durante todo o processo de moagem desde que seja mantida sempre cheia.

No entanto, para se alimentar esta calha, com pouca abertura em sua parte superior, é necessário uma camada de cana fina. Isto se consegue, utilizando-se um transportador de correia com velocidade elevada. A transferência de cana da esteira metálica a este transportador é feita pelo espalhador, quando se usa o preparo convencional, para se obter uma camada fina e homogênea.

O transportador de correia possibilita também a instalação do eletroimã sobre si. Sua instalação se deve à proteção dos componentes das moendas, principalmente das camisas, contra os danos causados por materiais ferrosos estranhos, que porventura possam vir com o carregamento, ou mesmo por algumas lâminas que possam se desprender das facas ou desfibradores.

Figura 42: Alimentação por rolo de pressão e calha Donnelly.


4.2 - Alimentação com pressure feeder e calha Donnelly

Este equipamento foi desenvolvido na Austrália e é largamente usado neste país. O objetivo é vencer as dificuldades de alimentação das moendas, principalmente quando se usa uma taxa de embebição elevada. Não se tem conhecimento de sua aplicação no Brasil.

Figura 43: Alimentação com pressure feeder e calha Donnelly.

Consiste de 2 ou 3 rolos posicionados a montante da moenda convencional de 3 rolos, em uma posição mais elevada e ligados por uma calha fechada, levemente divergente que conduz o bagaço sob pressão à entrada da moenda (Fig. 6.2). Por sua vez, o “pressure feeder” é alimentado pela calha Donnelly como visto no item anterior. É acionado pela mesma turbina da moenda, por uma derivação de um par de engrenagens do conjunto de acionamento.


4.3 - Cuidados operacionais

Dois aspectos devem ser destacados quando se alimenta as moendas com calha Donnelly.

Montagem correta da calha

Sempre verificar a montagem correta da calha. A chapa traseira deve ter uma inclinação de 4° e a dianteira de 6° em relação à linha vertical, isto para assegurar a abertura divergente no sentido de alimentação da moenda. As dimensões de montagem em relação ao transportador de correia estão tabeladas na figura 6.3.

Face interna lisa

A face interna da calha deve estar lisa, sem saliências e isenta de pingos de solda para evitar embuchamento.

Altura correta


Durante a operação, a calha deve estar sempre com cana a uma altura de pelo menos 2/3 da altura total, para assegurar uma boa performance. A melhor forma de se obter isto é instalando o controle automático de alimentação (Figura 44).

Figura 44: Calha Donnely.

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Processo de Recepcao e Moagem de Cana