USINA GOIOERÊ DE AÇÚCAR E ÁLCOOL

ENEFICIAMENTO E CARA

CTERIZAÇÃO DE

DA INDÚSTRIA DE NA RAGIÃO DE CORUMBATAÍ DO SUL: APROVEITAMENTO

DA CASCA

ESTÁGIO SUPERVISIONADO

Campo Mourão

Agosto/2013

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

Campus – Campo Mourão

Engenharia de Alimentos

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USINA GOIOERÊ DE AÇÚCAR E ÁLCOOL

Mirela Vanin dos Santos Lima Odinei Hess Golçalves

Professor (a) orientador (a) Professor (a) convidado (a)

Herily Pereira Sato

Aluno (a)

Campo Mourão

Agosto/2013

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO

PARANÁ

Campus – Campo Mourão

Engenharia de Alimentos

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1 INTRODUÇÃO

É considerado estágio, de acordo com o Decreto nº 87.497/82, "As

atividades de aprendizagem social, profissional e cultural, proporcionadas ao

estudante pela participação em situações reais da vida e trabalho de seu meio,

sendo realizada na comunidade em geral ou junto a pessoas jurídicas de direito

público ou privado, sob responsabilidade e coordenação da instituição de ensino".

O estágio curricular supervisionado foi realizado na Usina GOIOERÊ de Açúcar e

Álcool, situada em Moreira Sales – PR, no período de 10 de janeiro de 2012 até 2 de

março de 2012, orientado pelo Professor Dr. Heron Oliveira dos Santos Lima e

supervisionado por Jeronimo Noboru Eimori. As atividades desenvolvidas foram:

observação do processo global de produção de açúcar a álcool; acompanhamento

dos processos de transformação, evaporação, produção de açúcar; produção de

álcool e manutenção de evaporadores.

2 DESCRIÇÃO DA EMPRESA

A empresa foi fundada em 1976, época em que iniciou a construção de seu

parque industrial e o plantio dos primeiros viveiros para o surgimento das lavouras.

A principal atividade da Usina Goioerê é a fabricação de açúcar e álcool. Em

2008/09, segundo dados do Anuário da Cana, a Usina Goioerê chegou a moer 1,8

milhão de toneladas de cana.

3 ATIVIDADES DESENVOLVIDAS

O estágio, na maioria do tempo foi realizado na entressafra da usina, sendo

possível acompanhar a abertura e limpeza dos equipamentos. Foi realizado o

acompanhamento da produção de açúcar e álcool e acompanhamento no sistema

de evaporação da usina, além disso, foi desenvolvido um projeto de melhoria e

otimização do processo para fabricação de álcool.

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4 PROCESSO DE FABRICAÇÃOAÇÚCAR E ÁLCOOL

4.1 LAVAGEM

A cana que chega queimada e cortada manualmente é enviada ao processo

de lavagem, apresentado na Figura 1, que tem como objetivo principal remover as

impurezas grosseiras da cana, como areia, madeira e outros objetos indesejados.

Após a lavagem a cana segue para a etapa de moagem.

Figura 1. Lavagem da cana de açúcar (Usina Goioerê, 2012)

4.2 MOAGEM

A cana já lavada é conduzida por esteira rolante para os picadores e

desfibradores; esta etapa é conhecida como preparo da cana. A extração do caldo é

feita pelo esmagamento da cana por rolos das moendas (Figura 2) que exercem

uma forte pressão sobre a cana. O bagaço proveniente desse processo é utilizado

para alimentação da caldeira e o caldo segue para a filtração.

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Figura 2. Moenda de cana de açúcar (Usina Goioerê, 2012).

4.3 FILTRAÇÃO

O caldo passa por peneiras (Figura 3) para retirada das impurezas maiores

que estão contidas no caldo.

Figura 3. Filtração do caldo da cana de açúcar através de peneiras (Usina Goioerê,

2012).

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4.4 SULFITAÇÃO

Inicialmente adiciona-se anidrido sulfuroso (SO2) ao caldo, que o absorve,

baixando o seu pH original a aproximadamente 4,0. Este processo tem como

objetivos principais inibir reações que causam a formação de cor; a coagulação de

coloides solúveis e consequentemente auxiliar na sedimentação das partículas de

impureza, diminuir a viscosidade do caldo, bem como do xarope, massas cozidas e

méis, facilitando as operações de evaporação e cozimento.

4.5 CALEAÇÃO

Posteriormente, adiciona-se ao caldo uma solução de hidróxido de cálcio

(Figura 4). Este processo tem por objetivo a eliminação de corantes do caldo, a

neutralização de ácidos orgânicos e a formação de sulfito e fosfato de cálcio,

produtos que, ao sedimentar, arrastam consigo impurezas presentes no líquido e

elevam o pH do caldo para valores da ordem de 6,8 a 7,2.

Figura 4. Adição de cal ao caldo da cana de açúcar (Usina Goioerê, 2012).

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4.6 AQUECIMENTO

Em seguida o tratamento consiste em aquecer o caldo através de

aquecedores (Figura 5) a aproximadamente 105 ºC sem adição de produtos

químicos. O aquecimento do caldo proporciona a redução da viscosidade e

densidade do caldo e acelera a velocidade das reações químicas, agrupando as

impurezas na forma de pequenos “flocos“. Os sais formados são insolúveis a altas

temperaturas, possibilitando a sua decantação.

Figura 5. Aquecedores do caldo de cana sulfitado e caleado (Usina Goioerê, 2012).

4.7 DECANTAÇÃO

A decantação é um processo contínuo, que leva aproximadamente três

horas. É usual a aplicação de floculantes na entrada do decantador, visando agrupar

os flocos formados nas reações químicas, deixando-os mais pesados para que

decantem mais rapidamente. Os floculantes são polímeros, que podem ser tanto

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catiônicos quanto aniônicos. Eles recebem a denominação de polieletrólitos e são

poliacrilamidas parcialmente hidrolisadas. Estas substâncias melhoram a floculação;

aumentam a velocidade do processo de decantação; o volume de lodo diminui; e

não modificam o pH. Após a decantação o caldo segue para a etapa de filtração.

4.8 FILTRO ROTATIVO A VÁCUO

O filtro rotativo a vácuo (Figura 6) é composto de um tambor perfurado que

gira em volta de um eixo horizontal e parcialmente submerso no líquido a ser filtrado.

A periferia do tambor constitui a superfície filtrante, sendo esta dividida em

24 seções independentes, cada uma das quais ocupando 15° da circunferência e

estendendo-se por todo o comprimento do tambor. Cada uma destas seções é

ligada individualmente a uma tubulação de vácuo. O tambor gira a uma rotação que

varia de 0,1 a 0,5 rpm.

Ao término da etapa de filtração o caldo está limpo e segue para o processo

de evaporação e posteriormente para o processo de fabricação de açúcar, ou sofre

diluição e é direcionado à fabricação de álcool.

Figura 6. Filtro rotativo a vácuo para retirada de impurezas do caldo da cana (Usina

Goioerê, 2012).

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4.9 EVAPORAÇÃO

O caldo clarificado com aproximadamente 15ºBrix entra em um conjunto de

evaporadores de múltiplo efeito (Figura 7) para a retirada da maior parte da água,

apresentando concentração final de cerca de 65ºBrix, tomando a consistência de um

xarope que é utilizado no processo de fabricação de açúcar.

Figura 7. Evaporador de múltiplo efeito (Usina Goioerê, 2012).

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5 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO AÇÚCAR

5.1 COZIMENTO A

Os reatores de cozimento são equipamentos que continuam a evaporação

do xarope, tornando o meio supersaturado dando as condições necessárias à

cristalização da sacarose. O produto obtido neste cozimento é a massa A. Esta

massa A é uma mistura de cristais de açúcar e o seu correspondente licor-mãe

(mel), de onde foi obtida a cristalização do açúcar.

5.2 COZIMENTO B

No cozimento B é onde formamos os cristais para o cozimento A. Os tachos

de cozimento B recebem o mel A e por um processo de nucleação, produz-se os

pequenos cristais, de modo controlado e padronizado. Este processo é fundamental

na qualidade do produto final, onde todos os cristais são induzidos a uma formação

conjunta e uniforme, chamado de semeamento total. A massa B, da mesma forma

que a massa A, é uma mistura de cristais de açúcar e o seu correspondente licor-

mãe (mel) de onde foram obtidos os cristais.

5.3 CENTRIFUGAÇÃO DA MASSA A

Na centrifugação ocorre a separação do mel, denominado mel A, que irá

para os tachos de cozimento B, e açúcar propriamente dito, que é enviado ao

secador de açúcar.

5.4 CENTRIFUGAÇÃO DA MASSA B

Na centrifugação, os cristais são separados do mel B (ou melaço) onde o

magma (cristais de açúcar B) será utilizado como núcleo para o cozimento A e o

melaço é enviado para a fabricação do álcool.

5.5 SECAGEM DO AÇÚCAR

Nesta etapa o açúcar passa no secador de bandejas (Figura 8) para a

retirada da umidade contida nos cristais. O açúcar é alimentado na parte superior e

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é transferido sucessivamente para as bandejas inferiores, enquanto que o ar circula

sobre as camadas de açúcar nas bandejas. Este tipo de equipamento, devido à

movimentação suave do açúcar no seu interior, evita quebra de cristais, mantendo

seu brilho. Após esta etapa o açúcar está pronto para ser ensacado e

comercializado.

Figura 8. Secador do açúcar (Usina Goioerê, 2012).

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5.6 ENSACAMENTO

O açúcar é ensacado em sacos de 50 kg ou em contêineres ("big-bag") de

1000 kg e então é armazenado e comercializado.

6 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL

6.1 PREPARO DO MOSTO

Mosto é o material fermentescível previamente preparado. O mosto na Usina

Goioerê é composto de caldo clarificado, melaço e água. O caldo quente que vem

do evaporador é resfriado a 30ºC em trocadores de calor tipo placas, diluído em

água, e enviado às dornas de fermentação (Figura 9). No preparo do mosto são

definidas as condições gerais de trabalho para a condução da fermentação como,

regulagem da vazão, teor de açúcares e temperatura. Densímetros, medidores de

vazão e controlador de Brix automático monitoram este processo.

6.2 FERMENTAÇÃO

A temperatura de fermentação é regulada para 28 a 30ºC. O mosto

fermentado é chamado de vinho que contém cerca de 9,5% de álcool após o

processo de fermentação que acontece num período de 6 a 8 horas.

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Figura 9. Dornas de fermentação (Usina Goioerê, 2012).

6.3 CENTRIFUGAÇÃO DO VINHO

Após a fermentação a levedura é recuperada do processo por centrifugação,

em separadores (Figura 10) que separam o fermento do vinho. O vinho delevurado

irá para os aparelhos de destilação onde o álcool é separado, concentrado e

purificado. O fermento, com uma concentração de aproximadamente 60%, é enviado

às cubas de tratamento.

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Figura 10. Centrífuga do vinho (Usina Goioerê, 2012).

6.4 DESTILAÇÃO

O vinho com 9,5% em álcool é enviado aos destiladores (Figura 11), e o

produto final apresenta 70°GL. Na destilação do vinho resulta um subproduto

importante, a vinhaça. A vinhaça, rica em água, matéria orgânica, nitrogênio,

potássio e fósforo, é utilizada na lavoura para irrigação da cana, na chamada

fertirrigação.

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Figura 11. Destilador de álcool (Usina Goioerê).

7 PROCESSO DE EVAPORAÇÃO

O processo de evaporação (Figura 12) da Usina Goioerê é de múltiplo efeito,

constituindo de 1 pré-evaporador e 6 evaporadores.

O pré-evaporador recebe vapor de escape, que entra em contato com o

caldo e começa o processo de evaporação, os evaporadores trabalham com vácuo

com o objetivo de que a água evapore a uma temperatura menor de 100°C a fim de

evitar caramelização do caldo.

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Conforme a água vai evaporando, vai se formando o vapor utilizado para

evaporar o caldo do segundo evaporador, chamado de vapor vegetal, e assim

continua o ciclo até o último evaporador.

Em cada evaporador há tubos verticais (Figura 13), que são envoltos pelo

vapor, uma tubulação central (Figura 13) onde o caldo mais concentrado sai em

direção ao próximo evaporador, uma tubulação para eliminação de gases não

condensáveis, eliminador de gotas no teto e tubulações de condensado (Figura 14).

Figura 12. Sistema de evaporação (Usina Goioerê, 2012).

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Figura 13. Tubulações de entrada do caldo e tubulação central de saída (Usina

Goioerê, 2012).

Figura 14. Armazenamento de condensado provenientes dos evaporadores (Usina

Goioerê, 2012).

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8 PROJETO DE MELHORIA

O projeto de melhoria para a usina foi baseado no caldo de entrada na

fabricação do álcool, para que o caldo aquecido seguisse para a fermentação e

somente o xarope concentrado pela evaporação seguisse para a fabricação de

açúcar, uma vez que o processo da usina concentrava o xarope para a fabricação

de açúcar e posteriormente diluía para a fermentação do caldo, fato que ocorria pois

inicialmente a usina fabricava somente açúcar, a fabricação de álcool se iniciou

somente depois. O método utilizado para a realização do projeto foi o PDCA.

9 CONCLUSÃO

A realização do estágio proporcionou uma visão externa à Usina, foram

realizadas algumas propostas de melhorias que não se concretizaram. Além disso, o

estágio foi de extrema importância para o conhecimento de equipamentos abertos e

seus componentes, que normalmente não são visualizados com o processo em

andamento. Foi interessante também o aprendizado para relacionamento

interpessoal no local de trabalho, o entendimento da dificuldade econômica para

realizar melhorias e as adaptações que são realizadas para resolução de problemas.

O objetivo do estágio foi atendido, acrescentando um melhor aprendizado para

trabalhar com projetos de equipamentos.