UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ. Campus Campo Mourão. Engenharia de Alimentos USINA GOIOERÊ DE AÇÚCAR E ÁLCOOL

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1 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Engenharia de Alimentos 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

2 2 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Campo Mourão Engenharia de Alimentos USINA GOIOERÊ DE AÇÚCAR E ÁLCOOL Mirela Vanin dos Santos Lima Professor (a) orientador (a) Odinei Hess Golçalves Professor (a) convidado (a) Herily Pereira Sato Aluno (a) Campo Mourão Agosto/2013

3 3 1 INTRODUÇÃO É considerado estágio, de acordo com o Decreto nº /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.

4 4 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.

5 5 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).

6 6 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).

7 7 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

8 8 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).

9 9 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).

10 10 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 licormãe (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

11 11 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).

12 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.

13 13 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.

14 14 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.

15 15 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.

16 16 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).

17 17 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).

18 18 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.