Cachaçaria Audara Equipe 3

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA Cachaçaria Audara Equipe 3 Disciplina de Projeto Industrial de Processos Químicos Alunos: Francisco Ailson Dos Santos Holanda Francisco De Assis Ferreira De Oliveira Isabella Christina Cavalcante Quaranta Ítalo Ximenes Marques Jessica Vieira Sampaio Laís Coelho Lopes Fortaleza 2017

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3 Sumário 1. Introdução Histórico Nome e Especificações Volume de Produção Descrição das Etapas do Processo Lavagem da Cana Moagem ou Extração do Caldo Filtração e Diluição Fermentação Destilação Alambique Coluna Diluições Armazenamento, Envelhecimento e Envase Armazenamento Envelhecimento Envase Padrões de Qualidade Padrão da Cachaça Matéria-prima (Cana-de-açúcar) Moagem da cana-de-açúcar Filtração e Decantação Fermentação Destilação por Alambique Armazenamento Envelhecimento... 27

4 3.9. Acondicionamento Fluxograma e DWSIM DWSIM Flowsheet Balanços Balanço de Massa Total Balanço de Massa por Equipamento Moenda Filtro Bombas Fermentador Centrífuga Destilador Trocadores de Calor Diluidor Tanque de Armazenamento Balanço de Energia Total Balanço de Energia por Equipamento Moenda Filtro Bombas Fermentador Centrífuga Destilador Trocadores de Calor Tanque de Diluição e Tanque de Armazenamento Projeto dos Equipamentos... 53

5 6.1. Moenda (EQC 002) Fermentador (EQC 005) Centrífuga (EQC 006) Destilador (EQC 010) Projeto do destilador Dimensionamento do Destilador Refervedor (EQC 011) Condensador (EQC 012) Trocadores Resfriamento da vinhaça (EQC 025) Resfriamento da corrente de condensado (EQC 013) Caldeira (EQC 007) Tanques de Diluição Diluição para 40% em volume (EQC 015) Diluição da bebida mista (EQC 019) Tanques de Armazenamento Intermediários Após a moenda (EQC 004) Após a centrífuga (EQC 008) Tratamento da levedura (EQC009) Antes da diluição (EQC 014) Após a diluição (EQC 016) Armazenamento da bebida prata (EQC 017) Armazenamento do envelhecimento (EQC 018) Bombas Envase Bebida Prata (EQC 021) Bebida Envelhecida (EQC 023)... 97

6 Bebida Mista (EQC 022) Localização e Arquitetura Seleção de terreno para a Cachaçaria Audara: Considerações Gerais Planta baixa Resíduos do Processo Vinhaça Bagaço Gás Carbônico Águas Residuais Torta de filtro Cinzas Provenientes da Caldeira Avaliação Ambiental Obtenção da Licença Ambiental Modalidade De Licenciamento Remuneração Dos Estudos Ambientais Outras Licenças Documentos Técnicos Para O Licenciamento Estudos Adicionais Compensação Ambiental E Preservação Da Região Avaliação Institucional Organograma Geral Distribuição Setorial Organização das Escalas Avaliação Econômica Licenciamento Ambiental Desembolsos referentes à Aquisição do Terreno

7 11.3. Desembolsos referentes à Construção Desembolsos referentes à Aquisição e Instalação de Equipamentos Registro da Marca Receita Bruta Impostos e Deduções Sobre a Receita Bruta Receita Líquida Custos Desembolsáveis Custos Variáveis Desembolsáveis Custos Fixos Desembolsáveis Despesas Desembolsáveis Despesas Fixas Desembolsáveis Encargos com Funcionários Lucro Operacional Antes de Juros, Imposto de Renda, Depreciação e Amortização (LAJIDA ou EBITDA) Depreciação Impostos Incidentes sobre a Renda Capital de Giro Valor Residual do Ativo Vendido Análise dos Resultados Referências Anexos... I Anexo A Avaliação Dos Dados Da Pesquisa: Preferências No Consumo De Cachaça... I Anexo B Correlação de design para termosifão vertical... VI Anexo C Liberação entre o casco e o feixe de tubos... VII Anexo D Valores para equação de cálculo do diâmetro do feixe de tubos... VII Anexo E Fator de atrito para tubos... VIII Anexo F Fator de transferência de calor para tubos... IX

8 Anexo G Fator de melhoramento de ebulição convectiva... IX Anexo H Fator de supressão da nucleação... X Anexo I Quadro de Funcionários Completo... XI Anexo J Cronograma de licenciamento... XIV

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10 6 1. Introdução A cachaça faz parte do paladar brasileiro desde a colonização até os tempos de hoje, seu processo foi se atualizando com o tempo resultando no que consideramos atualmente a cachaça industrial. Porém, a tradição dos alambiques ainda brilha com as conhecidas cachaças artesanais. A bebida brasileira também se destaca no mercado internacional, sendo o terceiro destilado mais consumido no mundo, apenas atrás da vodca e do soju (destilado coreano de arroz) Histórico O consumo de bebidas alcóolicas data da antiguidade, em 1700 AC já existiam registros de consumo de líquidos fermentados. Os destilados, por sua vez, possuem seu primeiro registro com os gregos. O Tratado da Ciência, escrito por Plínio (23 a 79 DC), registra sobre o processo de obtenção da ácqua ardens. Porém, foi apenas no século X no Oriente Médio que Avicenna, um médico persa, descobriu o processo de destilação de materiais fermentados. Posteriormente, médicos europeus passaram a designar de aqua ardens o produto da destilação, e a este foram atribuídas propriedades medicinais e parte da receita do dito elixir da longevidade. Com a expansão do Império Romano, a técnica persa de destilação espalhou-se, ganhando variações pelo mundo. Existem muitas versões sobre como surgiu a cachaça no Brasil, porém é fato que foram os portugueses que trouxeram, junto com a cana-de-açúcar, as técnicas de destilação. Conta-se que o surgimento do destilado brasileiro ocorreu por acaso, nos engenhos de açúcar, onde se obtinha uma espécie de vinho a partir da garapa azeda, que era encontrada eventualmente nos tachos de rapadura. Durante o armazenamento, este material fermentava, produzindo um líquido que tinha gosto agradável e efeito embriagante, posteriormente recebeu o nome de cagaça (LEITÃO, 2005). O líquido era muito consumido pelos escravos, não sendo reprimidos pelo senhor de engenho pois a bebida muitas vezes era capaz de inibir a sensação de fome, além de aumentar a produtividade pela animação gerada. O nome da bebida, por sua vez, também tem diversas histórias quanto a seu surgimento. Uma das versões conta que, devido às condições de temperatura, além de fermentar, o fermentado evaporava e acumulava gotículas no teto do engenho. As gotas condensavam e caiam nas costas dos escravos, que muitas vezes estavam com feridas dos açoites. Por conta do ardor causado no contato do álcool com a ferida, a bebida que

11 7 gotejava foi chamada de aguardente. O nome pinga provém de quando já existia o hábito da produção do destilado na colônia, que a condensação do destilado pingava do alambique. Porém, para Morais Silva, autor do primeiro dicionário português (1813), quando se fervia a mistura, aparecia no tacho o que se chamava de cachaço. Definiuse, então, a cachaça como a primeira fervura da cana. (LEITÃO, 2005). Figura 1.1: Moendas de cana-de-açúcar A cachaça esteve presente em todos os ciclos econômicos do Brasil colonial, tendo seu início junto com o da cana-de-açúcar. Por algum tempo foi usada como moeda de troca por escravos, além disso, fez grande sucesso entre os europeus, que adquiriam a bebida dos mercadores que faziam o translado metrópole-colônia. O crescimento do comércio e da visibilidade da cachaça passou a ser uma ameaça para a metrópole, que possuía um destilado feito à base de uva que era concorrente da cachaça. Desta forma, Portugal elevou exacerbadamente os impostos sob a cachaça, causando uma revolta dos produtores de aguardente. O evento ficou conhecido como Revolta da Cachaça (1660). Figura 1.2: Revolta da Cachaça (1660)

12 8 Com a descoberta do ouro e a decadência da economia do açúcar, a cachaça branca era colocada em barris de madeira para serem transportados para Minas Gerais. Com a viagem, a cachaça absorvia uma coloração da madeira, além de modificar seu aroma e sabor. Surgindo assim, o hábito de envelhecer a bebida para suavizar o sabor e melhorar seu aroma. A partir do século XIX, a cachaça entrou em declínio, com a era do café. Os chamados barões do café buscavam apenas bebidas importadas e passaram a relacionar as bebidas nacionais a pessoas de baixa renda. Durante muito tempo, os intelectuais nacionalistas buscaram inverter esse quadro, porém apenas em 1922, quando Mário de Andrade expõe na Semana de Arte moderna um estudo chamado Os Eufemismos da Cachaça. Seguido por ele, outros estudiosos, como Gilberto Freire, também realizaram estudos quanto a importância cultural, econômica e histórica da cachaça para o Brasil. Em 1994, o presidente Fernando Henrique Cardoso estabelece um decreto que regulamente e especifica as bebidas alcoólicas vendidas no país, e também, no mesmo texto, legitima a cachaça como produto tipicamente brasileiro. Em 2003, é estabelecido o decreto 4851, que define o que é cachaça e normatiza sua receita. Segundo o artigo 53 do decreto de 14 de julho de 1994: Art. 53. Cachaça é a denominação típica e exclusiva da aguardente de cana produzida no Brasil, com graduação alcoólica de trinta e oito a quarenta e oito por cento em volume, a vinte graus Celsius, obtida pela destilação do mosto fermentado do caldo de cana-de-açúcar com características sensoriais peculiares, podendo ser adicionada de açúcares até seis gramas por litro. 1º A cachaça que contiver açúcares em quantidade superior a seis gramas por litro e inferior a trinta gramas por litro será denominada de cachaça adoçada. 2º Será denominada de cachaça envelhecida a bebida que contiver, no mínimo, cinquenta por cento de aguardente de cana envelhecida por período não inferior a um ano, podendo ser adicionada de caramelo para a correção da cor. Em 2012, o estado do Rio de Janeiro, por meio de uma lei, passou a ter a cachaça

13 9 como um Patrimônio Histórico e Cultural. Hoje em dia, a cachaça é o terceiro destilado mais consumido do mundo, além de ter um grande mercado tanto artesanal, quanto em escala industrial Nome e Especificações O nome Cachaça Audara vem de um aportuguesamento das palavras tupis Awa d Iara, que significa água de Iara e possui uma pronúncia próxima de auadara, resultando então em Audara. Iara representa uma figura forte no folclore nacional, sendo a senhora das águas, sua imagem sedutora e dominante atrai a todos e aqueles que cederam aos seus encantos terminaram afogados de paixão. Assim como a mãe d água, a cachaça Audara é envolvente e suave. O símbolo do sol representa o fogo e o mar a água, seguindo a ideia de água ardente quanto a cachaça. Além disso, como a cachaça será produzida no Ceará, terra muito conhecida por suas belas praias, os símbolos remetem a essa proximidade com o mar. Figura 1.3: Identidade visual da cachaçaria De acordo com a pesquisa de mercado realizada, resultados no Anexo I, decidiuse produzir dois tipos de cachaça, uma armazenada e outra do tipo bebida mista. A armazenada será uma cachaça branca, com armazenamento por 6 meses em tanques de menos de 700L e posterior envase e venda, recebendo o nome de Audara branca. O outro produto será uma bebida mista de cachaça, que é uma cachaça diluída e adicionada de aromatizantes e açúcar, semelhante a um coquetel.

14 10 Figura 1.4: Ilustrações de rótulos da cachaça prata Figura 1.5: Ilustrações de rótulos da cachaça envelhecida

15 11 Figura 1.6: Ilustrações de rótulos da bebida mista de cachaça Figura 1.7: Garrafas produzidas pela cachaçaria

16 Volume de Produção O volume de produção foi obtido a partir das informações do relatório de estudo mercadológico de cachaças realizado pelo Sebrae em 2012, juntamente com informações cedidas por um especialista na área e que atua em uma grande produtora de cachaça artesanal. Segundo o Sebrae, no ano de 2011, foram vendidos 912 milhões de litros de cachaça em todo território brasileiro. Informações da literatura apontam a cachaça industrial como representante de 70% da produção nacional. Resultando em um primeiro momento, numa produção industrial de 684,4 milhões de litros por ano. Optou-se por atender apenas um pouco menos que 1% desse mercado, resultando, por fim, em uma produção anual de 6,98 milhões de litros de cachaça, produto final. Segundo informações cedidas ao upo pelo representante comercial da cachaçaria Weber Haus, Marcos Pelisson, a produção de sua empresa foi de 500 mil litros durante o ano de Sendo a Weber Haus uma empresa familiar, de produção artesanal. Informou também que para uma cachaçaria de porte industrial (com colunas de destilação contínuas) esse número chega até 78 milhões anuais, valores estimados para a empresa Ypióca no ano de Sendo então, o valor estimado para a produção anual da Cachaçaria Audara, próximo a 8,9% daquele da Ypióca. Volume de vendas de cachaça (milhões de litros/ano) Figura 1.5: Vendas segundo o relatório mercadológico do SEBRAE (2012) Por fim, a partir das preferências observadas pelos consumidores e pensando na venda do produto para bares, restaurantes e outros estabelecimentos comerciais, optouse por dividir a produção entre bebida mista de cachaça com teor alcoólico de 20%, representando 40% do total produzido pela indústria, 50% sendo cachaça prata, armazenada, com teor alcoólico de 40%, e os demais 10% para a cachaça ouro, um blending de bebida envelhecida por 1 ano com a cachaça armazenada por 6 meses.

17 13 2. Descrição das Etapas do Processo A diferenciação entre os métodos de produção da cachaça dá-se, principalmente, pela forma de destilação do mosto fermentado, um sendo em batelada (alambique de cobre) e o outro um processo contínuo (destilação em coluna de aço inoxidável) e pela escala produzida. As demais etapas do processo seguem de forma semelhante, envolvendo a recepção da cana, moagem desta, filtração e diluição do caldo e posterior fermentação para obtenção do mosto. Após a destilação do mosto, os processos que ocorrem servem para diferenciar e caracterizar as diversas cachaças. Ambos os sistemas apresentam vantagens em relação ao outro, o processo artesanal apresenta melhor aroma e buquê, sendo mais agradável ao paladar, enquanto que a cachaça de coluna possui melhor padronização do produto (GONÇALVES, 2008). Figura 2.1: Fluxograma do processo de produção de cachaça (CARVALHO, 2009) O processo se inicia com a chegada da cana-de-açúcar no depósito, devendo ser limpa para a remoção de terra, palhas e outros contaminantes que podem interferir na fermentação. A limpeza da cana pode se dar por queima ou manualmente, o processo de escolha depende da escala utilizada. A umidade média dessa cana é cerca de 50% (p/p)

18 14 e o volume de água usado na lavagem pode chegar a 8m³ Lavagem da Cana A matéria prima que chega na indústria é pesada e retirada uma amostra para análise de sacarose. Essa cana chega carregada de impurezas retiradas do solo durante a colheita, como terra e restos de folhas. Para colheitas mecânicas o teor de terra presente ainda é superior àquele encontrado em colheitas manuais (RODRÍGUEZ, 2010). Tais sujeiras devem ser removidas antes do início do processo, evitando o desgaste de tubulações, bombas, ternos da moenda, entre outros equipamentos. A lavagem é usada principalmente em matérias-primas vindas da colheita manual com queimada, quando a colheita é mecânica e a cana é cortada em talos pequenos pelo equipamento não se indica o uso da lavagem, devido a uma redução da sacarose presente quando a cana é cortada e lavada. Desta forma, a lavagem só será opção caso a cana seja de colheita manual ou de colheita mecânica em talos inteiros. A vazão média água utilizado para a lavagem varia entre 0,4 e 14 m³ por tonelada de cana, sendo comum um valor entre 5 e 6 m³/ton, dependendo da usina (RODRÍGUEZ, 2010). As mesas de lavagem encontram-se inclinadas de 35 a 45, a água é coletada abaixo das mesas, uma parte vai para a recirculação e o excesso é enviado a planta de tratamento Moagem ou Extração do Caldo A cana limpa segue então para a moagem, uma maior eficiência nessa etapa está diretamente relacionada com o maior rendimento em cachaça (LIMA, 2001). Faz-se a extração do caldo por esmagamento direto em moendas, as quais devem ser selecionadas considerando seu tipo, tamanho, modelo e capacidade, possibilitando o máximo de extração econômica do açúcar (LIMA, 2001). Nesse estágio, a cana pode ser embebida, o que possibilita a produção de um caldo mais diluído, porém possibilitando um maior rendimento (de SOUZA, 2013). Com uma primeira prensagem, é possível obter entre 55 e 65% de rendimento na extração do caldo, a embebição associada a outras técnicas de extração, pode aumentar esse valor a até 90%. Industrialmente, constata-se a utilização de 3 a 5 ternos para a moenda (LEITÃO, 2005).

19 15 Figura 2.2: Desenho simplificado da moenda com 5 ternos. O caldo de cana não diluído pode ter sua concentração desde 16ºBx a mais de 22ºBx. O período de maturação da cana, evitando o corte da cana verde por conta da produção de metanol durante o corte dela ainda não madura. Além disso, a cana deve ser moída em até trinta e seis horas, evitando a deterioração do caldo (GOLÇALVES, 2008). Para aumentar a eficiência da extração do caldo de cana, a opção da embebição pode ser realizada de forma simples ou composta. O método simples não será abordado no presente trabalho por seu uso industrial quase nulo. A embebição composta, por outro lado, apresenta excelentes resultados para a extração e ocorre com a adição de água a 70ºC no último terno da moenda, sendo bombeado até o segundo terno. O caldo extraído no segundo terno, chamado de caldo misto, segue para um filtro e após a separação de sólidos em suspensão, é colocado na dorna fermentativa junto com o caldo primário. Este processo auxilia na diluição do caldo, muitas vezes não sendo necessária uma etapa de diluição, já estando nos valores adequados para a fermentação. Figura 2.3: Esquema de embebição composta

20 16 O resto da cana já extraído o caldo é chamado de bagaço, esse pode ser usado como fonte de cogeração energética dentro da indústria (RESINAS, 2008). Ou pode ser vendido para utilização de ração animal, produção de concreto, papel, madeira, além de etanol de segunda geração e cosméticos (da COSTA, 2011). O caldo extraído da cana possui composição usual semelhante a apresentada na tabela abaixo: Composição do Caldo de Cana de Açúcar em % de Sólidos Solúveis 1. Açúcares Totais 75-93% 2. Sais 3-5% 3. Ácidos Inorgânicos 1,5-4,5% 4. Amido 0,001-0,05% 5. Ácidos Orgânicos 1-3% 6. Gomas 0,3-0,6% 7. Ceras e Graxas 0,05-0,15% 8. Proteínas 0,5-0,6% 9. Corantes e Outros 3-5% Tabela 2.4: Composição do caldo da cana de açúcar (FURTADO, 2014) Filtração e Diluição Na filtração são eliminadas partículas maiores que foram carregadas junto com o caldo (palhas e pedaços de cana) e no decantador as partículas menores (fibras, sacaroses, coloides) são também removidos, somando cerca de 30 a 40 kg para cada tonelada de cana-de-açúcar (sua umidade média é de 75% em peso). Sabendo que, quanto mais açúcar presente no mosto, maior será a formação de álcool e que, assim, uma elevada concentração de açúcar no mosto pode causar uma elevação no teor de álcool a um nível prejudicial à atividade fermentativa, mostra-se necessário o uso de tanque de diluição. No tanque de diluição existe o ajuste da concentração de açúcares no mosto (LIMA, 2001). A medição dessa concentração é realizada em Brix (1ºBx equivale a 1g de açúcar por 100g de solução), avaliando a concentração de sólidos solúveis totais, e o valor final da diluição deve se encontrar entre 12 e 16ºBx. É importante salientar que, apesar da correção da concentração de açúcar no mosto, existe a obrigatoriedade de o caldo bruto ter no mínimo 18ºBx, pois

21 17 concentrações inferiores a essa sugerem falta de maturação da cana e, algumas vezes, podem indicar que o caldo é inapropriado para fermentação industrial (LIMA, 2001). Um teor de Brix acima dos valores sugeridos provoca um tempo de fermentação muito grande, prejudicando o processo. Uma vez na concentração ideal o caldo tem seu ph corrigido para valores entre 5,2 e 5,8 (MALTA, 2006), favorecendo a respiração celular e evitando a desnaturação das leveduras. Por fim, é inoculado e adicionado de nutrientes para a formação de um mosto que proporcione máximo rendimento. Além disso, o mosto também recebe a adição de ácido sulfúrico para evitar a contaminação por bactérias e aumentar a resistência do fermento, fazendo com que o fermento aja por um período mais prolongado. Em processos com muitos ternos na moenda essa etapa torna-se dispensável, pois o bagacilho é triturado e retido no filtro da própria moenda e o caldo já é diluído durante o processo de embebição Fermentação Após os ajustes do caldo, o mosto segue para o fermentador, preenchendo próximo a 75-80% do seu conteúdo, a uma temperatura entre 25 e 32ºC. Para fermentações industriais, esse processo pode levar de 10 a 24h, enquanto que para sistemas artesanais, que muitas vezes ainda utilizam a fermentação espontânea, esta pode durar entre 20 e 24h (LEITÃO, 2005). O vinho segue então para a centrífuga, para a separação do fermento e em seguida, o vinho livre de material biológico segue para a dorna volante, onde ocorrerá a decantação de resíduos que saíram do fermentado e o pré-aquecimento do vinho. O uso de centrífugas veio com o chamado método Melle-Boinot, esse método surgiu em 1940 na França e abordava o uso de centrífugas e posterior reciclo das leveduras para a próxima fermentação. O reciclo do mosto vem como forma de aumento do rendimento alcoólico, pois as leveduras já teriam alcançado um ponto de saturação celular e não utilizariam mais açúcar para reprodução (LEITÃO, 2005). Este vinho contém entre 5 e 8ºGL (1ºGL é equivalente a 1 ml de álcool anidro por 100ml de mistura hidro alcoólica). Uma vez na temperatura adequada, o vinho será destilado para produzir e sua concentração alcoólica sobe para 47-54ºGL. Para o uso de fermento industrial ( pé-de-cuba ), este é preparado no início da safra e recuperado diariamente, muitas vezes pelo uso de centrífugas (LEITÃO, 2005).

22 Destilação Alambique Para a operação em alambique, o vinho é encaminhado para a destilação descontínua, geralmente com uma a três caldeiras. Cerca de 20% da fermentação (cabeça 10% e cauda 10%) é separada para a melhor qualidade da cachaça produzida. Estas frações podem ser redestiladas para a produção de uma cachaça de qualidade inferior ou podem ser adicionadas no vinho da fermentação seguinte. Os destilados de cabeça iniciam-se com 65 a 70ºGL, mas pode-se ainda considerar de 55ºGL para cima, depende da especificação do produto desejado. Abaixo disso é coletado o destilado de coração até que o teor alcóolico diminuía para 38-40ºGL. Abaixo disso, tem-se o destilado de cauda, até cerca de 10ºGL, ou dependendo da especificação buscada pelo produtor. Após a destilação, o sabor do destilado produzido não é tão agradável e precisa descansar de 2 a 3 meses para que seu buquê (mistura de diversas propriedades organolépticas) se ajuste e adquira uma qualidade sensorial adequada. Pode ainda ser envelhecida em recipiente adequado (madeira, aço e outros) para a melhoria contínua do seu sabor. Dependendo do recipiente de envelhecimento, o teor alcoólico da bebida aumenta, uma vez que pelo tamanho a difusão da água para o ambiente é bem mais rápida que do álcool. Essa perda de água pode chegar até a 8% no primeiro ano de armazenagem Coluna Para a operação em coluna não ocorre a separação do destilado em frações, porém pelas características dos equipamentos, não há problema quanto a qualidade da bebida. Podendo, muitas vezes, conter menos elementos indesejáveis a fabricação que no processo artesanal (LEITÃO, 2005). O destilado sai da coluna contendo cerca de 57,76% em volume de álcool, a 85ºC, é filtrado e então armazenado para seguir para dornas diluidoras a fim de padronizar o produto final Diluições A bebida será diluída em dois momentos, o primeiro após a saída da torre de destilação para padronizar a bebida e garantir a mesma graduação alcoólica (40ºGL) para o produto em qualquer lote. Essa diluição ocorrerá com apenas adição de água desmineralizada, afim de evitar sais minerais que possam conferir turbidez e sabor diferenciado a bebida.

23 19 A segunda diluição ocorrerá após o armazenamento da bebida de 40% em volume de álcool, a bebida será aqui adicionada de extrato de suco de limão, aaçúcares, romatizantes, corantes e acidulantes, entre outros compostos para estabilizar e conferir aroma e sabor a bebida. Essa diluição persistirá até que resulte em uma bebida mista de cachaça com graduação alcoólica de 20%. A adição de aromatizantes nas bebidas alcoólicas é feita com o intuito de conferir sabor e aroma agradável ao consumidor. Estes podem ser naturais, sintéticos ou uma mistura de ambos. Para as cachaças brasileiras é comum a utilização do corante caramelo IV (processo sulfito-amônia), regulado pela ANVISA com a RESOLUÇÃO RDC Nº160 de 6 de junho de Assim, a quantidade máxima permitida do corante caramelo IV é até 0,400 g/100ml. Para a produção de bebidas com sabor de fruta, é comum a utilização de sucos concentrados e filtrados para adição de sabor. A quantidade utilizada de corante caramelo depende do nível de correção necessário para a uniformização da cor do produto final, causado pelas variações das composições da matéria-prima e do processo de envelhecimento. Para a adição de sabor limão foi considerada a adição de igual volume de suco de limão livre de sólidos suspensos e cachaça, para a obtenção de um sabor natural e garantir qualidade superior ao produto final Armazenamento, Envelhecimento e Envase Armazenamento Ao sair do destilador, a cachaça ainda não está pronta para o consumo. Após sua diluição, a cachaça com graduação alcoólica de 40% segue para tanques de repouso e para tanques de envelhecimento. Por sua vez, a cachaça que será envelhecida irá para tonéis de madeira para aprimoramento e as demais serão enviadas para tanques de aço inox. Após os 6 meses de armazenamento em tonéis de aço inox, parte da bebida segue para o envase da cachaça prata e parte segue para uma segunda diluição e adição de características gustativas diferenciadas, a chamada bebida mista de cachaça Envelhecimento O processo de envelhecimento da cachaça se dá pela estocagem preferencialmente em barris apropriados de madeira de no máximo 700 ml de capacidade, onde ainda ocorrem reações físico-químicas que deixam a cachaça mais refinadas e com qualidades como gosto, aspecto e sabor melhores (SOUZA, 2013). Por

24 20 conta destas reações, entre ácidos e álcoois formando ésteres, por exemplo, seu período mínimo de duração não deve ser menor que doze (12) meses. Este processo pode ser efetuado também em tonéis de aço inox ou outros materiais, porém haverá a necessidade de aerar a cachaça logo após o enchimento do barril ou tonel (CHAVES, 2013). O tipo de madeira pode influenciar no odor e cor da cachaça, como o carvalho. Entretanto, há também tipos de madeiras neutras, como o jequitibá e o amendoim. Para ser considerada envelhecida, no entanto, a cachaça deve conter pelo menos 50% de cachaça envelhecida nas condições acima mencionadas, processo que deve ser fiscalizado pelo controle da fiscalização federal do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA) Envase O envase ou engarrafamento é a fase em que a cachaça é finalmente acondicionada em garrafas de vidro com volumes de 700mL e de 1L, com o auxílio de equipamentos automatizados. Após esse processo, as garrafas serão rotuladas para que sejam identificadas e atraiam o consumidor.

25 21 3. Padrões de Qualidade A cachaça tem como principais componentes água e etanol. No entanto, apresenta baixas concentrações de componentes secundários, que são produzidos durante a fermentação e selecionados na destilação. Esses componentes pertencem às classes funcionais dos ácidos, aldeídos, ésteres e álcoois. Quando a cachaça é destilada em alambiques, pode ter a presença de cobre. Assim, a cachaça deve ser submetida a um controle de qualidade por meio de análises físico-químicas, com o intuito de evitar que esses compostos influenciem negativamente as características sensoriais da bebida e a saúde dos consumidores. A composição da cachaça é fiscalizada pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e do Abastecimento (MAPA) de acordo com a legislação que estabelece os padrões de identidade e de qualidade. Ésteres A formação de ésteres ocorre no processo de fermentação, através da reação de esterificação entre um ácido e um álcool. Ele contribui para a formação do buquê da bebida, pois resultam em um aroma agradável e suave na mesma. No entanto, em altas concentrações, provoca sabor indesejável. O principal éster presente na cachaça é o acetato de etila, compondo cerca de 80% dos ésteres. Ácidos A acidez depende de fatores como o controle da destilação e, principalmente, da fermentação, levando em consideração a pureza do meio fermentativo, a tempo de fermentação e a temperatura, com o intuito de evitar a proliferação de bactérias acéticas, que aumentam a acidez da bebida e diminuem o rendimento do produto desejado. O controle da matéria-prima também interfere na produção de cachaça com baixa acidez. A acidez implica em fatores sensoriais como sabor e aroma da bebida. Elevada acidez provoca sabor indesejado e agressivo para o paladar. O ácido acético é o que possui concentração mais elevada entre os ácidos. Álcoois Superiores Os álcoois superiores resultam da degradação de alguns aminoácidos e sua concentração tende a aumentar quando a fermentação é lenta devido à baixa atividade das leveduras. O ph do mosto, níveis de inoculação e armazenamento da matéria-prima também influenciam no aumento do teor desses álcoois. Altas concentrações dessas

26 22 substâncias pioram a qualidade da bebida, causando náuseas, tonturas e dor de cabeça nos consumidores. Os principais álcoois superiores encontrados na aguardente são: 1- propanol, álcool isobutílico e alcoóis iso-amílicos. Aldeídos Os aldeídos são formados no processo fermentativo. Sua produção depende de fatores como ph do meio, linhagem de leveduras e substâncias nitrogenadas. Concentração alta de aldeídos causa incômodo nas fossas nasais e lacrimejamento, durante a degustação. Após o consumo da bebida, causa dor de cabeça e ressaca. O principal aldeído formado é o acetaldeído, correspondendo a cerca de 90% dos aldeídos produzidos. Metanol As enzimas microbianas ou ácidos do mosto degradam a pectina presente na canade-açúcar produzindo o metanol. Ele se incorpora a bebida durante a fermentação, pois nesse processo as moléculas de metanol, que ficam aderidas a pectina, são liberadas. A presença dessa substância é indesejada na cachaça, pois sua ingestão pode causar a diminuição do ph sanguíneo, afetando o sistema respiratório. Além disso, pode causar cegueira. Furfural O furfural é um composto orgânico heterocíclico aromático, resultante da decomposição de alguns carboidratos. Em alta concentração provoca odor desagradável na cachaça. Causa dor abdominal, diarreia, vômito, dor de cabeça e dor de garganta no consumidor. Altas concentrações dessa substância são evitadas pela destilação de um vinho livre de substâncias orgânicas em suspensão, pelo controle da temperatura no destilador e pelo uso de matéria-prima de qualidade. Cobre No caso da produção de cachaça usando alambiques de cobre, há certo teor de cobre na cachaça produzida. O metal contribui para eliminação de determinados odores desagradáveis, causados por compostos sulfurados. No entanto, teores elevados de cobre na bebida não são desejados, uma vez que pode provocar doenças nos consumidores, como epilepsia, melanoma, artrite reumatoide, perda do paladar e doença de Wilson. Um dos motivos que resulta em alta concentração de cobre na bebida é a

27 23 falta de higienização do alambique, que provoca a oxidação do cobre, formando o azinhavre, um carbonato básico de cobre que fica na superfície do alambique e é solubilizado pelos vapores ácidos produzidos na destilação, levando a contaminação da cachaça por íons de cobre Padrão da Cachaça A cachaça deve atender aos seguintes requisitos: Componentes Limites Teor de Etanol 38 a 48 % em v/v de etanol a 20ºC Sacarose Acidez Volátil, em ácido acético Aldeídos Totais, em etanal Ésteres Totais, em acetato de etila Álcoois Superiores Furfural e Hidroximetil Furfural Congêneres** Metanol Carbonato de Etila Acroleína Álcool Sec-butílico (butan-2-ol) Álcool n-butírico (butan-1-ol) Cobre Chumbo 6 g/l 150 mg/100 ml de a.a.* 30 mg/100 ml de a.a.* 200 mg/100 ml de a.a.* 360 mg/ 100 ml de a.a.* 5 mg/ 100 ml de a.a.* 200 a 650 mg/100 ml de a.a.* 20 mg/ 100 ml de a.a.* 150 μg/l 5 mg/100 ml de a.a.* 10 mg/ 100 ml de a.a.* 3 mg/100 ml de a.a.* 5 μg/l 200 μg/l Arsênio 100 μg/l Tabela 3.1: Limites de qualidade para a cachaça (FURTADO, 2014; CANUTO, 2013) *álcool anidro **Soma de acidez volátil, aldeídos, ésteres, álcoois superiores e furfural 3.2. Matéria-prima (Cana-de-açúcar) Os defensivos agrícolas aplicados na produção de cana-de-açúcar devem ser aprovados pela legislação vigente no país. O produtor de cachaça deve ter controle e registro sobre a quantidade, periodicidade e áreas onde foram aplicados os defensivos

28 24 agrícolas e usados os fertilizantes. É necessário a prescrição de um receituário agronômico por um profissional habilitado para a aplicação de qualquer defensivo agrícola ou fertilizante, pois a cana pode acumular algum desses defensivos, que podem ser transmitidos para o caldo de cana, podendo afetar os microrganismos no processo de fermentação. A cana deve ser colhida madura, quando o teor de açúcar, medido por porcentagem de sólidos solúveis (Brix), atingir o ponto mínimo de maturação, em torno de 20 Brix. Isso pode ser determinado por meio de refratômetro ou sacarímetro. O corte da cana deve ser feito rente ao nível do solo, a fim de evitar infestações de pragas nos colmos remanescentes. A limpeza deve ser uma preocupação constante durante o corte, com o intuito de evitar a contaminação do caldo. Deve-se evitar a utilização de canas com rachaduras, velhas ou aparentado algum tipo de doença, que possam prejudicar a qualidade da cachaça. A cana deve ser moída até 36 horas após ser cortada (GONÇALVES, 2008), pois com o passar do tempo ela começa a fermentar e pode ser contaminada por microrganismos indesejáveis, prejudicando as seguintes etapas de produção Moagem da cana-de-açúcar O local de depósito de cana e de moagem deve ser seco e limpo. Deve possuir piso de superfície lisa, resistente, de cor clara e impermeável, que facilite a limpeza e proporcione condições seguras de trabalho. Deve ser coberto, protegido contra sol e chuva. Deve ser fresco, para evitar perdas de água por transpiração. A cana não pode ser colocada sobre o piso de terra batida, pois a terra a contamina com microrganismos que prejudicam a fermentação e, consequentemente, a qualidade da cachaça. Na operação de moagem, a limpeza e higienização dos equipamentos e instalações são práticas indispensáveis. As moendas e seus acessórios devem ser lavadas com abundância de água potável, água quente ou vapor, pois isso diminui as possibilidades de contaminação do caldo de cana Filtração e Decantação Com o intuito de garantir a ausência de impurezas nos reatores de fermentação, o caldo da cana deve ser filtrado por meio de telas e decantado em decantador de aço inoxidável, para remoção de fragmentos como pedras, terra, bagacilhos, insetos, decorrentes da moagem.

29 Fermentação Os reatores, onde ocorre a fermentação, devem ser construídos preferencialmente de aço inox, pois esse material possibilita a obtenção de um fermento de melhor qualidade. Os fatores de limpeza, inocuidade e durabilidade devem ser analisados. Reatores constituídos de fibras, resina, madeira ou alvenaria não devem ser utilizados. Eles devem ser mantidos sempre limpos, para evitar contaminação no processo fermentativo, e separados adequadamente uns dos outros, permitindo adequada higienização e manutenção. A área de fermentação deve ser mantida sempre limpa, livre de materiais, produtos e equipamentos estranhos ao processo. O piso dessa área deve ser resistente a impactos e à corrosão, impermeável, de cor clara, antiderrapante, com inclinação para o escoamento de água e fácil limpeza. A altura entre o piso e o forro da sala de fermentação deve ter altura compatível com o adequado desenvolvimento dos trabalhos e proporcionar condições de luminosidade, ventilação e conforto térmico. As paredes devem ter cor clara e ser impermeabilizadas até a altura mínima de dois metros. As janelas devem ser protegidas com telas contra insetos. O teto deverá ser de fácil higienização, podendo ser em laje de concreto ou forro, por exemplo. O processo de fermentação deve ser monitorado, sendo analisado o volume e o teor de Brix do caldo adicionado, o tempo e a temperatura de fermentação. Verificando, assim, o rendimento do processo e identificando possíveis contaminações. Há formação de resíduo no processo de fermentação, chamado de vinhoto. Esse produto não deve ser descartado no curso de rios, açudes, lagoas ou outros locais que possam contaminar o meio ambiente. Deve assim ser transferido para um tanque de coleta. Ele pode ser usado para alimentação de animais, como fertilizante e adubo, podendo ser usado no próprio canavial Destilação por Alambique A destilação do vinho (mosto fermentado) feita em alambiques de cobre produz a cachaça de alambique. O piso da área de destilação deve possuir piso resistente, de cor clara, de fácil limpeza ou desinfecção. O teto deve ser construído de modo que reduza ao mínimo a condensação e formação de mofo e que impeça a acumulação de detritos, sendo fáceis de limpar. As paredes devem ser construídas e revestidas com materiais de cor clara, laváveis e não absorventes. As janelas devem ter telas contra insetos e evitar

30 26 acúmulo de detritos. O separação do destilado em cabeça, coração e cauda, conhecido como fracionamento da cachaça é muito importante no processo de destilação. Tem como objetivo eliminar compostos indesejáveis e prejudiciais a saúde, proporcionando qualidade a bebida. O fracionamento ocorre do seguinte modo: A cabeça, 5 a 10% do total destilado, corresponde a primeira parte do destilado. Essa fração possui elevados teores de compostos secundários indesejados, como metanol, aldeídos e álcoois superiores. Ela é imprópria para consumo. O coração, aproximadamente 80% do total destilado, corresponde a segunda parte do destilado, a cachaça. O recolhimento dessa fração cessa quando o teor alcoólico do destilado corresponde ao estabelecido pelo produtor, acrescido de 1 a 2% v/v, com o intuito de compensar futuras perdas no armazenamento ou envelhecimento. A cauda ou água fraca, 10 a 15% do total destilado, corresponde a terceira parte do destilado. Ela também possui álcoois superiores e é imprópria para uso. Análises físico-químicas devem ser realizadas para conhecer os teores dos componentes voláteis presentes nas frações e, com isso, determinar o percentual de volume que será retirado ou a que graduação alcoólica as frações devem ser separadas. As condições operacionais, o tipo de destilador, o sistema de aquecimento e de refrigeração, entre outros fatores, podem alterar a composição do destilado. A cabeça, bem como a cauda, não podem ser reutilizadas na produção de cachaça, pois causam prejuízos a saúde. Devem, então, ser armazenados em tanques de aço inox. Um modo de reuso dessas duas frações é concentrar o teor alcoólico, por meio de colunas de destilação. O produto dessa destilação pode ser usado como combustível ou para venda a indústrias de tintas ou solventes. O aquecimento do alambique é dado pela geração de vapor por caldeira ou fornalhas, que não podem usar madeira nativa como combustível, podem usar apenas madeira de reflorestamento, autorizados pelo órgão responsável. O bagaço da cana também pode ser utilizado como combustível Armazenamento O armazenamento da cachaça deve ser feito em recipientes apropriados de

31 27 madeira, aço inoxidável ou aço carbono, de modo a evitar a contaminação do produto. É proibido o uso de bombonas ou outros recipientes de plástico para estocagem da cachaça Envelhecimento A cachaça envelhecida deve conter pelo menos 50% de cachaça envelhecida em recipiente de madeira apropriado, com capacidade de até 700 litros, por no mínimo 1 ano. O Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA), deve datar e lacrar os barris ou tonéis de madeira destinados ao envelhecimento da cachaça, com o intuito de evitar falsificações Acondicionamento O acondicionamento destina-se ao enchimento, a rotulagem e ao fechamento das garrafas. As paredes devem ter altura mínima de dois metros, construídas com material impermeável, liso, resistente e inócuo. Acima dessa altura, devem ser pintadas com tinta lavável para simples acabamento.

32 28 4. Fluxograma e DWSIM Figura Fluxograma simplificado da produção de cachaça DWSIM A simulação do processo foi feita utilizando a ferramenta gratuita DWSIM. Como o programa apresenta resultados aproximados, seu uso teve o intuito de comparar resultados com os projetos realizados. Algumas considerações foram feitas para que o processo fosse realisticamente simulado, dentre elas: Sólidos não foram adicionados (Bagaço e células) Considerou-se na corrente de entrada apenas água e sacarose A reação foi simplificada e não houve adição de leveduras Foram adicionados dois separadores de componentes para retirar o CO2 de ambas as correntes de saída do fermentador (no processo real esse gás sai por uma abertura no topo do reator) Vazões das correntes foram ajustadas por conta de o programa não considerar o acúmulo de matéria nos tanques Vazões finais foram estimadas, pois a cachaça envelhecida só é envasada a partir do mês 20, portanto as correntes de envase variam durante o período produtivo

33 29 No projeto simulado no Python foi considerado o sistema binário: água e etanol (reação com rendimento de 100%), enquanto no DWSIM foram considerados água, etanol e sacarose (reação com rendimento menor que 100%) O Reator de Conversão foi utilizado para o fermentador e um Separador de Sólidos foi utilizado como a centrífuga A simulação foi feita inicialmente utilizando uma Coluna Shortcut para a obtenção de valores que pudessem ser implementados na simulação e convergência de uma Coluna Rigorosa. Os seguintes dados foram obtidos: número de estágios da torre, estágio de ótimo de alimentação, razão de refluxo e fluxo molar de produto do refervedor, em mol/s. O pacote termodinâmico escolhido foi o Non-Random Two-Liquid (NRTL) com base na literatura analisada e nas vantagens desse modelo. O pacote NRTL, que é considerado uma melhoria do modelo de Wilson, considera o conceito de composição local, onde a composição macroscópica do sistema não é igual à composição microscópica do mesmo e também pode ser utilizado em sistemas parcialmente miscíveis (AGUIAR, 2017). Este modelo é indicado para mistura não-ideais e pode ser também utilizado para misturas multicomponentes, representando bem também aplicações de equilíbrio líquido-vapor (ELV), como é o caso no presente trabalho, equilíbrio líquido-líquido (ELL) e equilíbrio líquido-líquido-vapor (ELLV). O pacote NRTL calcula o coeficiente de atividade da fase líquida. A equação de Lee-Kesler é utilizada para o cálculo das entalpias de cada fase, enquanto a fase vapor e as outras propriedades são calculadas pela EDE Peng-Robinson. A comparação dos resultados obtidos pelos projetos desenvolvidos (Python) e pela simulação no DWSIM demonstrou que os resultados convergiram satisfatoriamente. Estes resultados foram resumidos e podem ser visualizados na tabela abaixo.

34 30 Torre de Destilação (composições e vazões) DWSIM PYTHON Unidade Alimentação 0,059 0,061 % massa etanol Corrente de topo 0,5 0,5 % massa etanol Corrente de Fundo 0, ,00016 % massa etanol Razão de refluxo mín. 0,0958 0,18 - Alimentação 2,899 2,899 Kg/s Corrente de topo 0,34 0,35 Kg/s Corrente de fundo 2,56 2,55 Kg/s

35 4.2. Flowsheet 31

36 32

37 33

38 34

39 35

40 36 5. Balanços 5.1. Balanço de Massa Total O período de safra da cana-de-açúcar sofre divergências na literatura, entre 180 dias (de SOUZA, 2013; ROSSETTO) e 120 dias (LIMA, 2001) para a região Nordeste. Optou-se pelo uso da safra de 120 dias encontrado para o Estado do Ceará. Desta forma, os cálculos a seguir são para valores anuais de safra de 120 dias de produção, considerando os meses de agosto a novembro. Sabendo que o volume alcoólico de destilado que sai do processo não é idêntico ao necessário para armazenamento e engarrafamento, com o valor da demanda pode-se calcular o volume de destilado por safra. O balanço será feito considerando apenas o álcool presente em cada produto, também sendo considerado que 40% do total fabricado possuirá graduação alcoólica de 40%, sendo esta a bebida chamada de cachaça prata e outra bebida mista com graduação de 20%, logo o balanço total para o álcool dá-se por: ( ) ( ) ( ) Para a safra já comentada de 120 dias, este valor representa uma demanda de ,7 litros de cachaça saída do destilador por dia. Para os demais equipamentos, os cálculos foram realizados a partir da demanda necessária do equipamento seguinte, a fim de manter o processo contínuo. As proporções de caldo de cana para quantidade de cana prensada dependem da região, das condições do plantio e do tratamento durante a moagem. Estas proporções serão melhor abordadas no balanço da moenda.

41 Balanço de Massa por Equipamento Moenda Partindo do entendimento da moenda, compreende-se que este equipamento receberá a cana para moê-la, liberando o caldo e restando o bagaço. Logo, o balanço será: ( ) ( ) ( ) ( ) Segundo de SOUZA (2013), para fábricas com apenas um terno de rolos na moenda e sem uso da técnica de embebição, o rendimento usual é de 600L de caldo de cana para cada tonelada de cana-de-açúcar prensada. Já quando passamos a considerar a embebição composta, passamos a ter um rendimento superior a 90% do açúcar retirado no caldo de cana, porém esse caldo já é diluído, não sendo necessária a utilização de um diluidor antes do fermentador. Considerando a embebição composta, teremos um balanço com divisão entre o caldo primário e o secundário, por estes necessitarem passar por tratamentos diferentes antes da entrada na dorna de fermentação, porém para fins de simplificação, os cálculos da moenda serão realizados como apenas uma retirada de caldo misto. A partir de informações concedidas pelo Professor André Casimiro, do Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal do Ceará, tem-se que a proporção de água de embebição, por hora, é de 0,25 a quantidade de cana que passa por hora na moenda. ( ) ( ) O balanço da quantidade de bagaço e do caldo é baseado nos componentes iniciais da cana e o fim que eles tomam após a moagem. Para isso, é importante saber a composição da cana-de-açúcar antes da moagem, seguindo abaixo: Composição considerada da cana-de-açúcar Composição Porcentagem (%) Água 70 Sacarose 14

42 38 Açúcares Redutores 0,5 Fibras 13 Impurezas Totais 2,5 Tabela 5.1 Composição da cana-de-açúcar (FONSECA, 2014). Compreende-se que todo o conteúdo em fibra e 5% da sacarose estão presentes no bagaço da cana, além de que a composição de água no bagaço, representa 50% da sua massa total. Os demais componentes da cana são colocados junto do caldo. Logo, temos: ( ) ( ) ( ) ( ) Por fim, podemos substituir as informações quanto a relação de bagaço e água por kg/h de cana-de-açúcar para conseguir obter uma relação entre caldo de cana e cana-de-açúcar. ( ) ( ) ( ) ( ) Para os valores calculados, observa-se que se tem 13,6% de sacarose na solução de caldo, logo, não é necessária a diluição do caldo antes de entrar no fermentador Filtro O balanço de massa para o filtro intermediário, da mesma forma como a moenda, parte de princípios bem simples da conservação de massa: ou ( )

43 39 Para o projeto do filtro, recomenda-se o uso de tela de aço inoxidável com malha de 1,0 mm de abertura (de SOUZA, 2013), para reter sólidos maiores, como resto de bagaço e outras impurezas. Novamente, por falta de informações na literatura da relação de acúmulo da torta, vamos supor que todos os sólidos já foram retidos no valor do bagaço citado anteriormente, logo, temos nesta etapa: Bombas Para a escolha da bomba é necessário conhecer o líquido a ser deslocado e suas características, a carga total do sistema, as cargas de sucção e descarga, condições de operação do sistema (regime de funcionamento) e a flexibilidade de operação requerida. A fim de encontrar a curva do sistema e posteriormente encontrar o ponto de operação, é necessário inicialmente fazer o balanço de energia do sistema usando a Equação de Bernoulli Modificada. Após esse procedimento, será necessário conhecer a perda de carga do sistema e os NPSH s (carga energética líquida positiva na sucção) disponível e requerido. A potência da bomba é dada pela taxa de energia cedida ao fluido: A partir da Equação de Bernoulli modificada, obtém-se a carga da bomba: ( ) e ( ) Sendo: H B : Altura manométrica ou carga da bomba h L : Perda de carga total do sistema (sucção e recalque) P 1 e P 2 : Pressões nos reservatórios de sucção e descarga, respectivamente V S e V D : Velocidades do fluido na sucção e na descarga Y S e Y D : Altura de sucção e de descarga ρ: Densidade do fluido g: Aceleração da gravidade Para o cálculo do NPSH disponível:

44 40 Sendo: H 0 : Pressão atmosférica local, em mca h: Altura geométrica de sucção, em metros H Ls : Perda de carga no escoamento pela tubulação de sucção, em metros H v : Pressão de vapor do fluido escoado, em mca O NPSH requerido é uma característica da bomba e este deve ser sempre menor que o NPSH disponível, a fim de que não haja cavitação e para que a bomba opere em uma boa performance. Para o balanço de massa da bomba, considera-se que não há acúmulo por incrustação nem por falhas de projeto, logo, temos Como os fluidos trabalhos são incompressíveis, não existe qualquer variação de densidade entre a entrada e a saída da bomba, logo: Fermentador O fermentador funcionará em regime de batelada alimentada com entrada de caldo clarificado da cana, a levedura já estará nas dornas para a alimentação do caldo. Nas saídas, espera-se a liberação de CO2 e do vinho fermentado com cerca de 6 a 8ºGL e rico em biomassa. A partir dessa equação do balanço de massa para a batelada alimentada, encontra-se, para a célula, considerando o termo de morte celular: ( ) ( ) ( ) ( )

45 41 ( ) De forma análoga se faz o estudo do equacionamento do produto: ( ) ( ) E por fim, da sacarose e da glicose, como reagente intermediário: ( ) ( )

46 Centrífuga Este equipamento auxilia na separação da levedura do resto do mosto, não reagindo ou modificando os elementos envolvidos, logo, o balanço se dá por: Não será trabalhado o equacionamento de projeto da centrífuga, será considerado os modelos disponíveis no mercado que melhor atendem ao processo e escolhida a partir disso Destilador Equação do somatório: A equação do somatório corresponde a soma das frações mássicas de cada componente em cada estágio da coluna. Ela nos diz que a soma das frações mássicas de líquido e de vapor em cada estágio deve ser igual a um. Para o líquido: Para o vapor: O índice i representa um determinado elemento da mistura e o índice j representa o estágio em estudo. A incógnita x representa a fração mássica do líquido e y a fração mássica do vapor. Equação de equilíbrio: A equação do equilíbrio líquido-vapor é dada por: Onde K ij é a constante de equilíbrio líquido-vapor do componente i no estágio j.

47 43 Balanço de massa global: Partindo do balanço geral de massa para sistemas abertos, temos: Sendo: : Vazão mássica t: Tempo Assumindo o estado estacionário, já que não há acúmulo na torre de destilação, tem-se que o equacionamento resume-se a: Sendo: F: Vazão mássica da alimentação D: Vazão mássica de topo B: Vazão mássica de fundo Balanço de massa global por componente: Sendo: z Fi : Composição do componente i na alimentação x Di : Composição do componente i no topo x Di : Composição do componente i no fundo Balanço de massa de um estágio: Para o balanço de massa no estágio, assumindo o estado estacionário, temse que o equacionamento resume-se a: Sendo: V: Vazão mássica de vapor L: Vazão mássica de líquido Balanço de massa no condensador: Balanço de massa global:

48 44 V: Vazão mássica de vapor que entra no condensador L: Vazão mássica de líquido que sai do condensador e volta para a torre D: Vazão mássica de líquido no destilado Balanço de massa por componente: x i : Fração mássica de líquido x Di : Fração mássica de líquido do destilado y i : Fração mássica de vapor Balanço de massa no refervedor: Balanço de massa global: : Vazão mássica de líquido que entra no condensador : Vazão mássica de vapor que sai do referverdor e volta para a torre B: Vazão mássica de líquido no produto de fundo Balanço de massa por componente: x i : Fração mássica de líquido x B i: Fração mássica de líquido no produto de fundo y i : Fração mássica de vapor Trocadores de Calor Partindo da situação geral de um trocador de calor do tipo casco-e-tubos operando em contracorrente com dois fluidos (contato indireto) e sabendo que não há acúmulo de matéria no trocador:

49 Diluidor A presença de um diluidor visa a produção da maior quantidade possível de produto nos demais processos, mesmo que com uma especificação alcoólica diferente, possibilitando uma diluição até o grau de venda, sendo mais rentável. A água de diluição a ser adicionada deverá vir desmineralizada, garantido que a bebida final permaneça translúcida e com o sabor esperado Tanque de Armazenamento Como após o armazenamento, o destilado seguirá para o envase, calcula-se quantas garrafas serão embaladas por dia, sabendo que cada garrafa terá um volume de 700 ml, logo: 5.3. Balanço de Energia Total Partindo do balanço geral de energia para sistemas abertos: ( ) ( ) ( ) Considerando desprezíveis as variações de energia cinética e potencial, bem como assumindo que não trabalho de eixo e nem fluxo de calor com as vizinhanças do sistema, é obtida a seguinte equação: ( ) ( )

50 46 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 5.4. Balanço de Energia por Equipamento Moenda Considerando desprezíveis as variações de energia cinética e potencial no equacionamento do balanço de energia para sistemas abertos, bem como assumindo o estado estacionário, a equação geral resume-se a: Uma vez que o equipamento está em equilíbrio com o ambiente, o fluxo de energia através das fronteiras do sistema e eventual calor gerado devido ao trabalho de eixo podem ser desconsiderados, assim o equacionamento resume-se a já conhecida relação válida para propriedades intensivas, como é o caso da entalpia: O trabalho de eixo foi desconsiderado no equacionamento pois o mesmo é

51 47 naturalmente convertido em atrito e dispersado para o ambiente Filtro Partindo do balanço geral de energia para sistemas abertos e considerando desprezíveis as variações de energia cinética e potencial, sabendo que não há trocas térmicas com a vizinhança e nem trabalho de eixo, bem como assumindo o estado estacionário, tem-se que o equacionamento resume-se a já conhecida relação válida para propriedades intensivas, como é o caso da entalpia: Bombas Para as bombas, consideram-se desprezíveis as variações de energia cinética e interna e sabendo que não há fluxo de calor através da fronteira do sistema, o equacionamento fica: Sendo a energia potencial de pressão dada por e sabeno que = : Fermentador A composição do líquido do reator, seu volume e sua temperatura variam com o tempo, fazendo com que seja muito difícil prever a temperatura final. Assim, assumiu-se para os cálculos uma capacidade calorífica média constante para o reator. ( ) * + Considerando que existe uma entrada de caldo e uma saída de dióxido de carbono resultante do consumo do substrato, temos:

52 48 Então, aplicando no balanço de energia: *( ) + Por outro lado, temos ainda calor sendo gerado pelas leveduras e calor sendo perdido para o ambiente pelas paredes do reator. Então é necessário determinar quais as equações adequadas para cada um desses termos. Para o crescimento da levedura temos: Para a perda de calor para o ambiente temos: ( ) Entretanto é preciso determinar o coeficiente de transferência térmica para o ar. Assim, foram determinados os números de Prandtl, por tabela, Grashof, utilizando a equação apresentada abaixo e Nusselt utilizando correlações para uma placa plano vertical. ( ) ( ) ( ), O delta é o comprimento característico do reator, neste caso sua altura. O balanço de energia completo então, torna-se: [( ) ] ( )

53 49 Que pode ainda ser escrito na seguinte forma: ( ) ( ) ( ) Verificou-se ainda que o termo de perda de massa de dióxido de carbono é muito inferior ao termo de alimentação, podendo ser eliminado sem perdas significativas para o balanço Centrífuga Considerando desprezíveis as variações de energia cinética e potencial, sabendo que não há fluxo de calor através da fronteira do sistema, bem como assumindo o estado estacionário, o equacionamento de sistemas abertos fica: Uma vez que o trabalho de eixo realizado é naturalmente convertido em atrito e dispersado no ambiente, o balanço se resume a já conhecida relação válida para propriedades intensivas, como é o caso da entalpia: Destilador Balanço de energia global: A partir do balanço para sistemas abertos e considerando desprezíveis as variações de energia cinética e potencial, sabendo que não há trabalho de eixo, bem como assumindo o estado estacionário, tem-se que o equacionamento se reduz a: Sendo: h F, h D, h B : Entalpia da alimentação, do topo e do fundo, respectivamente Q R : Calor fornecido pelo refervedor Q C : Calor retirado pelo condensador Balanço de energia de um estágio: Novamente, partindo do balanço geral de energia para sistemas abertos e

54 50 realizando as mesmas considerações para o balanço global, tem-se: Sendo: H: Entalpia do vapor h: Entalpia do líquido Quando o balanço é feito para estágios em que não há a alimentação, o primeiro termo do balanço anterior é zerado, resultando em: Balanço de energia para condensador: Hv: Entalpia do vapor que deixa a torre e entra no condensador : Entalpia do líquido que deixa o condensador e retorna pra torre como refluxo : Entalpia do líquido que deixa o condensador como destilado : Carga retirado pelo condensador De acordo com as considerações do método de MacCabe-Thiele, o balaço de energia para um condensador total é dado por: ( ) Balanço de energia no refervedor: : Entalpia do líquido que deixa a torre e entra no refervedor : Carga térmica do calor fornecido ao refervedor : Entalpia do vapor que deixa o refervedor e retorna a torre como refluxo : Entalpia do líquido que deixa a torre como produto de fundo De acordo com as considerações do método de MacCabe-Thiele, o balaço de energia para um refervedor parcial é dado por:

55 Trocadores de Calor Partindo da situação geral de um trocador de calor do tipo casco-e-tubos operando em contracorrente com dois fluidos (contato indireto): fluido quente vindo do processo, alocado no casco e água de resfriamento, alocada nos tubos. De forma semelhante aos anteriores, considerando desprezíveis as variações de energia cinética e potencial, sabendo que não há fluxo de calor através da fronteira do sistema, assim como não há trabalho de eixo, o equacionamento fica: ( ) Da relação termodinâmica U = H - PV, temos que: ( ) ( ) Sabendo que, para líquidos incompressíveis, ( ) : Dessa forma, o balanço de energia geral para o trocador fica: ( ) Tanque de Diluição e Tanque de Armazenamento Como ambos recipientes não possuem reação, nem misturas com grandes potenciais de liberação de calor, seus balanços energéticos podem ser considerados análogos. Para variações desprezíveis de energia cinética e potencial, bem como assumindo o estado estacionário, tem-se que o balanço geral se reduz a: Uma vez que o trabalho de eixo realizado pelo agitador é naturalmente

56 52 convertido em atrito e dispersado no ambiente, e sabendo que durante a mistura há liberação de calor, o balanço fica:

57 53 6. Projeto dos Equipamentos 6.1. Moenda (EQC 002) O processo da moenda se baseou nos balanços apresentador anteriormente, a partir dos dados do fermentador, a demanda de caldo é de 3,60 m³/h, porém adiciona-se 0,005 m³/h para evitar problemas de quantidade reduzida de caldo produzida. Para o caldo que sai da moenda a 16ºBx após a embebição, encontrou-se a densidade de 1468 kg/m³, sendo essa usada para os cálculos nesta etapa do processo. A Tabela 6.1, abaixo, apresenta os valores obtidos: Resultados da Moenda Massa de cana de açúcar: 5,42 ton/h Água de embebição: 1,36 m³/h Massa gerada de bagaço: 1,49 ton/h Caldo de Cana: 3,605 m³/h Tabela 6.1: Resultados obtidos para a moagem A partir de dados encontrados para um fornecedor, foi feita a escolha por uma moenda de 5 ternos, com motorização de 50 cv. Valores máximos de extração sendo L/h pela prensagem de até kg/h de cana de açúcar, com bitola de 16 x24. Figura 6.1: Moenda de dois ternos adaptados e moenda isolada (Rani Pierrotti ) 6.2. Fermentador (EQC 005) Para o reator, foi considerado, como já dito anteriormente, um processo de batelada alimentada, no qual há a entrada de caldo de cana, basicamente composto por sacarose e água, para fins de simplificações. A primeira reação se dá pela quebra da sacarose em glicose, que por sua vez reage e se quebra em etanol e CO 2. A fermentação se deu a 30ºC com variações nesse valor ao longo do tempo. Como o metabolismo microbiano para este processo sofre efeitos da concentração do substrato e do produto, a utilização da cinética proposta por Monod se torna insuficiente para prever com exatidão o comportamento da reação. O modelo cinético

58 54 utilizado para velocidade específica de crescimento celular proposto por Ghose e Tyagi (1979) contempla melhor tais inibições. ( ) ( ) Para os balanços de massa já deduzidos anteriormente, tem-se, então, as equações para compor o modelo de projeto. ( ) ( ) As constantes de reação foram encontradas na literatura para o equacionamento da batelada alimentada (FONSECA, 2014), considerando também a mesma vazão e volumes iniciais do artigo original. Apenas o valor de ksac foi alterado para adequação com as condições de processo, como tempo de fermentação e qualidade da bebida, como o parâmetro escolhido pelo autor (FONSECA,2014) foi arbitrário, tal fator implica apenas no tempo de conversão, não na quantidade convertida. Parâmetros e valores para Ghose e Tyagi (1979) μ max 0,36 h -1 k d 0,0083 h -1 Y xp 0,054 k s 0,48 kg/m³ C p * 88 kg/m³ k sac 0,5 h -1 k i 203,5 kg/m³ Y xs 0,024 Tabela 6.2: Parâmetros do modelo de Ghose e Tyagi A concentração do caldo de entrada foi calculada a partir da correlação para conversão de grau Brix para concentração em sacarose, e a vazão foi utilizada proporcional a do artigo, 3,6 m³ por hora. O sistema de dornas funcionará em conjunto,

59 55 para alimentação de um tanque pulmão que, por sua vez, enviará a centrífuga uma vazão constante. Usando um caldo de 16ºBx, tem-se: ( ) O processo é dividido em cinco momentos, tendo uma duração total de 20 horas por batelada. Inicialmente, o tanque é alimentado com leite de levedura a uma vazão de 7,2 m³/h durante uma hora, a levedura aqui adicionada tem concentração de 7.4 kg/m³, além de levedura, é alimentada uma concentração de 80kg/m³ de sacarose para reduzir o tempo de fase lag e adaptar a levedura ao meio de cultivo. Em seguida, inicia-se a alimentação do caldo de cana, a 163 kg/m³ de concentração de sacarose, esta alimentação dura 4 horas, totalizando 21,56 m³ dentro da dorna. A reação inicia-se com a alimentação desse caldo e perdura por 15 horas, onde a quantidade de sacarose tornase nula. Por fim, o tanque é esvaziado por 2 horas e separa-se um tempo para limpeza de 2 horas. Figura 6.2: Concentrações por tempo segundo modelo de Ghose e Tyagi Com a diluição das células não é possível observar com exatidão seu crescimento e sua morte, desta forma, um gráfico com os valores em massa dos componentes da reação reflete melhor o comportamento de cada substância, como pode-se observar na Figura 6.3, abaixo.

60 56 Figura 6.3: Quantidade mássica por tempo dos compostos A temperatura seguiu o balanço de energia apresentado anteriormente, chegando finalmente na equação abaixo, os parâmetros utilizados podem ser encontrados na Tabela 6.3, abaixo. As equações para obtenção dos termos convectivos e do termo de área podem ser encontradas anteriormente, durante os balanços de energia para o reator. ( ) ( ) Parâmetros para a equação de temperatura Δ R H 216,71 kj/kg c pm 1,187 kj/kg.k Pr 0,69 D 2,60 m K ar 0,017 W/m.K μ ar 0, Pa.s H 5,20 m ρ ar 1,17 kg/m³ Tabela 6.3: Parâmetros do modelo de Ghose e Tyagi Com a resolução da equação diferencial acima, obteve-se o perfil de temperatura com o tempo de reação (Figura 6.4). A temperatura final aproxima-se de 38,3ºC, dada que a temperatura inicial foi de 30ºC, de forma que os custos com a implementação de um sistema de resfriamento são muito superiores ao lucro obtido pela maior produtividade em etanol mantendo-se o sistema isotérmico.

61 57 Figura 6.4: Temperatura da dorna fermentativa com o tempo de reação Finalmente, após o término da fermentação, o vinho que sai da dorna apresenta-se com 7,62ºGL, uma concentração de 60,12 kg/m³ de etanol. A concentração de células no final ficou igual a 4,93 kg/m³ e a temperatura final foi de 311,38 K, uma variação muito pequena quando comparado ao valor de 303 K de set point. Figura 6.5: Volume da dorna fermentativa ao longo do tempo Na figura 6.5, acima, nota-se o perfil de volume da dorna ao longo do tempo, sendo o volume máximo ocupado igual a 21,56 m³, sendo o volume total do fermentador igual a 27,61 m³. Para manter a vazão demandada do sistema contínuo que segue após as dornas

62 58 fermentativas, faz-se necessário o estudo da alocação das dornas ( ) Onde t rea é o tempo de reação, que equivale a 15h, t ali é o tempo de alimentação (1h), é a vazão de saída do fermentador (10,8 m³/h) e V é o volume ocupado da dorna (21,56m³). Obtém-se, então, o valor de 10 dornas para o processo. Acompanhando o gráfico representado na Figura 6.6, nota-se que quando o fermentador 1 chega ao final do ciclo de 20h, ele já é enchido novamente. Desta forma, sendo 10 o valor ótimo de dornas para a fermentação. Figura 6.6: Diagrama de alocação das dornas fermentativas De forma resumida, a Tabela 6.4 apresenta as informações sobre o fermentador: Definições de entrada e saída Entrada Saída Vazão 3,6 m³/h Vazão 10,80 m³/h C sacarose 163 kg/m³ C etanol 1295,94 kg/m³ Temperatura303 K Temperatura 311,38 C célula 7,40 kg/m³ C células 4,93 kg/m³ Tabela 6.4: Parâmetros do modelo de Ghose e Tyagi O fermentador terá dimensões cilíndricas com 2,60 m de diâmetro e 5,2m de

63 59 altura. Sendo construído em chamas de 1/8 de aço-carbono e com pintura anticorrosiva (GONÇALVES, 2008) Centrífuga (EQC 006) Optou-se pelo uso de uma centrífuga de discos (disk stack centrifuge), esse modelo de equipamento realiza a separação em vários discos cônicos sobrepostos de forma que a câmara de separação fica subdividida. Essas divisões fazem com que o fluido escoe em finas camadas e reduz o percurso de sedimentação, otimizando o processo. Também são vantajosas pela redução da turbulência (BEVERIDGE, 2000) da vazão de entrada, existindo um distanciamento entre a entrada na centrífuga e a região de real sedimentação. Outra de suas vantagens é a boa remoção de sólidos mesmo em baixas quantidades de sólidos, entre 1 e 2%. A partir das informações da centrífuga de discos da Alfa Laval, que foi tomada como modelo, sua capacidade máxima de filtração é de 1000 m³/h com saída a mesma velocidade, desta forma. Foi também selecionado um modelo de remoção de sólidos com periodicidade e não de forma contínua. Essa escolha foi para garantir a quantidade de células a ser retornada para cada dorna e ter um melhor controle dos reciclos destas. Para a quantidade de dornas existentes, optou-se pela aquisição de duas centrífugas, que funcionariam alternadamente, captando a saída do fermentador a cada 4 horas, duas horas de operação e 2 para limpeza e ejeção das células. Figura 6.7: Ilustração da centrífuga de discos da Alfa Laval A centrífuga é auto limpante, logo há uma entrada de água para remoção dos

64 60 sólidos, que seguem para uma dorna antes de serem preparados para a realimentação no fermentador Destilador (EQC 010) Projeto do destilador Uma torre de destilação foi escolhida por promover uma produção contínua, por não haver a necessidade da retirada da cabeça e da calda da cachaça e por não adicionar cobre ao produto, já que altos teores de cobre não são permitidos, pois podem gerar problemas aos consumidores. Uma torre de fluxo cruzado com downcomer e pratos perfurados foi utilizada. Os pratos perfurados foram utilizados por serem de menor custo, por resultarem numa menor perda de carga, por possuir uma maior capacidade (diâmetro da coluna necessária para uma dada taxa de fluxo) e por poderem ser projetados para fornecer uma faixa de operação satisfatória. O downcomer promove o maior contato entre as fases e, com isso, uma maior transferência de massa entre as mesmas. Nas destilações em pequena escala é muito comum a utilização de cobre para a redução das impurezas do vinho, entretanto existe uma contaminação do destilado por íons de cobre. A remoção destes íons com resinas acaba afetando características como odor e sabor da cachaça. Assim, buscando por um material capaz de realizar o serviço e com pouca corrosão optou-se pelo aço-inox. Entretanto, utilização desse metal na coluna acentua os odores de sulfeto no produto final (NASCIMENTO, F. 1998), assim a participação do cobre é reduzida ao topo do destilador, na forma de uma lã de cobre, que deve executar a mesma tarefa de remoção de impurezas sem permitir uma grande migração dos íons cobre para a fase líquida. O método McCabe-Thiele foi utilizado para o projeto da torre de destilação. O problema foi simplificado e se fez a consideração de sistema binário de água e etanol, uma vez que estes são os principais compostos presentes na mistura. Um dos motivos para a adoção do método é a pequena diferença entre a entalpia de vaporização da mistura no fundo e no topo da torre (cerca de 4,4% de diferença), a qual o método considera constante ao longo de toda a torre. Uma vez que métodos mais rigorosos exigem maior poder computacional e um espectro maior

65 61 de dados da mistura, os quais muitas vezes são muito onerosos ou de origem pouco confiável. Viu-se então no método McCabe-Thiele uma forma simples e eficaz de verificar a quantidade de estágios e o tamanho da torre. Os dados da curva de equilíbrio para a mistura etanol e água foi obtida do banco de dados Dortmund Data Bank. Esses dados estão dispostos na Figura 6.8. Figura 6.8: Curva de equilíbrio etanol-água a 1 atm. composição mássica de etanol de alimentação da torre, z f, é a resultante do processo fermentativo realizado anteriormente equivalente a 7,62 GL. A composição de etanol no destilado, x D, foi de 0,5, equivalente a 58,6 GL, pois essa composição gera uma maior quantidade de cachaça após a diluição e ainda possui características de cachaça. Segundo (BATISTA, 2008) a composição de etanol no produto de fundo corresponde a 0,3 a 0,6% de todo o etanol alimentado no vinho, pois praticamente todo o etanol alimentado no vinho é recuperado no destilado. Usando a porcentagem de 0,6% do etanol alimentado no vinho, temos que a composição requerida no fundo, x B, é de aproximadamente 0, Os valores estão dispostos na Tabela Composições mássicas de etanol (m/m) z f 0,061 x D 0,5

66 62 x B 0,00366 Tabela 6.14: Dados de fração mássica de etanol na torre A vazão de destilado, D, foi obtido de acordo com a produção desejada e analisando as diluições necessárias. Assim, o valor de 1268,85 kg/h foi usado. As vazões de alimentação, F, e fundo, B, foram obtidos pelo balaço de massa global e pelo balanço de massa por componente para o etanol. As vazões estão dispostas na Tabela Vazões mássicas (kg/h) F 10439,59 D 1268,85 B 9170,74 Tabela 6.15: Dados das vazões na torre A reta de retificação foi obtida tendo-se o valor da razão de refluxo do condensador e a composição do etanol no destilado, já definido. Tomamos como refluxo ótimo um valor intermediário entre o refluxo mínimo e o refluxo total. Esse valor ótimo é estabelecido tendo em conta vários fatores (custos de equipamento, energia, etc.), que conduzem a um custo total mínimo para a separação desejada, sendo um valor usual (AZEVEDO E ALVES, 2013): O refluxo mínimo no caso em estudo é de 0,18. Assim, a razão de refluxo de operação corresponde a 0,216. A reta de operação da zona de retificação é dada por: ( ) ( ) Com: Sendo: R: Razão de refluxo

67 63 L: Vazão mássica de líquido que sai do condensador e volta para a torre D: Vazão mássica de líquido do destilado x D : Fração mássica de líquido no destilado Com a aplicação dos dados: A reta q é obtida calculando inicialmente o valor de q. Alguns dados são necessários para o cálculo de q com alimentação de líquido sub-resfriado e serão evidenciados a seguir. A temperatura do vinho na alimentação, T F, da torre correspondente a temperatura na saída do pré-aquecedor do vinho. A temperatura de ebulição da mistura, Tb, na alimentação foi obtida com o diagrama do ponto de bolha e a composição da alimentação. O calor específico da mistura,, etanolágua na composição e temperatura de alimentação foi obtido de acordo com os dados de calor específico para mistura de água e etanol em diferentes composições e temperaturas (McCABE; SMITH, 1976). A entalpia de vaporização,, da mistura etanol-água na composição de alimentação foi obtido de acordo com os dados de entalpia de líquido e vapor da mistura etanol e água em variadas composições e temperaturas (Cornell; Montonna, 1933 e Warfel, 1901). Os dados usados estão disponíveis na Tabela Dados para obtenção de q T F ( C) 38,5 T b ( C) 94,45 (kj/kgk) 4,094 (kj/kg) 2195,6 Tabela 6.16: Dados para cálculo de q A equação para obtenção de q com alimetação de líquido subresfriado é demonstrada a seguir: ( ) A equação da linha q é dada por: ( ) ( )

68 64 A reta q obtida para o caso em estudo foi: Com a reta de retificação, a reta q e a composição do produto de fundo, x B, é possível obter a reta de estotamento. Ela corresponde a: Com a equação da reta de esgotamento, é possível obter a razão de refluxo do refervedor, pois a coeficiente de x dessa reta equivale a: A reta de operação da zona de esgotamento é dada por: ( ) ( ) Com: Sendo: V B : Razão de refluxo do refervedor Com a equação da reta de esgotamento, é possível obter a razão de refluxo do refervedor, pois a coeficiente de x dessa reta equivale a: A razão de refluxo do refervedor equivale então a 0,287. Com a curva de equilíbrio, reta de retificação, reta de esgotamento e reta q, foi possível definir o número de estágios necessários para realizar a separação desejada e o estágio de alimentação. Os resultados estão evidenciados na Figura 6.9.

69 65 Figura 6.9: Método gráfico de McCabe-Thiele. São necessários 13 estágios para realizar a separação e a alimentação ocorrerá no terceiro estágio. O calor do refervedor parcial é dado por: O calor do condensador total é dado por: ( ) Dimensionamento do Destilador Para obter o diâmetro da torre é necessário calcular a velocidade de máxima de inundação, u f, que pode ser estimada por uma correlação dada por: u f : velocidade de flooding do vapor (m/s) ρ L e ρ v : densidades do líquido e do vapor (kg/m³)

70 66 K 1 : constante obtida da Figura 6.10 Para determinar K 1, é necessário dar um valor inicial de espaçamento entre os pratos. Há uma relação entre o diâmetro da torre, Dc, e o espaçamento entre os pratos, t, demonstrado pela Tabela Dc (m) t (m) - 0,15 1 0, , , ,9 Tabela 6.17: Relação entre diâmetro da torre e espaçamento entre pratos (AZEVEDO E ALVES, 2013) O chute inicial foi de que o espaçamento entre os pratos era de 0,5m. Caso o valor esteja certo, o diâmetro da torre estará na faixa especificada pela Tabela Figura 6.10: Velocidade de flooding (pratos perfurados) Além disso, é necessário calcular o fator de fluxo de líquido e vapor, F VL, que é dado por:

71 67 L w : Vazão mássica do líquido (kg/s) V w : Vazão mássica do vapor (kg/s) O valor de L w /V w corresponde ao valor da inclinação da reta de esgotamento, 5,082. Adicionado a isso, os valores de L w e V w podem ser obtidos com o auxílio do balanço se massa no fundo da torre: A Figura 6.10 é usado quando a tensão superficial líquida é 0,02 N/m. Quando a tensão é diferente, tem-se que fazer a seguinte correção: [ ] Os dados para o cálculo de u f estão dispostos na Tabela 6.18: Dados para u f ρ L (kg/m³) 957,854 ρ v (kg/m³) 0,598 (N/m) 5, : Tabela 6.18: Dados para cálculo de u f Com a realização dos cálculos, os valores obtidos estão dispostos na Tabela Resultados para obter u f L w (kg/s) 3,27 V w (kg/s) 0,73 F VL 0,11 K 1 0,078

72 68 K 1real 0,061 u f (m/s) 2,44 Tabela 6.19: Resultado de u f A área ativa do prato (An) refere-se a área do prato em que há o contato entre líquido e vapor e corresponde a área transversal da coluna menos a área do downcomer. A área ativa é determinada da seguinte forma, segundo (TOWLER, 2008): u v : velocidade de inundação (m/s) Considera-se u v sendo 85% do valor da velocidade máxima de inundação (TOWLER, 2008). Tem-se como estimativa que a área do downcomer corresponde a 12% da área transversal da coluna (Ac). Assim: Com a área transversal, é possível determinar o diâmetro da coluna. Os resultados obtidos estão dispostos na Tabela 6.20: Resultados para obter o diâmetro u v (m/s) 2,08 A n (m²) 0,59 A c (m²) 0,67 D C (m) 0,92 Tabela 6.20: Resultado do diâmetro

73 69 Como o diâmetro da coluna está na faixa especificada pela Tabela 6.17 para espaçamento de pratos referente a 0,5 m, confirmamos que esse é realmente o espaçamento entre os pratos. Um diâmetro de 0,95 m foi escolhido para dar mais segurança ao projeto. Com esse diâmetro, as áreas foram atualizadas e estão dispostas na Tabela A área efetiva, A a, corresponde a área transversal menos a área do downcomer de entrada e de saída. A área de perfuração, A h, corresponde a 10% da área efetiva. Os valores dessas áreas também estão dispostos na Tabela 21. O diâmetro do furo do prato foi de 6 mm. A espessura da placa de aço-inox respectiva esse tamanho de furo corresponde a 1,92mm. Áreas D C (m) 0,95 A c (m²) 0,71 A n (m²) 0,59 A a (m²) 0,55 A h (m²) 0,05 Tabela 6.21: Áreas A eficiência de Muphree para a mistura água e etanol (COULSON, 2005) corresponde 0,9. A eficiência global foi calculada pro fundo, alimentação e topo e uma média desses valores resultou a eficiência global utilizada. Ela resultou em 0,92. O número de estágios real corresponde então a 15. A altura da torre foi calculada do seguinte modo: ( ) Sendo: N: Número real de estágios e: espaçamento entre os pratos : altura adicional 1,8 m na base: para manter o nível de líquido e receber vapor do

74 70 refervedor 1,2 m no topo: para minimizar o arraste do líquido pelo vapor I: espessura de um prato A altura da torre obtida foi de 10m Refervedor (EQC 011) Para o projeto do condensador, foi escolhido um modelo de termosifão vertical com apenas uma passagem pelos tubos. Este tipo de termosifão é menos suscetível a incrustações e geralmente possui maiores coeficientes de troca térmica quando comparado ao do tipo kettle (GEOFFREY, 2011). Sua limitação está na necessidade extra de altura, afim de alinhar o nível do líquido no reboiler com aquele do fundo da coluna. Uma ilustração desse refervedor pode ser observado a figura 6.11, abaixo. Figura 6.11: Desenho de um refervedor tipo termosifão vertical (GEOFFREY, 2011) O fluido quente escolhido foi vapor saturado de água que sai da caldeira, esse fluido encontra-se a 5 bar, com uma temperatura de saturação igual a 151,86ºC, como pode-se observar na figura, o fluido quente é alocado no casco. O fluido que sai da torre, por sua vez alocado nos tubos, encontra-se a 1 bar e 100ºC, estando muito próximo a seu ponto de ebulição. Como a vinhaça possui um teor de etanol igual a 0,002 em massa da sua composição, podemos considerar que essa temperatura já é a temperatura de saturação da mistura, estando muito próxima a aquele valor da água pura.

75 71 Inicialmente, determina-se a carga térmica, necessária para o serviço. Com os valores obtidos pelo projeto da torre de destilação, é necessário 400,87 kw para operação. Em seguida, pelo gráfico do Anexo B, obtém-se o fluxo de calor entre os fluidos a partir da temperatura reduzida e da diferença de temperatura entre os fluidos. Logo, encontra-se um valor de 47 kw/m². Porém, como o termosifão escolhido é do tipo vertical, limita-se esse valor para 39,7 kw/m², consequentemente, uma área de troca térmica necessária de 10,10 m². A partir de valores considerados usuais para tubos (SINOTT, 2005), optou-se pelo uso de tubos DN 25mm/40S, com diâmetro interno igual a 26,64 mm, o externo como 33,4 mm, e o comprimento dos tubos igual a 2,00m. Encontrou-se, então, a necessidade de 60 tubos para tal área de troca. Utilizando as demais correlações, obtiveram-se os seguintes valores para descrição do trocador: Informações para projeto do trocador A 10,10 m² Db (casco) 48 cm D feixe de tubos 47 cm Nt 60 Dp (cabeça) 21 cm ΔP tubo 472,21 Pa Tabela 6.22: Dados obtidos para o projeto do trocador Figura 6.12: Ilustração do termosifão vertical Para atingir esse valor de casco, optou-se pela utilização de um casco DN 50mm/80S. O casco foi construído em aço carbono e os tubos são de aço inoxidável,

76 72 para reduzir a incrustação e melhorar a eficiência de troca térmica Condensador (EQC 012) O projeto do condensador parte do mesmo princípio da mudança de fase considerada para o refervedor. Porém, pela falta de tabelas para valores iniciais de coeficiente de convecção global, utiliza-se a estimativa proposta por Sinnot (2005) que para processos de condensação, com a mudança de fase ocorrendo externa aos tubos, trata-se o valor de U entre 1000 e 1500 W/m².K como valor inicial e verifica-se o erro no final do cálculo. Com a demanda energética imposta pela torre de destilação, optou-se por um condensador total, com separação das fases e realimentação de 0,384 do valor do destilado. Desta forma, tem-se 941,00 kw de carga térmica. O vapor entra a aproximadamente 84,4ºC no equipamento, com uma corrente completamente vaporizada. Optou-se pelo uso da água provinda da torre de resfriamento, a 30ºC e sua saída sendo a 50ºC. A vazão do condensado é de 1756,09 kg/h e a do líquido de refrigeração é igual a 40521,95 kg/h. Figura 6.13: Ilustração do escoamento do líquido pela superfície externa do condensador (SINNOT, 2005) Segundo a literatura, para o dimensionamento de um condensador horizontal, com condensação de vapor por fora dos tubos, considerando propriedades constantes, tem-se que o coeficiente médio de transferência de calor de filme condensado pode ser encontrado através da seguinte equação:

77 73 ( ) * ( ) + O termo hc é o coeficiente de transferência térmica através da película de líquido (W/m².K), Kl é o coeficiente de condutividade térmica do líquido (W/m.K), ρ (kg/m³) corresponde a densidade do líquido (índice l) e do vapor (índice v), g a aceleração local da gravidade (9,81 m/s²), µ L a viscosidade do líquido (Pa.s) e Γ a carga de condensado por unidade linear de tubo (kg/m.s). Assumindo que o fluido que condensa nos tubos superiores escoa para os tubos inferiores, colaborando com a espessura do filme ao redor da superfície de troca, é proposto um fator de correção bastante conservativo conforme a equação a seguir: ( ) ( ) Para a água de resfriamento nos tubos, se utilizou a correlação de Petukhov-Popov para determinação do coeficiente de transferência térmica. ( ) ( ) ( ( ) ) Os valores obtidos foram então combinados em um coeficiente global de transferência, considerando fator de incrustação apenas no interior dos tubos. *( ) ( ) ( ) + Determinou-se ainda a perda de carga dos tubos. O método 2k foi utilizado para determinação das perdas localizadas na entrada e saída de água. Para quantificação da queda de pressão distribuída foi utilizada a equação a

78 74 seguir: ( ( ) ) Os resultados para o condensador estão apresentados na Tabela 6.23, abaixo: Informações para projeto do condensador A 21,56 m² Nr 13 ΔP tubo 343,20 Pa Nt 102 D feixe de tubos 40,8 cm Uc 1082,54 W/m².K Tabela 6.23: Dados obtidos para o projeto do condensador Nota-se que o valor do coeficiente global de convecção obtido ao término do projeto foi inferior a 10% de erro, que segundo Sinnot (2005) é um valor aceitável. Foi escolhido para a tubulação interna, tubos de diâmetro interno igual a 21 mm e diâmetro externo de 25 mm, todos de aço inox. O casco terá diâmetro igual a 45 cm, garantindo uma folga aceitável para o feixe de tubos Trocadores Resfriamento da vinhaça (EQC 025) A vinhaça é um resíduo do processo e corresponde ao produto de fundo do processo de destilação. Ela é produzida em uma temperatura de 100 C. Assim, é necessário seu resfriamento para que possa ser vendida ou reutilizada. No caso em estudo a vinhaça foi resfriada até 35 C. A vinhaça é composta predominantemente de água. Ela tem uma composição mássica de aproximadamente 0,0037 de etanol. Os outros componentes advindos do vinho correspondem a uma composição ainda menor. Assim, o trocador foi projetado considerando que a vinhaça correspondia a água. O fluido refrigerante utilizado foi a água de resfriamento. Ela é obtida da torre de resfriamento a 30 C. O trocador opera em contracorrente pois é o arranjo que promove uma maior ΔTml, fazendo com que o trocador necessite de uma área de troca térmica menor. A vinhaça foi alocada no tubo, pois é constituída de ácidos orgânicos e

79 75 inorgânicos, óleos e proteínas, tornando-a mais corrosiva e incrustante em relação a água de resfriamento. Testes foram realizados com diferentes tipos de trocadores e o que mais se adequou ao processo foi o trocador multitubular com especificações de diâmetro interno do ânulo, Ds, diâmetro interno, D i, e externo, D o, do tubo e número de tubos, N t, mostradas na Tabela 6.5. Especificações de tubo e ânulo D s (m) 0,125 D o (m) 0,1905 D i (m) 0,1483 N t 14 Tabela 6.5: Especificações para tubo e ânulo O material utilizado na construção do trocador foi aço-inox por ser um material resistente a oxidação, o que é necessário devido as características corrosivas da vinhaça, já citadas, e também da água de resfriamento. A condutividade térmica, k mat, e a rugosidade do aço-inox, e, foram obtidos de (CARTAXO, 2015) e estão disponíveis na Tabela 6.6. As resistências à incrustação da água de resfriamento, R do, e da solução de etanol, R di, foram obtidas de (LUDWIG, 1997). A resistência da solução de etanol foi usada com o intuito de dar mais segurança ao projeto. Os valores obtidos também estão dispostos na Tabela 6.6. Características do material e do fluido e (m) 2, k mat (W/mK) 12 R di (m²k/w) 3, R do (m²k/w) 1, Tabela 6.6: Características do material e do fluido As propriedades das substâncias necessárias para o projeto do trocador foram obtidas de (CARTAXO, 2015) e estão disponíveis na Tabela 6.7.

80 76 Propriedades dos fluidos Propriedades (tubo) Vinhaça Água de resfriamento (casco) C p (J/kgK) ρ (kg/m³) K (W/mK) 0,66 0,63 μ (Pa.s) 4, , Pr 2,6 4,1 Tabela 6.7: Propriedades do fluido A carga térmica necessária para a realização do serviço é obtida por: ( ) As temperaturas do fluido quente e o C pi já foram especificados. A vazão mássica de vinhaça, W i, é a mesma que deixa o refervedor e corresponde a 2,56 kg/s. Com o intuito de obter a vazão mássica no ânulo e a temperatura de saída da água de resfriamento faz que: Vazão volumétrica no ânulo (m³/s) S o : Área do ânulo (m²) v: Velocidade no casco (m/s) W o : Vazão mássica no ânulo ρ o : Densidade do fluido do ânulo Tem-se que a velocidade do fluido deve estar entre 1 a 3 m/s, uma vez que velocidades inferiores a essa faixa facilitam incrustações e velocidades maiores podem causar vibração do sistema. A velocidade usada foi de 1,2 m/s. A área do ânulo é dada por:

81 77 ( ) Com essas informações é possível obter a vazão mássica no ânulo. A temperatura de saída da água de resfriamento, t 2, é obtida usando a equação da carga térmica. As temperaturas das correntes estão dispostas na Tabela 6.8. Vinhaça (tubo) Água de resfriamento (ânulo) T 1 ( C) 100 t 1 ( C) 30 T 2 ( C) 35 t 2 ( C) 45,9 W 1 (kg/s) 2,56 W 2 (kg/s) 10,5 Tabela 6.8: Propriedades do fluido A diferença de temperatura média entre os fluidos, de projeto é dada por:, usada na equação ( ) ( ) ( ) A determianação do coefiente de troca térmica para o tubo, hi, é obtida com os seguintes passos: 1. Obtenção da área dos tubos: 2. Obtenção da vazão mássica por área, Gi: 3. Cálculo do Númedo de Reynolds: 4. Análise do tipo de escoamento: Se Re > 10000: Regime turbulento Se 2100 < Re < : Regime transiente Se Re < 2100: Regime laminar Os casos em estudo mostraram regime turbulento

82 78 5. Cálculo do fator de fricção pela equação de Haaland, por levar em consideração a rugosidade do material: [ ( ( ) )] 6. Cálculo do número de Nusset usando a equação de Petukhov-Popov: ( ) ( ) ( ) 7. Cálculo do coeficiênte de transferência de calor: 8. Cálculo da temperatura de parede: ( ) ( ) 9. A temperatura da parede é usada para usar a propriedade do fluido nessa temperatura e realizar o ajuste do coeficiente de troca térmica, com o intuito de levar em conta a variação das propriedades. Nesse caso foi utilizado a correlação de Sieder-Tate para a consideração da variação das propriedades, da seguinte forma: ( ) A obtenção do coeficiente de troca térmica do ânulo é feito de forma similar a feita pro coeficiente de troca térmica do tubo. A diferença está no uso de um

83 79 diâmetro equivalente, ao invés do diâmetro interno do ânulo. Esse diâmetro é dado por: Com os dados de coeficiente de troca térmica dos tubos e do ânulo, o coeficiente global limpo, U c, que ignora os fatores de incrustação, e o coeficiente global de projeto, U d, podem ser calculados da seguinte forma: [ ( ) ( ) ] [ ( ) ] Com o coeficiente global de projeto e a troca térmica necessária para realizar o serviço., é possível calcular a área de A comprimento do trocador, L, é determinado da seguinte forma: O número de grampos necessários a partir desse comprimento é obtido dividindo o comprimento do trocador pelo dobro do comprimento do grampo. No caso em estudo, foi escolhido um comprimento de grampo, L hp, de 5m. A área real de troca térmica é determinada da seguinte forma: É possível calcular o sobredimensionamento do trocador da seguinte forma: ( ) A perda de carga no tubo pode ser calculada do seguinte modo:

84 80 ( ) ( ) A perda de carga no ânulo pode ser calculada do seguinte modo: ( ) A correlação para consideração de propriedades variáveis para o cálculo do fator de atrito foi dada por: ( ) Os resultados obtidos estão disponíveis na Tabela 6.9. Resultado do projeto do trocador Área 37,85 m² Nhp 5 Área real 41,89 m² ΔP(tubo) 56,18 kpa Coeficiente global L min 789,29 W/m²K ΔP(ânulo) 58,50 kpa 45,18 m Tabela 6.9: Dados de projeto do trocador Como a perda de carga não ultrapassou o 68kPa, limite permitido, e a velocidade do fluido do casco permaneceu na faixa entre 1 e 3 m/s, conclui-se que o trocador é possível. Optou-se por um cabeçote do tipo Bonnet pela facilidade da manutenção, uma vez que o fluido que escoa pelo casco tem grande potencial

85 81 corrosivo e incrustante. Este tipo de cabeçote, apesar de ser mais caro, apresenta essa vantagem. A perda de carga no cabeçote equivale a um retorno de 180º, assim, faz-se a consideração para o cálculo utilizando o método 2-K de que o retorno é equivalente a duas curvas de 90º em um T padrão flangeado ou soldado Resfriamento da corrente de condensado (EQC 013) É necessário que haja um trocador após o condensador para que a corrente de cachaça seja resfriada, pois ela sai do condensador a cerca de 84 C e tem de continuar no processo em uma temperatura próxima a temperatura ambiente. É usada água de resfriamento para resfriar a cachaça. O projeto para a corrente de condensado seguiu de forma análoga a já citada, também concluindo que era preferível o uso de um trocador multitubular. Considerou-se o condensador total por facilidades de projeto e pela preferência por poder operá-lo distanciado do topo da torre. Dessa forma, a manutenção do trocador é facilitada. O material do trocador é aço-inox pela corrosividade das substâncias. O trocador também possui um cabeçote tipo bonnet, para facilitar a limpeza, e opera em contracorrente. A cachaça foi alocada no tubo e a água de resfriamento no casco. As propriedades do aço-inox e as propriedades da água de resfriamento foram obtidas de (CARTAXO, 2015) e as propriedades da cachaça de DWSIM. O fator de incrustação da água e de soluções de etanol foram obtidos de (LUDWIG, 1997). As correlações usadas são similares as usadas no projeto do trocador anterior. A tabela 6.10 apresenta as características dos tubos, do ânulo e dos fluidos considerados. Especificações de tubo e ânulo D s (m) 0,05 D o (m) 0,1905 D i (m) 0,1483 N t 2 Características do material e do fluido

86 82 e (m) 2, k mat (W/mK) 12 R di (m²k/w) 3, R do (m²k/w) 1, Tabela 6.10: Características do material e do fluido Propriedades dos fluidos Propriedades Cachaça (tubo) Água de resfriamento (casco) C p (J/kgK) 3477, ρ (kg/m³) 854, K (W/mK) 0,3134 0,622 μ (Pa.s) 5, , Pr 5,65 4,9 Tabela 6.11: Propriedades dos fluidos Na tabela 6.11 é possível observar a variação de temperatura dos fluidos e a vazão das correntes, que são necessárias para o cálculo da carga térmica. Cachaça (tubo) Água de resfriamento (ânulo) T 1 ( C) 84,4 t 1 ( C) 30 T 2 ( C) 35 t 2 ( C) 40,02 W 1 (kg/s) 0,352 W 2 (kg/s) 1,48 Tabela 6.12: Resultados para as correntes Por fim, a tabela apresenta os resultados do projeto do trocador, e novamente observa-se que a perda de carga deu inferior àquela limitante e a velocidade dentro da faixa permitida, sendo viável a utilização deste equipamento. Resultado do projeto do trocador Área 4,30 m² N hp 5

87 83 Área real 4,79 m² ΔP tubo 56,30 kpa Coeficiente global L min 700,32 W/m²K ΔP ânulo 39,44 kpa 35,95 m Tabela 6.13: Dados de projeto do trocador 6.8. Caldeira (EQC 007) O projeto da caldeira optou-se por especificar o quanto será consumido, aproximadamente, de bagaço e a carga térmica necessária. A carga térmica é aquela demanda para a mudança de temperatura e de pressão, aqui presentada pelas diferenças de entalpias junto com o calor para vaporização do líquido, desta forma, tem-se: ( ) Sendo: F = vazão mássica da água (kg/s) = entalpia do vapor superaquecido a 5 bar e T = K = entalpia do líquido subresfriado a 1 bar e T = K = entalpia de vaporização a 1 bar O líquido que será aquecido na caldeira entrará a uma temperatura de 50ºC vindo do processo de resfriamento do destilado da torre, este aquecerá até se tornar um vapor superaquecido a 5 bar e 160ºC. A quantidade desse vapor produzida é imposta pelo refervedor, que demanda as vazões necessárias para seu funcionamento. Desta forma, temos: ( ) O bagaço que sai da moenda passará por uma etapa de secagem para ser posteriormente queimado. A moenda produz 1,5 toneladas de bagaço seco por hora, enquanto a caldeira consumirá, considerando perdas, aproximadamente 0,44 toneladas de bagaço por hora.

88 84 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Desta forma, é possível com os dados de coeficiente convectivo de combustão para o bagaço, a emissividade do material, entre outros fatores para os cálculos do calor de radiação e do calor convectivo da combustão, calcular o valor da área da caldeira. Uma forma de reduzir essa demanda calorífica é através da recirculação do fluido que passa pelo refervedor, o que poderia reduzir a demanda de bagaço a até 0,06ton/h. Optou-se, aqui, por simplificar e comprar uma caldeira aquatubular que consiga operar a 5 bar para aquecimento até 160ºC de uma vazão de 1825,70 kg/h de água Tanques de Diluição Diluição para 40% em volume (EQC 015) O primeiro tanque de diluição ocorre pouco após a redução completa da temperatura até 30ºC nos dois trocadores que seguem após a torre. Essa diluição é para a redução da fração mássica do etanol até próximo 34,35% (40ºGL a 30ºC). Desta forma, calcula-se a demanda de água desmineralizada que deve ser adicionada para conseguir a completa diluição. A diferença em massa entre as duas vazões da bebida indica a quantidade a ser adicionada de água: Considerando a densidade da água a 30ºC, obtém-se o volume a ser adicionado por hora:

89 85 Considerando também a densidade da mistura com 50% em volume de etanol, temos a vazão de entrada da cachaça a ser diluída: Saindo, por sua vez um volume igual a 1,94 m³/h de cachaça diluída até 40% em volume. Como o processo ocorre continuamente, não se vê a necessidade de um tanque muito grande, porém há a necessidade de considerar um tempo de residência para que a mistura se dê por completa. Estipulou-se, então, que este tempo seria de 3h, então a dorna deveria funcionar a um volume constante de 6,03 m³. O nível de líquido no tanque não deve exceder 80% do volume máximo desse, e seu diâmetro deve ser o mesmo que a altura de líquido preenchida. Suas proporções também devem seguir as apresentadas na Figura 6.14, concluindo que um diâmetro ideia seria de aproximadamente 1,95 m. Para tal diâmetro, tem-se 2,44 m de altura da dorna. Por questões de higiene e facilidade na limpeza, o tanque será construído em aço-inox e mantido em uma sala longe do contato com o sol, para evitar mudanças na composição alcoolica por aquecimento. Figura 6.14: Dimensões indicadas para as dimensões do tanque (CEKINSKI, 2013) O tamanho do impelidor deve ser idealmente 1/3 do diâmetro do tanque,

90 86 mas se adequando as disponibilidades do mercado esse diâmetro pode variar entre 1/5 a 3/5.. Porém, como o tanque escolhido possui dimensões padrão, busca-se um impelido de 66 cm de diâmetro, com os discos afastados a mesma distância do fundo da dorna. O impelidor escolhido foi do tipo rushton com seis pás, logo o diâmetro do disco central segue um padrão diferenciado, sendo igual a 2/3 do diâmetro do impelidor. Optou-se, também, pelo uso de 4 chicanas. Utilizando o método proposto por McCabe para projeto do impelidor e dos defletos, os seguintes valores são encontrados : Figura 6.15: Tanque padrão proposto por McCabe Informações para projeto do impelidor Dt 1,97 m J 16,2 cm L 16,2 cm H 2,44 m Da 65 cm D disco 43 cm E 65 cm W 13,0 cm Tabela 6.24: Dados obtidos para o projeto do impelidor Diluição da bebida mista (EQC 019) A segunda diluição ocorre após o armazenamento da cachaça prata, no qual ela passa por um processo de maturação e melhoria das qualidades sensoriais. Essa segunda diluição ocorre com 40% de toda a cachaça produzida, afim de preparar a bebida mista de cachaça. Como já foi dito na descrição do processo, nesta etapa são adicionados extratos de frutas entre outros compostos afim de dar sabor diferenciado e diluir a bebida. Não será abordada as proporções e quantidades exatas adicionadas no produto, apenas o volume que deve ser adicionado.

91 87 Como tal diluição vem em sequência da citada anteriormente, do volume total produzido por hora, apenas 25% será diluído até 20% após 6 meses de armazenamento. Como a concentração alcoólica é metade da inícial, adiona-se a mesma taxa o xarope de suco de limão e os demais aditivos juntos em solução. Tem-se, então : Como a vazão de envase deve ser 4,65 m³/h, a vazão de saída da dorna de armazenamento será metade desta e a outra metade será dos aditivos a serem adionados na bebida Sendo este falor final equivalente a 40% da demanda total de cachaça produzida. Analisando da mesma forma que o tanque para a diluição até 40%, tem-se os resultados para o tanque de mistura da bebida mista apresentados na Tabela 6.25, abaixo : Informações para projeto do impelidor Dt 1,81 m J 15 cm L 15,08 cm H 2,26 m Da 60 cm D disco 40 cm E 60 cm W 12,06 cm Tabela 6.25: Dados obtidos para o projeto do impelidor Tanques de Armazenamento Intermediários Após a moenda (EQC 004) Logo após o filtro, o caldo que sai da moenda vai até um tanque pulmão para esperar ser alimentado nas dornas de fermentação e garantir que a vazão de caldo que sai em excesso fique acumulada. Como a vazão demandada para o fermentador é de 3,60 m³/h, há um acúmulo de 0,005 m³/h. Logo, o tanque pulmão foi dimensionado para suportar esse acúmulo durante o período da safra.

92 88 Obtém-se: O valor coincide exatamente com a alimentação de mais uma batelada do fermentador. Como o caldo será constantemente alimentado e removido, não será considerada a fermentação espontânea desse. Por fim, opta-se pela compra de um tanque de 15m³, com altura e diâmetro iguais a 2,67 m. Os tanques seguirão os mesmos padrões de higiene dos fermentadores, sendo então feitos com chapas de 1/8 de aço-carbono com pintura anticorrosiva Após a centrífuga (EQC 008) Com o término da centrifugação, o vinho é encaminhado para uma dorna antes de ser aquecido e enviado a torre. De forma análoga a citada anteriormente, esse procedimento é realizado afim de garantir a continuidade da operação do destilador, evitando que erros nos tempos de fermentação afetem tanto o processo. A vazão de saída da centrífuga é igual a 10,80 m³/h, enquanto que a vazão de entrada na torre é de 10,792 m³/h. Desta forma, há um acúmulo que será previsto para a safra igual a: ( ) Esse volume será destilado ao fim dos ciclos da safra. Opta-se pela compra de um tanque de 25m³, com altura e diâmetro iguais a 3,17 m. Os tanques seguirão os mesmos padrões de higiene já citados, sendo então feitos com chapas de 1/8 de aço-carbono com pintura anticorrosiva Tratamento da levedura (EQC009) Cada fermentação é iniciada com 53,28kg de levedura (7,2m³ na concentração de 7,4kg/m³). Durante a fermentação existe o crescimento celular e com isso obtemos uma massa maior de levedura que precisa ser devidamente tratada antes de ser utilizada nas reações seguintes.

93 89 Seguindo o processo Melle-Boinot, o fermentado é centrifugado e separado em duas correntes: uma de vinho delevedurado e outra de leite de levedura com a concentração de aproximadamente 60%. Uma vez que a massa final de levedura produzida na reação é 106,29kg, cerca de 50% da levedura final separada por centrifugação é descartada. Esse descarte de levedura pode ser utilizado como complemento proteico de alimentação animal, devendo ser devidamente seco e prensado. O leite de levedura, bastante concentrado, é então tratado com a adição de ácido sulfúrico 10% até que o ph esteja entre 2,5 e 3,0, de uma a três horas. Esta adição de ácido tem efeito bacteriostático e desfloculante. A adição não pode ultrapassar 250ml/100L de caldo. Nesta etapa, pode-se ainda adicionar nutrientes caso se identifique a necessidade de complementação dos nutrientes presentes no caldo-de-cana. Seguindo estas proporções, são produzidos 1,77m³ de leite de levedura, dos quais 0,88m³ serão descartados. O volume restante será tratado com até 2,218L de ácido sulfúrico 10% nas cubas de tratamento, sendo adicionado apenas o suficiente para o ajuste do ph. A levedura tratada é então enviada para o reator e diluída com 6,32m³ de água para que seja atingida a concentração adequada para a próxima batelada. A homogeneização dentro da cuba de tratamento é realizada por um agitador. As dimensões da cuba de tratamento foram configuradas de acordo com o tanque padrão de agitação de McCabe, já tratado durante a diluição. Figura 6.16: Tanque para diluição proposto por McCabe

94 90 Informações para projeto do impelidor Dt 2,09 m J 17,4 cm L 17,5 cm H 2,09 m Da 69,8 cm D disco 43,53 cm E 69,8 cm W 14,0 cm Tabela 6.26: Dados obtidos para o projeto do impelidor A agitação do leite de levedura não deve ser vigorosa, uma vez que se pode danificar a parede celular, reduzindo o número de células viáveis e consequentemente reduzindo a velocidade da reação. Para isto, a potência por volume de agitação deve ser manter entre 80 e 130 W/m³, o que se considera suave. Para o cálculo da potência exigida considerou-se a densidade do fluido é 1,0952 g/cm³ e a viscosidade relativa é aproximadamente 10 vezes a da água, ou aproximadamente 8.10 ³ Pa.s, que o agitador do tipo Rushton, possui 6 pás retas e o tanque tem 4 chicanas igualmente espaçadas. Assim, determinou-se o número de Re da mistura e número de potência correspondente. As fórmulas para o cálculo de N Re e N p, bem como o gráfico que relaciona ambos se encontra logo abaixo, nas quais Do é o diâmetro das pás (m), n é a rotação por segundo, ρ é a densidade da mistura (kg/m³) e µ a viscosidade (Pa.s). ( ) ( )

95 91 Figura 6.17: Plotagem de N p versus N Re para agitador com 6 pás e diferentes números de chicanas. Para uma agitação de 60rpm, o N Re é aproximadamente 6,6.10⁴ e o N p correspondente é aproximadamente 6, o que nos dá uma potência de 1087W (151W/m³) Antes da diluição (EQC 014) A vazão que segue para a diluição até 40% em volume pode ser calculada a partir da vazão mássica e da densidade da mistura nas condições de operação. O tanque pulmão aqui presente serve como apoio aos controladores da mistura, sendo projetado para reter o líquido caso problemas na diluição ocorram. Como este não é esperado para ser utilizado constantemente, sendo mais um mecanismo de segurança, calcula-se um volume supondo uma necessidade de parada da planta e fuga do material vindo da torre. Desta forma, toma-se como base de segurança um tanque com capacidade de suportar 2 horas de vazão de topo de destilado. Logo, seu volume mínimo deve ser de 2,72 m³, optando-se pelo uso de tanques de 3,40 m³. Como a altura e o diâmetro devem ser iguais, ambos devem ter 1,63 m, seguindo os mesmos padrões de materiais já citados, sendo feitos de

96 92 chapas de 1/8 de aço-carbono com pintura anticorrosiva Após a diluição (EQC 016) A vazão que segue para os tanques de armazenamento vem do valor que sai da dorna de diluição, sendo igual a 1,94 m³/h. Novamente, esse tanque é esperado como um mecanismo de segurança, então seu volume será calculado de forma semelhante a anterior, tomando como base de segurança um tanque com capacidade de suportar 2 horas de vazão de topo de destilado. Logo, seu volume mínimo deve ser de 3,88 m³, optando-se pelo uso de tanques de 4,50 m³. Como a altura e o diâmetro devem ser iguais, ambos devem ter 1,70 m, seguindo os mesmos padrões de materiais já citados, sendo feitos de chapas de 1/8 de aço-carbono com pintura anticorrosiva Armazenamento da bebida prata (EQC 017) O acondicionamento da bebida pura deve ser feito em tanques de aço inox maiores que 700 L, por pelo menos 6 meses afim de aprimorar o bouquet da bebida. Considerando-se apenas a corrente que sai da diluição até 40% para ser armazenada, 95% desta será de bebida descansada. Este valor é resultado de uma análise que compõe que a base da bebida mista é a cachaça prata descansada bem como metade da bebida envelhecida também, restando apenas 5% do valor total a ser envelhecido em madeiras com volume inferior a 700L. Desta forma, do total de 5587,2 m³ produzidos de bebida a 40ºGL por safra, 5307,84 m³ serão armazenadas por 6 meses em tonéis de aço inox. O número de tanques será obtido pela divisão do volume produzido na safra pelo volume dos tanques e aproximado para o inteiro superior mais próximo. Com o valor final do número de dornas, divide-se o total em volume para se obter o preenchimento de cada tanque.

97 93 Foram realizadas diversas interações em busca do melhor valor para volume da dorna, afim de se reduzir a diferença entre o volume disponível (80% do volume total) e o volume preenchido. Obteve um volume total ótimo de 75 m³, estando preenchidos até 59,5 m³ e deixando uma margem de 20% de segurança para evitar vazamento do líquido. Serão necessários 88 tonéis desse tipo, com 7,78 m de altura e 3,89 m de diâmetro Armazenamento do envelhecimento (EQC 018) Por outro lado, a bebida envelhecida deve ser guardada em tonéis, preferencialmente madeiras como carvalho, para o caso de características sensoriais, menores que 700 L, por pelo menos 12 meses. Por questões de segurança, optou-se por não preencher completamente os tanques, deixando o valor de 20% de margem de segurança. Calcula-se o volume mínimo necessário, como sendo 5% da produção de cachaça diluída até 40% por safra: Logo, será necessário armazenar tonéis que ao fim da safra sejam capazes de comportar 349,2 m³. De forma análoga a utilizada para os tanques de armazenamento, a quantidade de tonéis de envelhecimento é dada pela razão entre o volume total e o volume disponível na dorna: Seleciona-se, então 625 tonéis desse tipo, preenchidos com 558,7 L de aguardente. Tais tonéis devem serão de carvalho, com 1,64 m de altura e 0,82 m de diâmetro. Sendo armazenados em local de acordo com os padrões de qualidade para evitar contaminações e reduzir as modificações na composição do teor alcoólico da cachaça. Nota-se que pelo tempo necessário de amadurecimento da cachaça dentro da dorna, os últimos 6 dias de produção de cada safra serão dedicados apenas a bebida envelhecida, por conta do tempo de maturação da bebida em comparação com o tempo do descanso da bebida prata. Sendo encontrado como tempo ótimo de início do envase o mês 20 de funcionamento da fábrica.

98 94 Após o período de maturação da aguardente, esta será encaminhada para uma dorna de mistura, semelhante aos tanques de diluição, antes do envase. Esta etapa servirá para preparar o blending da bebida envelhecida. Toma-se como base a utilização de tanques com um pouco acima do dobro do volume de um tonel, descreve-se abaixo o tanque e o misturador para o preparo da bebida envelhecida: Informações para projeto do tanque de mistura e impelidor V mix 3,49 m³ E 55 cm W 10,96 cm Dt 1,64 m J 14 cm L 13,70 cm H 2,06 m Da 55 cm D disco 37 cm Tabela 6.27: Dados obtidos para o projeto do tanque e do impelidor Bombas As bombas estarão localizadas sempre após uma parada do líquido, como nos tanques de armazenamento, ou em regiões que se exijam vazões constantes, como na entrada do reator e torre de destilação. Desta forma, enumeram-se inicialmente 17 bombas. Quando considerada a linha de corrente do produto principal, não existem pontos de elevado valor de pressão, sendo desconsiderado o uso de bombas de deslocamento positivo. Opta-se pelo uso de bombas centrífugas pela sua simplicidade, preços mais acessíveis no mercado e demanda por principalmente vazão. A partir de um catálogo de fornecedor, as bombas foram escolhidas visando a velocidade de saída, aumento de pressão mínimo necessário (estimado a partir das quedas por equipamentos) e das características do escoamento, como viscosidade e composição. Saindo dos fermentadores e para refluxo da levedura (EQC 027) O vinho que é retirado das dornas fermentativas segue para a centrífuga, afim de garantir a entrada no separador com a velocidade correta e evitar acúmulo nos tanques pela mudança de velocidade gerada pela altura do tanque, coloca-se uma bomba antes de cada centrífuga. Como foi alocado o uso de 2 centrífugas, serão acopladas duas bombas, bem como mais duas para os tanques de reciclo da levedura. Como o vinho sai levemente aquecido e trata-se de um produto com finalidade alimentícia, serão usadas bombas do tipo centrífuga sanitária, com baixas rotações, revestidas em aço inox. O

99 95 rotor é aberto, em três pás e selo de vedação simples. O modelo foi escolhido como sendo o com vazão máxima igual a 35m³/h (em vazão de água a 25ºC) tendo uma altura manométrica total igual a 20 mca, com bitolas de 1 x 1. Demais bombas As demais bombas, serão todas do tipo centrífuga sanitária. Revestidas em aço inox, com acabamento interior para evitar o acúmulo de microrganismos. O rotor é aberto, em três pás e selo de vedação simples. Como, em geral, as vazões do processo são baixas, fez-se a escolha por bombas de vazão máxima iguais a 60m³/h (considerando água a 25ºC) e altura manométrica de 49 mca, com bitolas de 2 x1 Figura 6.18: Bomba centrífuga sanitária para os fluidos de cachaça (PROINOX ) Alimentação da água desmineralizada (EQC 026) A água utilizada para a diluição até 40% deve ser desmineralizada, sendo necessária uma bomba diferenciada para sua alimentação. Escolheu-se uma bomba indicada para líquidos com ausência de sólidos, montagem horizontal de polipropileno e selagem em cerâmica. Como a vazão desejada é baixa, o diâmetro da tubulação interna pode ser até 1. Esta bomba opera afogada, com o auxílio de sistemas de controle para garantir que a operação só ocorra caso o nível mínimo de coluna de água exista disponível para evitar a cavitação e danificação do material.

100 96 Figura 6.19: Bomba centrífuga para a água desmineralizada (GRABE ) Envase Bebida Prata (EQC 021) A cachaça prata armazenada possui graduação alcoólica semelhante àquela da última diluição, logo seu volume de produção será determinada como 50% daquela vazão de saída do diluidor: Essa produção será engarrafada num período de três meses Como as garrafas terão 1000 ml de conteúdo, supõe-se o valor mínimo de garrafas a serem envazadas por ano: Ao final do ano, são engarrafadas ao todo unidades de cachaça prata com teor alcoólico de 40%.

101 Bebida Envelhecida (EQC 023) Após o envelhecimento por 1 ano, a cachaça recebe cor e aroma diferenciados é misturada com aquela que foi armazenada por 6 meses. Essa bebida possui menor qualidade sensorial que a apenas envelhecida, porém seu preço é mais atrativo devido a redução dos custos com espaço para envelhecimento. Como o volume de bebida envelhecida é reduzido, projetou-se para que seu envase durasse apenas 1 mês, após o completo blending. Como deduzido anteriormente, a cachaça envelhecida será envazada a uma taxa de 2,79 m³/h, como as garrafas terão 700 ml de conteúdo, supõe-se o valor mínimo de garrafas a serem envazadas por ano: Ao final do ano, são engarrafadas ao todo envelhecida. unidades da cachaça Bebida Mista (EQC 022) Considerando que o envase da bebida mista como tendo duração de 3 meses, e que esta só começará a ser envasada 6 meses após os descanso da primeira produzida, tem-se : Como deduzido anteriormente, a bebida mista será envazada a uma taxa de 4,65 m³/h, como as garrafas terão 1000 ml de conteúdo, supõe-se o valor mínimo de garrafas a serem envazadas por ano: Ao final do ano, são engarrafadas ao todo unidades da bebida

102 98 mista de limão com cachaça. Dessa forma, a partir do segundo ano, e de forma constante na fábrica, são engarrafadas anualmente distribuídas entre bebidas prata, envelhecida e mista. A distribuição do envase se dará como apresentado na Tabela 6.28, abaixo: Ano 1 Março Abril Maio Junho Bebida Mista Cachaça Prata Bebida Mista Cachaça Prata Bebida Mista Cachaça Prata A partir do Ano 2 Cac. Envelhecida Bebida Mista Bebida Mista Cachaça Prata Bebida Mista Cachaça Prata Tabela 6.28: Distribuição anual do envase da cachaça Cachaça Prata Analisando a quantidade de garrafas produzidas por mês, temos a tabela 6.29, abaixo: Março Abril Maio Junho Ano A partir do Ano Tabela 6.29: Quantidade de garrafas produzidas por mês

103 99 7. Localização e Arquitetura A instalação de uma unidade industrial requer encontrar um local ideal para a manutenção da base operacional do processo, de modo a obter uma boa administração com vantagens competitivas (ALVES & ALVES, 2015). Vários fatores influenciam a escolha do local de instalação, dentre os quais se destacam: 1. Suprimento de matéria-prima e proximidade dos mercados fornecedores e consumidores Ao instalar uma unidade industrial próxima a rede de fornecedores, pode-se obter benefícios com custos logísticos de transporte, assim como favorecer a capacidade de resposta por parte dos fornecedores em caso de variações na demanda (ALVES & ALVES, 2015). De modo similar, a proximidade ao mercado permite atender as necessidades do público consumidor de modo eficiente e, eventualmente, minimizando os custos de transporte dos produtos. 2. Energia elétrica A disponibilidade de energia elétrica industrial a preços competitivos mostra-se como um importante atrativo para a instalação de uma nova unidade, uma vez que esse custo impacta diretamente no custo e na manutenção da produção (ALVES & ALVES, 2015). 3. Água É importante ter água de qualidade a disposição da unidade, principalmente quando houver a utilização do recurso como matéria-prima ou para o desenvolvimento do processo. Esse é um fator com grande aplicabilidade para indústrias de alimentos e de bebidas (ALVES & ALVES, 2015). De modo análogo, é importante ter um sistema de esgoto para receber os resíduos gerados pela indústria e dar um tratamento adequado aos mesmos. 4. Mão de obra Impactando diretamente nos custos, mostra-se vantajosa a escolha de uma região com um grande contingente populacional uma vez que, com o aumento da oferta de mão de obra, os salários pagos tendem a ser menores. Também é importante procurar regiões onde tenham escolas técnicas e universidades, pois estas costumam concentrar força de trabalho mais qualificada (ALVES & ALVES, 2015).

104 Dispositivos fiscais e financeiros A fim de aumentar a atratividade de determinadas regiões a novas instalações de empresas potencialmente geradoras de receita e emprego, a política governamental pode oferecer incentivos fiscais, facilidades de acesso ao crédito, dentre outros benefícios (ALVES, 2003). Tais vantagens devem ser consideradas para a alocação do empreendimento, pois estas podem representar uma considerável economia financeira. 6. Custo da terra No caso de plantas industriais, o custo da terra tem considerável importância no processo de seleção da localização, pois normalmente são demandadas grandes áreas e a proximidade com centros urbanos costuma proporcionar uma elevação nos preços dos terrenos (ALVES, 2003). 7. Legislação ambiental A crescente industrialização de uma região normalmente acarreta num aumento da poluição do local. Visto isso, é comum que a legislação imponha regras e limites para a eliminação de resíduos e poluentes, em alguns casos é exigida a instalação de dispositivos antipoluidores nas plantas acarretando maiores custos (ALVES, 2003). 8. Condições do relevo A presença de declividades no terreno em avaliação pode indicar a necessidade de realizar obras de terraplanagem para permitir a implantação da planta ou futuras expansões. A necessidade de realizar essas obras pode representar um grande custo para a operação (ALVES, 2003). 9. Qualidade do solo É importante verificar se a resistência do solo, o nível do lençol freático, presença de formações rochosas e de matas são qualificadas a suportar grandes obras de engenharia (ALVES, 2003). 10. Vias de acesso Estar situado próximo a uma rodovia, uma via férrea ou curso d água navegável pode impactar em menores custos de transporte para a realização de operações logísticas (ALVES, 2003).

105 101 Devido à complexidade da decisão, não há um processo padronizado para a determinação da melhor localização para a instalação de um empreendimento de grande porte (ALVES & ALVES, 2015). Ponderando sobre a relevância das vantagens e desvantagens encontradas para as alternativas em análise, e sobre seus impactos em futuros empreendimentos, pode-se distinguir a mais adequada para receber a instalação Seleção de terreno para a Cachaçaria Audara: Após uma busca por terrenos que se alinhassem com o objetivo da empresa em análise e feitas as devidas considerações entre potenciais vantagens e desvantagens do local, optou-se pela alocação da Cachaçaria Audara no Distrito Industrial da cidade de Juazeiro do Norte, na região do Cariri. Abaixo, nas Figuras 7.1 e 7.2, são mostradas a vista superior e a frontal do terreno selecionado (região delimitada por um traçado azul). As imagens foram obtidas via Google Maps. Figura 7.1: Vista superior do terreno selecionado Distrito Industrial de Juazeiro do Norte.

106 102 Figura 7.2: Vista frontal do terreno selecionado Distrito Industrial de Juazeiro do Norte. Em seguida é apresentado um resumo das análises feitas considerando cada um dos critérios destacados anteriormente: 1. Suprimento de matéria-prima e proximidade dos mercados fornecedores e consumidores De acordo com Gonçalves (2008), a região do Cariri apresenta uma ampla produção de cana de açúcar, principal insumo da produção de cachaça. Além disso, o preço médio pago por tonelada de cana é baixo, consequência do excedente de oferta do produto na região. Geograficamente, como pode ser observado na Figura 7.3, o município de Juazeiro está no centro da região Nordeste, estando praticamente equidistante de todas as capitais da região (aproximadamente 600 km), exceto de São Luís e Salvador. Desse modo, instalar a planta industrial em Juazeiro do Norte traria a vantagem logística de estar próxima ao mercado consumidor almejado, que é uma parcela do mercado do Nordeste.

107 103 Figura 7.3: Localização do terreno selecionado com destaque para a Região Nordeste. 2. Energia elétrica Segundo o portal da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), atual concessionária de energia para o estado do Ceará, o município de Juazeiro do Norte é devidamente atendido pelo sistema elétrico trifásico. Além disso, segundo cartilha da Federação das Indústrias do Estado do Rio de Janeiro (FIRJAN), o custo da energia industrial nesse estado é inferior à média nacional, o que contribui para certa competitividade. 3. Água e Esgoto Conforme apresentado no portal da Companhia de Água e Esgoto do Ceará (Cagece), há cobertura do fornecimento de água e de sistema de esgoto para o município de Juazeiro do Norte. A Figura 7.4 mostra a cobertura do serviço oferecido pela Cagece. Desse modo, este configura mais um atrativo a instalação da unidade fabril nesse município.

108 104 Figura 7.4: Cobertura do fornecimento de água pela Cagece. 4. Mão de obra Segundo dados do IBGE, Juazeiro do Norte apresenta o 3º maior contingente populacional do Ceará e ainda, segundo o portal da Prefeitura Municipal de Juazeiro do Norte, a cidade apresenta um dos mais importantes polos universitários do Nordeste, com 56 cursos de graduação, 62 de especialização e um total de 10 instituições de ensino superior atendendo mais de 20 mil estudantes. Além disso, segundo Oliveira (2010), a referida cidade é responsável por mais da metade dos empregos formais da Região Metropolitana do Cariri sendo, assim, um grande atrativo para mão de obra qualificada. 5. Dispositivos fiscais e financeiros Verificou-se que o Fundo de Desenvolvimento Industrial (FDI), gerenciado pelo Governo do Estado do Ceará, oferece um grande atrativo a instalação de indústrias no referido estado, com redução de até 75% no valor a ser pago de Imposto sobre

109 105 Operações relativas à Circulação de Mercadorias (ICMS) e de Imposto de Renda da Pessoa Jurídica (IRPJ). Adicionalmente, a Prefeitura Municipal de Juazeiro do Norte negocia a concessão de terrenos no seu Distrito Industrial, chegando até a dar total isenção do preço do terreno, em alguns casos. 6. Custo da terra Como comentado no item anterior, a concessão do terreno no Distrito Industrial é negociada junto a Prefeitura do Município, conferindo assim um desconto total ou parcial sobre a terra, o que aumenta a atratividade do local. 7. Legislação ambiental Analisando a planta de estruturação urbana do município de Juazeiro do Norte e com o auxílio do Google Maps, foi possível verificar que o terreno selecionado para a instalação da unidade da Cachaçaria Audara está localizado em uma região de zoneamento industrial de acordo com a prefeitura. Abaixo, na Figura 7.5 é apresentada a planta de estruturação urbana, com destaque para a região sudoeste da mesma, local onde fica o Distrito Industrial. 8. Condições do relevo Verificou-se que o relevo da região do Distrito Industrial de Juazeiro do Norte é regular, assim como pode ser visto na Figura 7.6.

110 106 Figura 7.5: Planta de Estruturação Urbana de Juazeiro do Norte, com foco no extremo sudoeste do mesmo (Distrito Industrial). Figura 7.6: Mapa topográfico do Distrito Industrial de Juazeiro do Norte.

111 Qualidade do solo De acordo com um estudo realizado pela Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) o solo de Juazeiro do Norte é do tipo podzólico vermelho amarelo equivalente eutrófico, assim como pode ser visto na Figura 7.7. Trata-se de um solo não-hidromórfico, ou seja, que em condições naturais não se encontra saturado por água. Além disso, são bem drenados, com baixa acidez, textura normalmente arenosa ou média, bem como conteúdo mineralógico que apresenta quantidade significativa de minerais primários facilmente decomponíveis, os quais constituem fontes de nutrientes para as plantas. Figura 7.7: Mapa de Reconhecimento de Solos do município de Juazeiro do Norte. 10. Vias de acesso Como dito anteriormente, Juazeiro do Norte localiza-se no centro da região Nordeste. Com isso, há diversas vias de acesso levando a toda a região, conforme mostrado na Figura 7.8. Ainda, o terreno selecionado para a instalação da planta industrial fica bem próximo a algumas dessas vias, o que facilita a logística de transporte de mercadorias e insumos, bem como contribuem para uma redução desses custos. As vias de acesso mais próximas ao terreno são as CE-060 e CE-292, ambas a aproximadamente 3,6 km da planta.

112 108 Figura 7.8: Principais Vias de Acesso ao município de Juazeiro do Norte Considerações Gerais Feitas as citadas considerações, foi selecionado um terreno retangular no Distrito Industrial de Juazeiro do Norte, com 100 m de frente de 150 m de fundo, em uma área que permite futuras expansões da empresa possibilitando até o dobro da área selecionada originalmente. Como comentado, os valores dos terrenos nessa região são negociados junto ao Governo Municipal, podendo chegar a ser totalmente cedido pela mesma. Unindo essa consideração ao fato de ser um projeto ainda sem garantias de sucesso, optou-se pelo aluguel do terreno por ser uma alternativa mais segura em termos de investimento. Uma vez que o preço só poderia ser precisamente definido um caso real de instalação e conseguinte negociação, serão considerados 3 cenários para o valor do aluguel mensal do terreno:

113 109 Cenário Otimista: R$ 0,00 / m² O terreno seria integralmente cedido pela prefeitura; Cenário Realista: R$ 1,4116 / m² O aluguel mensal seria aproximadamente o valor médio cobrado na região; Cenário Pessimista: R$ 1,5528 / m² O aluguel mensal seria aproximadamente 10% superior ao valor médio cobrado na região. Tabela 7.1: Cenários para custo do terreno da cachaçaria Audara Planta baixa A planta da empresa foi baseada nas unidades da Ypióca em Jaguaruana e Pindoretama. Foram reservados 176m² para a fermentação, 170m² para descanso e envelhecimento, 290m³ para descarregamento e moagem da cana-de-açúcar, com espaço para manobra, e 690m² de áreas verdes. As dimensões do terreno possibilitam ainda a expansão do empreendimento, aumento da armazenagem de cana e bagaço, de área para envelhecimento e estocagem, criação de uma estação de pré-tratamento da vinhaça não aproveitada para fertilização e construção de uma área de distribuição, destinada aos produtos prontos a ser despachados e estacionamento dos caminhões da distribuidora. Figura 7.9: Planta baixa da área das dornas de fermentação

114 Figura 7.10: Planta baixa geral da indústria. 110

115 Resíduos do Processo 8.1. Vinhaça A vinhaça, ou vinhoto, é um líquido de cor escura e de características ácidas que surge como resíduo da destilação. Vinhoto é produzido em uma proporção média de 10 vezes a produção da cachaça. Sua composição é majoritariamente água, mas contém também diversos minerais, proteínas, resíduos de açúcares, álcoois e outras substâncias (CHAVES, 2003). Por conta de uma composição química complexa e alto teor de matéria orgânica, o vinhoto pode ser considerado um resíduo altamente poluente quando lançado cru diretamente no ambiente ou em coleção hídrica, prática esta vetada por legislação ambiental. Seu uso pode variar desde como parte da alimentação animal até uso na fertirrigação, quando o vinhoto é usado como fertilizante nas plantações de cana. Após resfriar-se o vinhoto concentrado ainda fresco, este pode ser pulverizado nos coxos para a alimentação de bovinos, podendo ser utilizado entre 10 a 15 litros por animal/dia (CHAVES, 2003). Na utilização como fertilizante, devido aos sais orgânicos fortes presentes no líquido, quando depositada no solo, fungos e bactérias decompõem essa substância, liberando metais alcalinos como cálcio e magnésio (LEITÃO, 2005). Por outro lado, caso haja intenção de descarte, se faz necessário um tratamento físicoquímico e uma normalização para que a contaminação do solo e lençóis freáticos não ocorra. Alguns alambiques utilizam a vinhaça para a diluição do mosto, aproveitando para acidificar o meio. Tal tratamento não é muito frequente para o caldo de cana, não sendo o caso trabalhado aqui. Além disso, a vinhaça é capaz de produzir biogás, quando utilizados biodigestores, ou pode ser queimada para geração de energia elétrica Bagaço O bagaço é obtido após a extração do caldo na moenda e é um dos resíduos mais reutilizados como insumo no processo de produção da cachaça, ao ser utilizado como combustível nas caldeiras. Entretanto, em média 20% de todo o bagaço produzido em uma usina é considerado excedente de produção (TEIXEIRA, 2007) e precisa de um destino final fora do processo. Comumente é armazenado ao ar livre em um lugar específico da usina, porém o vento carrega os bagacilhos, espalhando-os pela área como um todo. Por esse motivo, a melhor e mais barata forma de armazenar esse resíduo é cobrindo-o com lonas.

116 112 Sendo sua composição basicamente celulose, hemicelulose, lignina e outros carboidratos, suas alternativas de uso vão da produção de papel e papelão, à alimentação de ruminantes, após certos tratamentos (CHAVES, 2003). Além disso, pode ser utilizado na construção civil, na fabricação de aglomerados, como briquetes, e na compostagem para produção de fertilizantes orgânicos. Novas tecnologias, entretanto, sugerem a utilização desse material excedente para a geração de energia elétrica e térmica (cogeração) e para fabricação de chapas para isolamento térmico e acústico (NIGRI et. al., 2011) Gás Carbônico Alguns autores consideram a liberação do gás carbônico produzido após o processo de fermentação, além de poluição, um desperdício. Segundo Nigri et al. (2011), a implantação de um sistema de captação desse gás possibilitaria a consideração mais um produto de valor agregado (CO2) na indústria, produto este que poderia ser vendido para uso em extintores de incêndio, fabricação de bebidas e sais efervescentes, produção de fermento químico, entre outras aplicações, além de contribuir para a obtenção de créditos de carbono da indústria Águas Residuais As águas provenientes de caldeiras não possuem risco de poluição, por isso podem ser recirculadas a cada novo ciclo. Além disso, em temperaturas abaixo de 40 C e sem a presença de contaminantes mais severos, podem ser descartadas no meio ambiente sem causar maiores danos. Já a água proveniente de lavagem da cana e da lavagem dos equipamentos e de ambientes deve ser encaminhada para uma Estação de Tratamento (ETA) ou um decantador para posterior descarte no meio Torta de filtro Rico em matéria orgânica e com elevada Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), é um potencial poluente de solo e de recursos hídricos se descartado diretamente nesses ambientes. Alternativas aplicadas para a reutilização dessa torta são adubação por fertirrigação e alimentação animal Cinzas Provenientes da Caldeira Este é mais um resíduo que, se liberado diretamente no meio ambiente, causa um considerável impacto ambiental por conta da poluição pela fuligem, que pode causar

117 113 problemas respiratórios. Este material possui características que, quando utilizado na agricultura, permite uma maior retenção de água (de SOUZA et al., 2014). Então, para minimizar a poluição produzida por esse resíduo e mitigar perdas, é recomendado que seja utilizado como adubo no próprio canavial ou outras culturas. As legislações referentes a resíduos de processos estão mais criteriosas nos últimos anos. As legislações envolvendo avaliação e controle de impactos ambientais apresentam-se em âmbito nacional, estadual e municipal. Órgãos como o Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (IBAMA), Secretaria do Meio Ambiente (SEMA), Coordenadoria de Licenciamento Ambiental e Proteção de Recursos Naturais (CPRN) e Departamento de Avaliação de Impacto Ambiental (DAIA) são alguns dos responsáveis pela prevenção (antes da implantação da indústria) e fiscalização (após o início de funcionamento da indústria). A vinhaça é considerada o maior potencial poluidor na indústria de aguardente e sua reutilização tem sido bastante empregada como descrito no tópico 8.1 deste trabalho, entretanto, há leis que regulamentam seu armazenamento e utilização. Por exemplo, a Lei nº 997, de 31 de maio de 1976, que dispõe sobre o Controle da Poluição do Meio Ambiente, que discorre sobre quantidades e concentrações permitidas para prevenir a poluição do ar, água e solo. Além disso, cada produtor deverá preencher e encaminhar ao devido órgão um Plano de Aplicação de Vinhaça, que deve conter o planejamento e formas de utilização da vinhaça, contendo dosagem e o mapa de distribuição na propriedade. A Portaria/GM nº 323, de 29 de novembro de 1978, proíbe principalmente o descarte do vinhoto direta ou indiretamente em qualquer coleção de água superficial ou subterrânea com o intuito de controlar e manter o equilíbrio ecológico da região e entorno. De acordo com a norma NBR 14001:2004 e a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), a gestão ambiental pode também ser aprimorada de forma voluntária através de de um Sistema de Gestão Ambiental (SGA). Através de um SGA a empresa poderá elaborar um planejamento de política ambiental, organizando seus objetivos e metas, além de avaliar a necessidade de um plano de ação de acordo com as necessidades e aliando o equilíbrio entre proteção ambiental e produção (lucratividade). Com o intuito de mitigar perdas, o reaproveitamento do que poderia ser um descarte da produção é possível e há, muitas vezes, a reinserção desses resíduos como

118 114 matéria-prima na produção ou sua venda. Com isto, além de diminuir os custos com transporte, os lucros são maximizados.

119 Avaliação Ambiental 9.1. Obtenção da Licença Ambiental De acordo com a Lei nº 6.938/81, no Artigo 17, é obrigatório o registro de pessoas físicas e jurídicas que exercem atividades poluidoras ou potencialmente poluidoras, extração, produção, transporte e comercialização de produtos perigosos e produtos e subprodutos da fauna e flora no Cadastro Técnico Federal de Atividades Potencialmente Poluidoras ou Utilizadoras de Recursos Ambientais. Segundo a Resolução CONAMA nº 237/97, a produção de cachaça entra na lista de atividades passíveis de licenciamento ambiental no Estado do Ceará. Sua classificação está definida nos Anexos da Portaria COEMA nº 08/2004, Anexo 1, sob o nome de Fabricação de Aguardente de Cana-de-açúcar, no grupo Indústria de Produtos Alimentares e Bebidas, no grupo normativo de Indústria. De acordo com o Anexo III da mesma resolução, a produção de aguardente tem potencial poluidor ALTO e porte Excepcional, se enquadrando no PPD A, intervalo N. Os custos para licença variam com o potencial poluidor das atividades, os valores estão os dispostos na Tabela 9.1. Entretanto, estas taxas são aplicáveis para empreendimentos a até 100km da sede da SEMACE ou da representante regional mais próxima. Uma vez que a representante regional mais próxima se encontra no Crato, a aproximadamente 14km da Diretoria Regional SEMACE Crato, os valores tabelados se aplicam. LICENÇA VALOR (UFIRCE) VALOR (R$) Licença prévia ,79 Licença de instalação ,19 Licença de operação ,49 Licença de instalação e operação - - Autorização Ambiental ,20 Tabela 9.1: Custos das licenças de acordo com a Resolução CONAMA nº237/1997 para o intervalo N e conversão dos valores para UFIRCE 2017* Modalidade De Licenciamento A Licença Prévia (LP) é concedida na fase preliminar do planejamento e aprova sua concepção, localização e atesta a viabilidade ambiental e requisitos básicos para as próximas etapas de licitação. Tem prazo de validade de um ano e prazo máximo de

120 116 vigência de cinco anos e deve ser renovada anualmente. A Licença de Instalação (LI) autoriza o início da instalação do empreendimento com as especificações contidas nos planos, programas e projetos executivos aprovados, incluindo medidas de controle ambiental e demais condicionantes. Tem prazo de validade de dois anos e prazo máximo de vigência de seis anos, devendo ser renovada a cada dois anos. A Licença de Operação (LO) autoriza a operação da atividade após a verificação do efetivo cumprimento das exigências da LP e da LI, bem como dos controles de poluição e demais condicionantes. Tem prazo de validade mínima de um ano e máximo de três anos, sendo apenas um ano para empreendimentos de alto potencial poluidor. Ainda segundo a Resolução CONAMA nº237/97, os órgãos ambientais responsáveis podem estabelecer prazos de análise diferenciados para as modalidades de licença, sendo o prazo máximo de 6 meses entre o ato de protocolar o requerimento e o deferimento ou indeferimento da licença. Em casos em que houver a necessidade da execução de Estudos de Impactos Ambiental e seu respectivo relatório, este prazo será de até 12 meses. 9.3 Remuneração Dos Estudos Ambientais Todos os estudos e informações complementares exigidos são de responsabilidade do empreendedor, devendo este inclusive realizar a remuneração das atividades realizadas pelo órgão técnico responsável. Para a Remuneração da Análise de Estudos Ambientais, nos licenciamentos de empreendimentos e atividades que estão sujeitos a EIA/RIMA, segue-se a fórmula dada a seguir: ( ) ( ) Sendo V o valor da remuneração (em UFIRCE); D a distância até a Sede da SEMACE em Fortaleza (em Km); FCQ o fator custo unitário de quilometragem (0.871 UFIRCE/Km); P1 o peso atribuído ao fator distância (P1=2); NT o número total de técnicos utilizados na análise; THT o total de horas técnicas necessárias para a análise do processo até sua conclusão; FCHT o fator custo unitário de hora técnica ( UFIRCE/hora); P2 o peso atribuído ao fator análise técnica (P2=1,50). O número de técnicos utilizados e o total de horas técnicas estão especificados no

121 117 simulador de taxas de licenciamento do sistema NATUUR, na seção de Auditoria Ambiental. Assim, foram utilizados os valores tabelados para calcular os custos totais Indústria de Produtos Alimentares e Bebidas Nº de Técnicos Horas Técnicas PPD - Médio PPD - Alto Tabela 9.2: Número de técnicos e horas técnicas para elaboração de EIA/RIMA em Indústria de Produtos Alimentares e Bebidas pelo sistema NATUUR SEMACE. Com a utilização de 5 técnicos e 30 horas trabalhadas, a 500km da sede da SEMACE em Fortaleza, a taxa do Estudo de Impacto Ambiental e Relatório de Impacto Ambiental (EIA/RIMA) é de R$24.447, Outras Licenças Em caso de necessidade de supressão de vegetação nativa, segundo a Lei nº /12, o requerimento da Autorização de Supressão Vegetal deve conter a localização do imóvel e das áreas protegidas e de uso restrito, por coordenada geográfica, a reposição ou compensação florestal, a utilização efetiva e sustentável das áreas já convertidas e o uso alternativo da área a ser desmatada. Segundo o Guia de Procedimentos do Licenciamento Ambiental Federal, a solicitação deve ser apresentada ao IBAMA ou ao órgão estadual de meio ambiente. Quanto ao uso de recursos hídricos é necessária a Outorga de Uso de Recursos Hídricos, a ser solicitada pelo empreendedor diretamente ao órgão gestor da Bacia Hidrográfica, sendo este de âmbito estadual ou federal, de onde os recursos serão utilizados ou onde serão realizados lançamentos Documentos Técnicos Para O Licenciamento Ficha de Caracterização do Empreendimento (FCE): é o documento com o qual o IBAMA identificará os critérios de elegibilidades para licenciamento, o detalhamento necessário dos estudos ambientais, a necessidade de procedimentos específicos para as licenças, características e peculiaridades da natureza do empreendimento. Termos de Referência: são elaborados pelo IBAMA a partir da FCE e do banco de dados ambientais, estabelecendo as diretrizes, conteúdo mínimo e abrangência do estudo ambiental e possíveis diretrizes adicionais dadas as peculiaridades do empreendimento e as características ambientais da área em que se encontra. O

122 118 empreendedor pode sugerir mudanças ao proposto pelo IBAMA visando maior adequação à realidade do empreendimento, mas somente o IBAMA pode realizar a emissão da versão final dos Termos. Estudo de Impacto Ambiental (EIA) e Relatório de Impacto Ambiental (RIMA): são documentos técnicos multidisciplinares exigidos para a obtenção da Licença Prévia. Têm como objetivo a avaliação completa e sistêmica dos impactos ambientais gerados durantes as fases de implementação e operação e a indicação das medidas mitigatórias correspondentes. O estudo é realizado na caracterização do empreendimento em nível de Ante-Projeto e para projetos de impacto significativo. Plano de Controle Ambiental (PCA): contém os projetos executivos de mitigação dos impactos avaliados através do EIA/RIMA e é exigido para a obtenção da Licença Prévia. Projeto Básico Ambiental (PBA): é o documento que apresenta todas as medidas de controle sugeridas no Estudo de Impacto Ambiental, sendo também pré-requisito para a Licença de Instalação. Relatório de Desempenho Ambiental de Empreendimento: deve se referir a todas as medidas mitigadores de impactos apresentadas no EIA e no PBA e a quaisquer outras medidas complementares incorporadas ao Relatório de Implantação dos Programas Ambientais. Deve ser apresentado ao IBAMA como apresentação do atendimento às exigências e compromissos assumidos durante as etapas anteriores de licenciamento ambiental. O Relatório é também obrigatório para a renovação da Licença de Operação Estudos Adicionais Análise de Risco: De Acordo com a Resolução CONAMA nº 001/86, o Estudo de Análise de Risco passa a ser incorporado ao EIA/RIMA para avaliar tanto a implementação quanto a operação de atividades envolvendo a manipulação de produtos perigosos, bem como as consequências ambientais no caso de acidentes. Plano de Ação de Emergência (PAE): Pode ser associado à Análise de Risco e é elaborado como parte do processo de Gerenciamento de Riscos Compensação Ambiental E Preservação Da Região De acordo com a RESOLUÇÃO CONAMA Nº371/2006 fica estabelecido o pagamento de Compensação Ambiental de acordo com impacto identificado através do

123 119 EIA/RIMA. O cálculo do valor da Compensação Ambiental fica definido no DECRETO Nº6.848/2009, que limita o valor máximo calculado pelo IBAMA a 0,5% do somatório dos investimentos para implantação do empreendimento. Este valor tem como objetivo a implantação e manutenção de unidade de conservação do Grupo de Proteção Integral, sendo administrado pelos órgãos ambientais licenciadores, ao qual cabe analisar e propor a aplicação da compensação ambiental visando o fortalecimento do Sistema Nacional de Unidades de Conservação da Natureza (SNUC). De acordo com as prioridades estabelecidas no art. 33 do DECRETO Nº 4.340/2002, caso exista área de preservação ou amortecimento afetada diretamente pelo empreendimento, esta será beneficiária do recurso da compensação ambiental. Caso estas áreas não existam, o valor da compensação deve ser aplicado na criação ou manutenção de unidades de conservação preferencialmente no mesmo bioma e na mesma bacia hidrográfica. O montante não destinado a estes dois casos deve ser empregado para criação ou manutenção de outras unidades de conservação do Grupo de Proteção Integral disposto pelo SNUC. Dentre as regiões que se encaixam neste critério estão as áreas de Preservação Permanente na Sub Bacia do Salgado. Estas têm sofrido constante degradação devido a modificação das áreas de Preservação Permanente para o cultivo de culturas temporárias (IPECE, 2011). Outras atividades executadas na Bacia do Salgado incluem extrativismo vegetal, mineral e pecuária, também responsáveis pela rápida modificação do relevo e do bioma local. A área do Médio/Baixo Jaguaribe corresponde à diferentes regiões geográficas alinhadas, agregando as sub bacias do Banabuiú, Salgado e Médio Jaguaribe. Nesta se encontra a maior concentração de reservas hídricas superficiais do Nordeste, as quais possuem importância vital para desenvolvimento de diversas atividades econômicas no Estado. A aplicação de compensação ambiental na preservação de regiões como esta é então não só uma ação de benevolência ambiental, mas também de garantia de disponibilidade de recursos adequados a longo prazo para as atividades que deles usufruem.

124 Figura 9.1: Mapa da Sub Bacia do Salgado com seus principais açudes e recursos hídricos. 120

125 Avaliação Institucional Na organização dos setores da Cachaçaria Audara, buscou-se por uma estruturação em 10 setores, com um total de 204 funcionários, as quais serão apresentadas a seguir, com algumas atividades principais de cada área, de acordo com o Portal Catho Organograma Geral Distribuição Setorial Gente e Gestão: 7 colaboradores. Atividades: Planejar e desenvolver estratégias de recrutamento e seleção, treinamento e desenvolvimento, planos de cargos e salários, administração pessoal e relações trabalhistas e sindicais, de acordo com as exigências legais e políticas da empresa.

126 122 Gestão Ambiental: 2 colaboradores. Atividades: Realizar levantamentos de dados de controle ambiental, auditorias e elaborar laudos. Desenvolver projetos para tratamento de efluentes e controle de resíduos. Jurídico-Financeiro: 4 colaboradores. Atividades: Gerenciar informações de fluxo de caixa, contas a pagar e a receber, desenvolver o planejamento financeiro e elaborar planos para melhoria do desempenho econômico-financeiro da empresa, assim como controlar e dirigir as atividades da área jurídica, em assuntos sobre questões cíveis, tributárias, societárias, entre outras. Logística e Cadeia de Suprimentos: 11 colaboradores. Atividades: Planejar as atividades operacionais da empresa de armazenamento, distribuição, transportes, logística, além de processos de compras, armazenagem e movimentação de matérias-primas, materiais indiretos, equipamentos e insumos.

127 123 Manutenção: 45 colaboradores. Atividades: Responsáveis pela preparação, instalação, montagem e manutenção de equipamentos, bem como pela prevenção, correção e ajustes em problemas emergenciais. Marketing e Vendas: 4 colaboradores. Atividades: Elaborar estratégias de vendas e avaliar as melhores práticas do mercado, com o objetivo de cumprir metas e desenvolver novos negócios. Acompanhar o desempenho da equipe e indicadores de vendas.

128 124 Operações: 65 colaboradores. Atividades: Responsáveis pelas operações de produção, definição e elaboração de planos de utilização eficaz dos equipamentos, matérias-primas e pessoal de acordo com o orçamento da empresa. Acompanhar índices de produtividade para desenvolver táticas na melhoria contínua do fluxo dos processos. Planejamento e Controle da Produção: 4 colaboradores. Atividades: Gerenciar as rotinas de planejamento e programação da produção, analisar informações econômicas sobre processo produtivo e propor mecanismos estratégicos para cumprimento das diretrizes de fabricação. Qualidade: 21 colaboradores. Atividades: Desenvolver, implantar e controlar programas e sistemas de gestão da qualidade, acompanhar programas e sistemas aplicados aos processos, de forma a se obter aumento da confiabilidade, produtividade, otimização de processos e redução de custos operacionais.

129 125 Tecnologia da Informação: 12 colaboradores. Atividades: Avaliar e identificar soluções tecnológicas para otimizar os processos e planejar projetos de implantação de sistemas. Funcionários não setorizados Rotinas Administrativas: 28 colaboradores. Atividades: Responsáveis pela rotina administrativa e organizacional básica da em empresa Organização das Escalas Os funcionários estão distribuídos em dois tipos de Escalas: 6 / 1 dias: Os colaboradores trabalham em horário comercial por 6 dias, de Segunda a Sábado, de 08:00 às 16:20, com intervalo de 1 hora e têm 1 dia de folga (Domingo);

130 / 36 horas: Os colaboradores trabalham em escalas de 12 horas (07:00 às 19:00 ou de 19:00 às 07:00) e folgam por 36 horas. Nesse regime de escala, uma mesma função é preenchida com 4 pessoa em alternância de horários. Optou-se pela contratação de funcionários temporários para a ocupação de 75% das vagas com escala 12/36 horas (120 funcionários), de modo que estes só trabalhem durante o período em que a planta opera de forma ininterrupta, período equivalente ao da safra da cana de açúcar agosto a novembro. No restante do ano, momento em que a indústria opera apenas com descanso da cachaça, envelhecimento e/ou envase, a mesma opera apenas em horário comercial e com número de funcionários reduzido.

131 Avaliação Econômica O objeto de estudo do presente trabalho inicia-se em 01 de Janeiro de 2018, momento da aquisição do terreno e início do processo de licenciamento, junto a Secretaria do Meio Ambiente do Estado do Ceará SEMACE. Conforme descrito anteriormente no tópico Obtenção de licença ambiental, após a manifestação de intenção de instalação, operação e regularização da unidade, é preciso aguardar 26 meses até a concessão e publicação da Licença de Instalação LI. Desse modo, considerou-se que em 01 de Março de 2020 serão iniciadas as obras de construção da planta, estas com duração total de 1 ano e 3 meses. Em seguida, a partir de 01 de Junho de 2021, será feita a montagem e instalação dos equipamentos. Por fim, 2 meses depois, a operação da planta se iniciará em 01 de Agosto de O presente estudo assumirá o período de análise de 12 anos, contados a partir do início das operações, para fins de estudo da viabilidade econômica do projeto (Total de 15 anos e 7 meses desde a aquisição do terreno). As receitas e desembolsos considerados em cada etapa do projeto serão descritos com maiores detalhes a seguir: Licenciamento Ambiental. Para a obtenção da Licença Ambiental, como explicado anteriormente, são necessários os desembolsos apresentados na Tabela 11.1, abaixo: Documento Valor Período do Pagamento Renovação Avaliação do EIA/RIMA R$ ,99 Setembro/2018 Licença Prévia R$ 8.361,79 Setembro/2019 Avaliação do PBA R$ 6.956,80 Outubro/2019 Licença de Instalação R$ ,19 Fevereiro/2020 Renovação Bienal Análise técnica e vistorias R$ 6.956,80 Maio/2020 Licença de Operação R$ ,49 Julho/2020 Renovação Anual Compensação ambiental 0,5% do Valor do Empreendimento Outubro/2019 Taxa de Controle e Fiscalização Ambiental R$ 900,00 Fevereiro/2018 Pagamento Trimestral Tabela 11.1: Desembolsos referentes a Licenciamento Ambiental. Para o pagamento da taxa de compensação ambiental de 0,5% sobre o valor do empreendimento foram considerados os gastos com construção da unidade e os gastos com aquisição e instalação de equipamentos. O pagamento foi feito de forma parcelada,

132 128 em que cada parcela equivalia a taxa incidente sobre os desembolsos do mês. O cronograma detalhado das etapas da solicitação do licenciamento pode ser visto no Anexo J do presente trabalho Desembolsos referentes à Aquisição do Terreno Conforme apresentado anteriormente, optou-se por alugar o terreno de dimensões 100m x 150m localizado no Distrito Industrial de Juazeiro do Norte. O valor do aluguel mensal utilizado nos cenários da análise econômica foram os seguintes: Cenário Otimista: R$ 0,00 / m² O terreno seria integralmente cedido pela prefeitura; Cenário Realista: R$ 1,4116 / m² O aluguel mensal seria aproximadamente o valor médio cobrado na região; Cenário Pessimista: R$ 1,5528 / m² O aluguel mensal seria aproximadamente 10% superior ao valor médio cobrado na região Desembolsos referentes à Construção Foram considerados os gastos referentes a neutralização vegetal e terraplenagem do terreno, assim como a construção das dependências, tanto produtivas como administrativas, e instalação dos recursos básicos ao funcionamento da unidade, tais como água e energia. A contabilização desses custos foi feita a partir dos dados de Custo Unitário Básico CUB, um indicador monetário disponibilizado mensalmente pelo Sindicato da Indústria da Construção Civil do Ceará (SINDUSCON CE) que mostra o custo básico para a construção civil, para alguns tipos pré-definidos de formato. Foram utilizados os dados para projetos-padrão de galpões industriais (GI), padrão que compreende um galpão, com área administrativa, banheiros, vestiário e depósito. Para fins de inclusão de outros serviços não contabilizados nesse padrão, foi incluída uma margem adicional de 10% sobre o valor total previsto para a obra. Na Tabela 11.2, abaixo, é possível verificar os desembolsos considerados sobre a construção. Vale salientar que, para fins de inclusão destes no fluxo de caixa, foi feita a divisão igualitária dos pagamentos entre os 15 meses considerados para as obras.

133 129 Item R$ / m² Valor Devido Desembolso (Área: 1195 m²) Atribuído a cada mês Materiais R$ 271,95 R$ ,25 R$ ,35 Mão de Obra R$ 366,63 R$ ,85 R$ ,19 Despesas Administrativas R$ 0,00 R$ 0,00 R$ 0,00 Equipamentos R$ 1,12 R$ 1.338,40 R$ 89,23 Outras Despesas R$ ,15 R$ 5.096,28 (Adicional de 10% do total) Total R$ ,04 Tabela 11.2: Desembolsos referentes a Construção Desembolsos referentes à Aquisição e Instalação de Equipamentos Para a obtenção destes foi usada prioritariamente a ferramenta online de estimação de custos de Peters, West e Timmerhaus (2003) e, quando este não possuía dados referentes ao equipamento em questão, buscou-se obter valores típicos para o mesmo em variados sites de compra e venda. Os dados coletados, quando não se referiam ao presente ano, foram atualizados utilizando índices comparativos do Chemical Engineering Plant Cost Index (CEPCI). Para dados obtidos em unidades de dólar, foi utilizada como conversão o preço de venda do dólar (cotação em 14/06/2017), disponibilizado no portal do Banco Central do Brasil. Para contabilizar o custo de instalação dos equipamentos, utilizou-se como referência o projeto apresentado em Produção de Aguardente de Cana (1995), do Ministério da Agricultura, do Abastecimento e da Reforma Agrária, onde é apresentado o custo total com montagens e instalações dos equipamentos (R$ 9.215,00) e os custos totais de compra dos mesmos (R$ ,00), de modo que a instalação custou aproximadamente 5% do montante pago na compra. Deste modo, foi incluído um fator de 5% sobre os produtos a fim de abranger o custo de montagem e instalação. Na Tabela 11.3, encontram-se os desembolsos estimados para a compra dos equipamentos. Equipamento Valor Coletado (Ano) Valor Atual Centrífuga $ ,00 ( 2002 ) R$ ,13 Moenda $ ,00 ( 2002 ) R$ ,52 Reatores $ ,00 ( 2017 ) R$ ,60 Tanque Pulmão (Antes da Fermentação) R$ ,00 ( 2002 ) R$ ,13 Tanque Pulmão(Depois da Centrifugação) $ ,00 ( 2002 ) R$ ,73 Coluna de Destilação $ ,00 ( 2002 ) R$ ,25

134 130 Tanque Pulmão (Antes da Diluição) R$ 7.417,00 ( 2002 ) R$ ,13 Trocador Resfriamento Cachaça $ 6.538,00 ( 2002 ) R$ ,33 Resfriamento do Vinho $ ,00 ( 2002 ) R$ ,45 Barris de Carvalho R$ 2.000,00 ( 2017 ) R$ 2.000,00 Envasadora $ ,00 ( 2017 ) R$ ,00 Bombas $ 700,00 ( 2017 ) R$ ,00 Outros* ( ) R$ ,00 Tabela 11.3: Desembolsos referentes a Aquisição e Instalação dos Equipamentos Registro da Marca A fim de identificar o negócio e diferenciar-se dos demais perante o público consumidor, planejou-se a solicitação do o registro da marca Cachaçaria Audara no Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI). Para tanto, de acordo com a tabela de retribuições dos serviços prestados pelo INPI, é preciso efetuar o pagamento de duas taxas a saber: Pedido de registro de marca, no valor de R$ 355,00, para solicitação por meio eletrônico com especificação pré-aprovada; Expedição de certificado de registro, no valor de R$ 1.065,00, emitida em prazo ordinário. Desse modo, no início do período de análise do presente projeto foi contabilizado o desembolso de R$ 1.420, Receita Bruta Denomina-se receita bruta o montante obtido com a venda dos produtos (preço). Sendo assim, pode-se determinar a receita bruta total como a soma das multiplicações entre o preço de venda e a quantidade vendida de cada produto. Quanto ao método de venda, optou-se por terceirizar a distribuição do produto, através de parceria com rede distribuidora que compraria todas unidades produzidas logo após o processo de envase. Para fins de precificação dos produtos, foram utilizados os valores comumente atribuídos a produtos similares já disponíveis no mercado. A esse preço comercial pré-definido foi atribuído um fator de redução de 50% (cenário realista), como resultado obtém-se a nossa receita unitária, equivalente ao valor efetivamente desembolsado pela distribuidora.

135 131 Como o bagaço da cana de açúcar, proveniente da etapa de moagem, tem valor comercial, foi feita a sua inclusão no cálculo da receita bruta considerando o preço de R$ 25,00 por tonelada, de acordo com a União dos Produtores de Bioenergia. Na Tabela 11.4 são mostradas as receitas brutas anuais obtidas com cada produto, no cenário realista. ANO 1 ANO 2 a ANO 11 ANO 12 Cachaça Prata R$ ,00 R$ ,00 R$ ,05 Cachaça Envelhecida R$ R$ ,02 R$ ,02 Bebida Mista R$ ,50 R$ ,50 R$ ,50 Bagaço de Cana R$ ,00 R$ ,00 R$ ,00 Receita Bruta Anual R$ ,50 R$ ,52 R$ ,57 Tabela 11.4: Receita Bruta Anual Cenário Realista Impostos e Deduções Sobre a Receita Bruta Segundo o site da Receita Federal, empresas que usufruam de incentivos fiscais devem aderir ao regime de tributação baseado no Lucro Real. Tem-se ainda que, segundo o Portal Tributário, as pessoas jurídicas de direito privado, e as que lhe são equiparadas pela legislação do imposto de renda, que apuram o IRPJ com base no Lucro Real estão sujeitas à incidência Não Cumulativa. Tem-se também que é permitido descontar, do valor devido de imposto, o valor do mesmo imposto incidente sobre os insumos e materiais comprados, para não constituir duplo pagamento por um mesmo objeto em análise. Incidem sobre a receita bruta da produção de cachaça os seguintes impostos: Imposto sobre Produtos Industrializados (IPI) Federal: De acordo com a tabela de incidência do imposto sobre produtos industrializados (TIPI), bebidas destiladas a partir da cana de açúcar se enquadram na categoria sendo, assim, tarifadas em 25% sobre toda a receita bruta. Programa de Integração Social (PIS) Federal:

136 132 Tem-se que pessoas jurídicas sujeitas à incidência Não Cumulativa têm sua receitas tarifadas em 1,65%, referente ao PIS. Contribuição para o Financiamento da Seguridade Social (COFINS) Federal: Tem-se que pessoas jurídicas sujeitas à incidência Não Cumulativa têm sua receitas tarifadas em 7,60%, referente ao COFINS. Imposto sobre Operações relativas à Circulação de Mercadorias e Prestação de Serviços de Transporte Interestadual e Intermunicipal e de Comunicação (ICMS) Estadual: Há incidência de 25% sobre a receita bruta referente a bebidas alcoólicas produzidas e comercializadas no Estado do Ceará, segundo o Artigo 44: I a. Há também incidência de 12% sobre a receita bruta referente a produtos comercializados do Ceará, com destino a outros estados, segundo o Artigo 44: III c. Vale salientar que são excluídos da base de cálculo do referido imposto os valores devidos referentes ao IPI. Devido ao incentivo fiscal do Governo do Estado do Ceará, por meio do Fundo de Desenvolvimento Industrial foi recebido benefício de redução em 75% do ICMS, devido a parâmetros de geração de emprego, localização, volume de transações interestaduais, dentre outros. O benefício tem prazo de duração de 10 anos, podendo ser prorrogado por igual período. Na Tabela 11.5 encontram-se os devidos impostos incidentes sobre a receita bruta. ANO 1 ANO 2 a ANO 11 ANO 12 (-) IPI (Federal) R$ ,13 R$ ,88 R$ ,39 (-) PIS (Federal) R$ ,11 R$ ,95 R$ ,06 (-) COFINS (Federal) R$ ,33 R$ ,54 R$ ,33 (-) ICMS (Estadual) R$ ,44 R$ ,25 R$ ,24 (+) IPI (Recuperado) R$ ,73 R$ ,93 R$ (+) PIS (Recuperado) R$ ,94 R$ ,08 R$ 935,55 (+) COFINS (Recuperado) R$ ,16 R$ ,57 R$ 4.309,20 (+) ICMS (Recuperado) R$ ,11 R$ ,05 R$ 2.161,69 Tabela 11.5: Impostos Incidentes sobre a Receita.

137 Receita Líquida Sabe-se que a Receita Líquida equivale à Receita Bruta descontadas as Deduções e Impostos sobre a Receita Bruta Custos Desembolsáveis Segundo Martins (2010), classificam-se como Custos os gastos relativos a bens ou serviços utilizados na produção de outros bens ou serviços. Há ainda uma subclassificação em Custos Variáveis, aqueles que estão diretamente ligados a quantidade produzida, e Custos Fixos, aqueles que são praticamente independentes do ritmo de produção da indústria. Em concordância com as definições apresentadas, os principais custos da implantação do projeto em análise foram classificados a seguir: Custos Variáveis Desembolsáveis Custos com Embalagens: Os custos com embalagem foram contabilizados a partir da pesquisa de preços de garrafas, tampas e rótulos, cujos resultados estão apresentados na Tabela 11.6, abaixo. Embalagens Preço Demanda Desembolso Anual Anual Garrafa (Prata) R$ 3,60 R$ / garrafa R$ ,00 Garrafa (Mista) R$ 3,60 R$ / garrafa R$ ,00 Garrafa (Envelhecida) R$ 2,27 R$ / garrafa R$ ,25 Tampa (Prata) R$ 0,36 R$ / tampa R$ ,00 Tampa (Mista) R$ 0,36 R$ / tampa R$ ,00 Tampa (Envelhecida) R$ 0,29 R$ / tampa R$ ,25 Rótulo R$ 0,09 R$ / rótulo R$ ,00 Tabela 11.6: Custos Anuais de Compra de Embalagens. Custos de compra de Insumos: Os custos com insumos foram contabilizados a partir da pesquisa de preços de cada insumo em sites variados de vendas. Os resultados são apresentados na Tabela 11.7, abaixo:

138 134 Insumos e Utilidades Preço Demanda Desembolso Mensal Mensal Cana de Açúcar R$ 300,00 R$ / tonelada 3909,4 R$ ,00 Levedura S. cerevisiae R$ 87,12 R$ / 0,5kg 1 R$ 174,24 Água Desmineralizada R$ 150,00 R$ / m³ 417,6 R$ ,00 Água de Resfriamento R$ 150,00 R$ / m³ R$ ,00 Outros* R$ R$ ,70 Tabela 11.7: Custos de Compra Mensais de Insumos Custos Fixos Desembolsáveis Aluguel do Terreno: Considerando-se o valor do aluguel (Cenário Realista) como R$ 1,4116 / m² e sabendo que o terreno possui m², tem-se que o aluguel mensal é de R$ , Despesas Desembolsáveis Segundo Martins (2010), classificam-se como Despesas os bens ou serviços consumidos direta ou indiretamente para a obtenção de lucros, sem estarem diretamente ligadas a produção. Há ainda uma subclassificação em Despesas Variáveis, aqueles que estão indiretamente relacionadas a quantidade produzida, e Despesas Fixas, aqueles que são praticamente independentes do ritmo de produção da indústria. Em concordância com as definições apresentadas, as principais despesas da implantação do projeto em análise foram classificados a seguir: Despesas Fixas Desembolsáveis IPTU A alíquota devida de IPTU em Juazeiro do Norte é de 0,40% sobre o valor venal do imóvel. O valor venal do imóvel foi calculado com base no código tributário municipal, onde foi obtido o valor de R$ ,00 antes da edificação e de R$ ,18.

139 Encargos com Funcionários Como o processamento da cana para a produção de cachaça é feito por apenas 4 meses por ano (Agosto a Novembro), devido a restrições da safra, mostrou-se inviável manter a operação da planta de modo intermitente no período entressafra. Desse modo, optou-se por concentrar as atividades nos outros meses (Dezembro a Julho) em um único turno de trabalho, o comercial (08:00 às 16:20). Desse modo, utilizando as regras da nova legislação trabalhista em fase de aprovação, decidiu-se contratar parte dos colaboradores em caráter temporário, sendo o término do contrato logo após o fim da safra da cana de açúcar. Além da remuneração convencional em folha de pagamento, foram considerados os demais direitos trabalhistas explicados a seguir: Vale Transporte: Foram contabilizadas duas passagens diárias, ida e volta, por meio de transporte público da cidade de Juazeiro do Norte, cuja taxa de embarque é de R$2,20 em ônibus coletivos. Conforme permitido por lei, foi descontado até 6% do salário bruto do funcionário. Os seguintes cálculos foram feitos para os vales mensais: - Escala 6/1 dias: (31 dias) x (6/7 dias trab) x 2 passagens x R$2,20 = R$ 118,80; - Escala 12/36h: (31 dias) x (1/2 dias trab) x 2 passagens x R$2,20 = R$ 70,40. Adicional Noturno: Adicional pago sobre o valor da hora trabalhada (20%) no período entre 22:00 e 05:00. Como os períodos de intervalo (concedido às 23h ou 00h) não são contabilizados dentro das horas trabalhadas, para os trabalhadores desse turno e como, no turno noturno (22-05h), a cada hora trabalhada o funcionário ganha um crédito de 7,5 minutos, trabalhando aprox 3,5 dias/semana, serão contabilizadas com o referido adicional: 6 hrs trab noturnas (22-05h) + (6*7,5min) => 6,45 hrs/dia = 22,575 hrs/semana com adicional (20%) e 21,425 hrs/semana sem adicional.

140 136 INSS: Foi descontada do salário final do funcionário a taxa devida ao INSS, segundo a Tabela 11.8, abaixo: Salário de Contribuição (R$) Alíquota Até R$ 1.659,38 8% De R$ 1.659,39 a R$ 2.765,66 9% De R$ 2.765,67 até R$ 5.531,31 11% Tabela 11.8: Alíquotas devidas de INSS.. Adicionalmente, foi pago mensalmente o equivalente a 20% do salário bruto de cada funcionário, referente ao INSS patronal. FGTS: De acordo com o Artigo 15 da Lei 8036/90, foram contabilizados depósitos mensais em conta bancária a favor do empregado, em valor equivalente a 8% de seu salário bruto. Adicional por Trabalho em Domingos e Feriados: Considerou-se remuneração dobrada por hora trabalhada em Domingos e Feriados (em relação ao valor base do salário). Férias Remuneradas: Benefício que concede adicional de 1/3 do salário, proporcional ao período trabalhado, no período em que o funcionário está afastado. Na Figura 11.1 é apresentado o gráfico com os gastos totais referentes a encargos com funcionários, em cada ano de análise.

141 Gastos em Milhões 137 R$ 6,8 R$ 6,7 R$ 6,6 R$ 6,5 R$ 6,4 R$ 6,3 R$ 6,2 R$ 6,1 R$ 6,0 R$ 5,9 R$ 5,8 Encargos com Funcionários Ano de Análise Figura 11.1: Gastos Totais com Encargos com Funcionários Lucro Operacional Antes de Juros, Imposto de Renda, Depreciação e Amortização (LAJIDA ou EBITDA) Esse indicador pode ser definido como a receita líquida, descontados todos os custo e despesas, incluindo encargos com funcionários Depreciação A depreciação é a perda de valor de um bem decorrente de seu uso, do desgaste natural ou de sua obsolescência. Para equipamentos industriais, tem-se que a depreciação é de 10% ao ano, o que equivale a, aproximadamente, 0,8 % ao mês. Contabilmente, a depreciação é descontada da base de cálculo dos impostos incidentes sobre o Lucro Operacional mas como trata-se apenas de uma desvalorização, não de um desembolso de dinheiro, esse valor é creditado em seguida no fluxo de caixa para manter o balanço econômico Impostos Incidentes sobre a Renda Imposto de Renda da Pessoa Jurídica (IRPJ): Tem-se a incidência da alíquota de 10% ao ano sobre o Lucro Operacional Antes de Juros e Imposto de Renda (LAJIR ou EBIT), com desembolsos anuais.

142 138 Contribuição Social Sobre Lucro Líquido (CSLL): Tem-se a incidência da alíquota de 9% ao ano sobre o Lucro Operacional Antes de Juros e Imposto de Renda (LAJIR ou EBIT), com desembolsos anuais Capital de Giro Define-se Capital de Giro como o capital necessário para financiar a continuidade das operações da empresa, como recursos para financiamento aos clientes, recursos para manter estoques e pagamento aos fornecedores e funcionários, dentre outros, para manter a empresa até que haja a entrada da receita referente às vendas Valor Residual do Ativo Vendido Ao término do período de análise econômica, considera-se para efeitos contábeis a venda de todo o patrimônio remanescente da empresa. No presente projeto foi considerado que o valor residual foi de 10% do valor de comprar dos patrimônios Análise dos Resultados Análise da Viabilidade Econômica dos Cenários: Para fins de análise, considerou-se como Cenário Realista os valores típicos obtidos para cada custo e receita estimados, conforme apresentado nos tópicos anteriores. Para os Cenários Otimista e Pessimista, foi adicionada uma variação de 10% (para mais ou para menos, dependendo do cenário) sobre as seguintes movimentações de capital: preço de venda dos produtos, desembolsos referentes aos salários dos funcionários, custos de construção, insumos, embalagens e equipamentos, além das instalações destes. Inicialmente foi determinada a Taxa Mínima de Atratividade (TMA), a qual é composta por três fatores principais a saber: Custo do Dinheiro: Uma boa estimativa para o esta variável é a taxa SELIC, a qual, em maio de 2017, apresenta o valor de 0,93 % a.m. (ao mês), o que equivale a 11,75% a.a. (ao

143 139 ano). Risco Não Quantificável: Para esta variável foi atribuído o valor de 5% a.a. Margem de Lucro: Para esta variável foi atribuído o valor de 10% a.a. Desse modo, tem-se que a TMA é de [(1,1175 x 1,05 x 1,10)-1], ou seja, 29,07 % a.a (2,15% a.m.). Calculando o Valor Presente Líquido (VPL) para cada cenário, foram obtidos os resultados apresentados na Tabela 11.9 e na Figura 11.2, abaixo. ANO Fluxo de Caixa Livre Otimista Realista Pessimista ANO -4 -R$ 2.954,00 -R$ ,00 -R$ ,00 ANO -3 -R$ ,99 -R$ ,99 -R$ ,99 ANO -2 -R$ ,03 -R$ ,03 -R$ ,03 ANO -1 -R$ ,25 -R$ ,86 -R$ ,71 ANO 1 -R$ ,51 -R$ ,42 -R$ ,13 ANO 2 -R$ ,79 -R$ ,31 -R$ ,21 ANO 3 -R$ ,75 -R$ ,70 -R$ ,92 ANO 4 -R$ ,53 -R$ ,36 -R$ ,47 ANO 5 -R$ ,67 -R$ ,61 -R$ ,82 ANO 6 -R$ ,69 -R$ ,54 -R$ ,67 ANO 7 -R$ ,40 -R$ ,30 -R$ ,49 ANO 8 -R$ ,21 -R$ ,11 -R$ ,30 ANO 9 -R$ ,83 -R$ ,33 -R$ ,12 ANO 10 -R$ ,53 -R$ ,36 -R$ ,47 ANO 11 -R$ ,46 -R$ ,82 -R$ ,06 ANO 12 R$ ,93 R$ ,41 R$ ,02 VPL -R$ ,76 -R$ ,73 -R$ ,73 Tabela 11.9: Fluxo de Caixa Livre para os diferentes Cenários.

144 Fluxo de Caixa Livre (em Milhões de R$) 140 R$ 200,00 R$ 150,00 Comparativo entre Cenários R$ 100,00 R$ 50,00 R$ - -R$ 50,00 -R$ 100,00 -R$ 150,00 -R$ 200, Ano da Análise Otimista Realista Pessimista Figura 11.2: Representação Gráfica do Fluxo de Caixa Livre para os diferentes cenários. De posse desses dados, pode-se concluir que o presente projeto é Economicamente Inviável, uma vez que o valor do VPL foi menor que zero. Desse modo, como o projeto é inviável, não foi possível efetuar o cálculo do Payback. Melhorias propostas no método de implementação da Análise Econômica: Para tornar a análise econômica mais próxima da realidade é sugerido obter orçamentos diretamente com os fornecedores de insumos, utilidades e embalagens a fim de contabilizar os gastos reais com cada um. Como no presente trabalho a contabilização foi feita a partir de preços para compras em pequenas quantidades, espera-se que com a atualização desses dados os desembolsos contabilizados sejam menores, impactando em um valor maior para o VPL. Outra melhoria seria a contabilização das receitas com a comercialização de cada resíduo do processo, como por exemplo a venda da vinhaça.

145 141 Modificações propostas para aumentar a viabilidade econômica: É sugerido que a empresa tenha plantação própria de cana de açúcar de modo a diminuir os custos logísticos de transporte na aquisição da mesma. Não aderindo a proposta supracitada, uma alternativa rentável é formar parcerias com os fornecedores de cana, uma vez que vários resíduos do processo têm aplicações como fertilizantes e poderiam ser trocados em troca de benefícios. Outra proposta é a criação de um centro de distribuição próprio para a empresa pois, dessa forma, a receita obtida com a vendas seriam maiores por não precisar do intermédio de um centro distribuidor terceirizado.

146 Referências ADVOCACIA TRABALHISTA BORGES. Observações sobre a escala e a súmula 444, do TST. Disponível em: observacoes-sobre-a-escala-12x36-e-a-sumula-444-do-tst/>. Acesso em: 04 jun AGÊNCIA DE DESENVOLVIMENTO DO ESTADO DO CEARÁ (Ceará). Incentivos Fundo de Desenvolvimento Industrial (FDI) Disponível em: < Acesso em: 20 mai AGUIAR, R. S. de S.. Modelagem termodinâmica de equilíbrio líquido-líquido em sistemas envolvendo líquidos iônicos com modelos de composição local/contribuição de grupo e estruturas moleculares determinadas via química quântica p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: < Acesso em: 2 jun ALVES, J. R. X.; ALVES, J. M. Definição de localidade para instalação industrial com o apoio do método de análise hierárquica (AHP). Production Journal, vol.25, n.1, p.13-26, ALVES, R. A. Decisões locacionais das empresas industriais na região metropolitana de Campinas. In: Encontro Nacional da Anpad, 2003, Atibaia. Anais do EnAnpad v.1. ALVA LAVAL. Solids-discharging Nozzle Centrifuge MBUX 510T-34C. Disponível em: < centrifugal-separators/disc-stack-separators/mbux-510.pdf>. Acesso em: 12 jun BATISTA, M. R.. Estudo do processo de destilação alcoólica contínua: Simulação de Plantas Industriais de Produção de Álcool Hidratado, Álcool Neutro e Cachaça, Dissertação de mestrado - Engenharia de Alimentos - Universidade Estadual de Campinas.

147 143 BEVERIDGE, T. Large-Scale Centrifugation. Agriculture and Agri-Food Canada, Pacific Agri-Food Research Centre. Summerland, CÂMARA BRASILEIRA DA INDÚSTRIA DA CONSTRUÇÃO. Caracterização dos projetos-padrão conforme a ABNT NBR 12721:2006. Disponível em: < Acesso em: 28 mai CÂMARA DOS DEPUTADOS. Redação final projeto de lei nº e de Disponível em: mostrarintegra?codteor= &filename=tramitacao-pl+4302/1998>. Acesso em: 07 jun CANUTO, M. H. Influência de alguns parâmetros na produção de cachaça - linhagem de levedura, temperatura de fermentação e corte do destilado f. Tese (Doutorado em Ciências - Química) - Departamento de Ciências, Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte, CARVALHO, W. et al. Cinética da fermentação e balanço de massa da produção de cachaça artesanal. Braz. J. Food. Technol. Preprint Series, n. 01, CARTAXO, M. J. S.. Fundamentals of Double-Pipe, Multi-Tube and Finned Tube Heat Exchangers, CASTRO, H. F. Processos Químicos Industriais II Apostila 2: Indústria Alcooleira. Universidade de São Paulo. Escola de Engenharia de Lorena EEL, 19p, CATHO. Guia de profissões. Disponível em: Acesso em: 01 jun CENTRO DE LICENCIAMENTO AMBIENTAL FEDERAL. Guia de procedimentos do licenciamento ambiental federal. Disponível em: < estruturas/sqa_pnla/_arquivos/procedimentos.pdf>. Acesso em 27 mai CHAVES, J. B. P.; FERNANDES, A. R.; SILVA, C. A. B. Produção artesanal de cachaça de qualidade (Capacidade de 3000L por dia). Projetos de Empreendimentos Agroindustriais Produtos de origem vegetal. UFV, CHEMICAL ENGINEERING. The chemical engineering plant cost index. Disponível em: < Acesso em: 12 jun

148 144 CEKINSKI, E. Agitação e Mistura em Processo Industriais Disponível em: < 3_introdu%E7%E3oPB.pdf>. Acesso em: 14 jun COMPANHIA DE ÁGUA E ESGOTO DO CEARÁ. Cagece disponibiliza publicação especial para o Cariri com tema da Campanha da Fraternidade Disponível em: < Acesso em: 20 mai COMPANHIA DE ÁGUA E ESGOTO DO CEARÁ. Índice de Cobertura de Água Disponível em: < Acesso em: 20 mai CORNELL, L. W.; MONTONNA, R. E., Ind. Eng. Chem., 1933 e NOYES, A. W.; WARFEL, R. R., J. Am. Chem. Soc., da COSTA, W.L.S., BOCCHI, M.L.M., Aplicações do bagaço da cana-deaçúcar utilizadas na atualidade. Ciência & Tecnologia 4, no. 1, COULSON, J. M.; RICHARDSON; J. F. Chemical Engineering Design, 2005, v.6. DAHRA, A. O relevo nas principais cidades do Cariri. Disponível em: < Acesso em: 01 jun DECRETO Nº 6.848, de 14 de maio de Disponível em: < Acesso em: 02 mai DECRETO Nº < Acesso em: 07 mai FEDERAÇÃO DAS INDÚSTRIAS DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO (Rio de Janeiro). Quanto custa a energia elétrica para a pequena e média indústria no Brasil? Disponível em: < publicacoes-de-economia/quanto-custa-a-energia-eletrica.htm>. Acesso em: 18 mai FLOWCHART MAKER AND ONLINE DIAGRAM SOFTWARE. Draw.io. Disponível em: Acesso em: 31 mai

149 145 FUNDAÇÃO CEARENSE DE METEOROLOGIA E RECURSOS HÍDRICOS (Ceará). Podzólicos Vermelho-Amarelo Eutrófico Disponível em: < Acesso em: 01 jun FURTADO, R. A. Destilação lenta de cachaça artesanal f. Monografia em Engenharia Bioquímica Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo. Lorena, GOLÇALVES, M. F. Cachaça e rapadura na área de jurisdição do BNB: produção, tecnologia e mercado. Fortaleza: Banco do Nordeste do Brasil, GEOFFREY, H. Reboilers Disponível em: < content/1078/>. Acesso em: 03 jun INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Contagem da População Disponível em: < populacao/contagem2007/contagem_final/censocontagem/01populacao/ind ice.html>. Acesso em: 02 jun INSTITUTO NACIONAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL. Tabela de retribuições dos serviços prestados pelo INPI. Disponível em: servicos/marcas/arquivos/tabela-de-retribuicao-de-servicos-de-marcas-inpi pdf>. Acesso em: 08 jun IPECE. Os recursos hídricos do Ceará: Integração, Gestão e Potencialidades < Acesso em 10 jun LIMA, U.A. Aguardentes. In: AQUARONE, E., LIMA, U.A.; BORZANI, W. (Coord.) Biotecnologia Industrial: alimentos e bebidas produzidos por fermentação. São Paulo: Edgard Blücher, v. 4. p LEITÃO, R. M. Fermentação Alcoólica: ciência e tecnologia. Piracicaba: Fermentec, p. LUDWIG, E. E. Applied Process Design for Chemical & Petrochemical Plants, MALTA, H. L. Estudos de parâmetros de propagação de fermento (Saccharomyces cerevisiae) para produção de cachaça de alambique f. Tese (Mestrado

150 146 em Ciência dos Alimentos) - Faculdade de Farmácia, Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte, MAPA DA CACHAÇA. A história da cachaça. < artigos/historia-da-cachaca/> Acessado em abril de MARTINS, Eliseu. Contabilidade de custos. 10. ed. São Paulo, SP: Atlas, p. MCCABE, W. L., SMITH, J. C. Unit Operations of Chemical Engineering. New York: McGraw-Hill, 6ª Ed NIGRI, E. M.; LEITE, W. O.; FARIA, P. E.; ROMEIRO FILHO, E. Produção Integrada: Aplicação de Novas Tecnologias e Formas de Gestão Para Diminuição de Custos e Impactos Ambientais no Processo de Produção de Cachaça. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO, 6., 2011, Caxias do Sul. Anais Caxias do Sul, de OLIVEIRA, A. A.; MORAIS, A. C.; PEREIRA, W. E. N. O processo de industrialização e urbanização da região metropolitana do Cariri: Análise das cidades de Crato, Juazeiro do Norte e Barbalha. In: Seminário Internacional sobre Desenvolvimento Regional, Rio Grande do Sul, Disponível em: < Acesso em: 24 maio PETERS, Max S.; TIMMERHAUS, Klaus D.; WEST, Ronald E. Plant design and economics for chemical engineers. 5th ed. Boston: McGraw-Hill, c2003. xvii, 988 p. PREFEITURA MUNICIPAL DE JUAZEIRO DO NORTE. A Cidade: Polo Acadêmico. Disponível em: < Acesso em: 24 maio PREFEITURA MUNICIPAL DE JUAZEIRO DO NORTE. Plano diretor de desenvolvimento urbano do município de Juazeiro do Norte. Disponível em: < Acesso em: 10 jun PRODUÇÃO de aguardente de cana. Brasília, DF: Ministério da Agricultura, do Abastecimento e da Reforma Agrária, p. (Perfis Agroindustriais, 4). RECEITA FEDERAL - MINISTÉRIO DA FAZENDA. Taxa de juros selic. Disponível

151 147 em: < Acesso em: 07 jun RESINAS, A. V. Integração térmica e otimização termoeconomica aplicadas ao processo industrial de produção de açúcar e etanol a partir da cana-de-açúcar f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas. Campinas, RESOLUÇÃO COEMA nº 08, de 15 de Abril de Disponível em: < Acesso em: 28 mai RESOLUÇÃO CONAMA Nº 371, de 5 de abril de Disponível em: < Acesso em: 02 mai REUβ, M., JOSIC, D., POPOVIC, M., BRONN, W.K. Viscosity of yeast suspensions. European Journal of Applied Microbiology and Biotechnology. Vol. 8. p RODRIGUES, R. Dimensionamento de colunas, Aula de Operações Unitárias III. RODRÍGUEZ, M. F. C. Uso de água na produção de Etanol de Cana-de-açúcar f. Tese (Mestrado em Planejamento de Sistemas Energéticos) - Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas. Campinas, ROSSETTO, R. Planejamento da colheita. Disponível em < 1_97_ html>. Acesso em: 03 mai SAKAI, R. H. Cachaça. Disponível em < gestor/cana-de-acucar/arvore/cont000fiog1ob502wyiv80z4s473agi63ul.html>. Acesso em: 10 mai SALÁRIO BR - PESQUISA SALARIAL NO BRASIL. Benefícios: quais são obrigatórios?. Disponível em: Acesso em: 07 jun SEBRAE AGRONEGÓCIO. Cachaça Brasileira, Os Números De Um Mercado Em Expansão. Disponível em <

152 148 brasileira-os-numeros-de-um-mercado-em-expansao/>. Acesso em: 3 mai SEBRAE. Cachaça Artesanal: Estudos Mercadológicos. Disponível em < s.nsf/444c2683e8debad2d7f38f49e848f449/$file/4248.pdf>. Acesso em: 03 mai SECRETARIA DA RECEITA FEDERAL DO BRASIL. Tabela de incidência do imposto sobre produtos industrializados (TIPI). Disponível em: < 50.pdf>. Acesso em: 12 mai SEMACE, NATUUR. Disponível em: < Acesso em 28 mai SERVIÇO BRASILEIRO DE APOIO ÀS MICRO E PEQUENAS EMPRESAS - SEBRAE. Marca. Disponível em: artigos/como-registrar-uma-marca,6b0a634e2ca62410vgnvcm100000b272010arcr d>. Acesso em: 10 jun SHREVE, R. N.; JUNIOR, B. A. J. Indústria de Processos Químicos. Rio de Janeiro. Editora Guanabara Koogan S.A., SINDICATO DA INDÚSTRIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL DO CEARÁ. Cub. Disponível em: Acesso em: 28 mai SINOTT, R. L. Chemical Engineering Design. In: COULSON, J. M., RICHARDSON, J. F. Chemical Engineering. 4ª Edição. Oxford: Elsevier, v. 6. p SOUSA, R. G. A origem da cachaça. Brasil Escola. Disponível em: < Acesso em: 29 abr SOUZA, ALVARES Projeto de coluna de destilação didática, Trabalho de conclusão de curso - Engenharia Química - Universidade Federal de Alfenas. de SOUZA, M. F.; LEITE, N. C.; SILVA, A. R.; OLIVEIRA, J. M. S. R. Diagnóstico Ambiental da Produção de Aguardente no Centro-Oeste do Estado de Minas Gerais. Encontro Internacional sobre Gestão Empresarial e Meio Ambiente, 2014,

153 149 São Paulo. Anais do XVI ENGEMA Cód. 53. de SOUZA, L. M. et al. Produção de Cachaça de Qualidade. Piracicaba. ESALQ/USP, TEIXEIRA, F. A. (2007). Bagaço de cana-de-açúcar na alimentação de bovinos (Sugarcane pulp. REDVET. Revista electrónica de Veterinária, 1695, TOWLER, G.; SINNOT, R. Chemical Engineering Design - Principles, Practice and Economics of Plant and Process Design, UNIÃO DOS PRODUTORES DE BIOENERGIA. Cana de açúcar. Disponível em: < Acesso em: 10 jun

154

155 I Anexos Anexo A Avaliação Dos Dados Da Pesquisa: Preferências No Consumo De Cachaça OBJETIVO A pesquisa foi realizada pela internet entre o período de 14 e 24 de abril de 2017, através de formulário do Google docs. O alvo é a população geral, acima de 18 anos. A pesquisa tem como intuito identificar o perfil dos consumidores de cachaça, bem como quais características do produto são mais atraentes para estes públicos. METODOLOGIA E RESULTADOS A pesquisa foi divulgada pelas redes sociais através de publicações com o link da pesquisa em anexo. Foram avaliados: Idade, sexo, localização (por região), renda mensal, frequência do consumo de cachaça, origem da cachaça, sabor de preferência, disposição de preço (em R$/litro) e local de compra. Gráfico 1 - Distribuição geográfica dos participantes. Grande parte dos entrevistados vivem na região nordeste com 70% da participação, tendo o segundo lugar, a região sudeste, apenas 17%. Dos 929 participantes, 134 afirmam não consumir cachaça, sendo destes 59% de mulheres. Destas 51% possuem entre 21 e 30 anos. Dos 41% dos entrevistados do sexo masculino, a maioria (40%) possui entre 18 e 20 anos.

156 II Entre os consumidores a diferença entre os números para o sexo é menor, cerca de 51% é do sexo masculino. Em relação à faixa etária, 57% tem entre 21 e 30 anos. Gráfico 2 - Distribuição de sexo dos participantes consumidores de cachaça. Gráfico 3 - Idades dos participantes consumidores de cachaça. A frequência de consumo foi avaliada desde o consumo diário até o consumo de menos de uma vez por mês. Percebe-se que a maior parte dos entrevistados (47%) consome a bebida menos de uma vês por mês, enquanto que o consumo de uma vez por mês e a cada 15 dias ficaram muito próximos, sendo 18% e 17% respectivamente. Dos que afirmam consumir cachaça diariamente 57% são do sexo masculino e 71% tem entre 18 e 20 anos, seguido de 14% que tem acima de 50 anos. Já para os que consomem menos de uma vez por mês 56% são do sexo feminino e 62% tem entre 21 e

157 III 30 anos, seguido de 29% que tem entre 18 e 20 anos. Gráfico 4 - Frequência do consumo dos participantes que bebem cachaça. A renda mensal da maioria dos participantes que optaram por responder é até R$500,00, que pode ser relacionada diretamente ao perfil das idades. Em seguida, temos o rendimento mensal entre R$501 e R$1000 empatado em 17% com o rendimento entre R$1001 e R$2000. Gráfico 5 - Renda mensal dos participantes consumidores. Em relação a origem da bebida, 39% entrevistados respondeu que não faz distinção entre um produto artesanal ou industrial, não sendo este um fator vital para a escolha no momento da compra. Do restante, 34% tem preferência pela confecção artesanal e 25% tem preferência pela industrial. O 1% restante não mostrou preferência

158 IV e/ou opta pelo maior teor alcóolico. Gráfico 6 - Fabricação de preferência dos participantes consumidores de cachaça. As cachaças com sabor (mel e limão, limão, maracujá, guaraná) se mostraram as mais atrativas para o público da pesquisa e lideram na pesquisa como 40% das respostas. Em seguida estão as cachaças brancas (25%), cachaças envelhecidas (23%) e em último as cachaças Premium (6%). Aproximadamente 5,5% dos entrevistados afirma não ter preferência. Gráfico 7 - Sabores de preferência dos entrevistados consumidores de cachaça. É interessante citar que entre os entrevistados que não consomem cachaça 16% afirma ter preferência por cachaças com sabor, seguidos pelos 6,7% que revelaram preferência por cachaças Premium e pelos 3,7% com preferência por cachaças brancas.

159 V Observou-se também uma tendência natural da queda do interesse pelo produto com o aumento do preço. Dos que pagariam até R$20 em um litro de cachaça 46% revelou preferência por cachaças com sabor, 31% por cachaças brancas e 14% por cachaças envelhecidas. Gráfico 8 - Preços de preferência pelos entrevistados consumidores de cachaça. Por fim, em relação ao local de compra, a preferência foi pelos supermercados (58%), seguido de bares (21%), depósitos de bebida (10%) e direto do produtor (6,5%). Mas é interessante notar que o perfil de preços atraentes nos bares é diferente do de supermercados, enquanto o percentual de pessoas que pagaria até R$20 reais no supermercado é de 58%, nos bares esse percentual desce para 47%, indicando que neste ambiente os entrevistados têm maior disposição para pagar um preço maior. Gráfico 9 - Local de compra de preferência dos entrevistados consumidores de cachaça.

160 VI Anexo B Correlação de design para termosifão vertical Retirado de Sinott, 2005.

161 VII Anexo C Liberação entre o casco e o feixe de tubos Retirado de Sinott, Anexo D Valores para equação de cálculo do diâmetro do feixe de tubos ( ) ( ) Retirado de Sinott, 2005.