Caso da Microdestilaria do Colégio Politécnico da Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS

Transcrição

1 TÍTULO: Mapeamento do Processo Produtivo do Etanol de Cana-de-açúcar: Estudo de Caso da Microdestilaria do Colégio Politécnico da Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS AUTORES: Felipe Dagnese¹, Marta Von Ende², Gabriel Murad Velloso Ferreira³, Cícero Urbanetto Nogueira 3, Helena Maria Camilo de Moraes Nogueira 3, Gustavo Fontinelli Rossés 3 ¹Apresentador; ²Orientador; ³Co-autor PALAVRAS-CHAVE: Etanol. Processo Produtivo. Cana-de-açúcar. Microdestilaria. INTRODUÇÃO: Uma previsível escassez de combustíveis fósseis em algum ponto futuro, o aumento de demanda por energia devido ao crescente contingente mundial e a preocupação crescente com a questão ambiental envolvendo o aquecimento global têm levado os países a buscarem novas fontes de energia, dentre as quais, os biocombustíveis, em especial o álcool ou etanol, como também é conhecido (TÁVORA, 2011). A matéria-prima mais utilizada atualmente para a produção do etanol é a cana-deaçúcar, Saccharum officinarum L., cultivada de norte a sul do Brasil, que é atualmente o maior produtor de cana-de-açúcar, açúcar e álcool do mundo (MAPA, 2012), destinando da produção total da matéria-prima 48,11% para a produção de açúcar e 51,89% para a produção de etanol (CONAB, 2011). O setor sucroalcooleiro representou cerca de 2% do Produto Interno Bruto PIB em 2008 (NEVES et al. 2009) e, considerando os dados da Secretaria Geral da Presidência da República (2009), em todo o setor há 1,26 milhões de trabalhadores distribuídos na proporção de 39,5% com o cultivo da cana-de-açúcar, 45,4% na fabricação do açúcar (bruto e refinado) e 15,1% com a fabricação de álcool. O etanol (C 2 H 5 OH) é um produto incolor, volátil, inflamável e totalmente solúvel em água (SANTOS, 2011), obtido pela destilação de produtos orgânicos fermentados, como o açúcar (cana-de-açúcar e sorgo sacarino), o amido (mandioca e batata) e a celulose (massa vegetal) (CIB, 2009). Segundo Crispim e Vieira (2009), para cada tonelada de colmo de cana-de-açúcar produzida é perfeitamente possível obter 600 litros de caldo ou mosto, que por sua vez podem resultar em 60 litros de etanol. As destilarias conforme Hoffmann (1985) são classificadas como macro quando sua produção de litros por dia é maior que 60 mil, mini quando sua capacidade produtiva é maior que 5 mil e menor que 60 mil e micro quando seu volume de produção é menor que 5 mil litros por dia de etanol, classificação considerada arbitrária diante das diferentes variáveis

2 encontradas nas usinas como nível tecnológico empregado, rendimento, economicidade, entre outros. Para maior conhecimento da dinâmica dos processos de produção de empresas e fábricas, existem diversas técnicas de diagnóstico que podem ser aplicadas. Uma delas é o fluxograma, que segundo Slack (et al. 1997), caracteriza-se como sendo uma técnica de mapeamento que permite o registro de ações de algum tipo e pontos de tomada de decisão que ocorrem no fluxo real. Pinho (et al. 2007) abordam os elementos de um fluxograma da seguinte maneira: São traçados com caixas contendo uma breve descrição do processo e com linhas e setas que mostram a sequência de atividades. O retângulo é a usual escolha para uma caixa do fluxograma. Além disso, cores e sombreados podem ser utilizados para chamar a atenção em diferentes tipos de atividades, tais como aquelas mais importantes no processo. Enquanto muitas representações são aceitas, deve-se haver uma padronização do sistema utilizado, para que o fluxograma seja de fácil entendimento. OBJETIVOS: Mapear o processo produtivo do etanol de cana-de-açúcar da microdestilaria do Colégio Politécnico da Universidade Federal de Santa Maria, elaborar um fluxograma e identificar os principais subprodutos do processo produtivo. METODOLOGIA: Conforme Werlang (et al. 2011) o trabalho é um estudo de caso, classificado como pesquisa exploratória, aplicada, de cunho qualitativo. Para a coleta de dados utilizou-se como instrumentos entrevistas abertas com o responsável pela microdestilaria e a observação do processo de produção. Com relação às entrevistas, foi realizada uma com maior duração, de aproximadamente uma hora, que consistiu na parte exploratória do estudo, com a finalidade de levantar dados para se ter o panorama geral do funcionamento do processo produtivo. Após a análise dos dados coletados elaborou-se o fluxograma com o auxílio do programa de computador Microsoft Word 2007 seguindo-se a simbologia da American National Standards Institute (ANSI). Após elaborado, o fluxograma foi criado em arquivo de imagem do tipo.jpg, para melhor apresentação. Uma segunda entrevista foi realizada após a elaboração do fluxograma a título de validação do mesmo. Destaca-se ainda, que na fase de levantamento das informações, foram realizadas diversas visitas a microdestilaria, estando esta em atividade ou não. RESULTADOS E DISCUSSÃO: As principais etapas do processo produtivo do etanol de cana-de-açúcar da microdestilaria em estudo são descritas brevemente a seguir: 1 - Recebimento da cana-de-açúcar: os colmos chegam a microdestilaria; 2 - Pesagem dos colmos: pesam-se manualmente, em feixes de colmos, utilizando-se uma balança de plataforma, levando-se aproximadamente 1h para pesar 2000 kg;

3 3 - Moagem dos colmos: o operador insere os colmos na moenda de três rolos (acionada à energia elétrica) com a ajuda de outra pessoa. O caldo extraído no processo é direcionado ao decantador e o bagaço é agrupado para posterior distribuição no pomar ou na lavoura, servindo como cobertura de solo. Para moer 2000 kg da matéria-prima leva-se em torno de 1h e 30 min.; 4 - Decantação do caldo: são cinco estágios para separar o caldo das impurezas como pedaços de colmos; 5 Elaboração do pé-de-cuba: é realizada manualmente e paralelamente a etapa anterior em recipiente separado da dorna quando da primeira rodada do processo. O tempo de preparação é de aproximadamente 1h em água a 35 C. Temperaturas muito altas matam a levedura (Saccharomyces cerevisiae) e muito baixas retardam o processo. A levedura é adquirida no formato de tablets com nutrientes inclusos. Nas rodadas seguintes a levedura é adicionada diretamente na dorna em quantidade conforme a qualidade do pé-de-cuba que sobrou do processo anterior; 6 - Transporte do caldo para a dorna de fermentação: acoplado ao decantador se encontra uma bombinha elétrica que faz o transporte do caldo para a dorna de fermentação; 7 - Verificação do Brix: realizado através de um aparelho chamado Refratômetro que mede o teor de açúcar. O valor ideal é de 14 Brix; 8 - Diluição do caldo: feita manualmente por meio da adição de água ao caldo da cana-deaçúcar quando o teor de açúcar é maior do que 14 Brix; 9 - Verificação do ph: realizada manualmente com o uso de tiras de medição. O ph ideal para o processo fermentativo é 5,5. Caso o potencial de hidrogênio seja diferente deste valor será necessário realizar a correção com ácido quando o ph > 5,5 e com base quando o ph < 5,5; 10 - Adição de leveduras e nutrientes: nesta etapa o pé-de-cuba elaborado em paralelo na etapa da decantação é adicionado à dorna para o início da fermentação; 11 Fermentação: neste momento ocorre a fermentação química pelos microorganismos, ocorrendo a quebra da glicose em etanol e gás carbônico. Com os valores corrigidos das medições anteriores as leveduras encontrarão o ambiente ideal para a fermentação. Normalmente esta etapa dura de 18 à 24h, variando conforme a temperatura ambiente; 12 - Pesagem do bagaço da cana-de-açúcar: realizado em períodos de intervalo, como por exemplo, durante o processo de fermentação, utilizando-se da balança de plataforma; 13 Geração de vapor: produzido por meio da queima de lenha na caldeira e por painéis solares que geram a energia para o aquecimento do sistema de destilação;

4 14 - Destilação do caldo da cana-de-açúcar: o caldo ou vinho, como também é chamado, resultante da fermentação é transferido para o destilador que, por meio da geração de vapor, permitirá a separação do álcool presente na mistura. Leva-se em torno de 3h para destilar 600 litros de caldo. O vinhoto, subproduto deste processo, é normalmente utilizado para a fertilização de pomares e lavouras; 15 Armazenamento: o etanol é acondicionado em galões, tonéis e/ou tanques. O fluxograma do processo produtivo está apresentado abaixo: Figura 1 Fluxograma do processo produtivo do etanol de cana-de-açúcar da usina do Colégio Politécnico da Universidade Federal de Santa Maria.

5 CONCLUSÕES: O processo produtivo apresenta quinze etapas principais, são elas: recebimento da matéria-prima, pesagem, moagem, decantação do caldo da cana-de-açúcar, elaboração do pé-de-cuba, transporte do caldo para a dorna fermentativa, medição do seu teor de açúcar, diluição do caldo, medição do seu ph, correção, adição do pé-de-cuba, fermentação, geração de vapor, destilação e armazenamento; os subprodutos do processo produtivo são o bagaço e o vinhoto; o mapeamento do processo produtivo mostra-se como uma ferramenta para a gestão do conhecimento; o fluxograma permite compreender com maior clareza como é a dinâmica do processo de produção e auxilia na identificação de pontos críticos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS: CIB CONSELHO DE INFORMAÇÕES SOBRE BIOTECNOLOGIA. Guia da Cana-deaçúcar: avanço científico beneficia o País. Set Disponível em: < Acesso em: 20 jun CONAB - COMPANHIA NACIONAL DE ABASTECIMENTO. Acompanhamento da safra brasileira: cana-de-açúcar, primeiro levantamento, Safra 2011/2012. Brasília: CONAB, mai CRISPIM, J. E.; VIEIRA, S. A. Cana-de-açúcar: boa alternativa agrícola e energética para a agricultura nacional Disponível em: < Acesso em: 20 jun HOFFMANN, R. Análise do desempenho de uma micro-destilaria anexa para a Região das Encostas Basálticas do Rio Grande do Sul. Porto Alegre: UFRGS. 118 p. (Dissertação, Mestre em Engenharia, Área de Concentração em Engenharia da Energia), MAPA MINISTÉRIO DA AGRICULTURA, PECUÁRIA E ABASTECIMENTO. Canade-açúcar. Disponível em: < Acesso em: 29 ago NEVES, M. F.; TROMBIN, V. G.; CONSÔLI, M. A. Mapeamento e Quantificação do Setor Sucroenergético em São Paulo: MARKESTRAT/FUNDACE, PINHO, A. F. P.; LEAL, F.; MONTEVECHI, J. A. B.; ALMEIDA, D. A. Combinação entre as técnicas de fluxograma e mapa de processo no mapeamento de em processo produtivo. Foz do Iguaçu: XXVII Encontro Nacional de Engenharia de Produção, SANTOS, R. E. R. Análise da viabilidade energética e econômica da produção de etanol em microdestilarias. Itajubá: UNIFEI. 112 p. (Dissertação, Mestre em Engenharia de Energia), SGPR SECRETARIA GERAL DA PRESIDÊNCIA DA REPÚBLICA. Compromisso Nacional Aperfeiçoar as condições de trabalho na cana-de-açúcar. Brasília, SLACK, N.; CHAMBERS, S.; HARRISON, A.; JOHNSTON, R. Administração da Produção. São Paulo: Editora Atlas, TÁVORA, F. L. História e economia dos biocombustíveis no Brasil. Brasília: Senado Federal, Centro de Estudos da Consultoria do Senado. Textos para Discusão 89, abr WERLANG, C. K. W.; CARDOSO, C. D. V.; GERHARDT, M. L.; COSTA, M. R. J. Metodologia Científica no Colégio Politécnico da UFSM. Santa Maria: Universidade Federal de Santa Maria, Colégio Politécnico, 1 ed