BOLETIM TÉCNICO SOBRE O ERRO NO TRATAMENTO DO CALDO DE CANA. Erro no Tratamento do Caldo de Cana.cdr

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1 BOLETIM TÉCNICO SOBRE O ERRO NO TRATAMENTO DO CALDO DE CANA Erro no Tratamento do Caldo de Cana.cdr

2 Esta literatura mostra de forma clara e inquestionável, que abaixar a temperatura da amostra do caldo de cana misturado com cal ou sacarato para medição em laboratório, é um procedimento totalmente incorreto. Por ser um procedimento científico, recomendamos que as Usinas reproduzam esse experimento em seus laboratórios. Sabemos que as Usinas utilizam em seus laboratórios eletrodos de que não possibilitam a medição em altas temperaturas, porém o teste pode ser feito numa variação de 30ºC a 50ºC, que irá comprovar o mencionado pela INOVATRONIC. Pode também ser usado um transmissor de de processo com um eletrodo que suporte altas temperaturas. 1- Testes feitos no laboratório da INOVATRONIC. Caldo de cana puro: 4,84 a 4,86, com temperaturas entre 25ºC e 75ºC (página 6). Data do teste: 19/10/2007 Portanto o valor do não se alterou com a variação da temperatura. Caldo de cana puro: 3,72 a 3,80, com temperaturas entre 25ºC e 75ºC (página 7). Data do teste: 24/10/2007 O valor do variou 0,08. A amostra de caldo de cana do teste da página 7, foi moída 24hs antes do teste no laboratório da INOVATRONIC. OBS: As amostras utilizadas nos testes no laboratório da INOVATRONIC foram obtidas de regiões diferentes. 2- Testes feitos no laboratório da INOVATRONIC. Caldo de cana com dosagem de cal: Veja as páginas 6e7. 3- Os valores do das amostras nos testes feitos no laboratório da INOVATRONIC, não sofreram variações causadas pela dosagem da cal. Dosamos cal de forma gradativa, com agitador, até um valor fixo de. Após o se manter fixo por 10 minutos, demos início ao aquecimento das amostras e posterior resfriamento, conforme os dados das págs. 6e7. 4- Esta literatura tem por objetivo mostrar a influência da temperatura na medição do. Porém, num grande volume de caldo de cana, conforme se apresenta nas Usinas de açúcar e álcool, com a dosagem da cal ou sacarato, certamente o valor do da amostra retirada do processo e levada para o laboratório, também sofrerá influência da reação da cal ou sacarato, durante o trajeto até o laboratório, alterando totalmente o valor do medido no laboratório. Se a dosagem da cal e o controle do forem feitos de forma ineficiente, a variação do será ainda maior, devido a reação da cal no trajeto para o laboratório. Para um set point em torno de 6,80 a 7,20, caso a dosagem da cal e o controle do sejam ineficientes, a reação da cal no trajeto para o laboratório será ainda mais acentuada. Para um set point em torno de 6,00 a 6,20, caso a dosagem da cal e o controle do sejam ineficientes, a reação da cal no trajeto para o laboratório será menos acentuada. 5- Esta influência da reação da cal ou sacarato não se mantém constante, pois depende do momento da coleta da amostra em relação à curva de controle do sistema. Se no momento da coleta da amostra a dosagem estiver na posição 1 (veja figura abaixo), teremos pouca cal dissolvida no caldo de cana, causando uma menor variação do valor do durante o trajeto da amostra até o laboratório. Se no momento da coleta da amostra a dosagem estiver na posição 2, teremos muito cal dissolvido no caldo de cana, causando uma maior variação no valor do durante o trajeto da amostra até o laboratório. SET POINT Dosagem de cal dosagem mínima de cal 2- dosagem máxima

3 6- Pelo mencionado no item 5, é incorreto tentar corrigir a precisão na medição do pela programação do set point. Ex: Valor do indicado no transmissor de de processo = 7,20 Valor indicado no medidor de do laboratório = 8,00 Devido ao valor do laboratório estar acima do de processo, o set point é programado para um valor inferior como por exemplo: Set point = 7,20-0,80 Set point = 6,40, pois 0,80 é a diferença entre o de processo eodolaboratório. Neste caso, tanto a medição do de processo, como a medição do laboratório podem estar totalmente corretas, pois o medido no laboratório sofreu interferência da variação da temperatura e da reação do cal ou sacarato na amostra levada ao laboratório. Essa diferença entre a medição do do processo e do laboratório certamente não é constante. O valor do continuará variando até a entrada do decantador, que irá receber cal não reagido totalmente. Neste caso o tempo de residência do caldo no decantador será aumentado, devido a erros de projeto, cujo detalhamento foge ao objetivo desse artigo. A não medição do na entrada do decantador é mais um grave erro cometido na grande maioria das Usinas. 7- Veja na página 5 a tabela de compensação da temperatura na medição do para um eletrodo de ideal. Observe que para um eletrodo ideal a temperatura não influencia na medição do para o valor de 7,00. Porém se o do caldo de cana reagido com o cal estiver em 7,00, a temperatura terá grande influência na medição do. É importante ressaltar que o caldo de cana reagido com cal não se comporta como uma solução tampão, ou seja, a solução tampão por ser composta por sais especiais, possui pouca variação do com a temperatura, conforme indicam as figuras abaixo.

4 8- Tivemos contatos com diversos engenheiros químicos e químicos, que confundem a compensação automática da temperatura na medição do. Por exemplo, se o do caldo de cana estiver em 7,00 a 80ºC e for resfriado para 25ºC, esses profissionais pensam que a compensação automática da temperatura do medidor de manterá a leitura do em 7,00 a 25ºC. Este raciocínio é totalmente incorreto conforme dados das páginas 6e7. A compensação automática da temperatura, presente em *todos* os medidores de por eletrodo, serve para compensar as variações com a temperatura do elemento sensor eletro-químico, ou seja, o próprio eletrodo. A forma como o eletrodo mede o, a partir da medida do potencial iônico na solução (em mv), é dependente da temperatura e, por isso, requer compensação de temperatura. Esta compensação é necessária para que o instrumento meça o corretamente, independente da temperatura da solução. O problema com o caldo de cana, é que a variação da temperatura atua *sobre a reação que está ocorrendo* e assim, altera o *valor real do na solução*. A compensação do sensor não corrige (nem poderia) esse efeito, pois o *se alterou* na solução - não é um efeito térmico aparente no sensor. Para que a medida seja feita corretamente, a leitura deve ser feita no local da retirada da amostra, antes que o do caldo de cana se altere. 9- Gostaríamos de ressaltar os procedimentos feitos em todas as situações mostradas nas páginas 8, 9, 10, 11 e 12. Os exemplos das páginas 8, 9, 10, 11 e 12 comprovam que retirar amostra do processo e efetuar a medição em laboratório é um procedimento incorreto O medidor portátil de campo foi calibrado com soluções tampão 7,00 e 4,00. Após a calibração foram feitas duas medições em outras duas soluções tampão, no caso 6,00 e 8,00 para confirmação da precisão do medidor portátil de campo O medidor de do laboratório foi verificado e indicava praticamente os mesmos valores do medidor portátil de campo O transmissor de de processo em todos os casos indicou praticamente os mesmos valores do medidor portátil de campo Conforme os itens 9.2 e 9.3, a medição do transmissor de do processo e do medidor de do laboratório estão corretas, pois a medição dos dois equipamentos estão praticamente iguais ao medidor portátil de de campo. Porém, a diferença na medição do do transmissor de processo para o medidor do laboratório, deveu-se a variação da temperatura e a reação do cal. Gostaríamos de ressaltar mais uma vez, que nos testes feitos no laboratório da INOVATRONIC não ocorreu influência da reação do cal na variação do. 10- Gostaríamos de ressaltar a importância da realização de testes diretamente do processo da eficiência do polímero utilizado na floculação, com o caldo de cana estando a uma temperatura próxima a 105ºC. Estipular a faixa de 6,80 a 7,20 como sendo uma faixa correta para floculação, pode estar incorreto. A eficiência do polímero pode variar de fabricante para fabricante ou até de um lote para outro lote de um mesmo fabricante, devido a falta de qualidade na produção. Tivemos várias experiências que comprovam o mencionado no item 10. Recentemente numa Cooperativa de leite, que operava normalmente de 6,70 a 7,10 para floculação. Quando ocorreu a mudança do fabricante do polímero, o sistema passou a ter eficiência na floculação na faixa de 5,60 a 5,80. Se os testes em laboratório provarem que um determinado polímero flocula com maior eficiência na faixa de 6,80 a 7,20 a 30ºC, esse mesmo polímero pode ter sua eficiência alterada na entrada do decantador para a mesma faixa de, pois na entrada do decantador a temperatura é bem mais alta, em torno de 105ºC a 108ºC. 11- Após os testes feitos no laboratório da INOVATRONIC (páginas 6 e 7), constam exemplos práticos do mencionado nesta literatura. 12- A tabela a seguir mostra a variação da temperatura para um eletrodo ideal e não para o fluido que será medido do.

5 As shown in the following table, the error due to temperature is a function of both the temperature and the value being measured. At a of about 7, there is no error due to temperature. At a temperature of 25 degrees C, there is no error. The more the temperature changes from the ambient calibration temperature and the more the departs from 7, the greater is the error. The GRAY colored temperature/ combinations have zero error due to temperature effects and the light blue colored combinations have less than 0.1 unit error. Whether or not automatic temperature compensation is needed is determined by the application's accuracy requirement. For example, a waste water application with varying between 5 and 9 and temperature varying between 5 and 45 degrees C has a maximum error of 0.12 unit. If the needed accuracy is 0.5 unit, then automatic compensation is not needed. In a process liquid where varies from 3 to 11 and the temperature varies from 25 to 75 degrees C, the error is 0.6 unit and automatic compensation probably is required. If you decide, after reviewing the table, that need Automatic Temperature Compensation in your electrode system, select the appropriate cable assembly (for submersion) or flow cell-cable (for in-line) or ATC Insertion assembly. vs. Temperature Error Chart vs. Temperature Error Chart Note: Values in light blue are less than.1 error and may not require temperature compensation. Values in gray are temperature and in which there is no error in from temperature.

6 Temperatura ºC 75 6, , , , , , , , , ,43 Erro entre caldo a 30ºC e a 80ºC = 0,67 7,60 7,40 7,20 7,00 6,80 A amostra foi resfriada Essas variações nos valores do foram causadas unicamente pela variação da temperatura, pois não houve variação no valor do pela reação do cal. 6,60 6, Temperatura (ºC) Essas medições foram realizadas com sensor de temperatura para compensação automática da variação da temperatura na medição do. Temperatura ºC 30 7, , , , , , , , , ,76 7,60 7,40 7,20 A amostra foi aquecida Erro entre caldo a 30ºC e a 80ºC = 0,68 7,00 6,80 6,60 6, Temperatura (ºC)

7 Temperatura ºC 80 7, , , , , , , , , , ,92 8,00 7,80 7,60 7,40 A amostra foi resfriada Essas variações nos valores do foram causadas unicamente pela variação da temperatura, pois não houve variação no valor do pela reação do cal. 7,20 Erro entre caldo a 30ºC e a 80ºC = 0,72 7,00 6, Temperatura (ºC) Essas medições foram realizadas com sensor de temperatura para compensação automática da variação da temperatura na medição do. Temperatura ºC 30 7, , , , , , , , , , ,10 8,00 7,80 7,60 7,40 7,20 A amostra foi aquecida Erro entre caldo a 30ºC e a 80ºC = 0,82 7,00 6,80 6, Temperatura (ºC)

8 DOSAGEM DE SACARATO USINA SINIMBU ELETRODO DE 1420 AQUECEDOR FLASH DECANTADOR Medição com equipamento portátil Valor do medido no 1420 = 7,10 a 75ºC Valor do medido no medidor portátil = 7,20 Amostra medida no laboratório. a 75ºC Medidor portátil = 7,90 a 30ºC Medidor do laboratório = 7,95 a 30ºC ENTRADA DO CALDO Diferença entre o 1420 e o laboratório = 0,85 OBS: Foram realizadas cinco medições e comparadas com o laboratório. Todas apresentaram diferenças. Usina Sinimbu Telefone: (82) e Eng. Carlos Manassés da Silva TRANSFERÊNCIA Erro na fabricacao do acucar.cdr SISTEMA NÃO RECOMENDADO PELA INOVATRONIC

9 USINA UNIÃO E INDÚSTRIA Inovatronic@inovatronic.com.br (21) CALDO SULFITADO Ponto de dosagem do cal ELETRODO DE 1420 Trocador de calor AQUECEDOR FLASH DECANTADOR Valor do medido no 1420 = 6,80 a 65ºC Valor do medido no medidor portátil = 6,90 a 65ºC Amostra medida no laboratório. Tanque 1 Tanque 2 Medição com equipamento portátil Medidor portátil = 7,42 a 30ºC Medidor do laboratório = 7,45 a 30ºC Diferença entre o 1420 e o laboratório = 0,62 OBS: Foi realizada uma medição e comparada com o laboratório. Usina União e Indústria Telefone: (81) e Eng. Ednilson Bastos. TRANSFERÊNCIA 2 TRANSFERÊNCIA 1 SISTEMA NÃO RECOMENDADO PELA INOVATRONIC

10 Sulfitador USINA PUMATY Medição com equipamento portátil ENTRADA DO CALDO AQUECEDOR FLASH DECANTADOR Tanque 1 Tanque 2 Valor do medido no 1420 = não houve medição Valor do medido no medidor portátil = 6,70 a 94ºC Amostra medida no laboratório. Medidor portátil = 7,50 a 30ºC Medidor do laboratório = 7,45 a 30ºC TRANSFERÊNCIA Tanque 3 Diferença entre o medidor portátil e o laboratório = 0,75 OBS: Foi realizada uma medição e comparada com o laboratório. Pré dosagem de cal DOSAGEM DO CAL TRANSFERÊNCIA Usina Pumaty Telefone: (81) Eng. Carlos Alberto Gomes. Obs.: Atualmente está trabalhando na Usina Santa Juliana. (34) (34) SISTEMA NÃO RECOMENDADO PELA INOVATRONIC

11 Sulfitador USINA SANTA TEREZINHA PARANACITY (21) Ponto de dosagem do cal ELETRODO DE Yokogawa AQUECEDOR FLASH DECANTADOR Valor do medido no Yokogawa = 7,2 a 60ºC Valor do medido no medidor portátil = 7,25 a 60ºC Amostra medida no laboratório. Tanque 1 Tanque 2 Medição com equipamento portátil Medidor portátil = 7,65 a 30ºC Medidor do laboratório = 7,62 a 30ºC Diferença entre o Yokogawa e o laboratório = 0,42 OBS: Foi realizada uma medição e comparada com o laboratório. Usina Santa Terezinha Paranacity Telefone: (44) Sr. Edivan. TRANSFERÊNCIA 2 TRANSFERÊNCIA 1 SISTEMA NÃO RECOMENDADO PELA INOVATRONIC

12 USINA ALTO ALEGRE Medição 1 com equipamento portátil ELETRODO DE ENTRADA DO CALDO Trocador de calor Medição 2 com equipamento portátil AQUECEDOR MISTURADOR ESTÁTICO FLASH DECANTADOR DOSAGEM DO CAL Medição 1: Valor do medido no 1420 = 6,86 a 75ºC Valor do medido no medidor portátil = 6,96 a 75ºC Tanque Amostra medida no laboratório. Medidor portátil = 7,72 a 28ºC Medidor do laboratório = 7,73 a 28ºC Diferença entre o 1420 e o laboratório = 0,87 Medição 2: Valor do medido no 1420 = não houve medição Valor do medido no medidor portátil = 7,27 a 95ºC TRANSFERÊNCIA Amostra medida no laboratório. Medidor portátil = 7,95 a 30ºC Medidor do laboratório = 7,97 a 30ºC Diferença entre o medidor portátil e o laboratório = 0,70 SISTEMA NÃO RECOMENDADO PELA INOVATRONIC OBS: Foi realizada uma medição e comparada com o laboratório. Usina Alto Alegre Telefone: (44) Sr. João Batista da Silva. Obs.: Atualmente trabalhando na empresa CONAPI. (44) e (44)

13 SP2 COMENTÁRIOS SOBRE O EXEMPLO DA PÁGINA 12 CONTROLADOR E TRANSMISSOR DE ( 1420) ELETRODO DE ENTRADA DO CALDO Trocador de calor AQUECEDOR MISTURADOR ESTÁTICO FLASH DECANTADOR DOSAGEM DO CAL 105ºC a 108ºC CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA Tanque 1 1- Com esta malha de controle, o valor do apresentará uma variação residual de período muito curto e amplitude reduzida. O sistema responde de forma rápida ao aumento ou redução do produto a ser dosado (cal). Tanque 2 SET POINT PERÍODO AMPLITUDE SET POINT Dosagem de cal 2- O sistema não tem homogeneização, comprometendo a eficiência da floculação. 3- Valor do indicado no transmissor de será diferente do na entrada do decantador, pois resfriar a amostra que passa pelo eletrodo de, elevará o valor do em até 1,00. TRANSFERÊNCIA OBS: Os tanques 1 e 2 têm a função de reter o caldo de cana,possibilitando a reação do cal. Como a dosagem do cal está após os dois tanques, a utilização dos tanques 1 e 2 é desnecessária. 4- Dosar a cal a mais ou menos um (1) metro do misturador estático e após uns 10 metros do misturador estático instalar o eletrodo de, evidentemente reduzirá o consumo da cal de modo incorreto. O erro é devido a cal não ter ainda reagido com o caldo de cana ao passar pelo eletrodo de, causando uma falsa impressão que o valor do está alto, porém o valor do será alterado totalmente no decorrer do processo, fazendo com que o decantador opere como um tanque de reação. Este sistema de passa uma falsa impressão que o está sendo medido e controlado corretamente. 5- O no interior do decantador será diferente do valor do após o balão flash. 6- O decantador receberá produto químico bruto. A reação do produto químico com o caldo será realizada no decantador. 7- Os evaporadores terão que ser limpos em curtos períodos, devido a ineficiência da dosagem do cal.

14 CONCLUSÕES 1- Retirar amostra do caldo de cana e efetuar a medição em laboratório é um procedimento incorreto, devido a: 1.1- Alteração da temperatura da amostra do processo até o laboratório. Reduzir a temperatura da amostra para leitura no laboratório, causa aumento no valor do Ineficiência da reação do cal ou sacarato no caldo, causa elevação do da amostra do caldo de cana no trajeto até o laboratório. Das 292 Usinas de açúcar visitadas pela INOVATRONIC, todas utilizam o decantador como tanque de reação, devido à forma incorreta do controle de. 2- Resfriar o caldo que passa no eletrodo de com o objetivo de aumentar a vida útil do eletrodo, causa erro na medição do. 3- O ponto mais importante para coleta da amostra é na entrada do decantador. Pouquíssimas Usinas coletam amostras na entrada do decantador. Caso seja coletada a amostra na entrada do decantador, a diferença da leitura do para o laboratório será ainda maior, pois a diferença da temperatura entre a entrada do decantador e a temperatura de medição feita no laboratório, será grande. 4- A medição "on line" do na entrada do decantador é imprescindível, porém não deve ser responsável pelo sistema de controle do, pois é totalmente impossível que a medição do na entrada do decantador consiga dosar cal ou sacarato com eficiência, para que o sistema de tenha a estabilidade desejada. A medição do na entrada do decantador deve ter a função de supervisão do valor do e ser capaz de interferir de forma automática no controle do feito no tanque de reação (mexedeira, tanque de dosagem de cal, etc...). 5- O controle ideal do é aquele que proporciona uma maior reação do cal ou sacarato antes da chegada ao decantador. Caso o se mantenha o máximo possível constante na entrada do decantador, o decantador irá operar como decantador e não como tanque de reação, aumentando a pureza do caldo de cana. 6- Apesar do modo impróprio com que as Usinas agem no sistema de para tratamento do caldo, algumas vezes a medição do pode ficar próxima ao valor obtido em laboratório. Porém, a eficiência do tratamento do caldo de cana estará certamente comprometida. Os gráficos do controle do na sala de supervisão podem ficar ótimos, lindos, maravilhosos, porém a eficiência do tratamento do caldo, que é o que realmente importa, será totalmente ineficiente. O tratamento do caldo apresentará variações de ruim, bom, muito bom e péssimo. Com o valor do fora da faixa correta para que ocorra uma floculação eficiente, a dosagem de polímero é aumentada. Se o estiver fora da faixa para uma boa floculação, não será a quantidade de polímero que fará com que a floculação tenha melhor eficiência. 7- Os erros cometidos no controle do do caldo, certamente interferirão decisivamente no período de residência dentro do decantador. 8- Essa literatura não tem por objetivo desqualificar os laboratórios das Usinas, pelo contrário, porém conforme dados inquestionáveis desta literatura, erros básicos de Físico-química estão sendo cometidos, comprometendo consideravelmente a qualidade da fabricação do produto final no segmento Sucroalcooleiro. Também não tem por objetivo consagrar a medição de de processo. Consideramos importante que o laboratório e a medição de de processo no campo (on line) estejam sempre em sincronia. Atualmente a amostra é medida no laboratório e a medição de campo tem que se desdobrar para atingir um valor próximo do estipulado pelo laboratório, valor este totalmente ilusório.

15 9- Devido as Usinas de Açúcar e Álcool, não disporem de medidores de capazes de medir o na entrada e saída do decantador, com temperatura do caldo em torno de 105ºC e 95ºC respectivamente, afirmar que uma eficiente floculação com a dosagem de polímero é conseguida com o entre 6,80 e 7,20 é com certeza um paradigma. Afirmar que o valor ideal do na saída do decantador é em torno de 6,60, é também mais um paradgima. 10- A floculação eficiente se dá no range máximo de 0,30 com o caldo estando entre 102 a 105ºC. Com um erro na medição do no ponto da dosagem do polímero acima de 0,50, é inútil medir o. 11- Uma floculação eficiente na entrada do decantador ocorre em no máximo 60 segundos, possibilitando a utilização do decantador rápido, com o caldo devendo ficar retido no interior do decantador por um período máximo de 20 minutos. Com o caldo retido em curtos períodos, serão mantidas as características físico-químicas do caldo de cana. Para utilização do decantador rápido é imprescindível ter eficiência no controle de, temperatura e vazão do caldo de cana. 12- O decantador lento retém o caldo por períodos longos, entre 2 e 4 horas, alterando totalmente as características físico-químicas do caldo de cana. Neste caso, parte das impurezas vão para o fundo do decantador por arraste ou precipitação, jamais por reação química com a dosagem de polímeros. No decantador lento, certamente o caldo de cana terá a sua qualidade comprometida. 13- A sulfitação não pode estar relacionada ao, portanto o controle do está relacionado únicamente com a dosagem da cal. Somente testes em laboratório serão capazes de comprovar uma boa eficiência da sulfitação (SO 2). Devido ao sistema não possuir medição "on line" de SO 2, o controle da sulfitação deverá ser feito variando manualmente a rotação da rosca sem fim. Para um mesmo valor de podem ter PPM de SO diferentes. 14- Altas dosagens de enxofre além do necessário, causam saturação do, causando altíssimas dosagens da cal. 2