Sistema de Limpeza de Cana Edgar S Tsunoda, Elias Vicente, Lucas Glad, Reginaldo K Shiguedomi, Sérgio L Corinto, Tiago J R Alves Introdução: A matéria prima cana-de-açúcar vem mudando com a introdução maciça do corte mecanizado. Hoje temos impurezas minerais e vegetais em quantidades nunca vistas, que tem se tornado um grande vilão para todos os processos industriais. Desde desgastes prematuros na moenda, até entupimentos em bombas, tubulações, quebras em decantadores que não suportam essa carga exagerada de areia, sem contar desgastes em caldeiras, e alterações na extração e umidade na moenda. Para resolver parte do problema, implementou-se, um Sistema de Limpeza de Cana, que consiste em separação das impurezas através de ventilação na cana na hora do tombo das mesas para as esteiras de cana para o preparo, e posterior tratamento dessas impurezas retiradas. A palha é soprada através de uma cortina de água, que depois é Lavada e moída, e encaminhada para caldeiras já livre de impurezas minerais. Com esse sistema, consegue-se números muito expressivos, tanto em extração, como desgaste na moenda e caldeiras, e limpeza em decantadores. O sistema possibilita grande avanço no tratamento da cana de açúcar e consequentemente redução significativa de custos de manutenção. Materiais e Métodos: 1. Limpeza da cana na Indústria Historicamente a cana vem passando por mudanças devido a evolução dos processos, principalmente boa parte evoluiu de corte manual em cana queimada para corte mecanizado em cana crua. O corte mecanizado envia para indústria a cana com dois tipos de impurezas: a vegetal e a mineral, sendo que a mesma deixou de ser lavada nas mesas devido a altas perdas. A abrasão é o grande vilão para maquinas e equipamentos numa indústria de cana de açúcar. Devido a estes fatores foi desenvolvido o Sistema de Limpeza de Cana que consiste em separar as impurezas da cana antes de processalá. 1.1. Ventilador centrifugo O ventilador tem a finalidade de remoção das impurezas no momento em que a cana é descarregada da mesa para esteira. Figura 1 Ventilação 1.2. Câmara e cortina de agua A câmara por si tem o objetivo de conter todo volume de ar impulsionado pelos ventiladores. E a cortina de agua faz com que todos os sólidos em movimento decorrente da ventilação sejam direcionados para baixo.
Figura 2 - Câmara e cortina de agua Figura 4 - Tela cush-cush 1.3. Cush-cush O cush-cush faz o papel de coleta dos sólidos envolvidos por agua, também é responsável pelo transporte e separação. A separação é muito importante, pois é onde a agua, impurezas minerais e vegetais são divididas. 1.5. Moenda A moenda é o coração do sistema, ela é responsável pelo processamento de toda impureza vegetal retirada da cana. No processamento são levados em conta dois fatores muito importantes, um deles é o esmagamento da palha gerando material similar ao triturado em triturador e o outro é a retirada do restante da agua decorrente da lavagem no cushcush, liberando em seguida um material processado com umidade entre 40% a 60%. Figura 3 - Cush-cush 1.4. Tela cush-cush A tela é responsável pela separação da impureza vegetal da mineral junto com a agua. Figura 5 Moenda 1.6. Automação A Automação do sistema de limpeza de cana foi projetada para proporcionar segurança dos equipamentos (INTERTRAVAMENTOS), facilidade de operação através de controles PID e monitoração de variáveis e baixo custo operacional. Utilizou-se Controlador Lógico Programável e Sistema de Supervisão. Toda a operação é feita no Supervisório da Moenda, na sala de controle. (Figura 7)
Intertravamentos O intertravamento dos acionamentos do sistema é sequencial e contra o fluxo de palha, garantindo que não haja buchas no sistema caso haja desarme de algum dos acionamentos. Há ainda intertravamento individuais dos equipamentos, tais como: Redutor Planetário do Acionamento do Terno: verifica a pressão e fluxo do óleo de lubrificação, e possui chave desacoplamento do motor. Lubrificação dos Mancais dos Ternos: temporizador para o caso de haver falha do sistema de lubrificação. Baixa vazão de água da cortina: Desliga os ventiladores caso a vazão caia a um valor mínimo. Sensor de Bucha do Donelly: Desliga os cush-cush e ventiladores caso o nível do Donelly ultrapasse um valor máximo. (Figura 6) Controles Figura 6 - Sensor de Bucha do Donelly Controle de Nível/Deslocamento Donelly: pode-se trabalhar controlando o nível, deslocamento ou ambos. Manipula a velocidade do acionamento do terno a fim de manter um nível/deslocamento (SP) dentro do Donelly. Controle de vazão de água da cortina: controla a vazão de água da cortina a fim de manter uma cortina estável que tenha máxima eficiência para derrubar a palha/areia para o cushcush. Monitoração Pressão dos cabeçotes hidráulicos. Balança de Palha (Vazão de palha e totalização) Totalização de horas de operação Figura 7 - Sistema supervisão
1.7. Retorno do liquido no processo O liquido extraído da palha pela moenda é bombeado para um tanque, onde o mesmo faz a limpeza da esteira metálica de cana e depois é misturado ao caldo misto. Período Maio de 2014. Tabela 3 Impurezas minerais kg/tc Data Imp. Min. Cana Geral PCTS Mufl Imp. Min. Bagaço Mufla Imp. Min. Torta Filtro Mufla Imp. Retirada no Sistema Eficiência 27/04/2014 7,700 5,789 1,885 0,026 0,3% 04/05/2014 9,400 6,733 1,587 1,080 11,5% 11/05/2014 7,900 5,528 1,891 0,481 6,1% 18/05/2014 6,300 4,354 1,505 0,441 7,0% 25/05/2014 5,400 3,573 1,604 0,223 4,1% Figura 8 - Retorno do liquido no processo 2. Analises e medições 2.1. Entrada de impurezas na usina e a retirada pelo Sistema de Limpeza de Cana É importante conhecer as impurezas que estão entrando na usina que, consequentemente, irão prejudicar a fabricação de açúcar e etanol. São impurezas vegetais: folha, palha, resto de árvore, palmito e etc...; e são impurezas minerais: terra, areia, pedra, etc. As impurezas são medidas na entrada da Usina no Laboratório PCTS, com isso temos medições das mesmas diariamente. Nas tabelas abaixo iremos comparar o primeiro mês de safra sem o Sistema e o seguinte com sistema funcionando. Período Junho de 2014. Tabela 4 Impurezas minerais kg/tc Data Imp. Min. Cana Geral PCTS Mufl Imp. Min. Bagaço Mufla Imp. Min. Torta Filtro Mufla Imp. Retirada no Sistema Eficiência 01/06/2014 15,000 7,591 2,600 4,809 32% 08/06/2014 12,300 6,414 1,688 4,198 34% 15/06/2014 10,400 5,683 1,582 3,135 30% 22/06/2014 9,200 4,870 1,809 2,521 27% 29/06/2014 8,700 3,950 1,452 3,298 38% O resultado representa a soma das impurezas analisadas do bagaço e da torta, que são subtraídas do total que entrou no PCTS, o percentual significa o aumento na retirada de impurezas minerais antes de processar a cana. A tabela a seguir mostra a entrada de impureza vegetal na Usina e a retirada da mesma, com isso consegue-se calcular a eficiência do Sistema de limpeza de Cana.
Tabela 5 retirada de impureza vegetal 1. Moenda 1.1. Desgaste martelos e facas Data Impureza Vegetal Cana (PCTS) - kg/tc Palha processada kg/tc Eficiência 01/06/2014 81,078 29,04 36% 08/06/2014 55,663 25,62 46% 15/06/2014 58,580 31,07 53% 22/06/2014 62,737 27,28 43% 29/06/2014 60,055 27,01 45% Com o Sistema de Limpeza da Cana verifica-se a redução do desgaste no conjunto de martelos e facas. Indicadores são utilizados para determinar a melhor data para a parada da moenda e a troca dessas peças. Depois quantifica-se o valor processado de cana e visualmente verifica-se as peças para avaliar a recuperação e nas fotos e Ordens de serviço registra-se o histórico de cada recuperação. 2.2. Moagem da palha A palha processada esta com os valores abaixo: Tabela 6 Dados da palha processada Data Fibra % Pol % Umidade % 01/06/2014 39,480 1,39 57,99 08/06/2014 44,190 1,64 53,90 15/06/2014 42,820 1,70 55,08 22/06/2014 43,260 1,88 54,55 29/06/2014 44,210 1,99 53,38 O liquido retirado da palha após a moagem nos deram os seguintes resultados: Tabela 7 Dados do liquido retirado Data Birx % Pol % Pureza do caldo % Figura 9 - Jogo de martelos e facas trocados em 19/09/2013 com 516.802,10 toneladas de cana processadas com o sistema de limpeza a seco tradicional. 01/06/2014 2,830 1,63 57,38 08/06/2014 3,450 2,04 58,98 15/06/2014 3,910 2,30 57,08 22/06/2014 3,640 2,31 62,28 29/06/2014 3,690 2,16 56,40 O liquido resultante da moagem da palha é bombeado para ser usado na lavagem da esteira metálica de cana e depois é misturado ao caldo misto. Resultados: Figura 10 - Jogo de martelos e facas trocados em 13/05/2014 com 297.539,32 toneladas de cana processadas com o sistema de limpeza ainda em montagem.
Safra 2013, período 17/04/2013 a 06/07/2013 moagem do intervalo 1016424,73t. Tabela 8 Troca de pente 2013 Ternos 1 2 3 4 5 6 6 Superior 771340 771340 193505 771340 Saída 381643 559311 Safra 2014, período 21/04/2014 a 30/06/2014 moagem do intervalo 1016399,00t. Tabela 9 Troca de pente 2014 Ternos 1 2 3 4 5 6 Superior 297539 Saída 855632 855632 1.3. Camisas de moenda Figura 11 - Jogo de martelos e facas trocados em 19/06/2014 com 596.786,56 toneladas de cana processadas com o sistema de limpeza já em operação. 1.2. Pentes da moenda Os pentes da moenda são extremamente importantes para o bom funcionamento do conjunto, eles executam a difícil tarefa de limpar os frisos das camisas de moenda e também vedam para não haver vazamento na extração. Devido a este trabalho eles sofrem desgaste muito brusco através de abrasão da areia contida no bagaço entre ele e o friso, com isso necessita-se paradas no processo para troca dos pentes. Com a implantação do Sistema de Limpeza de Cana conseguiu-se reduzir estas impurezas minerais na cana desfibrada. E isso gerou a redução no desgaste dos pentes pela metade em comparação ao mesmo período e moagem do ano passado. As reformas dos pentes e os critérios de troca são os mesmos do ano anterior executados pela mesma equipe de manutenção, com isso consegue-se levantar os seguintes dados: Segundo Prisco (1993), desgastes em rolos de moendas durante o trabalho de moagem de cana, provocam paradas de máquinas e, como consequência, perda de produção e elevados custos para as usinas de açúcar e álcool. Tais desgastes acontecem através de abrasão do bagaço e corrosão pelo caldo de cana sobre o rolo, que geralmente é feito de ferro fundido.[1] Com o Sistema de limpeza de Cana espera-se também reduzir o desgaste das camisas e ter-se melhor aproveitamento para próxima safra na refrisagem. 2. Fabricação de Açúcar 2.1. Decantação do caldo A clarificação é a etapa em que são removidas todas as impurezas indesejáveis ao processo, para o bom funcionamento das etapas posteriores. Para que isso ocorra da melhor forma, é fundamental que todas as etapas anteriores sejam bem trabalhadas e as vazões sejam constantes e estáveis. Para melhor monitorar o processo e segurança operacional dos decantadores, foram instalados monitores de torque nos redutores dos raspadores de bandejas dos decantadores, Analisando-se esta variável (torque) pode-se verificar a quantidade de impureza dentro dos decantadores, prevendo alterações operacionais, e, precavendo-se quebras dos raspadores e consequente parada dos decantadores. Com aumento das impurezas (vegetal / mineral) em decorrência do corte mecanizado, o
processo industrial fica sobrecarregado, como mostra os gráficos a seguir. Figura 16 - Decantador sinalizando elevação do torque. Obs: Pós chuva. Figura 12 - Medição do torque nos decantadores. Figura 13 - Aproveitamento de Tempo. Figura 17 - Quebra do equipamento. Figura 14 - Decantadores liquidados e limpos. Figura 18 - Medição do torque nos decantadores. Obs: Limpeza de cana em funcionamento. Figura 15 - Decantador sinalizando elevação do torque. Obs: Pós chuva. Figura 19 - Medição do torque nos decantadores. Obs: Limpeza de cana em funcionamento.
Tabela 10 Manutenção de bombas Helicoidais Safra 2013 Safra 2014 Eficiência Nº Intervenções mecânicas 20 12 60% Hh de mecânicos 221,3 115,4 52% Figura 20 - Medição do torque nos decantadores. Obs: Limpeza de cana em funcionamento. Custos de materias R$ 9.621,01 R$ 4.397,37 46% 3. Caldeira 3.1. Tubulações das caldeiras Figura 21 - Medição do torque nos decantadores. Obs: Safra 13/14 sem o sistema de limpeza. Com a implantação do Sistema de Limpeza de Cana, fica visível que obtive-se menor quantidade de areia para o processo, e consequentemente menor desgaste nas tubulações das caldeiras, serpentinas do economizador, superaquecedor, pré-aquecedor de ar e assim consegue-se garantir maior vida útil dos equipamentos. 3.2. Caixas de decantação Outro ponto visível de aumento de impurezas minerais ocorreu nas caixas de decantação onde houve aumento de aproximadamente 13,30% de areia e terra, onde era executado limpeza nas caixas a cada 14 dias, e após limpeza cana, passou a ser de 12 dias. O aumento de impurezas nas caixas de decantação significa que a palha lavada esta ficando realmente livre de impurezas minerais. Figura 22 - Decantador quebrado. 2.2. Bombas helicoidais O rotor gira em torno de seu eixo principal e com este, forçosamente em torno do eixo do estator, realizando-se um movimento excêntrico deslizante com ação mecânica, neste momento do deslizamento a terra é uma grande vilã, com o atrito da terra ocorre desgaste (sulcos) no estator reduzindo sua eficiência e vida útil, abaixo comparativo do mesmo período safra 2013 (limpeza de cana antigo) e 2014 (com limpeza de cana atual) ambos com aproximadamente 1.000.000,00 de toneladas de cana esmagada. Figura 23 Caixa de decantação
3.3. Estação de Tratamento de Fuligem No filtro a vácuo do Tratamento de Fuligem foi encontrado uma grande quantidade de areia, que deixou o resíduo com uma coloração clara. características físicas da palha tornaram-se totalmente diferentes da preparada tradicionalmente com melhor aceitação das caldeiras e os resultados superaram as expectativas. As antigas facas não existem mais e o terno apresenta um desgaste quase não percebido e a terra não chega mais nesta etapa; e a potência instalada total do sistema não assusta estando na ordem de 659,4 Kw. Outro ponto visível foi o baixo custo operacional, com a automação, não foi necessário a contratação de mão de obra específica para operar o sistema, o mesmo operador da moenda opera o sistema de Limpeza de cana. E eliminou-se as paradas do sistema para manutenção com troca de facas e embuchamento nas maquinas, também eliminou-se a recuperação de solda das facas do triturador de palha. Figura 24 Filtro a vácuo sem Limpeza Já com a Limpeza de Cana em funcionamento vemos que o colchão de fuligem esta bem escuro quase sem areia. Referências: [1] PRISCO, M. Revestimentos Protetores contra Desgaste: Soldagem de Manutenção. ABS ABRAMAN. P. 231-284. 1993. Foram retirados dados de analises através de Softwares de Controle de Produção e Manutenção. Contatos: Figura 25 Filtro a vácuo com Limpeza Conclusões: Para a Usina Estiva o arrojado investimento realizado em 2014 com a alteração do tradicional Sistema de Limpeza de Cana a Seco para um novo conceito não muito utilizado e ainda com incertezas foi o ponto mais forte da aposta. Alterou-se do conceito de limpeza a seco para outro utilizando água mas mantendo-se todo o trabalho de redução do consumo que não podia ser perdido. Instalou-se cortinas de água, cush cush com peneiras e direcionou-se toda esta água para os pisos das esteiras metálicas e coletores das mesas com isto desligou-se uma bomba de 1000 m3/h mesmo com o novo sistema utilizando água. Com o terno de moenda passou-se do conceito de picar para o de esmagar e as Edgar S. Tsunoda 55 (17) 3542 9517 E mail: edgar@estiva.com.br Elias Vicente 55 (17) 3542 9618 E mail: elias.vicente@estiva.com.br Lucas Glad 55 (17) 3542 9548 E mail: lucas.glad@estiva.com.br Reginaldo K. Shiguedomi 55 (17) 3542 9639 E mail: reginaldo@estiva.com.br Sérgio L. Corinto Silva 55 (17) 3542 9621 E mail: sergio.corinto@estiva.com.br Tiago J. R. Alves 55 (17) 3542 9642 E mail: tiago.ribeiro@estiva.com.br