Equipamentos de extração do caldo da cana-de-açúcar

A extração do caldo da cana para a posterior produção do álcool ou do açúcar passa por várias etapas. Na primeira, após o descarregamento, a cana é lavada e alimentada em esteiras através da mesa alimentadora. Em seguida, passa pelo setor de preparo (nivelador, picador e desfibrador) e posteriormente pelas moendas (Copersucar, 2008).

Segundo Nogueira e Filho (2005), o “preparo” da cana para moagem consiste em um processo de desintegração, visando destruir a resistência da parede dura da cana (casca e nós), romper o maior número de células parenquimatosas que armazenam o caldo, bem como uniformizar o “colchão de cana” favorecendo a capacidade unitária do aparelho de extração. Tais procedimentos facilitam o trabalho da moenda, reduzindo as perdas inevitáveis de sacarose no bagaço. A quantidade de caldo extraído é função direta da

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intensidade desse preparo. Assim, os equipamentos preparadores operam com alta velocidade e baixa pressão, sem, no entanto, extrair o caldo.

O objetivo básico do preparo da cana é aumentar a sua densidade, bem como, realizar o máximo rompimento das células para liberação do caldo nelas contido, obtendo- se, portanto, uma maior eficiência de extração (Copersucar, 2008). A Fig. 2.2 ilustra a representação esquemática dos equipamentos envolvidos. Em seqüência, os mesmos serão mais detalhadamente descritos.

Figura 2.2 – Representação esquemática dos equipamentos de preparo e extração do caldo (Copersucar, 2008).

2.2.1. Mesa alimentadora

A mesa alimentadora é o primeiro equipamento a entrar em contato com a cana durante o beneficiamento da mesma e tem a função de controlar a quantidade de cana sobre a esteira. Recebe as cargas de cana do estoque, ou diretamente dos caminhões, transferindo-as a uma ou mais esteiras metálicas que a conduzem até as moendas, passando antes pelo setor de preparo (Vide Fig. 2.2). Apresenta uma parte rodante, formada por eixos, correntes e taliscas para a elevação da cana de forma a facilitar a operação de lavagem e alimentação mais uniforme da mesma sobre a esteira. Conforme a sua inclinação, pode ser classificada como convencional (inclinação de 5º a 17º) ou de grande inclinação (45º).

A lavagem da cana, efetuada sobre as mesas alimentadoras, visa a retirada de terra, areia e outros materiais estranhos, com a finalidade de obter um caldo de melhor qualidade e aumentar a vida útil dos equipamentos subseqüentes, pela redução dos agentes de desgaste. Essa lavagem não é feita na cana picada, colhida mecanicamente, pois isto provocaria um arraste muito grande de sacarose pela água.

11 A Figura 2.3 apresenta detalhes da mesa alimentadora durante a parada (Fig. 2.3a) e durante a operação (Fig. 2.3b), permitindo visualizar o processo de lavagem. A seta indica a posição da esteira de transporte da cana aos equipamentos de preparo.

Figura 2.3 – Detalhe da mesa alimentadora durante a parada (a) e em operação (b).

2.2.2. Picador

O picador é constituído por um ou dois jogos de facas em seqüência (o primeiro, no caso de jogo duplo é apenas nivelador) que prepara a cana a ser enviada ao desfibrador. É um equipamento rotativo de facas oscilantes que opera a uma velocidade periférica em torno de 60m/s e tem por finalidade aumentar a densidade do colchão de cana, ao cortá-la em pedaços menores, preparando-a para o trabalho do desfibrador (Copersucar, 2008).

Segundo Nogueira e Filho (2005), as facas “picadoras” têm a função de retalhar, cortar e picar as canas, melhorando consideravelmente a alimentação da primeira unidade esmagadora. Essas facas são recobertas por um cofre metálico, munido de portas de acesso, o qual evita a projeção de pedaços de cana para fora da esteira. O acionamento das mesmas é feito por motor elétrico, por máquina a vapor de alta rotação ou por turbina a vapor.

Segundo Hugot (1986) apud Espinosa et al (2004), as facas picadoras devem ser construídas de um aço resistente ao desgaste e com boa resistência mecânica, como os aços de liga Cr-W-V, com uma resistência máxima à tração de 2100 MPa e dureza no fio de 57 a 58 HRC. Entretanto Espinosa et al (2004) afirmam que na atualidade, visando a redução de custos de fabricação, são utilizados aços de baixo carbono com resistência máxima à tração de 380 MPa e obtendo-se a dureza do fio de corte com a utilização de eletrodos de alta resistência e dureza.

b)

a)

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Segundo Espinosa et al (2004), a fadiga, devido ao trabalho de picagem da cana, é uma importante causa de falha de facas picadoras de cana-de-açúcar quando essas são construídas em aço baixo carbono de baixa resistência. Nesses casos, por razões econômicas, utiliza-se material mais barato e reforça-se o fio de corte com revestimentos duros, descuidando-se da resistência volumétrica.

A Figura 2.4a mostra a vista interna de um picador de seis eixos e dez facas por eixo. É possível identificar a esteira que arrasta a cana contra o picador, na parte inferior da figura, bem como, a região de entrada da cana indicada pela seta. A Fig. 2.4b mostra detalhe de uma faca picadora desgastada, a qual tem espessura de 25 x 180 x 580 mm.

Figura 2.4 – Vista interna do picador (a) e detalhe de uma faca picadora (b).

2.2.3. Desfibrador

O desfibrador é formado por um tambor alimentador que compacta a cana à sua entrada. Em seguida, um rotor constituído por um conjunto de martelos oscilantes que gira em sentido contrário ao avanço da esteira, com velocidade periférica de 60 a 90m/s, forçando a passagem da cana por uma pequena abertura (1 cm) ao longo de uma placa desfibradora. O desfibrador é composto de martelos pesados com a função de desfibrar a cana para aumentar a eficiência na extração do caldo no estágio seguinte (setor de moendas), porém mantendo uma estrutura fibrosa longa (Copersucar, 2008). Para isso, possui maior número de ferramentas (martelos), gira em maior velocidade e os martelos possuem uma maior área de contato com a cana do que as facas picadoras (Nogueira e Venturini Filho, 2005). a) Faca picadora Eixo Esteira b) Mancal Revestimento _Desgaste Corpo 100 mm

13 A Figura 2.5a mostra detalhes internos de um desfibrador de oito eixos e dez martelos por eixo. A vista é do lado posterior do desfibrador (saída da cana). A seta indica o tambor alimentador, parcialmente encoberto pelo conjunto de martelos. Na parte superior do desfibrador encontra-se a placa desfibradora, não visível na imagem. A Fig. 2.5b apresenta detalhe da extremidade de um martelo, desgastada pela operação.

Figura 2.5 – Vista interna do desfibrador (a) e detalhe de um martelo desgastado (b).

2.2.4. Moendas

A moagem da cana é um processo que visa extrair o máximo do caldo contido na cana já desfibrada ao fazê-la passar entre dois rolos submetidos à determinada pressão e rotação, aumentando o rendimento de extração e dessa forma produzindo um bagaço final em condições de propiciar uma rápida queima nas caldeiras (Copersucar, 2008).

A moenda é constituída de 3 cilindros ranhurados, os quais têm os seus centros ligados, formando um triângulo isósceles. Cada conjunto de rolos de moenda, montados numa estrutura denominada "castelo", constitui um terno de moenda. O número de ternos utilizados no processo de moagem varia de quatro a sete e cada um deles é formado por três rolos principais denominados: rolo de entrada, rolo superior e rolo de saída (Ver detalhe também na Fig. 2.2). Normalmente as moendas contam com um quarto rolo, denominado rolo de pressão, que melhora a eficiência da alimentação. A carga que atua na camada de bagaço é transmitida por um sistema hidráulico que atua no rolo superior (Nogueira e Venturini Filho, 2005; Copersucar, 2008). A Fig. 2.6 apresenta uma visão geral das moendas, sendo a Fig. 2.6a, uma moenda em operação e a Fig. 2.6b, durante processo de manutenção.

Como já no primeiro terno a quantidade de caldo, que era de sete partes para cada uma de fibra, cai para uma relação de dois a dois e meio, o processo de embebição é

b) Substrato Revestimento a) Tambor alimentador Martelo Esteira

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utilizado, diluindo o caldo residual e aumentando a extração de sacarose para o próximo terno. Isto permite a extração de 92 a 96 % da sacarose para a produção de açúcar e álcool, além de bagaço com umidade final de aproximadamente 50% (IPT, 1990 e Higa, 2003).

Figura 2.6 – Vista das moendas em operação e em manutenção.

Como acessórios principais das moendas, destacam-se os “pentes” ou “raspadores” e a “bagaceira”, cujas finalidades são de manter as ranhuras dos cilindros limpas e conduzir a cana parcialmente esmagada para um segundo esmagamento. A operação de extração propriamente dita consiste em passar a cana preparada através da primeira unidade e encaminhar o bagaço resultante através de esteiras intermediárias para outras unidades, a fim de ser submetido a novas compressões. A baixa extração é conseqüência, principalmente, da má regulagem da moenda, da deficiência no preparo da cana ou de alimentação irregular (Nogueira e Filho, 2005).