Extração do caldo

Existem atualmente duas alternativas tecnológicas para a extração do caldo da cana nas usinas, a primeira através do processo de moagem e a segunda utilizando a extração por difusão.

O primeiro método é o mais divulgado no Brasil e utiliza tandens compostos geralmente de 4 até 7 ternos de moendas, os quais podem ser acionados por turbinas de simples ou múltiplos estágios, e também por motores elétricos através da eletrificação das moendas. A segunda alternativa baseia-se no fenômeno de difusão, no qual duas soluções com diferentes concentrações, separadas por uma membrana permeável ou porosa, depois de algum tempo se misturam e adquirem a mesma concentração.

Os dois processos de extração do caldo da cana, moagem e difusão requerem a operação de preparação. A difusão necessita de um percentual de abertura de células em torno de 93%, enquanto na moagem, uma abertura de 88% é considerada satisfatória (Wanderley, 2005).

3.2.1 Moagem

Desde meados dos anos 70 até 2006, o acionamento que monopolizou as aplicações no setor sucroalcooleiro foi o conjunto entre a turbina vapor + turbo redutor + redutor de baixa, ou engrenagens abertas, com aproximadamente 90% de domínio de mercado (Figura 3.1), Isto devido ao baixo preço na época e também ao pouco incentivo para aumentar a eficiência energética da planta (Revista Alcoobras, 2006). A demanda por equipamentos mais eficientes no setor abriu espaço para os motores elétricos, principalmente pelo incentivo da venda de energia elétrica.

Para aumentar a extração da sacarose no processo de moagem, realiza-se adição de água à cana num processo chamado de embebição, o qual pode ser classificado de acordo com as seguintes categorias:

Simples: quando se adiciona água após cada terno da moenda;

Composta: quando se adiciona água entre os dois últimos ternos e se faz retornar o caldo extraído deste último para o anterior e assim sucessivamente até o segundo terno;

Mista: combinando, adição de água em mais de um terno e utilização de caldo diluído para a embebição;

A quantidade de água de embebição deve ser estabelecida de acordo com algumas características da cana, como por exemplo: teor de fibras e de açúcar. É necessário ter em conta que, quanto maior o volume de água empregado na embebição, maior será o consumo de energia utilizada para o bombeamento e evaporação do caldo. No Brasil o processo mais generalizado é a embebição composta.

Figura 3.1 Processo de extração acionado por turbinas

O grãu de extração obtido nas moendas varia na faixa de 92 a 96 % (refere-se à quantidade de sacarose extraída da cana pelas moendas) com um consumo especifico de potência na faixa de 16 kWh/tc, incluindo os sistemas de preparo e motobombas (BNDES e CGEE, 2008). Alguns fatores que afetam a capacidade de moagem são:

Preparo da cana;

Eficiência de alimentação da moenda; Tamanho e tipo dos cilindros da moenda; Regulagem da bagaceira.

3.2.2 Difusão

A difusão consiste na condução da cana em aparelhos conhecidos como difusores, a fim de que a sacarose adsorvida ao material fibroso seja diluída e removida por lixiviação ou lavagem num processo de contracorrente. O difusor é uma tecnologia que desempenha as mesmas funções da moenda, mas com características de obter maior eficiência na extração.

No caso da moenda, quanto maior o índice de preparo, maior a extração do 1º terno, refletindo em uma maior extração em toda a bateria. No difusor, significa maior extração em todo o processo. No caso dos difusores, há um último terno para secagem do bagaço, que será o combustível nas caldeiras para geração de vapor. Já o preparo de cana em ambos é similar (etapa que antecede a extração, picagem e desfibragem da cana) (Valdes, 2008). Os tipos de difusores utilizados são:

Difusores oblíquos (DDS); Difusores horizontais; Difusores circulares.

No Brasil é usado o difusor horizontal (Figura 3.2)

Com relação ao sistema de moendas, os difusores apresentam um menor consumo energético e um menor custo de operação e manutenção (UNI-SYSTEMS, 2008), não entanto, o espaço físico demandado é maior. Outra desvantagem relacionada a esta tecnologia é que carregam mais impurezas com o bagaço para as caldeiras, exigindo uma limpeza mais frequente das mesmas (Alcarde, 2007).

Para as tecnologias de extração por moendas ou por difusão a quantidade de caldo obtido no processo em função da taxa de embebição pode ser calculada de acordo com a expressão:

Cana + Água de embebição = Caldo mixto + Bagaço

A qual pode ser representada relativa a 100 unidades de cana como:

100+W = Q + B (3.1)

Onde:

W= Água de embebição, % de cana-de-açúcar

Q = Quantidade de caldo obtido, % de cana-de-açúcar B = Quantidade de bagaço obtido, % de cana-de-açúcar

O teor de fibra na cana é muito importante, pois, um baixo valor pode fazer com que a planta não tenha o combustível suficiente para seu sistema de cogeração, enquanto um valor muito alto dificulta a extração da sacarose.

De maneira geral, pode-se dizer que a cana-de-açúcar é composta de 83 a 92% de caldo absoluto e de 8 a 17 % de fibras. No Brasil, os teores de fibra mais baixos estão entre 7 e 8%, enquanto os mais altos estão entre 16 e 18%. A média encontrada na região sudeste é de 11%, variando entre 9 e 15%, sendo a porcentagem de fibra na cana recomendada de 12,5% (Bassetto, 2006)

O teor de fibras do bagaço cresce rapidamente depois da passagem pela primeira moenda, tendendo a permanecer constante nas últimas moendas. Geralmente, na última moenda a fração de fibra e a umidade estão perto de 50% (Hugot, 1986)

É importante ressaltar que o rendimento de uma destilaria depende de uma série de fatores, como: qualidade da cana; eficiência de lavagem; preparo para moagem; assepsia e eficiência da moenda, condução do processo fermentativo e tecnologia utilizada no processo de destilação. Estes dois últimos processos exigem uma serie de cuidados que garantam sua qualidade de forma tal que se evitem problemas na transformação dos açúcares em álcool ou centrifugação do vinho e na destilação (incrustações nas colunas, etc.). Para isto é necessário um adequado processo de tratamento do caldo obtido nas moendas.

Para um adequado desenvolvimento dos processos de evaporação, fermentação e destilação, é preciso que o caldo de cana cumpra com determinados requerimentos de qualidade que são alcançados através das etapas de tratamento.