Preparação e Extração da Cana

Preparação da cana é o nome dado ao processo que reduz a cana de alimentação para tamanhos menores que sejam apropriados para o subseqüente processo de extração. A redução do tamanho é geralmente atingida pela utilização de facas rotatórias no sistema de transporte da cana ou através de desfibradores de martelos giratórios (swing hammer shredder).

Os objetivos da preparação da cana são:

Reduzir o tamanho das peças de cana àqueles apropriados para o processo de extração.

A ruptura dos feixes fibrovasculares onde estão as células de armazenamento com a finalidade de facilitar o processo de extração.

Produzir material que tenha características apropriadas para a moenda ou para difusão.

O equipamento de preparação da cana pode utilizar mais de 25% dos requerimentos de potência da usina. Assim o tipo de acionamento utilizado e a eficiência do mesmo são muito importantes.

Na extração, o objetivo é separar o caldo que contém os açúcares do restante da cana. Nas moendas, a cana é comprimida sob altas pressões entre sucessivos ternos de rolos. Estes são projetados para extrair a maior quantidade possível de caldo (água livre + sacarose + açúcares

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redutores) das fibras não solúveis. Alguns açúcares redutores são mais difíceis de extrair que a sacarose. Assim, o caldo extraído no primeiro estágio da moenda tem uma maior pureza em relação ao do último terno da moenda. Para cana razoavelmente bem preparada é freqüentemente possível extrair 60% a 75% de sacarose no primeiro terno da uma moenda convencional (REIN, 2007). O índice de extração é expresso como a porcentagem de sacarose extraída em relação à total.

Quando a cana passa pelo segundo terno, pouca sacarose é recuperada, uma vez que se tem pouco caldo remanescente junto com o bagaço. Para possibilitar a extração nos ternos subseqüentes, é adicionada água (embebição). Esta água mistura-se com o caldo remanescente na cana, dilui e provê mais material extraível para as moendas

Numa usina piloto CRAWFORD (1970) citado por REIN (2007), demonstra a relação entre a quantidade de água de embebição e a extração. A razão de caldo por fibra, contidos na alimentação da cana preparada, foi variada de 225 a 445g de caldo por 100g fibra. Foi observado que o conteúdo de caldo residual no bagaço depois da moenda apresenta-se virtualmente constante independentemente (a um valor de 82 g de caldo residual por 100 g de fibra) da taxa de entrada de fibra e da taxa de embebição.

Pode se afirmar então que a extração atingida num estágio de moenda é uma função do caldo extraível sobre a quantidade de fibra que é alimentada. Pois, já que possuindo um conteúdo de caldo no bagaço constante, a maior parte do caldo na entrada devido à água no caldo teria a capacidade de absorver mais açúcares. Então, a extração global de sacarose pode continuar incrementado-se se a taxa de embebição é aumentada, ainda que ocorram reduções no retorno, como é ilustrado na Figura 3.1.

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Figura 3.1. Extração dos açúcares nas moendas em função da taxa de embebição. Fonte: REIN (2007).

A respeito de embebição, dados diferentes são reportados por diversos autores. Segundo REIN(2007), na prática, a extração nas moendas aumenta rapidamente, incrementando a taxa de embebição a pelo menos 250-280% sobre a fibra e, a partir deste ponto, o aumento da taxa de extração começa a declinar, porém ganhos significantes na extração continuam até aproximadamente 350% sobre a fibra . A partir de dados de usinas brasileiras, EIJSBERG (2006) descreve uma quantidade de água de embebição utilizada de 27,7% massa de água por massa de cana em média. Isto é igual a uma taxa de embebição de 2 unidades de água de embebição por unidade de fibra. Por outro lado, HOWARD (1989) enuncia que perto de 250% de água na fibra, o efeito na extração se estabiliza de tal modo que as necessidades de vapor e capacidade de evaporação sugerem poucas vantagens de usar volumes maiores de água.

A embebição pode ser feita com água quente (na faixa de 70 °C) ou fria. De acordo com CHEN (1993), têm-se como vantagens o aumento da ruptura das células pelo calor e um pequeno ganho na extração, nem sempre detectável. Para embebição com água quente, os condensados do evaporador podem ser utilizados (EIJSBERG, 2006). A desvantagem da água da embebição quente é a extração de mais ceras e impurezas, estas dificultam a alimentação nas moendas e facilitam o crescimento de micro-organismos que produzem dextrose (EIJSBERG, 2006). No Brasil, a água de embebição fria é mais usualmente aplicada.

75 80 85 90 95 100 0 100 200 300 400 500 600 E x tr a ç ã o e m % Embebição em kg/100kg fibra DS(Brix) Sacarose

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No caso da utilização de difusores, com a extração a maiores taxas de embebição invariáveis, poderia resultar em maiores taxas de extração. Não existem taxas máximas ou mínimas para a difusão, já que a maiores taxas de embebição resultam em um difusor menor para atingir uma dada extração. O custo da redução do difusor deve ser então balanceado contra o custo da capacidade adicional do evaporador e o custo do vapor. A taxa ótima de embebição para qualquer planta de extração é, conseqüentemente, dependente de fatores locais na usina. A tabela 3.1 mostra resultados reportados por REIN (2007) dos efeitos da embebição sobre a extração para dois casos, o primeiro com um difusor de vários passes de retroalimentação e melhor preparo de cana, e o segundo com menor rendimento.

Tabela 3.1. Efeito das mudanças no nível de embebição sobre a extração num difusor. Fonte: REIN (2007)

Embebição % fibra 250 300 350

Caso 1: Alta extração % 97.6 98 98.3 Caso 2: Baixa extração % 94.3 95 95.4

Maiores temperaturas são mais vantajosas pelo fato que elas incrementam a taxa de extração, pois aumentam a difusividade molecular e reduzem a viscosidade do líquido. Porém, este efeito não é tão importante como o efeito na preparação da cana e a taxa de fluxo de líquido, mas é estimado que um aumento na temperatura de 5°C (75° a 80°C) pode levar a um incremento na extração de aproximadamente 0,2% (REIN 1974). Segundo REIN (2007) a razão mais importante de conservar a temperatura acima de 75 ° C é o controle da atividade microbiana, como a Leuconosctoc sp, que é uma bactéria produtora de acido láctico e permanece ativa até temperaturas de 70°C. Controle da atividade desta bactéria em difusores requer simplesmente operações a aproximadamente 85°C. Na Figura 3.2 são ilustrados os processos de lavagem de cana, preparo e extração por moendas.

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a1 Cana de açúcar a7 Água de reposição do resfriamento do óleo de lubrificação

a2 Água de reposição de lavagem da cana a8 Perda de água do resfriamento do óleo de lubrificação

a3 Perda de água de lavagem da cana a9 Vapor de alimentação das turbinas de acionamento

a4 Água de embebição a10 Condensado de Vapor de Escape

a5 Água de reposição do resfriamento de mancais a11 Bagaço

a6 Perda de água do resfriamento de mancais a12 Caldo misto

Figura 3.2. Esquema dos Processos de Limpeza,Preparo e Extração de Cana.