A tecnologia da produção do açúcar, do etanol e da bioeletricidade - OpAA27

www.revistaopinioes.com.br

ISSN: 2177-6504

SUCROENERGÉTICO: cana, açúcar, etanol & bioeletricidade sugarcane, sugar, ethanol & bioelectricity jan-mar 2011

a tecnologia da produção do açúcar, do etanol e da bioeletricidade

the sugar, ethanol and bioelectricity production technology

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a tecnologia da produção do açúcar, do etanol e da bioeletricidade

índice

Editorial da Edição:

05 08 12 16 20

Carlos Henrique de Brito Cruz Diretor Científico da Fapesp

Preparo e alimentação: Pedro Luiz de Arola Pedrosa Consultor Independente Especialista

Jorge Petersen

Diretor da Petersen Engenharia

Extração do caldo:

Dimas Alfredo Barros Cavalcanti Diretor da Moex

Sidnei Brunelli Diretor da Empral

Preparo do caldo:

26 28

Celso Procknor

32 34

Helgo Paul Hermann Ackermann

Presidente da Procknor Engenharia

Luiz Antonio Manfrim

Diretor da Sucrana Tecnologia

Cozimento:

Diretor da Iprosucar Consultoria

Paulo Estevão Lemos de Oliveira

Professor de Tecnologia de Açúcar da UFPE

Manutenção preditiva:

Secagem do açúcar:

38

José Aurélio Silvestre Bezerra

40

Henrique Vianna de Amorim

43 46

Thales José Velho Barreto de Araújo

48 52

Antonio Alberto Stuchi

54

Jaime Finguerut

78

Wokimar Teixeira Garcia

Diretor da AGTech

Fermentação: Presidente da Fermentec

Destilação: Diretor da Velho Barreto e da ECO Tecnologia

Florenal Zarpelon

Diretor da FZ Consultoria Industrial

Fabricação do açúcar: Diretor Executivo Industrial da Cosan

Marcelo Paes Fernandes

Sócio da Fourteam Engenheiros Associados

Fabricação do etanol:

58 60

Lorenzo Reynals Berdala

62 65 68

José Antonio Sorge

70 73 76

André Elia Neto

Diretor da M&M LabTest

Weber Francisco Capozzi Diretor da Intacta Rolamentos

Cogeração: Vice-Presidente da Rede Comercializadora

Dario Costa Gaeta

Presidente da Paraíso Bioenergia

Marcos Torres

Diretor da Etha Treinamentos

Uso e reaproveitamento de água: Especialista Tecnologia Indl - Ambiental do CTC

Cláudio Mariano Vaz

Diretor da Engenho Novo Tecnologia

Valdir José Torezan Diretor da Projec

Gerente de Desenvolvimento Estratégico do CTC

Qualidade do produto: Coordenador do Laboratório de P&D do CTC

Ensaio Especial:

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Getúlio Tadeu Chaves de Andrade Presidente da GTCA Tecnologia

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Conselho Editorial da Revista Opiniões: ISSN - International Standard Serial Number: 2177-6504 Divisão Florestal: • Amantino Ramos de Freitas • Antonio Paulo Mendes Galvão • Celso Edmundo Bochetti Foelkel • Helton Damin da Silva • João Fernando Borges • Joésio Deoclécio Pierin Siqueira • Jorge Roberto Malinovski • Luiz Ernesto George Barrichelo • Marcio Nahuz • Maria José Brito Zakia • Mario Sant'Anna Junior • Mauro Valdir Schumacher • Moacir José Sales Medrado • Nairam Félix de Barros • Nelson Barboza Leite • Paulo Yoshio Kageyama • Rubens Cristiano Damas Garlipp • Sebastião Renato Valverde • Walter de Paula Lima

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Divisão Sucroenergética: • Carlos Eduardo Cavalcanti • Eduardo Pereira de Carvalho • Evaristo Eduardo de Miranda • Jaime Finguerut • Jairo Menesis Balbo • José Geraldo Eugênio de França • Manoel Carlos de Azevedo Ortolan • Manoel Vicente Fernandes Bertone • Marcos Guimarães Andrade Landell • Marcos Silveira Bernardes • Nilson Zaramella Boeta • Paulo Adalberto Zanetti • Paulo Roberto Gallo • Plinio Mário Nastari • Raffaella Rossetto • Roberto Isao Kishinami • Tadeu Luiz Colucci de Andrade • Tomaz Caetano Cannazam Rípoli • Xico Graziano

editorial

Opiniões

desafios científicos e

tecnológicos

" tudo isso cria uma situação bastante favorável para o País aproveitar a oportunidade de produzir e vender etanol para o mundo e também de criar e negociar a tecnologia de produção de etanol de cana " Carlos Henrique de Brito Cruz Diretor Científico da Fapesp Scientific Director of FAPESP

Scientific and technological challenges for the competitiveness of biofuels

O Brasil tem uma importante posição de liderança mundial em conhecimentos sobre o etanol e sua aplicação, diferentemente do que estamos acostumados a constatar em assuntos que dependem de pesquisa científica e tecnológica. A maior parcela das publicações científicas sobre melhoramento e estudos da cana-de-açúcar é criada no Brasil.

Na área tecnológica, os conhecimentos sobre os processos de fermentação e fabricação do etanol a partir de sacarose da cana são muito avançados. Os motores flexfuel desenvolvidos no Brasil, mesmo que por empresas estrangeiras, são os melhores e mais competitivos, com ideias muito criativas desenvolvidas por engenheiros brasileiros. A liderança existe também no âmbito institucional e das políticas estatais: desde 1931, há legislação no País determinando a adição de álcool à gasolina e, a partir de 1975, o Proálcool criou a maior experiência mundial de uso de álcool como combustível.

O custo de produção do etanol de cana-de-açúcar no Brasil é o menor do mundo. O etanol de cana tem a vantagem de ser energeticamente positivo: produzir um litro de etanol de cana consome um décimo de litro de petróleo equivalente; para a produção de um litro de etanol de milho, o consumo é de quase um litro de petróleo equivalente. Desde que Martim Afonso de Souza introduziu a planta de cana no Brasil, em 1532, a importância econômica do açúcar trouxe um contínuo esforço para aperfeiçoar seu cultivo. Nossa vantagem atual vem sendo conquistada desde então. Tudo isso cria uma situação bastante favorável para o País aproveitar a oportunidade de produzir e vender etanol para o mundo e também de criar e negociar a tecnologia de produção de etanol de cana.

Essa conjuntura fundamenta uma posição especial.

Ao mesmo tempo, cria um desafio com o qual devemos – indústria, academia e governo – nos preocupar: como manter essa liderança num cenário mundial em

Brazil occupies an important position in world leadership in terms of knowledge about ethanol and its application, unlike what we are used to seeing in matters related to scientific and technological research. Most scientific publications about improvements and studies on sugarcane are created in Brazil.

In the technological field, knowledge about fermentation and production processes of ethanol from sugarcane saccharose is highly developed. Dual-fuel engines developed in Brazil, even by foreign companies, are the best and most competitive, encompassing many ingenious ideas created

by Brazilian engineers. Leadership is also evident in the institutional context and in terms of government policies: since 1931 there has been legislation in the country mandating the addition of ethanol to gasoline, and after 1975, the “Proálcool” program brought about the world’s greatest experiment in using ethanol as fuel.

The production cost of ethanol from sugarcane is the lowest in the world. Ethanol from sugarcane has the advantage that it is positive energy-wise: to produce one liter of ethanol from sugarcane consumes a tenth of a liter of oil equivalent; for the production of a liter of ethanol from corn, the consumption is almost one liter of oil equivalent. Ever since Martim Afonso de Souza introduced the sugarcane plant in Brazil, in 1532, the economic importance of sugar resulted in a continuous effort to perfect its cultivation. Our current advantage has since been built up. All this creates a favorable situation for the country to take advantage of the opportunity to produce and sell ethanol to the world, but also to create and trade the production technology of ethanol from sugarcane.

This scenario is the basis for a very special situation. At the same time, it creates a challenge which we – industry, academy and the government – need to worry about: how to uphold this leadership in the world

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editorial editorial que, especialmente a partir de 2005, países com tradição científica e tecnológica bem superior à nossa, especialmente os Estados Unidos, começaram a dedicar parte de seus esforços em ciência e tecnologia aos biocombustíveis?

O interesse dos EUA pelo etanol é ótimo para o Brasil, pois ajuda a legitimar mundialmente aquilo que nosso País há muito sabia e havia demonstrado desde meados dos anos 80: o etanol pode ser seriamente considerado como um substituto parcial para a gasolina.

Fundamental para a manutenção da competitividade brasileira no assunto é o avanço da tecnologia e do conhecimento sobre a cana, sobre o processo de fabricação do etanol de cana e suas ramificações, como a bioeletricidade.

Isso requer a intensificação das atividades de pesquisa em instituições públicas e em empresas privadas sobre temas como: melhoramento da planta de cana, melhoria de sua agricultura e colheita, impactos sociais e no meio ambiente, tecnologias de fabricação do etanol — incluindo-se aí a hidrólise e fermentação —, e também nas aplicações do etanol como substituto do petróleo na petroquímica. Nessa agenda de pesquisa para a competitividade brasileira em etanol, há muito a ser ganho com mais colaboração entre universidades, institutos de pesquisa e empresas.

Tendo em vista a importância do estado de São Paulo como produtor de bioetanol e a riqueza de sua infraestrutura de pesquisa, a Fapesp - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, criou em 2008, o Programa Fapesp de Pesquisa em Bioenergia (Bioen), com o objetivo de contribuir para colocar o Brasil entre os líderes mundiais na área de bioenergia. Nos próximos cinco anos, cerca de R$ 80 milhões serão investidos pela Fundação e seus parceiros privados e públicos em pesquisa no setor.

Esses recursos se somam a muitos outros oriundos de agências federais (CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, Finep - Financiadora de Estudos e Projetos) e estaduais (Fapemig - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais) e de empresas como a Vale, Dedini, Oxiteno, Braskem e, no futuro próximo, a ETH. A fundação continua buscando empresas interessadas em parcerias para cofinanciamento de pesquisa. Pequenas empresas, como a Fermetec, têm projetos de pesquisa apoiados no Pipe Fapesp e associados ao programa.

Antecedeu a instalação do Bioen a realização de um alentado estudo financiado pela Fundação sobre os desafios em C&T para o etanol brasileiro, recentemente publicado internacionalmente.

Com o objetivo de inserir proativamente a comunidade brasileira na cadeia global de pesquisas e aumentar a exposição do Brasil em ciência e tecnologia voltadas à bioenergia, será realizada, com o apoio da Fapesp, a conferência internacional BBest - Brazilian Bioenergy Science and Technology Conference, em Campos do Jordão, de 14 a 18 de agosto de 2011. Deixamos aqui um convite para que haja uma forte presença, na BBest, de pesquisadores e engenheiros associados à empresas do setor, ao lado de seus colegas acadêmicos, debatendo os resultados mais avançados em ciência e tecnologia do etanol obtidos no País.

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Opiniões Opiniões context, in which, especially after 2005, countries with a much more advanced scientific and technological tradition than ours, particularly the United States, began dedicating some of their scientific and technological efforts to biofuels?

The United States’ interest in ethanol is excellent for Brazil, because it helps to legitimize, around the world, what our country for a long time has known and shown since the mid 1980’s: that ethanol can seriously be viewed as partial replacement for gasoline.

Essential to upholding Brazilian competitiveness in this matter is technological progress and knowledge about sugarcane, and about the production process of ethanol from sugarcane and its ramifications, such as bioelectricity.

This requires the intensification of research activities in public institutions and private companies on theme subjects such as: improvements to the sugarcane plant, improvements to its planting and harvesting, social and environmental impacts, production technologies for ethanol – there included, hydrolysis and fermentation —, and also as related to applications of ethanol as a replacement for oil in the petrochemical industry. On this research agenda for Brazilian competitiveness in ethanol a lot stands to be achieved with more cooperation among universities, research institutes and companies.

In view of the importance of the State of São Paulo as a producer of bioethanol and the richness of its research infrastructure, FAPESP - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, in 2008 created a program called Programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia - Bioen (the FAPESP program for research in bioenergy), with the objective of contributing to place Brazil among the world leaders in the field of bioenergy. In the next five years, about R$ 80 million will be invested by the FAPESP Foundation and its private and public partners in research in this sector.

These resources will be added to many others coming from federal agencies (CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, Finep - Financiadora de Estudos e Projetos) and from State-run entities (Fapemig - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais), and companies such as Vale, Dedini, Oxiteno, Braskem and, in the near future, ETH. The FAPESP Foundation is continuing its search for companies interested in partnerships to co-finance research. Small companies such as Fermetec have research projects supported by Pipe FAPESP and associates of the program.

Prior to setting up Bioen, a substantive study was conducted, financed by the FAPESP Foundation, on the scientific and technological challenges for Brazilian ethanol, which was recently published abroad.

With the intent of proactively placing the Brazilian community in the global research chain and increasing Brazil’s exposure to science and technology focused on bioenergy, and with the support of FAPESP, an international conference has been scheduled - BBest - Brazilian Bioenergy Science and Technology Conference, to be held in Campos do Jordão, from August 14 to 18, 2011. We wish to express our expectation that there will be massive attendance at the BBest, of researchers and engineers with ties to the industry’s companies, along with their colleagues from academy, debating the most advanced results obtained in science and technology of ethanol in the country.

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ENERGIA

preparo e alimentação

Opiniões

progresso e

diversificação Progress and diversification

Dentre as operações que compõem o sistema produtivo do açúcar e do etanol, uma das que requerem maior atenção aos detalhes, em função da multiplicidade de opções existentes na formação de seus conjuntos, é a extração. E, para bem analisá-la, é importante estudar o desenvolvimento das duas etapas que a formam: a preparação e a moagem.

Preparação: No princípio, o trem de moagem, o chamado terno, era composto por três cilindros verticais por onde passava a cana inteira. A partir de 1920, quando os cilindros passaram a operar horizontalmente, foi introduzida a navalha rotativa. A ideia básica era deixar a cana mais triturada, facilitando o trabalho das moendas. Com isso, descobriu-se que, quanto mais abertas fossem as fibras, mais fácil seria a extração da sacarose. Posteriormente, foi desenvolvido um sistema conhecido como K-4, composto por dois conjuntos de facas, sendo o primeiro nivelador e o segundo preparador. Mais recentemente, acrescentaram-se ao sistema facas de tipo oscilante, utilizando martelos.

Apesar do sistema adotado, a cana ainda permanecia com pedaços de dimensão maior que a desejada. A partir daí, os técnicos buscaram produzir pedaços menores, para melhor expor a sacarose. Foram desenvolvidos os desfibradores, máquinas literalmente criadas para abrir as fibras da cana. Experiências com vários tipos de desfibradores foram realizadas. Eles foram, normalmente, posicionados seguidos ao primeiro terno ou esmagador.

Hoje, estão sendo utilizados em larga escala desfibradores desenvolvidos na África do Sul, como o Tongaat, e um modelo produzido no Brasil bastante semelhante a ele, o DH-1. Com a combinação de vários equipamentos, consegue-se atingir de 90 a 92% de índice de células abertas e de 96 a 98% de extração da sacarose num

Among the operations that comprise the sugar and ethanol production system, the one that requires a lot of attention to detail, due to the multitude of existing options for putting together its components, is extraction. In order to analyze it, it is important to study the two phases it comprises: preparation and crushing.

Preparation: In the beginning, the crushing mill, called a three roller mill, consisted of three vertical cylinders, through which all the whole stalk sugarcane passed. After 1920, when cylinders began operating horizontally, a rotative knife was introduced. The basic idea was to pre-crush the cane somewhat, to facilitate the operation of the mills.

In doing so, one discovered that the more open the fibers were, the easier it was to extract saccharose. Subsequently, a system was developed, known by the name K-4, comprising two knife sets, the first being a leveler and the second, a preparer. More recently, one added a set of oscillated knives, using hammers.

Although this system was adopted, the cane still had pieces larger than was wanted. Then, technicians sought to produce smaller pieces, to better expose the saccharose. Shredders were developed, machines specifically designed to open sugarcane fibers. Experimenting with different types of shredders took place.

Usually, they were positioned right after the first three roller mill or crusher.

Nowadays, shredders developed in South Africa, such as the Tongaat, are being used on a grand scale, along with a similar model manufactured in Brazil, the DH-1. By combining several equipment units, one can reach an open cell rate of 90 to 92% and a saccharose extraction rate of 96 a 98%, using welldimensioned and well-operated tandem equipment.

" por ser um equipamento de fácil operação e de manutenção bem mais simples e barata, vários engenheiros tentaram adotá-lo para a fabricação do açúcar a partir da cana-de-açúcar " Pedro Luiz de Arola Pedrosa Consultor Independente Especialista em Preparação e Moagem Independent Specialist Consultant on Preparation and Milling

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preparo e alimentação Tandem bem dimensionado e operado. É conveniente lembrar que existe um limite para o índice de preparação das células, e que, após isso, apenas se consome potência das máquinas e não há nenhum ganho na abertura das células.

Moagem: Ao longo do tempo, muitas melhorias foram sendo realizadas na moenda, buscando maior eficiência e aumento de suas resistências diante dos novos regimes de trabalho. Um dos primeiros acessórios desenvolvidos foi o rolo prensador e alimentador, conhecido por tipo Senado.

Implementado em 1942, ainda hoje, é bastante utilizado.

Na década de 30, a casa da Werkspoor adicionou um pequeno rolo de alimentação acima do de entrada e antes do superior.

O mesmo artifício foi adotado pela Fives-Lille, inclusive nas autorreguláveis F-63. Nos anos 70, os africanos desenvolveram o Feed Pressure Roll, cujo diâmetro chegava aos 80% dos rolos de moendas e velocidade periférica 20% maior que estes. Hoje, chega-se a 100% do diâmetro das moendas.

Difusor: Com o advento da extração da sacarose a partir da beterraba, outros equipamentos foram desenvolvidos, já que a beterraba não tem fibra, só amido. Desenvolveu-se, portanto, o difusor, que nada mais era do que um equipamento que extraía a sacarose de um leito fibroso sobre uma esteira.

Por ser um equipamento de fácil operação e de manutenção bem mais simples e barata, vários engenheiros tentaram adotá-lo para a fabricação do açúcar a partir da cana-de-açúcar. A princípio, houve uma série de inconvenientes, entre eles, na difusão, muito material não-açúcar também era extraído, principalmente sais, incluindo o de potássio, que inibe a cristalização da sacarose.

Além da extração de sais, a adição de cal ao processo dissolve as pectinas, cuja influência nos cozimentos e turbinas é desastrosa, além de gerar outros problemas de ordem química que são os produtos de dissolução, que inviabilizam a cristalização.

Com alguns problemas resolvidos e obtendo extrações acima dos 98% (pol do bagaço médio de 0,8), o difusor passou a ser um sério concorrente das moendas quando selecionados para a produção de etanol.

Outro motivo limitante do uso em larga escala do difusor é que sua flexibilidade de variação de moagem é bem menor que a das moendas.

Atualmente, com a expansão do etanol, todo esse volume adicional de mel proveniente do processo da fabricação de açúcar é utilizado para a produção do álcool, inclusive com maiores rendimentos de álcool por tonelada de mel. A maior vantagem do Difusor de cana (e mesmo das moendas) sobre as fábricas de açúcar é que a beterraba não tem fibra, e forçam a queima de óleo pesado para a execução do processo de fabricação de açúcar e do etanol.

Diante de tamanha diversidade, na minha opinião, uma das melhores opções para a formação de um conjunto ideal, tanto operacional quanto devido ao conhecimento e facilidade das manutenções, bem como aos resultados obtidos, seria a utilização de cinco conjuntos de moendas compostos por quatro tambores cada, acionados por motores hidráulicos ou elétricos com redutores planetários, dotados de chute Donnelly, precedidos por dois conjuntos de facas niveladoras e preparadoras, além de um desfibrador pesado tipo vertical (Tongaat).

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Opiniões One should bear in mind that there is a limit for the cell preparation rate, and that after reaching it one simply consumes machine power without any gain from opening the cells.

Crushing: Over time, many changes were made on the crushing mills, seeking more efficiency and to increase its resistance in light of a new work scheme.

One of the first accessories to be developed was a press and feeder roller, known by its type name “Senado”. Implemented in 1942, even nowadays it is widely used. In the 1930’s, the Werkspoor company added a small feeding roll above the one at the entrance and in front of the upper one.

This same idea was adopted by Fives-Lille, also on the self-regulating F-63s. In the 1970’s, the Africans developed the Feed Pressure Roll, whose diameter reached up to 80% of that of the crushing mill rolls and had a 20% higher peripheric speed. Today, they reach 100% of the mill diameters.

Diffuser: With the coming about of saccharose extraction from beet, other kinds of equipment were developed, given that beet has no fibers, only starch.

Thus, the diffuser was developed, which extracted saccharose from a fiber bed on a conveyor.

Because it is equipment easy to operate, with simpler and cheaper maintenance, several engineers tried to adapt it for the production of sugar and sugarcane.

Initially, there were several problems, including the fact that in the extraction, much non-sugar material was also extracted, mainly salts and potassium salt, which inhibits the crystallization of sugar.

Apart from the extraction of salts, the addition of lime in the process dissolves pectin, which has a disastrous effect on cooking and turbines, beyond the generation of other chemical problems, which are the dissolution products that render crystallization impossible.

With some of the problems solved and while achieving extraction of more than 98% (average bagasse pol of 0.8), the Diffuser became a serious contender of crushing mills for the production of ethanol.

Another limiting factor for use of the Diffuser on a grand scale is the fact that its flexibility in varying crushing is more reduced than in the case of crushing mills.

Nowadays, with the expansion of ethanol, all this additional volume of molasse resulting from the sugar production process is used for the production of ethanol, actually with higher yields of ethanol per ton of molasse. The major advantage of the cane Diffuser (and even of the crushing mills) in comparison with sugar mills, is the fact that beet has no fibers, resulting in that heavy oil is burnt in the process of making sugar and ethanol.

In view of such great diversity, in my opinion, one of the best options to put together an ideal set, both from the operational point of view and the perspective of maintenance easiness, along with the achieved results, would be to use five crusher sets comprising four drums each, driven by hydraulic or electric motors with planetary gears, equipped with a Donnelly chute, and preceded by two sets of levelers and preparer knives, in addition to a heavy shredder of the vertical type (Tongaat).

preparo e alimentação

Opiniões

recepção, alimentação e

preparo de cana Reception, feeding and sugarcane preparation

" em instalações onde há um menor número de ternos de moendas, um bom preparo pode suprir a deficiência na extração do caldo e alta moagem, a ponto de ser considerado como mais um terno " Jorge Petersen Diretor da Petersen Engenharia Director of Petersen Engenharia

Nas décadas de 1970/80, processava-se somente cana inteira, queimada no campo, numa safra que durava entre seis e sete meses e alcançava uma produção de aproximadamente 1,5 milhão de toneladas (350/400 TCH - toneladas de cana por hora).

Na década de 2000/10, teve início o processamento de cana picada crua, sem queima no campo, com colheita mecanizada, atingindo uma moagem horária da ordem de 800 a 1.200 toneladas de cana.

No início, a alimentação da cana era feita com a utilização de soluções primitivas, como mesas alimentadoras de recepção de cana únicas e conjugadas, com ângulos de inclinação de 6° a 15° no máximo e, às vezes, até com estrutura de madeira.

Na década de 1970, começaram a ser instaladas mesas conjugadas maiores, chegando a até 50°, tendo, como um dos objetivos, a lavagem mais eficiente da cana inteira queimada, com um menor consumo de água em relação às mesas anteriores.

Outro objetivo alcançado com as mesas alimentadoras maiores foi a acomodação da cana inteira na esteira metálica, ou seja, mais homogênea, com uma densidade da cana na esteira metálica entre 280 e 300 Kg/m3, muito superior à densidade anterior de 175 Kg/m3.

Buscando um melhor desempenho do desfibrador para o caso da cana inteira queimada ou crua,

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In the 1970’s and 1980’s, only whole stalk sugarcane was processed, burnt in the fields, in a harvest that lasted six to seven months and reached a production of approximately 1.5 million tons (350/400 tons of sugarcane per hour).

In the years 2000 to 2010, one began processing sound chopped sugarcane, without burning it in the fields, using mechanized harvesting, reaching an hourly crushing rate of about 800 to 1,200 tons of sugar.

In the beginning, feeding the sugarcane was done using primitive solutions, such as single and combined feeding tables in the cane reception area, with inclination angles of 6° to 15° maximum, and at times, even made of wood.

In the 1970’s, one began installing larger combined tables, with up to 50°, having as one objective the efficient washing of whole stalk burnt sugarcane, with less water consumption in comparison with the old tables.

Another objective achieved with larger feeding tables was to place the whole stalk sugarcane on the metallic conveyor, i.e., more homogenously, with cane density on the metallic conveyor between 280 and 300 Kg/m 3, much higher than the previous density of 175 Kg/m 3.

Seeking to achieve better performance of the shredder in processing sound or burnt whole sugar-

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preparo e alimentação são utilizadas, atualmente, mesas alimentadoras com ângulos de até 50º, dotadas de um nivelador de cana para regular a camada de cana na esteira metálica e de um adensador de cana, instalado na região superior do eixo de tração da mesa, após o nivelador.

Com isso, obtém-se um picamento da cana inteira alimentada da mesa para a esteira metálica, e uma alimentação sem falhas e mais homogênea, conseguindo uma automação de toda a recepção, alimentação e preparo de cana mais eficiente, com um menor consumo de potência, eliminando a necessidade do primeiro picador nivelador (esteira metálica). Esse procedimento garante um aumento comprovado de moagem entre 15 e 20%.

Com a instalação das mesas alimentadoras com ângulo de até 50º, com 13/14 metros de largura, faz-se o recebimento da cana inteira e picada na mesma mesa. A operação é feita por meio de tombador mecânico tipo hillo, com capacidade de 40, 50 ou 60 toneladas, com acionamento de motor elétrico e redutor.

No tocante à água, o protocolo ambiental está implantando mudanças radicais para a retirada das impurezas minerais e vegetais (terra, areia, palhiço) da cana, evidenciando a importância do sistema de limpeza a seco por ventilação, envolvendo a cana inteira ou picada, queimada ou crua.

O palhiço será enviado para a cogeração junto com bagaço no último terno de moenda.

Com respeito ao preparo, na década de 1970, a cana era picada e desfibrada somente com jogos de facas leves, com um desfibramento de baixo índice de abertura de células. Com a chegada ao Brasil de novos conceitos de facas e martelos da Deon Hullet, Tongaat e Maxcel, iniciou-se uma grande inovação nessas operações.

Na mesma época, para o acionamento de picadores e desfibradores, utilizavam-se motores a vapor verticais e turbinas a vapor de baixa pressão. Na década de 2000/10, entram em operação as turbinas a vapor de alta pressão ou motores elétricos – estes já em grande escala. A modernização do acionamento se fez necessária para melhorar o desempenho dos desfibradores, com o objetivo de elevar o índice de abertura de células para algo entre 92 e 94%. Em instalações onde há um menor número de ternos de moendas, um bom preparo pode suprir a deficiência na extração do caldo e alta moagem, a ponto de ser considerado como mais um terno.

Nas ampliações de unidades existentes, bem como na implantação de novos projetos, recomendo que os investimentos tenham como maior referência a relação custo-benefício, sempre considerando a opção escolhida como definitiva e não paliativa. Temos visto casos de novas usinas que já dão partida com problemas de equilíbrio entre as funções operativas primárias, criando gargalos que demandarão alto custo de rearranjo, buscando a adequação do balanço geral envolvendo a relação entre equipamentos e cada uma das etapas de todo o processo produtivo.

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Opiniões cane, currently what one uses are feeding tables with angles of up to 50º, equipped with a cane leveler to regulate the cane mat on the metallic conveyor and a cane thickener, installed in the upper part of the table’s driving shaft, subsequently to the leveler.

One thus obtains the chopping of the whole stalk sugarcane fed from the table into the metallic conveyor, and an errorless and more homogenous feeding, resulting in more efficient automation of the entire reception, feeding and preparation, with less power consumption, eliminating the need for the first cane knives set on the metallic conveyor. This procedure warrants a proven increase in crushing between 15 and 20%.

With the installation of feeding tables with angles of up to 50º, and widths of 13/14 meters, the process of receiving the whole stalk and chopped cane takes place on the same table. The operation is performed by means of a mechanical unloader hillo, with a capacity of 40, 50 or 60 tons, powered by an electric motor and speed reducer.

With respect to water, the environmental protocol is causing radical changes, to eliminate mineral and vegetal impurities (ground soil, sand, straw) from cane, showing the importance of the dry cleaning system that uses blowers, applicable to whole stalk or chopped, burnt or sound cane.

Straw will be sent for cogeneration, along with bagasse in the last three roller mill.

With respect to preparation, in the 1970’s, sugarcane was chopped and defiberized only with light sets of sugarcane knives, with a low rate of open cell shredding. With the introduction in Brazil of new knife and hammer concepts by Deon Hullet, Tongaat and Maxcel, major innovation began in these operations.

At that time, to drive cane knives and shredders, one used low pressure vertical steam engines.

In the years 2000 to 2010, high pressure steam turbines or electric motors came on stream – the latter on a grand scale. The modernization of the drives was necessary to improve performance of the shredders, for the purpose of increasing the open cells rate to about 92 to 94%. In installations with short tandems of mills, performing good preparation may overcome difficulties in extracting juice at high grinding rates, to the point of being considered another three rollers mill set.

When expanding existing units and implementing new projects, I recommend investments be made based on the cost-benefit ratio as the main criterion, while always viewing the chosen option as being definitive rather than palliative.

We have seen cases in which new mills start up already experiencing problems concerning the balance of primary operational functions, causing bottlenecks that will cost dearly to be done away with, while seeking to reach the overall balance between equipment and phases of the production process.

extração do caldo

Opiniões

nossas conquistas e os próximos

desafios

Our conquests and the next challenges

" o crescimento acelerado da moagem de cana com maior volume de palha e terra tem trazido o novo desafio de moer muito, extrair muito, garantir bom resultado a safra inteira e preservar ao máximo os equipamentos " Dimas Alfredo Barros Cavalcanti Diretor da Moex Director of Moex

Nos dias de hoje, temos compromissos cada vez maiores com a busca de resultados que não ficam mais somente na obtenção da excelência na capacidade de moagem e na extração – seja via moenda ou via difusor. Tornou-se imperativo pensar no meio ambiente, e, com isso, sacrifica-se a moagem e a extração.

A inconveniência da não queima da cana no campo e de sua não lavagem na indústria fez aumentar os desafios e as dificuldades para se atingirem as metas cada vez mais ambiciosas de moagem e de extração. Teremos que vencer mais essa fase. Afinal, não foi sem muita dedicação que o Brasil se tornou referência nesse setor de processamento da cana.

Até pouco tempo, vínhamos com incumbências de obter moagens cada vez maiores, seja em usinas existentes ou em novas unidades, sem poder baixar os índices de extração. Com isso, os chamados envenenamentos de equipamentos de preparo e moagem “pulularam” nas oficinas.

Nos últimos dez anos, passamos a incrementar desfibradores, aumentando suas velocidades periféricas, suas placas desfibradoras e seus tambores alimentadores em busca de índices de preparo (ou open cells) na casa dos 90% (subiram de 82/85% para 87/90% os de menor consumo de potência). Isso para ganharmos bastante extração no 1º terno (cerca de 4%) e um pouco na bateria como um todo (de 0,5 a 1,0%) e, ao mesmo tempo, para aumentar a capacidade de moagem da moenda. As moendas existentes sofreram upgrades e passaram a ter capacidade 60 a 70% maior, considerando uma mesma bitola. As instalações de unidades novas já passaram a levar incorporadas as melhorias nos equipamentos novos.

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Nowadays, we are increasingly committed to seeking results that are no longer restricted to achieving excellence in crushing capacity – whether by means of crusher or diffuser. It has become imperative to take the environment into consideration and in doing so one sacrifices the crushing and the extraction.

The inconvenience of not burning cane in the fields and not washing it inside the mills increased the challenges and the difficulties in reaching increasingly more ambitious targets in terms of crushing and extraction. We shall have to overcome this phase. After all, it was thanks to much dedication that Brazil became a reference in the area of sugarcane processing.

Until recently we sought to achieve increasingly more crushing volume, whether in the existing mills or in new units, while being unable to diminish extraction rates. As a consequence, many preparation and crushing equipment units in need of repair piled up in maintenance shops.

In the last ten years, we began to improve shredders, increasing their peripheral speeds, their shredder grids and their feed drums, seeking to achieve preparation indices (or open cells) at a rate of 90% (the less power consuming ones increased from 82/85% to 87/90%).

This was intended to achieve a high extraction rate in the first mill unit (about 4%) and a little in the overall mill tandem (from 0.5 to 1.0%), while simultaneously increasing the crushing mills’ crushing capacity. The existing crushing units underwent upgrading and reached higher capacities (60 to 70%), considering a same mill size. New installations have already incorporated improvements made to new equipment.

extração do caldo Os equipamentos de preparo e moagem ficaram grandes – as menores bitolas passaram a ser de 78” – na maioria dos novos empreendimentos, pois as usinas começaram a ser projetadas para moagens de 4 a 5 milhões de toneladas de cana por safra. Hoje, projetos com equipamentos de bitola de 90” e de 100” são comuns.

Já temos usina moendo 1.100 TCH e muitas preparadas para taxas desse calibre.

A moenda, mecanicamente falando, passou a ter maior confiabilidade como consequência de uma exigência cada vez maior do mercado. A entrada de industriais de outros ramos em nosso setor, como usuários dos equipamentos, ajudou no crescimento dessa exigência, e o desenvolvimento de materiais e sua maior aplicação acabaram reduzindo custos.

O uso dos acionamentos elétricos tornou-se econômica e tecnicamente viável, a eficiência térmica da usina melhorou, o consumo de vapor de processo reduziu e a eficiência das caldeiras e das turbinas de grande porte aumentou. Tudo isso permitiu a introdução de sistemas de acionamentos individuais nos rolos da moenda, que hoje permitem, além de uma versatilidade operacional fantástica e economia na manutenção da moenda, incremento significativo na extração (fala-se até em valores acima de 1%, o que achamos exagerado). Esse assunto não é aceito por todos, pois, no início, o sistema não trouxe grandes benefícios: havia falhas conceituais nos projetos elétricos de instalação dos inversores de frequência.

Outro avanço expressivo, além da eletrificação da moenda (inclua-se aqui o preparo), foi e tem sido a automação. Como as dificuldades operacionais vão ficando cada vez maiores, chegamos a condições em que, se não houver um sistema que auxilie e otimize os pontos e parâmetros importantes de serem mantidos dentro de faixas estreitas, fica impossível a obtenção de bons resultados.

Hoje, temos condição de manter a extração (em termos de volume) calibrada dentro da taxa necessária para se obter a produção de açúcar e de álcool desejada, independente das variações que ocorrem na qualidade da cana que entra na moenda (com mais caldo, menos caldo etc.).

Sistemas que controlam as velocidades dos rolos, flutuações dos rolos superiores, vazões das bombas de caldo e de embebição estão disponíveis para afinar a operação de extração e ajudar a mantê-la dentro do melhor valor possível durante toda a safra. Mas, voltando ao princípio, nos últimos três anos, o crescimento acelerado da moagem de cana com maior volume de palha e terra (por causa do meio ambiente) tem trazido o novo desafio de moer muito, extrair muito, garantir bom resultado a safra inteira e preservar ao máximo os equipamentos. Isso tem sido um grande desafio, pois a palha é danosa para a extração da moenda (um pouco) e para a extração do difusor (muito). A terra é danosa para a moenda (em termos de desgastes, com consequências na manutenção da boa extração ao longo da safra) e para o difusor (em termos de desgaste e em termos de extração a safra toda).

Portanto, o desenvolvimento requerido agora é o da separação ou diminuição da palha e terra da cana, no campo ou na indústria (muito tem sido feito nesse sentido com os sistemas de limpeza a seco), e o desenvolvimento de materiais e revestimentos de grande resistência ao desgaste.

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Opiniões Preparation and crushing equipment are bigger now – the smallest mill size is currently 78” – in most new projects, because mills are designed for crushing 4 to 5 million tons of sugarcane per harvest. Nowadays, equipment with nominal mill size of 90” and 100” is common. We already have mills crushing 1,100 tons of cane per hour and others ready to operate at this level.

From a mechanical point of view, crushing mills became more reliable as a consequence of increasing market demand. The entry of entrepreneurs from other industries in our sector, such as equipment users, helped foster this requirement, while the development of materials and their increasing application brought about a reduction in costs.

The use of electric drives became economically and technically feasible, thermal efficiency in mills improved, as did vapor consumption in the process and efficiency of large boilers and turbines. All this allowed installing individual roll drivers that nowadays achieve outstanding operational versatility and savings in the maintenance of crushing mills, a considerable increase in the extraction rate (references to values in excess of 1% we deem exaggerated). This matter is not universally accepted because, in the beginning, the system did not provide many benefits: there were conceptual errors in electric installation projects of frequency converters.

Another major improvement, apart from the electrification of the crushing mill (including preparation), has been, and still is, automation. Since such operational difficulties are constantly growing, we have reached a scenario in which, unless there is a system that assists and optimizes important aspects and parameters, so as to remain within narrow range, to attain good results will become impossible.

Nowadays, we are able to uphold extraction (in terms of volume) tuned to the required rate, so as to produce sugar and ethanol as planned, independently of variations in the quality of the sugarcane entering the crushing mill (more juice, less juice, etc.).

Systems that control mill rolls' speeds, the upper rolls' floatation, the pump juice and imbibitions flowing are available to fine tune extraction and keep it at the best rate possible throughout the entire harvest. However, going back to the beginning, in the last three years, the accelerated growth in crushing sugarcane with large volumes of straw and earth (because of the environment) has presented the new challenge of crushing a lot, extracting a lot, warranting a good result during the entire harvest, and preserving equipment for as long as possible. This has been a major challenge, because straw is damaging the extraction of the crushing mill (a little) and the extraction of the diffuser (a lot). Earth is damaging to the crushing mill (in terms of wear, with consequences for upholding a good extraction during the harvest) and to the diffuser (in terms of wear and extraction during the entire harvest).

Therefore, the development needed now is to separate or diminish straw and earth from sugarcane, in the fields or in the mills (a lot has been done in this regard with the dry cleaning systems) and the development of materials and linings highly resistant to wear.

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extração do caldo

Opiniões

um setor maduro A mature sector

No segundo semestre de 1973, uma nova técnica de extração de caldo de cana por moagem chegou ao Brasil, provocando dúvidas em muitos, enfrentando a oposição de outros, além da falta de colaboração dos principais construtores de equipamentos da época, mas teve grande aceitação pelas usinas. Por trás dessa iniciativa, se encontravam Jorge Wolney Atala, Pierre Chenu e Deon Hulett, que, desde suas áreas de atuação, uniram as decisões e o trabalho para implantar em nossas usinas as técnicas já utilizadas na Austrália e na África do Sul. Apesar de esses países serem reconhecidos pelas melhores extrações, seus resultados não competiam com os métodos cubanos utilizados na Flórida em relação à quantidade de cana moída, que era o principal objetivo de nossos usineiros. Nessa época, nossas usinas mal conseguiam moer a cana e menos ainda se preocupavam com a extração obtida.

Essa nova técnica preconizava: preparo de cana com desfibrador, alimentação de cana com Donnelly, instalação de rolo de pressão, embebição composta por água quente e retorno direto sem passar por cush-cush, utilização de frisos de 2” e 1 ½” com ângulo de 35º e aplicação de solda nos flancos e cristas dos frisos. Com o passar do tempo, a adoção dessa proposta foi sendo ampliada e acabou trazendo como resultado imediato a melhoria da extração e, em seguida, como efeito colateral, o aumento de moagem.

Com a implantação do Proálcool, que incentivava o aumento da produção de álcool com objetivo de enfrentar a primeira crise do petróleo, passou-se a exigir aumentos significativos de moagem, em alguns casos, ultrapassando a cifra de 100%. Tal demanda foi atendida pela mesma tecnologia em implantação, aliada ao cultivo da nova variedade de cana NA5679. Como explica o Engenheiro José Marcos Lorenzeti: “Essa variedade foi um marco que se destaca na história da agroindústria pelas suas qualidades tanto agronômicas como industriais, destacando-se sua precocidade, o que fez aumentar significativamente a capacidade anual de produção das instalações industriais”.

Essa tecnologia contribuiu para o êxito do programa governamental de alimento da produção de álcool, pois não exigiu significativos investimentos em novas moendas, permitindo direcionar os recursos para as destilarias. Atualmente, após muitos quilômetros rodados e várias dificuldades pelo caminho, reputo o êxito do aumento da ex-

" podemos afirmar que o nível alcançado pela área de extração de caldo do setor sucroenergético já não é o de um país em desenvolvimento " Sidnei Brunelli

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Diretor da Empral Piracicaba Director of Empral Piracicaba

In the second half of 1973, a new technique in sugarcane juice extraction by crushing arrived in Brazil, bringing about doubts in the minds of some and the opposition of others, along with the lack of cooperation of the main equipment builders at the time, but was widely accepted by sugar mills. The persons behind this initiative were Jorge Wolney Atala, Pierre Chenu and Deon Hulett, who, based on their fields of activity, combined decisions and work to implement in our mills the techniques already used in Australia and South Africa. Although these countries were acknowledged for their better extraction methods, their results did not compete with the Cuban methods applied in Florida, in terms of the quantity of crushed cane, which was the main objective of our mill owners. At the time, our mills could hardly crush sugarcane, not to mention their inability to even think about conducting any extraction.

This new technique consisted of: sugarcane preparation with shredder, sugarcane feeding with Donnelly, press roller installation, compound imbibition with hot water and direct return without passing through the cush-cush, utilization of 2” and 1 ½” grooves with a 35º angle and weld application on groove flanks and tops. Over time, the adoption of this proposal was expanded and as an immediate result produced an improvement in extraction, and subsequently, as a side effect, the increase in crushing.

With the implementation of the “Proálcool” program, which fostered the production of ethanol for the purpose of facing the first oil crisis, significant increases in crushing capacity were required, in some cases in excess of 100%.

Such demand was met with the same technology that was being implemented, along with the cultivation of the new NA5679 sugarcane variety. In the words of Engineer José Marcos Lorenzeti: “This variety was a mark that stands-out in agro-industry history due to its agronomic and industrial qualities, with emphasis on its precociousness, which greatly contributed to increase annual production capacity of industrial installations”.

This technology contributed to the success of the government’s ethanol production incentive program, given that it did not require significant investments in new crushing mills, allowing to direct investments to distilleries. Nowadays, with a lot of mileage accumulated on this road and a number of difficulties faced in the process,

extração do caldo tração em conjunto com a quantidade de cana moída ao cultivo da variedade NA5676, que, sem que soubéssemos ou exigíssemos, possuía uma excelente moabilidade. No início da década de 80, essa variedade chegou a representar 50% da cana plantada no estado de São Paulo. Porém, devo admitir que falhei nas previsões que apresentei em uma palestra no ano de 2002. Minha ideia consistia em que a corrida por ainda maiores moagens em detrimento da extração seria superada, e que os administradores se preocupariam em suprir o setor com mão de obra especializada, com engenheiros e técnicos especialmente formados.

Capacidade de Moagem: O novo panorama trouxe consigo a necessidade de revisão das fórmulas tradicionais, empíricas, utilizadas para o cálculo da capacidade de moagem, que já não atendiam à técnica empregada. Após estudos teóricos e práticos, desenvolvemos uma nova fórmula, publicada originalmente no Boletim Técnico da Copersucar 14-81, em 1981, em que, onde: Rolo: L: comprimento - m D: diâmetro - m n: rotação - rpm Cana: f : fibra - % d: densidade - ton/m3

Opiniões I stress the success achieved in increasing extraction, along with the volume of crushed cane, through to the cultivation of variety NA5676, which, without our knowing it or requiring it, turned out to be easily crushable. In the early 80’s, this variety had come to represent 50% of the sugarcane planted in the State of São Paulo. However, I must admit I was wrong in predictions of the future presented in a lecture in 2002. I believed the race towards even bigger crushing mills, as opposed to extraction, would be overcome, and that managers would be concerned about supplying qualified labor to the industry, with engineers and technicians specially trained for that intent.

Crushing Capacity: With the new scenario came the need to review traditional, empirical formulas used to calculate the crushing capacity, which no longer suited the technique then employed. Following theoretical and practical studies, we developed a new formula, originally published in Copersucar’s Technical Bulletin 14-81 in 1981, in which: Roller: L: length - m D: diameter - m n: rotation - rpm Cane: f : fiber - % d: density - ton/m3

Pode-se observar que, além das formas geométricas da moenda (D, L e n), a fibra tem pouca influência no resultado, inclusive aumentando a capacidade com seu crescimento.

Por outro lado, a densidade da cana no fundo do Donnelly é o item que possui maior influência na capacidade.

Portanto, é muito importante cuidar dos fatores que influem na densidade, como a altura da cana no Donnelly, a morfologia de cana (variedade, maturação, isoporização, etc) e as impurezas vegetais. Esse último fator é extremamente importante e deve ser considerado quando se propõe a não queima da cana – um teor de impureza de 8% pode reduzir a moagem em até 15%.

Dessa forma, não procede a afirmação que comumente se ouve de que a moagem diminuiu porque o teor de fibra aumentou durante a safra. Isso pode acontecer, mas devido a outros fatores que diminuíram a densidade da cana.

Extração: A extração do açúcar contido na cana é definida pela fórmula: Açúcar da Cana menos Açúcar do Bagaço dividido pelo Açúcar da Cana, que pode ser expressa na Fórmula 2 (para umidade de bagaço de 50%). A Fórmula 3 define a qualidade da matéria-prima.

One can observe that in addition to the crushing mill’s geometric forms (D, L and n), fiber has little influence on the result, actually increasing capacity as it increases. On the other hand, sugarcane density at the bottom of Donnelly is the most determinant item for capacity.

Therefore, it is very important to consider the factors that influence density, such as the height of sugarcane in the Donnelly, the morphology of the sugarcane (variety, maturation, kind of fiber, etc.) and vegetal impurities. This latter factor is extremely important and must be considered when proposing to not burn the sugarcane – impurity content of 8% can reduce crushing by up to 15%.

Therefore, the commonly heard statement whereby crushing decreased because fiber content increased during the crop, is not true. This may happen, but for other reasons that caused sugarcane density to decrease.

Extraction: The extraction of sugar contained in sugarcane is defined by the Formula: Sugar from cane minus Sugar from bagasse, divided by Sugar from cane, which can be expressed by Formula 2 (for bagasse humidity of 50%).

Formula 3 defines the quality of the raw material.

Considerando a prática proveniente de muitas safras analisando extração, fibra, pol %cana e pol %bagaço, nos é permitido concluir que a pol %bagaço permanece a mesma em moendas bem operadas, sem variar com a qualidade da matéria-prima (K), como mostrado no gráfico em destaque, no qual podemos ver que, para uma mesma pol%bagaço de 1,75, isto é, independentemente do trabalho da moenda, a extração poderá ser de 95% ou de 97,5%, conforme a qualidade da matéria-prima. Dessa forma, não faz sentido a comparação entre moendas de diferentes safras ou de diferentes usinas utilizando somente a extração sem referir-se à qualidade da cana.

In light of experience obtained in many crops analyzing extraction, fiber, pol %cane and pol %bagasse, we may conclude that the pol %bagasse stays the same in well-operated mills, and does not vary with the quality of raw material (K), as shown on the graph. There we can see that for the same pol %bagasse of 1.75, i.e., independently of the functioning of the mill, extraction may be at 95% or 97.5%, depending on raw material quality. Therefore, it makes no sense to compare between the crushing in different harvests or different mills, using only extraction, while not specifying sugar cane quality.

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extração do caldo Usina Atual: Evoluímos muito desde a chegada das novas técnicas, em 1973, principalmente em relação à oferta de equipamentos, o que nos permite a execução de uma instalação de extração de caldo de forma compacta, com poucos e robustos equipamentos de grande confiabilidade acionados eletricamente, minimizando a manutenção e o consumo de energia. Como exemplo, cito uma instalação para cana picada com: • dois pontos de recepção de cana, compostos por um hilo de 45 toneladas ou mais, um transportador metálico de 2,5 x 25 m e limpeza a seco com processamento da palha; • um transportador de correia que alimenta diretamente uma calha que, por sua vez, alimenta o desfibrador; • um Desfibrador Vertical Único (DVU), não sendo precedido por nenhum rotor; • um transportador de correia para cana desfibrada que alimenta o Donnelly do 1º terno; • um conjunto de dois ternos de moenda 1450 x 2500 + quatro ternos 1350x2300.

Essa instalação nos permite moer 1.400 TCH ou 6.000.000 TCSafra. Podemos afirmar que o nível alcançado nessa área já não é o de um país em desenvolvimento.

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Opiniões Today’s Mill: We have come a long way since the new techniques arrived in 1973, mainly with relation to the supply of equipment, which allows us to set-up a juice extraction unit in a compact manner, involving few but sturdy and highly reliable equipment units, driven electrically, thereby minimizing maintenance and energy consumption.

As an example, I refer to a chopped cane installation with: • two points for sugarcane reception compound with a hilo crane of 45 tons or more, a metallic conveyor of 2.5 x 25 m and dry-cleaning system with a vegetation impurities processing; • a conveyor belt that feeds a chute directly, which in turn, feeds a shredder; • a Vertical Shredder only, not preceded by a rotor; • a conveyor belt for shredded cane that feeds the Donnelly of the first mill; • a set of two tandem mills 1450 x 2500 + four tandem mills 1350x2300.

This installation allows us to crush 1400 TCH or 6 million TC/Crop. We can state that the level reached in this area is no longer that of a developing country.

preparo do caldo

tratamento do caldo Juice treatment

Podemos dividir a indústria atual em duas partes principais: a boca e o estômago. A boca é constituída pela moenda ou pelo difusor. O estômago é constituído pelos equipamentos que vão transformar a sacarose e os açúcares redutores extraídos da cana em açúcar e/ou etanol. O sistema de tratamento de caldo, a primeira parte do estômago, deve entregar o caldo tratado para as etapas seguintes do processo com o mínimo consumo de energia. O objetivo do sistema de tratamento é remover do caldo os elementos indesejáveis, os quais podem ser resumidos em: micro-organismos, impurezas insolúveis, impurezas solúveis e água. A eficiência de remoção desses elementos é avaliada medindo-se, respectivamente, a contagem de colônias, a turbidez, a cor e o brix.

Os micro-organismos indesejáveis são removidos pelo aumento da temperatura, razão pela qual o aquecimento do caldo é a primeira etapa do tratamento. No futuro próximo, a necessidade de atendermos às Normas Regulamentadoras do Ministério do Trabalho (NR-8, NR-12, NR-33, entre outras) vai resultar em sistemas de limpeza CIP automáticos. Nesse contexto, trocadores de calor a placas deverão ser mais utilizados, principalmente os do tipo selado e que podem receber várias fontes de aquecimento para economia de energia, inclusive vapor vegetal de baixa temperatura sob vácuo. Antevemos também o uso de trocadores projetados para recuperar o calor perdido na autoevaporação (flash) do caldo.

We can currently divide the industry in two main parts: mouth and stomach. The mouth includes the mill or the diffuser. The stomach includes the equipment that transforms saccharose and reducing sugars extracted from sugarcane into sugar and/or ethanol. The juice treatment system, the first part of the stomach, must deliver the treated juice to the subsequent process phases with minimum energy consumption. The purpose of the treatment system is to remove undesired elements from the juice, which in short are: microorganisms, insoluble impurities, soluble impurities and water. The efficiency in removing these elements is measured, respectively, by counting the number of colonies, turbidity, color and brix.

Undesired microorganisms are removed by increasing the temperature, which is why heating the juice is the first treatment phase. In the near future, the need to comply with Regulatory Norms of the Ministry of Labor (NR-8, NR-12, NR-33, among others) will result in automatic CIP (Cleaning in Place) systems. In this context, plate heat exchangers will be increasingly used, mainly of the sealed type that can receive heat from several sources, to save energy, including low temperature vegetable vapor under vacuum. We also foresee the use of heat exchangers designed to recover heat lost by flash evaporation from the juice.

" o produto que surge como alternativa para um futuro próximo é o ozônio, com promessas de reduções significativas nos custos de produção e de manutenção a serem confirmadas na prática " Celso Procknor Presidente da Procknor Engenharia President of Procknor Engenharia

As impurezas insolúveis têm sido removidas ou por sedimentação (com brix baixo), ou por flotação (com brix alto), o que deve continuar no futuro próximo, utilizando-se clarificadores sem bandejas, com baixo tempo de residência. Estão em estudo alternativas usando-se membranas ou centrífugas horizontais (decanter). Membranas que suportam temperaturas mais elevadas são caras, e as que trabalham com limite de temperatura não são indicadas devido ao risco de contaminações. Ambas consomem muita energia elétrica e produtos químicos para sua regeneração, ficando as impurezas no “retido”, cujo destino deve ser equacionado caso a caso. Centrífugas horizontais também são caras e consomem muita energia elétrica, devendo ser testadas como foram as membranas.

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Insoluble impurities have been removed either through sedimentation (low brix) or by flotation (high brix), which are expected to continue in the near future using trayless clarifiers and short residence times. The alternatives under study are the ones that use membranes or horizontal centrifuges (decanters). Membranes that support higher temperatures are expensive, and the ones that work with temperature limits are not recommended due to the risk of contamination. Both consume a lot of electrical power and chemical products in their regeneration, with the impurities being retained in the retentate, whose destination must be worked out case by case. Horizontal centrifuges are also expensive and consume a lot of electrical power, and need to be tested just as the membranes were.

Opiniões Ambas as alternativas removem bem a turbidez, mas não removem cor. Os equipamentos tipo “turbo-filtro” para remoção de turbidez “fina” após a sedimentação são a melhor escolha no momento. O melhor processo para a remoção de impurezas solúveis é a cristalização, a qual ocorre no sistema de cozimento. Mas parte da cor pode ser removida antes no sistema de tratamento (sedimentação ou flotação) pela adição de produtos químicos que tornam parte das impurezas solúveis em impurezas insolúveis. O elemento químico mais barato para essa finalidade é o enxofre, aplicado na forma de SO2. Embora exista pressão dos compradores pelo banimento do enxofre no processo, até os melhores vinhos franceses têm na sua composição sulfito como conservante.

O importante é manter o teor de sulfito no produto final dentro dos limites da legislação e adotar na indústria sistemas automáticos de segurança para evitar a emissão acidental de SO2 à atmosfera. O produto que surge como alternativa para um futuro próximo é o ozônio, com promessas de reduções significativas nos custos de produção e de manutenção a serem confirmadas na prática.

A turbidez removida por sedimentação encontra-se no lodo, que deve ser filtrado. Na filtração, a prensa desaguadora tem ocupado cada vez mais o lugar do tradicional filtro rotativo a vácuo, e essa tendência deve continuar. A centrífuga horizontal poderá ser testada nessa aplicação, embora tenha um custo inicial mais elevado e um maior consumo de energia elétrica. A remoção de água deve ser feita por evaporação até se atingir o brix necessário para a produção de açúcar ou de etanol. Um desafio no futuro próximo será atender às NR’s do MT acima citadas. Terão preferência os equipamentos que permitam a limpeza automática com sistema CIP, sem colocar em risco a segurança dos trabalhadores. Provavelmente, a eficiência da limpeza deve diminuir, resultando na necessidade de maior superfície de troca térmica a ser instalada, e de materiais cuja limpeza seja mais fácil. Outro desafio será evitar a degradação de açúcares, com o consequente aumento da cor no caldo. A degradação de açúcares ocorre por uma combinação de brix, temperatura e tempo de residência elevados nos equipamentos. A tendência de se fazer muita sangria no primeiro e segundo efeitos da evaporação vai continuar, para economizar vapor de processo e assim exportar o máximo de energia elétrica. Essa sangria elevada significa caldo com brix e temperatura mais altos, aumentando o risco de degradação de açúcares.

Dessa maneira, será vantajosa a utilização de evaporadores que apresentem baixos tempos de residência e baixa elevação do ponto de ebulição. Independentemente do projeto dos evaporadores propriamente ditos, serão indispensáveis sistemas de monitoramento e de automação mais avançados, visando controlar com precisão brix e temperatura. A evaporação é uma “fábrica de água”, e, assim, separadores de arraste eficientes deverão ser incorporados para, além de evitar perdas, facilitar o uso dos condensados. O vapor vegetal do último efeito passará a ser condensado em trocadores indiretos (condensador evaporativo), visando reduzir o impacto no meio ambiente. Para remoção de turbidez do xarope após a evaporação e quando necessário, têm sido testados sistemas de filtração visando substituir o processo de flotação, no qual parte da cor é também removida. Não temos conhecimento de que tais sistemas tenham sido aprovados na prática. Para economizarmos vapor de processo, cada vez mais vamos trabalhar com brix no xarope perto de 70%, e a filtração do xarope mais denso e mais viscoso será sempre complicada.

Both alternatives do away with turbidity quite well, but not with color. Turbo-filter type equipment to remove “fine” turbidity after sedimentation is currently the best choice. The best process to remove soluble impurities is crystallization, which takes place in the boiling house. Some of the color can be removed earlier in the treatment system (sedimentation or flotation) by adding chemical products that transform some of the soluble impurities into insoluble impurities. The cheapest chemical element for this purpose is sulphur, used as SO 2.Although buyers pressure for outlawing sulphur in the process, even the best French wines have sulphite as a conservant in their composition. It is important to keep sulphite content in the end product within the legal limits and to adopt automatic safety systems in the industry to avoid accidental SO2 emissions to the atmosphere. The alternative product for the future is ozone, which signals significant production and maintenance cost reductions that will need to be proven in practice.

Turbidity removed by sedimentation is to be found in the mud that must be filtered. In filtration, the belt press has increasingly been replacing the traditional rotating vacuum filter, a trend that is expected to continue. A horizontal centrifuge may be tested in this application, although its initial cost and electrical power consumption are higher.

The removal of water must take place through evaporation until reaching the necessary brix for producing sugar and ethanol. A challenge for the future is to meet the Ministry of Labor’s Regulatory Norms referred to above.

The preferred equipment will be of the type that allows cleaning using the automatic CIP system, while not jeopardizing workers’ safety. Probably, cleaning efficiency will decrease and will result in the need for a larger heat exchange surface being installed, and the use of easier to clean materials. Another challenge will consist of avoiding the degradation of sugars, with the consequent increase in color in the juice. The degradation of sugars results from a combination of high brix, temperature and residence times in equipment.

The trend toward high vapor bleeding in the first and second evaporation effects will continue, so as to save vapor in the process and thus get maximum surplus electric power. This high vapor bleeding means juice with higher brix and temperature, increasing the degradation risk of sugars.

Thus, it will be advantageous to utilize evaporators with short residence times and small boiling point elevation.

Regardless of the design of the actual evaporators, more advanced automation monitoring systems will be essential, for the purpose of precisely controlling brix and temperature. Evaporation thus becomes a “water factory” and therefore efficient entrainment separators must be included in the process in order to facilitate the use of condensate, while avoiding losses. Vegetal vapor from the last effect will then be condensed in indirect heat exchangers (evaporation condenser), aimed at reducing the impact on the environment. To remove turbidity from the syrup after evaporation whenever necessary, filter systems have been tested, intended to replace the flotation process, in which some of the color is also removed. We are unaware of whether such systems have been approved in the field. To save vapor in the process, we will increasingly operate with syrup with a brix close to 70%, bearing in mind that the filtration of more dense and more viscous syrup will also be a challenge.

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preparo do caldo

Opiniões

tratamento de caldo:

indispensável para uma boa produção Treatment of juice: essential for the quality of production

A qualidade da cana-de-açúcar influencia a condução do tratamento de caldo a ser realizado, principalmente pelo aumento do processamento de cana crua picada, devido ao corte mecanizado, que leva muito mais impurezas minerais e vegetais para dentro da indústria, tornando ainda mais conveniente o procedimento de um adequado tratamento.

A purificação do caldo objetiva a obtenção de um líquido claro e límpido, através da eliminação das impurezas dissolvidas e, em suspensão, presentes na solução diluída de sacarose. As principais etapas são o peneiramento (remoção de impurezas grosseiras), o aquecimento (aumento da velocidade das reações e esterilização do caldo) e a clarificação (eliminação das impurezas coloidais e insolúveis).

A importância do tratamento de caldo para a produção de açúcar e, principalmente, de etanol divide opiniões entre os especialistas do setor sucroalcooleiro desde o início do Proálcool. Havia projetos que abordavam como operações do tratamento de caldo para a produção de etanol o aquecimento e a decantação, e outra linha de pensamento, recomendava o envio direto de caldo, previamente filtrado ou peneirado, para a fermentação, mas foi comprovada sua baixa eficiência comparada ao tratamento de caldo. Do ponto de vista da produção de etanol, o aquecimento minimiza a contaminação microbiana, resultando em um aumento na eficiência e a viabilidade do fermento. A clarificação elimina impurezas grosseiras (bagacilho, areia) reduzindo o desgaste dos

" O decantador semirrápido tem se consolidado como ótima opção em decantação tanto para a produção do etanol quanto do açúcar " Luiz Antonio Manfrim Diretor da Sucrana Tecnologia Director of Sucrana Tecnologia

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Sugarcane quality influences how the treatment of juice is carried out, mainly because of the increase in the processing of chopped sugarcane using machinery, which results in more mineral and vegetal impurities entering an industrial plant, thus making it even more worthwhile to bring about appropriate treatment.

Purification of the juice seeks to obtain a clear and transparent liquid, by eliminating dissolved and in suspension impurities that are present in the diluted saccharose solution. The main phases are sieving (removal of gross impurities), heating (increase of juice reaction speed and sterilization) and clarification (elimination of colloidal and insoluble impurities).

The importance of the juice treatment in sugar production, and chiefly, ethanol production, has divided the opinions of specialists in the sugar and ethanol industry since the beginning of “Proálcool” (a Brazilian national ethanol program). There were some projects that focused on heating and clarification as means of juice treatment for the production of ethanol, while in others the line of thought recommended to send the juice directly, previously filtered or sieved, for fermentation. However, it was proved that this alternative was less effective than the juice treatment method. From the perspective of ethanol production, heating minimizes micro-bacterial contamination, which results in an increase in efficiency and renders the ferment feasible. Clarifi-

preparo do caldo equipamentos e as incrustações, aumentando a capacidade de produção e facilitando a recuperação do fermento. As eventuais impurezas existentes no caldo também entopem os bicos das centrífugas separadoras de fermento, resultando em grandes perdas de fermento. A eliminação de partículas coloidais reduz a formação de espuma durante a fermentação e auxilia na recuperação do fermento. Além disso, há a preservação de nutrientes, vitaminas, açúcares, fosfatos, sais minerais e aminoácidos livres, necessários ao metabolismo das leveduras.

Com relação à produção de açúcar, o tratamento do caldo elimina as impurezas (terras, bagacilhos e materiais corantes) que interferem na qualidade final do açúcar, como: cor, resíduos insolúveis, cinzas, entre outros. Resumidamente, a clarificação consiste em adicionar enxofre, leite de cal e polímero ao caldo, aquecer e sedimentar para a remoção dos materiais estranhos que possam afetar a fabricação do açúcar. O desejo de se produzir um açúcar de melhor qualidade tem motivado várias usinas açucareiras a procurarem outros métodos de clarificação do caldo, como por exemplo a substituição do enxofre por carbonatação, por ozônio ou outros clarificantes.

Um dos principais equipamentos do tratamento de caldo é o decantador, responsável pela separação das impurezas presentes no caldo, que depende do controle de pH, da temperatura e de cana de boa qualidade. Além destes cuidados operacionais, o tipo de decantador a ser utilizado proporciona características diferentes no processo de clarificação, que podem alterar a eficiência e custo na decantação.

Ao longo dos anos, temos procurado identificar os problemas técnicos relacionados à decantação, bem como dar suporte à solução destes. Aliando as vantagens dos decantadores convencionais com bandeja e dos decantadores rápidos sem bandeja, desenvolveu-se um novo tipo de equipamento: decantador semirrápido.

Esse equipamento possui um tempo de retenção intermediário (1,5 hora) quando comparado ao decantador rápido sem bandejas (1,0 hora) e ao convencional com bandejas (2,5 horas), que evita perdas por inversão de sacarose. Outra vantagem desse equipamento é a sua excelente estabilidade quanto às variações de fluxo e ao baixo consumo de polímero.

Evita também o excesso de cálcio, que inibe a fermentação por não necessitar de grande adição desse coagulante, além de minimizar a infecção do caldo por possuir poucos pontos mortos. Ele possui custo de instalação intermediário em comparação a outros tipos de decantadores, devido ao baixo número de bandejas (comparado ao decantador convencional). Além disso, pode-se aplicar esse sistema em decantadores convencionais, aumentando suas capacidades.

O decantador semirrápido tem se consolidado como ótima opção em decantação, tanto para etanol quanto para açúcar, o que pode ser comprovado por unidades que têm optado por sua utilização tanto em ampliações como nas implantações de novas plantas. O tratamento de caldo é uma etapa fundamental do processamento de cana para a obtenção de produtos finais com qualidade e eficiência, devendo ser procedido com a utilização de equipamentos apropriados para cada produção e de controle rígido do processo.

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Opiniões cation eliminates gross impurities (fine bagasse, sand) reducing equipment wear and inlays, increasing production capacity and the recovery of ferment. Possible impurities in the juice also clog up the ferment separator centrifuges’ nozzles, resulting in major losses of ferment. The elimination of colloidal particles reduces the formation of foam during fermentation and helps in the recovery of ferment. Furthermore, the preservation of nutrients, vitamins, sugars, phosphates, mineral salts and free amino acids occurs, which is necessary for the metabolism of yeasts.

Regarding the production of sugar, juice treatment eliminates impurities (soil, fine bagasse and coloring material) that interfere in sugar quality. For example: color, insoluble residues, ash, among others. In short, clarification consists of adding sulphur, lime milk and polymers to the juice, then heating and sedimenting it to remove unwanted materials that may affect the production of sugar. The objective of producing better quality sugar has encouraged several sugar mills to search for other juice clarification methods, such as the replacement of sulphur by carbonation, ozone or other clarificants.

One of the main juice treatment equipment is the clarifier, which separates the impurities in the juice, which depends on the control of pH, sugarcane temperature, and good sugarcane quality. Apart from such operational controls, different types of clarifiers used result in different characteristics in the clarification process that may change the efficiency and cost of the decanting process.

Over the years, we have sought to identify technical problems associated with clarification, and to offer support in solving them. Combining the advantages of conventional tray clarifiers with fast clarifiers without trays, this resulted in a new type of equipment: semi-fast clarifier.

This equipment has an intermediary retention time (1.5 hours) when compared with a fast clarifier without trays (1.0 hour), and a conventional one with trays (2.5 hours), which avoids losses resulting from saccharose inversion. Another advantage of this equipment is its excellent stability in terms of flow variations and low polymer consumption.

It also avoids excessive calcium, which inhibits fermentation because it does not require adding much of this coagulant, and it also minimizes the contamination of the juice, given that it has few dead spots. It has an intermediary high installation cost, compared with other types of clarifiers, because of the reduced number of trays (compared with a conventional clarifier). In addition, this system can be used in conventional clarifiers, increasing their capacity.

The semi-fast clarifier has consolidated as an excellent option for the clarifying process, both for ethanol and sugar production, a fact proved in units that opted to use it in industrial expansions or in setting up new mills.

The juice treatment is an essential step in processing sugarcane to obtain quality and efficient end products, and one should go ahead and use the most appropriate equipment for each production scenario, while implementing strict process controls.

cozimento

cozimento Crystallization

" Antigamente, o cozimento era considerado uma arte e não eram muitos os operadores privilegiados para essa função. O conhecimento obtido por esses operadores, ao longo de muitos anos, não era facilmente divulgado. " Helgo Paul Hermann Ackermann Diretor da Iprosucar Consultoria e Engenharia Director of Iprosucar Consultoria e Engenharia

O objetivo do cozimento se concentra basicamente na produção de cristais de sacarose de determinado tamanho e uniformidade. Em condições práticas, esse objetivo é atingido em menor ou maior grau de precisão, dependendo do processo de cozimento adotado.

Antigamente, o cozimento era considerado uma arte, e não eram muitos os operadores privilegiados para essa função. O conhecimento obtido por esses operadores, ao longo de muitos anos, não era facilmente divulgado. Técnicos e engenheiros, inclusive com níveis elevados de instrução e experiência, não tinham facilidade de acesso à arte de cozimento.

Hoje em dia, o cozimento segue leis da ciência perfeitamente quantificáveis e reprodutíveis.

O processo de cozimento tem sua grande importância no tocante ao aspecto da qualidade do açúcar produzido. Vários procedimentos são utilizados atualmente com essa finalidade: • granagem com semente criteriosamente preparada e condução correta do cozimento; • utilização de vapor vegetal dos 2º e/ou 3º efeitos da evaporação, que exige maior capacidade dos cozedores, mas com obtenção de maior uniformidade no tamanho dos cristais; • emprego de agitadores, visando promover melhor circulação da massa cozida no cozedor, vantajoso para cozimentos de massas cozidas de menor pureza; • processo de refundição de magma ou seed magma, quando se trata de produzir açúcar branco de cor < 140 Icumsa, principalmente quando se exige produção de açúcar branco a partir de caldo extraído em difusores.

Outras inovações tecnológicas nos setores de cozimento e centrifugação que beneficiam marcantemente a operação de cozimento em uma usina: • utilização de cozimento contínuo em cozedores, que podem ser classificados em equipamentos já fabricados para essa função e outro que contempla interligações de cozedores descontínuos existentes para a função de cozimento contínuo em cascata horizontal; • utilização de condensadores de alta eficiência, com a vantagem da redução da quantidade de água de resfriamento em função do melhor approach de temperatura, além de melhoria na automação do sistema; • lavagem das centrífugas de açúcar com mel rico (mel de alta pureza), visando à redução de dissolução de

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The objective of crystallization essentially focuses on the production of saccharose crystals of certain sizes and uniformity. In practice, this objective is achieved to a greater or lesser degree of precision, depending on the adopted crystallization process.

Crystallization used to be viewed as an art and there were not many distinguished operators to do this job. Knowledge obtained by such operators over the years was not easily publicized. Technicians and engineers, with higher education and experience, lacked easy access to this art. Nowadays, crystallization follows scientific laws that are very well quantifiable and applicable.

The crystallization process’ major importance lies in the quality of the produced sugar. Several procedures are nowadays used for that purpose: • seeding with the slurry being carefully prepared and the crystallization done properly; • use of vegetal vapor of the 2nd and 3rd evaporation effects, requiring higher capacity of the boiling pans, resulting in more uniform crystal sizes; • use of stirrers, to achieve the better circulation of the massecuite in the boiling pan, which is advantageous for boiling of massecuites of lower purities; • the remelt magma (or seed magma) boiling process when producing white sugar (< 140 Icumsa), mainly from juice extracted by diffusers.

Other technological innovations in the boiling house and centrifugation areas that are greatly beneficial to the crystallization operation in a mill; • utilization of continuous crystallization in boiling pans, which can be classified as equipment already manufactured for that purpose and another that interconnects existing non continuous batch pans to a continuous crystallization in a horizontal cascade; • utilization of high-efficiency condensers, with the advantage of reducing the volume of cooling water, by “setting” better approach of temperature, in addition to improving the system’s automation; • washing sugar centrifuges with syrup wash layer (white run off), to reduce crystal losses and

Opiniões cristais e recirculação de sacarose no processo, resultando em economia no consumo de vapor de processo; • aquecimento de méis na saída das centrífugas para a dissolução dos cristais arrastados durante a centrifugação da massa A, em substituição à dissolução por meio de água quente, evitando, assim, introduzir água no processo. Algumas das tecnologias citadas serão discorridas com maiores detalhes a seguir.

Refundição de magma: uma das principais causas que dificultam a obtenção de açúcar branco nos níveis de cor < 140 Icumsa em usinas com extração por difusores de cana é o maior teor de corantes no caldo misto. Isso se deve ao maior tempo de retenção, da ordem de 50 a 60 minutos, e temperaturas de 75 a 80ºC no difusor. A formação de matérias corantes é significativamente maior do que em usinas com extração em moendas, especialmente quando a cana contém quantidade apreciável de folhas e palha (trash). Na média, o caldo misto de difusores tem cor de 30 a 35% maior que o caldo de moendas. Por outro lado, devido à ação filtrante do leito de bagaço no difusor, os níveis de turbidez no caldo de difusores são apenas uma décima parte relativa à de uma moenda. Por esse motivo, já há muitos anos, na África do Sul e em outros países, os filtros de lodo foram eliminados, retornando o lodo diretamente ao difusor.

Para eliminação de cor, recomenda-se a redução na circulação de cor e melhoria do açúcar A pela refundição do magma, ou processo seed magma. Esse procedimento, dos mais efetivos, se baseia na dissolução total do açúcar B com xarope flotado e formação de uma massa cozida granada em cozedor separado, que será utilizada como pé de cozimento em cozedores para a produção de massa A. O seed magma será utilizado para alimentar os cozedores de massa A, substituindo o procedimento atual, que utiliza xarope e magma de açúcar B. Cozimento contínuo em cascata: essa tecnologia tem por objetivo transformar os cozedores existentes na usina em um sistema de cozimento contínuo em cascata, processo já bastante difundido em outros países. A principal vantagem desse sistema contínuo em cascata com agitadores, comparado aos cozedores contínuos disponíveis no mercado – FCB, F&S e outros que operam sem agitação –, consiste na interligação dos cozedores em batelada existentes para obtenção de um sistema contínuo com custos mais baixos. Entretanto, a experiência tem mostrado que o sistema de cozimento em cascata bem dimensionado, quando operado sem agitadores, pode ser comparado aos cozedores contínuos convencionais disponíveis no mercado. Contudo, cozedores em cascata com agitadores têm apresentado resultados superiores aos cozedores contínuos convencionais. Como em todo processo contínuo, obtém-se, através dessa transformação, um melhor aproveitamento e otimização dos equipamentos existentes, além de um consumo uniforme de vapor e água do sistema de condensação.

Lavagem das centrífugas com mel rico: esse sistema de lavagem, muito utilizado na Europa, consiste em uma combinação de lavagem do açúcar nas centrífugas automáticas com mel rico, seguida de lavagem com água, e tem como importante vantagem a redução considerável da quantidade de água na lavagem, de 10 a < 5% sobre a quantidade de açúcar produzida. Outra vantagem, não menos importante, consiste na redução da dissolução de cristais durante a centrifugação.

Portanto, a aplicação do sistema de lavagem com mel rico contribui para uma ponderável redução do consumo de água e dissolução de cristais na centrifugação.

recirculation of sucrose in the process, resulting in process vapor savings; • heating of centrifuge run off to dissolve the carried over fine crystals during the centrifugation of A massecuite, instead of dissolution with hot water, thereby avoiding introducing water into the process. Some of the mentioned technologies will be described in more detail below: Magma remelt: one of the main difficulties in obtaining white sugar at color levels of less than 140 Icumsa, in mills using sugarcane diffusers for extraction, is the higher color content in the mixed juice. This is due to the higher retention time, of about 50 to 60 minutes, at temperatures of 75 to 80ºC in the diffusers. The formation of color material is much higher than in plants using mills for extraction, especially when the sugarcane comes with a considerable amount of trash. On average, the mixed juice from the diffusers has color 30 to 35% higher than the juice mills. On the other hand, due to the filter effect of the bagasse bed in the diffuser, the level of turbidity in juice from the diffusers is only a tenth that of a mill. For that reason, many years ago, the mud filters were eliminated in South Africa and other countries, with the mud returning directly to the diffuser.

To eliminate color, one recommends reducing color circulation and improving A sugar by remelting the magma, or “Seed Magma” process. This procedure, one of the most effective, is based on the total dissolution of B sugar with flotated thick juice and the formation of a grained massecuite in a separate boiling pan, which will be used as foot in boiling pans for the production of A massecuite. “Seed magma” will be used to feed the A massecuite pans, replacing the current procedure that uses syrup and B sugar magma.

Continuous Crystallization Scheme Cascade: The objective of this technology is to transform existing boiling pans in the mill into a continuous crystallization system in cascade, widely used in other countries.

The main advantage of this continuous crystallization system with stirrers, compared with the existing continuous pans available in the market - FCB, F&S and others that work without stirring – consists in linking existing batch pans to obtain a continuous system at lower costs.

However, experience has shown that a well-dimensioned continuous cascade system, when used without stirrers, can be compared to conventional continuous boiling pans available in the market. However, pans in cascade with stirrers have shown better results compared to those of conventional pans. Like in all continuous processes, through this transformation, one achieves better results and can optimize existing equipment, in addition to the uniform consumption of vapor and water in the condensation system.

Washing centrifuges with white run off: this washing system, widely used in Europe, consists of the combination of sugar washing with white run off in automatic centrifuges, followed by washing with water, whose major advantage is the considerable reduction of the volume of water in washing, from 10 to < 5% in relation to the volume of sugar produced. Another, no less important advantage, consists in the reduction in the dissolution of crystals (crystal losses) during centrifugation. Thus, the application of the washing system with white run off contributes to a considerable reduction in water consumption and the dissolution of crystals in centrifugation.

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cozimento

Opiniões

o estado da arte

no processo de cozimento no Brasil State-of-the-art in the crystallization process in Brazil

A arte e a ciência da cristalização da sacarose coexistem nas usinas de açúcar do Brasil e também nos demais países produtores de açúcar do mundo. No entanto, no Brasil, é preciso que se reduza a arte para que a ciência da cristalização ocupe um espaço adequado.

Essa ciência tem a ver com o desenvolvimento dos projetos de cozedores modelados através de ferramentas computacionais, opção pela tecnologia de vácuos contínuos, principalmente para massa de baixa pureza, lógica de automação e controle capazes de reduzir a variabilidade dos processos, uso adequado da cristalização por resfriamento, integração energética das correntes de processo e, principalmente, uma mão de obra capacitada que utilize os recursos da tecnologia da informação hoje disponíveis.

Desvios dessas premissas têm como resultado o impacto no custo operacional do processo, a baixa qualidade do açúcar e a baixa produtividade dos cozimentos. Nesse sentido, quatro indicadores serão considerados para uma análise de desempenho dos cozimentos de alta e baixa pureza: • O primeiro trata da retenção da sacarose nos cristais durante o processo de cozimento (SJM). Esse indicador representa a eficiência da operação de cozimento, dada uma determinada condição da matéria-prima que alimenta o processo. Valores abaixo de 86% representam um desempenho insatisfatório, que está associado a inúmeras causas operacionais.

No entanto, nossa avaliação trata das premissas utilizadas para a implantação de projetos e arranjos produtivos, as quais consideram uma baixa retenção a fim de favorecer a operação das destilarias, na medida em que será enviado um mel final com maior concentração de açúcares redutores totais (ART).

" o processo de educação continuada da força de trabalho deve ser estimulado para que não tenhamos um apagão da mão de obra " Paulo Estevão Lemos de Oliveira Professor de Tecnologia de Açúcar da UFPE Professor of Sugar Technology at the UFPE

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Art and science of the crystallization of sucrose coexist in sugar mills in Brazil and also in all other producing countries of the world. However, in Brazil one must reduce art so that the science of crystallization may occupy an adequate space.

This science relates to the development of modeled vacuum pans using computer tools, the choice of continuous vacuum technology, mainly for low purity massecuite, automation logic and control capable of reducing process variability, proper use of cooling crystallization, energy integration of process and, more importantly, trained manpower making use of the information technology currently available.

Deviations from such premises impact the operational cost of the process, result in poor sugar quality and in low productivity of crystallization. In this respect, four indicators will be considered in an analysis of crystallization performance of high and low purities: • The first relates to retaining sucrose in the crystals during the crystallization process (SJM). This indicator represents the operational efficiency of crystallization, given a certain condition of the raw material that feeds the process. Values under 86% represent unsatisfactory performance, and such performance results from a number of operational causes.

However, our assessment focuses on the adopted premises for the implementation of projects and production arrangements, which premises consider little retention, so as to favor the operation of the distilleries, to the extent that, in the end, better molasse with a higher concentration of total reducing sugars

cozimento Ou ainda, em razão de ajuste financeiro que leva à redução e corte dos investimentos no projeto. Essas decisões devem ser bem analisadas, considerando-se o custo energético, as perdas de sacarose por degradação térmica e o custo com insumos de produção, conforme essa estratégia de transferência de cana para a produção de etanol através de um mel final rico em açúcar é adotada.

• O segundo indicador trata da produtividade dos cozedores. Esse indicador depende das seguintes variáveis de processo: rendimento de cristais presentes nas massas cozidas, tempo total do ciclo da operação para os vácuos em batelada e tempo de residência para os vácuos contínuos. A baixa produtividade tem origem em várias causas operacionais, porém, vamos nos deter a comentar os benefícios de introduzir de forma mais rápida os cozedores contínuos nas operações das usinas.

Sabe-se que, no Brasil, uma boa parte da usina, na hora de ampliar sua capacidade instalada ou mesmo na instalação de projetos greenfield, opta por investir nos vácuos em batelada, basicamente em função do menor custo desses equipamentos, quando comparados aos vácuos contínuos. A tecnologia do vácuo contínuo tem grandes vantagens que eliminam todas as ineficiências do ciclo de operação em batelada, dentre elas: os tempos que não agregam valor ao processo, redução significativa do custo de mão de obra operacional, minimização do custo de manutenção e maior rendimento de cristais nas massas cozidas.

• O terceiro indicador tem a ver com o nível de automação desse processo. É bem verdade, que nos últimos anos, as usinas realizaram um grande esforço de investimentos em automação e controle dos seus processos. Como precursores desse esforço, tivemos, há muito tempo, investimentos e benefícios devido à automação de alimentação das moendas.

Hoje, é possível dizer que praticamente 100% das unidades operam suas moendas com sistemas de controle bastante eficientes. Nesse sentido, os benefícios da automação dos cozedores devem ser traduzidos em ganhos de produtividade, qualidade e segurança operacional. Por isso, devem compor a análise de viabilidade do investimento.

• O quarto, e sem dúvida o indicador mais importante, é o que trata da formação dos recursos humanos da empresa. É fundamental que exista um indicador de avaliação para o desempenho dos recursos humanos das usinas. O processo de educação continuada da força de trabalho deve ser estimulado para que não tenhamos um apagão da mão de obra. O investimento em capacitação da força de trabalho apresenta o menor payback que conheço, haja vista que o retorno é imediato.

Por fim, gostaria de aproveitar o bom momento vivido pelo setor na questão preço do açúcar para evidenciar que a operação de cozimento e de cristalização por resfriamento tem um papel importante na manutenção dos índices de resultado das usinas. Historicamente, conhecemos o comportamento cíclico dos preços do açúcar. Esperamos que ações estratégicas e tecnológicas possam garantir às usinas valores de rentabilidade aceitáveis nos momentos de queda nos preços. E, ainda, reconhecemos também a maestria dos executivos em conduzir a difícil e árdua gestão financeira desses empreendimentos.

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Opiniões will be sent, or even due to a financial adjustment that implies the reduction and cutting back of investments in the project. Such decisions must be well analyzed, taking into account the cost of energy, sucrose losses due to thermal degradation, and the cost of production inputs, in accordance with a sugar cane transference strategy for the production of ethanol in which, in the end, a molasse rich in sugar is adopted.

• The second indicator relates to the productivity of vacuum pans. This indicator depends on the following process variables: crystal yield in the massecuites, total operational cycle time for the batch vacuum pans and residence time for continuous vacuum pans.

Low productivity has several operational causes, but we shall only comment on the benefits of introducing continuous vacuum pans as quickly as possible in mill operations.

It is known that, in Brazil, many mills, when they expand their installed capacity, or even when installing greenfield projects, opt to invest in vacuum batch pans, basically because of lower equipment costs compared with continuous vacuum pans. The continuous vacuum technology has major advantages, eliminating all inefficiencies of the batch operation cycle, including: times that do not aggregate value to the process, significant reduction in the cost of operational labor, minimization of maintenance costs and higher crystal yield in the massecuites.

• The third indicator refers to the automation level of this process. It is a fact that in recent years the mills undertook major efforts to invest in automation and control of their processes. As pioneers of this effort, for a long time we saw investments being made and benefits being reaped due to the automation of the feeding process in milling.

Nowadays, one can say that practically all units operate their mills with highly efficient control systems. In this respect, the benefits from the automation of vacuum pans must be converted to gains in productivity, quality and operational safety. Therefore, they must be included in the feasibility analysis of the investment.

• The fourth, and certainly most important indicator, is the one that relates to training a company’s human resources. It is essential there be an indicator to measure the performance of human resources in the mills. Continuous education of the workforce must be encouraged so that one may prevent absolute labor shortage. The investment in qualifying the workforce has the best payback I know of, because the ROI is immediate.

Finally, I wish to comment on the good phase the industry is enjoying in terms of sugar prices, to show that the boiling and the cooling crystallization operations play important roles in keeping up the mills’ performance in terms of bottom line results. Historically, we are aware of the cyclical pattern of sugar prices. We trust that strategic and technological initiatives may warrant the mills’ profitability levels to be acceptable in times when prices are falling. Furthermore, we also acknowledge the proficiency of executives in conducting the difficult and strenuous task of financially managing such business initiatives.

secagem do açúcar

a tecnologia da secagem do açúcar Sugar drying technology

A secagem do açúcar tem a finalidade de remover a umidade retida pelos cristais após a centrifugação, para que o mesmo possa ser manuseado, transportado e estocado para uso futuro. A umidade afeta diretamente o tempo de vida do produto. A umidade retida nos cristais de açúcar se caracteriza por três diferentes mecanismos: • Umidade externa: é a água presente no filme de xarope concentrado que se distribui sobre toda a superfície do cristal. Essa película sempre existirá e em estado supersaturado. Dependerá da dimensão do cristal, da pureza do licor-mãe, do mecanismo e cuidado da cristalização, e de como o cozimento é processado. Também é função direta da lavagem do açúcar nas centrífugas. Dependendo do processo de lavagem, apresentará valores que variam de 1,0% até 0,3%. É importante que a lavagem do açúcar seja efetuada de forma correta e num tempo extremamente crítico. De outro modo, se obterá uma grande dissolução de açúcar com pouca eficiência. Se evaporação e remoção desta água acontecerem rapidamente, acarretarão sérios problemas à qualidade, pois uma camada de açúcar cristalizado superficial se formará.

• Umidade interna: é a água que se encontra no interior do cristal. Necessita de maior tempo para que seja removida até a superfície do cristal através de um processo tipo difusão.

Normalmente, esse tempo não é disponível nos secadores.

Como consequência, tem-se uma fração de água que poderá ser removida posteriormente sob determinadas condições.

Essa fração de água é a responsável pelos sérios problemas de formação de aglomerados, torrões e da dissolução posterior do açúcar durante o armazenamento. Também é retida com mais frequência quando se opera com ar quente de elevada temperatura ou vazão de ar reduzida. Infelizmente, essas duas condições são bastante frequentes na maioria das plantas de secagem, principalmente devido à ampliação da moagem e da produção de açúcar, sem que se incremente a capacidade dos secadores. Assim, a temperatura do ar aumenta e se opera com os mesmos ventiladores e o secador, o que diminui muito o tempo de retenção e a relação volume ar/açúcar.

• Água de cristalização: água ligada à estrutura da molécula de sacarose. Faz parte da estrutura e não pode ser removida. Não afeta a qualidade do açúcar. O controle da

Drying sugar is done to remove the humidity retained by the crystals following centrifugation, to allow for it to be processed, transported and stocked for future use. Humidity directly affects the product’s life cycle. Humidity retained in the sugar crystals is characterized by three different mechanisms: • External humidity: this is the water present in the concentrated syrup layer, which is distributed over the crystals’ entire surface. This layer is always present as a supersaturated condition. It will depend on crystal size, purity of the mother liquor, the crystallization mechanism, and on how carefully it is performed, and also on how crystallization takes place. It is also a direct function of washing the sugar in the centrifuges. Depending on the washing process, it will show values varying from 1.0% to 0.3%. It is important the washing be done in a correct manner and within an extremely critical time period, otherwise the sugar will dissolve to a great extent with little purge efficiency. If the water evaporates and is removed quickly, this will result in serious problems for the sugar’s quality, because a crystallized superficial layer of sugar will form.

• Internal humidity: this is the water inside the crystals. It takes more time to bring it to the crystals’ surface, by means of a diffusion-like process. Normally, this time is not available in the dryers. Thus, a fraction of the water can be removed later under certain conditions. It is this fraction of water that causes major problems in forming agglomerates, lumps and for the subsequent dissolution of sugar during storage. It is also more often retained when one operates with high temperature hot air or reduced air flow. Unfortunately, these two conditions are quite common in most drying plants, mainly due to the increase in crushing and sugar production, without the corresponding increase in dryer capacity. Thus, the air temperature increases and one operates with the same ventilators and dryer, greatly reducing retention time and the relation air volume/sugar.

• Crystallization water: water associated with the saccharose molecule. It is part of the structure that cannot be removed. It does not affect sugar quality. Final humidity control after drying is usually done by analyzing the humidity in the oven. This analysis is incomplete and error-prone because it only measures free water, not showing the internal water.

" A umidade afeta diretamente o tempo de vida do produto. A umidade retida nos cristais de açúcar se caracteriza por três diferentes mecanismos: a umidade externa, a interna e a água de cristalização. " José Aurélio Silvestre Bezerra

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Diretor da AGTech Director of AGTech

Opiniões umidade final do açúcar, após o secador, é normalmente efetuado por meio da análise da umidade em estufa. Esta análise é incompleta e falha, pois só mede a água livre, não indicando a água interna.

Condições adequadas para operação: um dos fatores mais críticos para o dimensionamento é a dimensão e a variação da qualidade dos cristais. Cristais grandes, uniformes, com baixo coeficiente de variação e reduzido teor de inclusões melhoram muito a eficiência da secagem. Cristais finos, irregulares, com alta inclusão, conglomerados e excesso de pó levarão a uma péssima operação do secador com resultados inadequados. A segunda etapa é o controle adequado da centrifugação. O volume de água, sua correta distribuição com os sprays de maneira a cobrir uniformemente toda a superfície do cesto, a temperatura correta e o tempo mínimo necessário deverão remover ao máximo a película de xarope sem que se dissolva o açúcar em excesso.

O uso de dois tempos de lavagem é normal. A primeira lavagem tem como finalidade diluir o licor-mãe e garantir sua remoção de modo mais eficiente, sem dissolver o açúcar. A segunda lavagem deverá ser efetuada ainda com a centrífuga acelerando, a fim de se obter a total remoção do xarope produzido. Essa lavagem, quando efetuada muito tarde, tende a produzir açúcar com alta umidade e com formação de aglomerados. O uso de vapor para otimizar a secagem e aumentar a capacidade do secador é recomendável, porém, com baixa temperatura. Uma interessante aplicação é a dosagem do vapor entre as duas lavagens. O controle das condições termodinâmicas do ar é fundamental para a operação e a avaliação do secador. Para tal, a unidade deverá ter como variáveis as medidas em destaque na tabela.

Note que não indicamos a temperatura do ar quente, mas sua umidade relativa. O que remove a água do açúcar úmido é a capacidade do ar quente de absorver água, e isso dependerá do diferencial da umidade relativa do ar quente na entrada e na saída do secador, o que requer a instalação de medidores de umidade e temperatura do ar quente tanto na entrada quanto na saída.

Tipos de secador: normalmente, se opera com secadores convencionais. • cascata com passagem direta do ar; • cascata com remoção do ar na área intermediária; • bandejas (buttner): secador adequado para açúcar com baixa granulometria; • roto-Louvre: tipo fluid bed, com passagem de todo o ar através da camada de açúcar. Opera como secagem e esfriamento, permite regulagem da altura da camada, ajuste do tempo de retenção e controle da vazão do ar. Possibilita a remoção dos finos sem arraste dos cristais, o que facilita uma futura operação de condicionamento; e • fluid-bed: secador estático, com operação real tipo leito fluidizado. Excelente para açúcar de alta qualidade.

Um exemplo atual são as duas refinarias que instalamos nas Ilhas Maurícios, as quais exportam para a Alemanha toda a produção do refino, que será empacotada diretamente, sem tratamento adicional.

A instalação garante que a umidade final seja inferior entre 0,04 e 0,05% Karl Fisher. Esses valores correspondem a menos que 0,02%, por tratamento em estufa.

Adequate operational conditions: one of the most critical factors in measuring is the size and variation in quality of the crystals. Large, uniform crystals, with a low variation coefficient and reduced content of inclusions greatly improve drying efficiency. Fine, irregular crystals, with many inclusions, conglomerates and excessive dust will result in poor dryer performance and an inadequate outcome. The second phase consists of adequately controlling centrifugation. The volume of water, its correct distribution through sprayers. so as to uniformly spread it over the basket surface, the right temperature and the proper minimum time needed should remove the syrup layer to the greatest extent, without too much of the sugar dissolving.

To use two washing periods is normal. The first washing intends to dilute the mother liquor and assure its efficient removal without dissolving the sugar. The second washing should be done with the centrifuge still accelerating, so as to achieve the complete removal of the produced syrup. This washing, when done too late, tends to produce sugar with high humidity and the formation of agglomerates. The use of vapor to optimize the drying and increase the dryer capacity is recommended, but at a low temperature. An interesting application is to vary the vapor volume between the two washings. Control of thermodynamic air conditions is essential for the operation and assessment of the dryer. To that end, the unit should have the measures as variables detailed in the table.

Observe that we did not show the hot air temperature, but rather the relative humidity. What removes water from humid sugar is the hot air’s capacity to absorb water, and this depends on the difference of the relative humidity of hot air upon entry to and exit from the dryer, requiring the installation of hot air humidity sensors, both at the entrance and at the exit point.

Types of dryers: normally, one operates with conventional dryers. • in cascade with the direct passage of air; • in cascade with the removal of air in the intermediary area; • Buttner trays: dryer suited for low granulometry sugar; • roto-Louvre: fluid bed type, with the passage of all the air through the sugar layer. This works for drying and cooling, allows regulating the layer height, adjusting retention time, and controlling air flow. It also allows removing the fine material without carrying over the crystals, which allows to later perform a conditioning operation; and, • fluid-bed: static dryer, with real operation as fluidized bed. Excellent for high quality sugar.

A current example are the two refineries we installed on Maurice Islands, from where the entire refined product output is exported to Germany, where it is packed directly, with no further treatment. The installation guarantees that final humidity is below between 0.04 and 0.05% (Karl Fisher).

These values are less than the 0.02% achieved when treated in an oven.

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fermentação

Opiniões

o avanço da fermentação Progress of fermentation

" Fazer álcool é para ganhar dinheiro e tem que ser visto de uma maneira global da unidade de produção, isto é, indústria e agrícola. "

Henrique Vianna de Amorim Presidente da Fermentec President of Fermentec

A fermentação alcoólica é um fenômeno conhecido pela humanidade há pelo menos quinze mil anos. Ela é a transformação do açúcar em etanol por micro-organismos, sendo o principal a levedura. Um cientista britânico descobriu traços de álcool em utensílios de cozinha em sítios arqueológicos datados de mais de quinze mil anos. Ele está levantando a hipótese de que o ser humano, antes do advento da agricultura, já fermentava frutas e raízes. Fazer uma bebida alcoólica não é difícil, mas, se o objetivo é obter um produto de qualidade e padronizado, a conversa é outra. A fermentação do caldo de cana era feita com leveduras ou fermentos que já existiam no caldo da cana, ou já estavam nas dornas de fermentação. Como a linhagem dessas leveduras não era controlada, a qualidade variava bastante. O avanço na fermentação no Brasil foi trazido pelos franceses, no início do século passado, quando foram introduzidas as centrífugas separadoras para reciclar a levedura.

Nessa época, a fermentação era feita praticamente com melaço, que, diluído, formava o mosto que seria fermentado.

O rendimento da fermentação girava ao redor de 70-75% em relação ao teórico (100%), e o tempo de fermentação era de 16 a 20 horas. O teor alcoólico no final da fermentação não passava de 6-7%. Portanto, a produção de vinhaça por litro de álcool era grande, cerca de 16 a 18 litros de vinhaça por litro de álcool produzido. Com o início do Proálcool, em 1975, os volumes produzidos por unidade aumentaram muito, pois os fermentadores, que antes eram de 50 mil litros e 100 mil litros e passaram a 200, 400, 500 mil litros, 1 milhão, hoje chegam à capacidade de até 3,5 milhões de litros cada um.

Com o aumento da produção, também vieram as inovações.

Nos primeiros dez anos, a evolução foi fantástica, com o rendimento da fermentação se elevando de 70-75% para 85%. O tempo de fermentação abaixou para dez horas, o que, no início, causou problemas de superaquecimento na fermentação, que depois foram sanados. No início dos anos 80, começaram as tentativas de se mudar o processo de fermentação em batelada para o de fermentação contínua, visando a uma economia nos investimentos iniciais devido à diminuição do tempo morto no enchimento e esvaziamento das dornas de fermentação ou fermentadores. Também se economizava no número dos trocadores de calor. As primeiras tentativas não deram muito certo, pois a contaminação por bactérias era tão

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Alcoholic fermentation has been known to mankind for at least 15,000 years. It consists of the transformation of sugar into ethanol by microorganisms, of which the main one is yeast. A British scientist discovered traces of alcohol in kitchen utensils found in archaeological sites dating back to more than 15,000 years. He has sustained the theory that human beings, prior to the introduction of agriculture, already fermented fruit and roots. To make an alcoholic beverage is not difficult, but if the objective is to obtain a uniform quality product, then this is a different issue. The fermentation of sugarcane juice was accomplished with yeast or ferment that already existed in sugarcane juice or in fermentation vessels. Since the lineage of such yeast was not controlled, the quality varied greatly. Improvements to fermentation in Brazil came with the French, at the beginning of the past century, when separator centrifuges to recycle yeast were introduced, At that time, fermentation was mostly done using molasses that, after being diluted, made up the must that was then fermented. Fermentation yield was at about 70-75% in relation to the theoretical reference (100%), and fermentation took from 16 to 20 hours. Alcohol content at the end of the fermentation did not exceed 6-7%. Thus, the production of vinasse per liter of alcohol was high, of about 16 to 18 liters of vinasse per liter of alcohol produced. With the beginning of the National Alcohol Program in 1975, the volume produced per unit increased considerably, given that previously the fermenters had capacities of 50,000 and 100,000 liters and now were designed for holding 200,000, 400,000, 500,000 and 1 million liters, with present day capacities of up to 3.5 million liters each. With the increase in production, along came innovations. In the first 10 years, development was impressive, with fermentation yields increasing from 70-75% to 85%. Fermentation time was reduced to 10 hours, which initially caused overheating problems that were subsequently resolved. In the early eighties, attempts were made to change the fermentation process from batch-based to continuous fermentation, seeking to attain savings in initial investments due to the reduction in idle time spent to fill and empty the fermentation vessels or fermenters. Savings also resulted from using less heat exchangers. Initial attempts were pretty much unsuc-

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fermentação violenta, que o rendimento e o tempo de fermentação foram afetados dramaticamente, causando um grande prejuízo. Na década de 90, esse processo foi melhorado com desenho e projetos mais adequados, e a moda pegou, sendo que muitas unidades adaptaram as fermentações em batelada para contínua, chegando a 25% das destilarias no Brasil optarem por esse processo. Entretanto, dez anos depois, devido a problemas sérios de contaminação por bactérias e leveduras, muitas unidades voltaram à batelada, e, hoje, estima-se que cerca de 15% das unidades possuam o processo contínuo. As destilarias novas, em sua grande maioria, são em batelada. Nos Estados Unidos, ocorreu fato semelhante, pois, no início do Proálcool americano, na década de 80, cerca de 70% do álcool era produzido por fermentação contínua, e, nos últimos cinco anos, época em que os EUA passaram o Brasil em produção, nenhuma destilaria nova optou pelo processo contínuo. O problema foi o mesmo: contaminação.

Fazer álcool é para ganhar dinheiro e tem que ser visto de uma maneira global da unidade de produção, isto é, indústria e agrícola. Além de alto rendimento, o que economicamente é de fundamental importância, pois a matéria-prima é acima de 70% do custo do álcool, temos outros parâmetros de relevância. Para se obter alto rendimento, temos que manter nos fermentadores uma levedura que não faça muita espuma, não flocule demasiado, tenha um tempo de fermentação adequado com a produção e não deixe muito açúcar residual. Como se consegue essa proeza? Usando as leveduras adequadas para sua destilaria. Hoje, as melhores destilarias estão conseguindo trabalhar com níveis de contaminação bacteriana de 106, com os níveis de insumos baixos e rendimento acima dos 90%. Até pouco tempo, o volume de vinhaça não era problema, pois havia a possibilidade de se fazer a fertirrigação, que é muito salutar nas regiões onde o déficit hídrico é grande. Entretanto, com a nova legislação, não se pode adicionar o potássio e demais sais que a vinhaça contém acima de determinados níveis, principalmente nas regiões onde também chove na colheita. Ficou antieconômico levar essa vinhaça a maiores distâncias.

Uma alternativa é concentrar a vinhaça, o que requer um investimento razoável e um gasto de vapor elevado. O mais promissor, dependendo do caso, seria associar a concentração da vinhaça e fermentar com alto teor alcoólico. Fermentações alcoólicas que produzem vinho com mais de 10% de teor alcoólico eram muito lentas, as leveduras morriam e o rendimento também acabava caindo. Entretanto, a partir de pesquisas realizadas pela Fermentec em escala piloto durante esses últimos cinco anos, foi possível desenvolver um processo em batelada em que é possível obter vinhos com 16% de teor alcoólico e que faz diminuir o volume da vinhaça pela metade. Além da diminuição do vapor que se gasta para produzir um litro de álcool, vamos reduzir significativamente o custo na distribuição da vinhaça. Dependendo do caso, o sistema se paga em um período de três a quatro anos.

Para colocar essa inovação no mercado, a Fermentec se associou à Dedini, que ficou responsável pelos cálculos do balanço energético e a construção do chiller para manter os fermentadores com temperaturas adequadas. É a primeira vez no mundo que se consegue fermentar com 16-17% de teor alcoólico em 17 horas, com reciclo de levedura. Nos EUA, trabalha-se com até 18%, mas o tempo de fermentação é de 55 a 70 horas. Esse avanço tecnológico manterá o Brasil na dianteira do processo de fermentação alcoólica com substratos prontamente metabolizados pela levedura.

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Opiniões cessful, given that contamination by bacteria was so serious that yield and fermentation time were affected to a very high degree, causing huge losses. In the nineties, this process was improved with more appropriate designs and projects, so that the novelties were widely accepted, with many units having been converted from batch fermentation to the continuous modality, resulting in that 25% of the distilleries in Brazil opted for the process. However, ten years later, due to serious contamination problems through bacteria and yeast, many units switched back to the batch modality, so that nowadays about 15% of the units use the continuous process. For the most part, new distilleries adopt the batch system. In the United States, a similar fact occurred, given that in the beginning of the American ethanol program, in the eighties, about 70% of the ethanol was produced by continuous fermentation, and in the last five years, a time when the USA surpassed Brazil in production, no new distillery opted for the continuous process. The problem was the same: contamination.

To produce ethanol is to make money, and this must be seen in an overall perspective of a production unit, i.e., by industry and agriculture. Apart from high yield, which is economically essential because raw material accounts for more than 70% of ethanol’s cost, there are other relevant parameters. To achieve high yield, in the fermenters one must use yeast that does not produce much foam, does not flocculate excessively, has an adequate fermentation time in relation to production and leaves little residual sugar. How to accomplish such a feat? By using adequate yeast in one’s distillery. Nowadays, the best distilleries are able to operate with bacterial contamination levels of 106, with low input levels and yields in excess of 90%. Until a short while ago, vinasse volume was no problem, given the possibility of “ferti-irrigation”, which is highly recommended in regions of scarce hydric resources. However, with this new legislation, no longer may one add potassium and all other salts inherent to vinasse above certain levels and mainly in regions where it rains even in harvest times. It has become unprofitable to transport this vinasse over great distances.

An alternative is to concentrate vinasse, which requires considerable investment and high expenses with vapor. The most promising, depending on the case, would be to associate the concentration of vinasse and fermentation with high alcohol content. Alcohol fermentations producing wine with more than 10% of alcohol content were very slow, yeast died and the yield ended up decreasing too. However, based on research conducted by Fermentec on a pilot scale, it was possible to develop a batch process in the last five years, in which one can attain wines with 16% alcohol content, and that reduces vinasse volume by half. Apart from the decrease in vapor volume used to produce a liter of ethanol, we will be able to significantly reduce the cost of distributing vinasse.

Depending on the case, the system pays off in a period of three to four years.

In order to bring this innovation to market, Fermentec associated with Dedini, that assumed responsibility for the energy balance calculations and the construction of the chiller to keep the fermenters at the right temperature. It is the first time in the world that one has been able to ferment with 16-17% alcohol content in 17 hours, with yeast recycling. In the USA, one operates with up to 18%, but fermentation time is between 55 and 70 hours. This technological advancement will keep Brazil in the lead as concerning the alcohol fermentation process, with substrata readily metabolized by yeast.

destilação

Opiniões

a destilação no setor

sucroenergético Distillation in the sugar-based energy industry

" O uso de membranas tem sido estudado para diminuir o consumo de vapor e o número de colunas nas plantas. A consequência imediata da diminuição do vapor é o aumento do potencial de geração de energia elétrica através do bagaço, mas cremos que este é apenas o passo inicial. " Thales José Velho Barreto de Araújo Diretor da Velho Barreto Consultoria e da ECO Tecnologia Industrial Director of Velho Barreto Consultoria and ECO Tecnologia Industrial

A destilação, provavelmente concebida no contexto dos alquimistas, é o processo físico de separação baseado nas diferenças entre os pontos de ebulição (fenômeno de equilíbrio líquido-vapor de misturas líquidas) de duas ou mais substâncias. No passado, as concepções filosóficas dos alquimistas sobre a composição e as transformações da matéria faziam parte dos fundamentos com os quais se tentava obter elixires, águas medicinais, essências e destilados alcoólicos chamados de “espíritos”. Esses conhecimentos eram considerados divinos e sagrados e deviam ser mantidos em segredo. Em consequência, no imaginário popular, alambiques, retortas e colunas de destilação eram associados tanto aos alquimistas quantos aos químicos em seus laboratórios.

Nos dias de hoje, o fracionamento do petróleo resultantando em produtos realmente úteis ao homem (gás liquefeito de petróleo ou GLP, gasolina, óleo diesel, querosene, asfalto e outros) é o melhor exemplo de processos em que a destilação é empregada na indústria. Além disso, a destilação é um dos principais métodos de purificação de substâncias utilizados em laboratórios.

No setor sucroenergético, ela é a fase final do processo de obtenção do etanol. Os primeiros aparelhos de destilação do Brasil foram importados de países europeus na primeira metade do século passado, principalmente da França, através dos fabricantes Morlet e Barbet. A antiga Tchecoslováquia também forneceu aparelhos de reconhecida tecnologia da fábrica Skoda. O contexto energético brasileiro não exigia grandes modificações nesses equipamentos e a evolução

Distillation, probably conceived by alchemists, is the physical separation process based on differences between the boiling points (the points of equilibrium between liquid and vapor of liquid mixtures) of two or more substances. In the past, alchemists’ philosophical concepts concerning the composition and transformation of substances were a part of the fundaments with which one attempted to obtain elixirs, medicinal waters, extracts, and distillates from alcohol, called “spirits”. Such knowledge was considered divine and sacred, and was intended to remain secret. Hence, in the people’s mind, beakers, retorts and distillation columns were associated both with alchemists and chemists in their labs.

Nowadays, the fractioning of oil, which results in really useful products for mankind (liquefied petroleum gas or LPG, gasoline, diesel, kerosene, asphalt and others) is the best example of processes in which distillation is used in industry. In addition, distillation is one of the main methods to purify substances used in labs.

In the sugar-based energy industry, it is the final phase of the process to obtain ethanol. The first distillation devices were imported from European countries in the first half of the last century, mainly from France, though the manufacturers Morlet and Barbet. The former Czechoslovakia also supplied devices of renowned technology, made by the Skoda factory. The Brazilian energy context did not require major modifications in such equipmentand the

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destilação tecnológica no século passado resumiu-se a adaptações empíricas dos aparelhos europeus para se obter aumento nas capacidades de produção. Esse modelo levou a uma evolução a partir de resultados práticos, com alterações no número de estágios das colunas, aumento do diâmetro, espaçamento entre estágios e dimensionamento dos componentes internos. A inserção do então setor sucroalcooleiro na matriz energética trouxe a necessidade de se adotar tecnologias de baixo consumo de vapor e de maior eficiência. Novos conceitos foram considerados no dimensionamento das colunas e acessórios para diminuir as perdas de carga, viabilizando o aquecimento com vapor vegetal. No aspecto construtivo, a planicidade das bandejas contribuiu para uma maior eficiência. Uma contribuição fundamental ainda virá do processo fermentativo, com a obtenção de vinhos com teores alcoólicos superiores a 15%.

No processo de destilação, a solução inequívoca é a adoção da tecnologia a vácuo, amplamente adotada na indústria do petróleo e na produção de etanol em países onde o custo da energia é alto ou a matéria-prima não disponibiliza fonte de energia térmica (beterraba, por exemplo). Atualmente, já existe em países com produções de etanol bem menores do que a brasileira, na América Central. Não devemos esperar uma tarifa de energia elétrica mais elevada para implantar essa tecnologia. Estamos atrasados.

As diversas configurações do processo a vácuo, como exemplo a destilação em duplo efeito combinada com a utilização de termocompressão, levam o consumo a menos da metade da destilação sob pressão e contribuem para viabilizar produtos mais nobres, como o etanol neutro, com mercado em expansão para a produção de bebidas e cosméticos. Na desidratação, a evolução veio rapidamente.

Duas alternativas surgiram: a destilação extrativa usada no século passado com a glicerina teve uma nova versão com a utilização de glicóis como desidratantes, e a peneira molecular, que tem se popularizado e já responde por fração significativa da produção do etanol anidro. Os dois processos reduziram o consumo de vapor pela metade em relação ao tradicional ciclohexano. O uso de membranas tem sido estudado para diminuir o consumo de vapor e o número de colunas nas plantas, mas ainda não há no Brasil produção em escala industrial. A consequência imediata da diminuição do vapor é o aumento do potencial de geração de energia elétrica através do bagaço, mas cremos que este é apenas o passo inicial. A maior oferta de bagaço, pontas e folhas tem outras alternativas, como, por exemplo, a produção do etanol de segunda geração e a disponibilidade de vapor para a concentração de vinhaça, processo indispensável para a diminuição dos custos de distribuição desse efluente em longas distâncias.

A utilização do amido produzido por microalgas após hidrólise para a produção de etanol representa uma alternativa a médio prazo. E o etanol poderá ser matéria-prima para um sem-número de indústrias, iniciando pelos polímeros verdes. No futuro, mais vapor disponível será necessário para alavancar a revolução do setor com o aumento da produção de etanol e produtos de alto valor agregado. Até agora, somos importadores de tecnologia. Como já fez nossa agricultura, a melhor alternativa é a atuação conjunta das empresas, órgãos de fomento e instituições de pesquisa para, finalmente, fazermos a revolução tecnológica verde-amarela no setor sucroquímicoenergético.

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Opiniões technological development in the last century was limited to empirical adaptations of the European devices to achieve increases in the production capacity. This model led to an evolution from practical results, with changes in the number of stages in columns, increase in diameter, spacing out between stages and the dimensioning of internal components. The insertion of the sugar and ethanol industry of that early age in the energy matrix resulted in the need to adopt low vapor consuming and high efficiency technologies. New concepts were applied in dimensioning columns and accessories to reduce load losses, rendering feasible heating with vegetal vapor. From a construction perspective, the leveled flatness of trays contributed to higher efficiency. Yet another essential contribution was to be made by the fermentation process, producing wines with alcohol content in excess of 15%.

In the distillation process, the unequivocal solution is to adopt vacuum technology, widely used in the oil industry and in ethanol production in countries where the cost of energy is high or the raw material is not a source of thermal energy (for instance, beet). Nowadays, such is the case in countries with an ethanol production smaller than that of Brazil, in Central America. We ought not to expect higher electric energy tariffs upon implementing this technology.

It’s just that we are late in doing so.

Different configurations of the vacuum process, for example, double effect distillation combined with the utilization of thermo-compression, result in consumption that is less than half that of distillation under pressure, while contributing to making noble products feasible, such as neutral ethanol, with an expanding market for the production of beverages and cosmetics. In dehydration, development came quickly. Two alternatives have emerged: extractive distillation with glycerin, used in the last century, which underwent a new phase using glycols as dehydrants, and the molecule sieve that became widely accepted and already accounts for a significant volume of anhydric ethanol. The two processes reduced vapor consumption by half in comparison with traditional cyclohexane. The use of membranes has been analyzed to decrease vapor consumption and the number of columns in the mills, but as yet there is no industrial scale production in Brazil. The immediate consequence of decreasing vapor is the potential increase in electric power generation using bagasse, however we believe this is only the initial step. Increased availability of bagasse, tips and leaves entails other alternatives, such as second generation production of ethanol and the availability of vapor for vinasse concentration, an essential process to decrease distribution costs of this effluent over great distances.

The use of starch produced from micro-algae following hydrolysis for the production of ethanol represents an alternative in the medium term. In addition, ethanol may be raw material for countless industries, starting with green polymers. In future, more available vapor will be needed to leverage the industry’s revolution with the increase in ethanol production and other products of high aggregate value.

Until now we have been technology importers. As occurred in our agriculture, the best alternative is the joining of efforts by companies, development entities and research institutions, so as to finally bring about the yellow-green (Brazilian) technological revolution in the sugar-chemical-energy industry.

informe publicitário O USO DE OZÔNIO NO PROCESSO FABRIL DA USINA AGROVALE - BA Com o uso de Ozônio observamos um excelente desempenho industrial tanto para a produção do açúcar como para a produção do álcool. Apresentamos abaixo os excelentes resultados obtidos: ● Teor alcoólico até 9,2%, valor anterior registrado7,0%; ● Praticamente nenhuma corrosão no processo de fabricação de açúcar; ● O álcool produzido com excelente qualidade apresentando médias de pH 6,6 e condutividade de 20 uS/m sem uso de produtos químicos alcalinizantes ou resinas de troca iônica; ● A qualidade do açúcar manteve-se no mesmo padrão de qualidade na média das safras anteriores com uso de enxofre com 170 de cor ICUMSA; ● A eliminação total ou redução considerável de uso de alguns produtos como: 1. Enxofre (100% de redução); 2. Cal (mais de 50% de redução); 3. Produtos químicos antibióticos e bactericidas (mais de 80% de redução); 4.Produtos químicos anti-incrustantes de evaporadores e colunas de destilação (100% de redução); 5. Redução do consumo de vários outros produtos químicos.

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destilação

Opiniões

destilação do etanol no Brasil Ethanol distillation in Brazil

No Brasil, uma usina típica moderna é aquela que converte os açúcares extraídos em mais ou menos 50% de açúcar e 50% de etanol e é otimizada para produzir energia elétrica para venda, explorando eficientemente a energia contida no bagaço. Essa otimização energética significa reduzir ao máximo o consumo interno de energia mecânica, elétrica ou térmica, e também o consumo de vapor de processo, o vapor de escape, para permitir o máximo de geração na condensação.

Consequentemente, cada processo deve ser melhorado para buscar o aperfeiçoamento no uso dos recursos necessários para atender ao que agora se chama de sustentabilidade.

O curioso é que há muito convivemos com a necessidade de aumentar a eficiência no uso da energia, e parece que isso é perene, até porque o aprimoramento dos conhecimentos nos faz descobrir que sempre há espaços para melhorar.

A destilação do etanol, uma etapa importante no processo de produção, é uma operação unitária de uso intensivo de energia, consumindo vapor, energia elétrica e água e gerando um volume apreciável de efluente líquido – a vinhaça – que, com alta carga orgânica (DBO), ainda resulta em mais consumo de energia no afastamento para as lavouras de cana, ou no processo de tratamento, cuja solução ainda não se pode afirmar que está completamente equacionada. Nossa tecnologia de destilação segue uma linha convencional, na qual as colunas são projetadas para operar em pressão atmosférica, resultando em simplicidade operacional.

In Brazil, a typical modern sugar mill converts extracted sugars into approximately 50% of sugar and 50% of ethanol, and is optimized to produce electric power for sale, efficiently exploring the energy contained in the bagasse. This energy optimization implies reducing to the maximum degree the domestic consumption of mechanical, electric or thermal energy, along with the consumption of steam from the process, i.e., exhaust steam, to allow for maximum generation in condensation.

Hence, each process must be improved to make better use of the resources needed to comply with what nowadays is called Sustainability. Interestingly, for a long time we have experienced the need to increase efficiency in using energy and apparently this is perpetual, to the extent that broadening knowledge makes us discover that there is always room to improve.

The distillation of ethanol, an important step in the production process, is a unit operation that intensively uses energy, consuming steam, electric power and water, while generating a considerable volume of liquid effluent – vinasse – that with a high biochemical oxygen demand (BOD), results in even more energy consumption, due to distribution on the sugarcane fields or the treatment process, the solution of which can as yet not be seen as totally achieved. Our distillation technology follows a conventional approach, in which the columns are designed to operate at atmospheric pressure, resulting in operational simplicity.

" muitos dos sistemas propostos são até atraentes, mas frequentemente se esquecem de que a produção de álcool no Brasil é integrada com a de açúcar e certas propostas não são aqui adequadas " Florenal Zarpelon Diretor da FZ Consultoria Industrial Director of FZ Consultoria Industrial

Com isso, perdem-se oportunidades de melhoria no consumo de vapor. Não estamos mal, mas ainda assim podemos melhorar. Para começar, é bom lembrar que a coluna destiladora (coluna A, ou C-10, na linguagem internacional) é responsável pelo consumo de aproximadamente 75% do vapor consumido na produção do álcool hidratado. Logo, seria a primeira a melhorar.

O primeiro passo é subir a temperatura do vinho para a temperatura da bandeja de entrada, ou pelo menos a 90ºC, pois, grosso modo, cada 5ºC de aumento da temperatura do vinho representa uma redução de vapor

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So, we lose opportunities to improve steam consumption.

Our technology is not bad, but we could still improve.

First of all, one should remember that the distillation column (column A or C-10) is responsible for the consumption of approximately 75% of the steam consumed in the production of hydrous ethanol. Hence, it would be the first to be improved.

The first step is to increase the beer temperature to that of the inlet plates, or, at least to 90ºC, roughly each 5ºC increase in the beer temperature represents a reduction in steam of 0.1 kg/l of ethanol. This is accomplished by

Opiniões de 0,1 kg/litro de álcool. E isso é obtido pelas melhorias do condensador “esquenta vinho” e o trocador vinho-vinhaça, portanto, aproveitando-se parte do calor que será perdido. Outro 0,1 kg/litro de redução do consumo de vapor é obtido isolando-se a coluna A, e um pouco mais que isso, isolando também a coluna retificadora.

Aumentar o teor alcoólico do vinho, digamos, de 2 pontos percentuais, de 10 a 12% v/v, representa uma redução no consumo total de vapor nas colunas A e B de aproximadamente 15%. E se conseguirmos 3 pontos percentuais, a redução será de 20%. Se a coluna retificadora operando em pressão atmosférica representa um consumo de vapor de somente 25% do total, há pouco a ganhar. Entretanto, o aumento do espaço entre pratos, que já vem sendo feito, e a melhoria dos vertedores para evitar também o rearraste de vapores alcoólicos (efeito “multijato”) permitem reduzir a razão de refluxo necessária, resultando em redução do consumo de vapor, ou ainda, no aumento de capacidade. A melhoria dos condensadores da coluna retificadora causa bom impacto operacional, resultando em menor pressão na cabeça da coluna e, consequentemente, permitindo operar a coluna com menor pressão. O primeiro condensador da coluna retificadora, o “esquenta vinho”, deve aquecer o vinho a pelo menos 70ºC para que o aquecimento final seja maior que 90ºC. Saindo da tecnologia convencional, uma boa alternativa é operar a coluna destiladora sob vácuo. Evidentemente, essa coluna tem que ser reprojetada, visto que o diâmetro e a espessura do costado aumentam substancialmente devido ao vácuo. A primeira vantagem de operar sob vácuo é evitar incrustações na coluna, ainda mais agora que queremos aumentar o teor alcoólico do vinho, pois, como sabemos, os sais de cálcio são mais solúveis em temperaturas mais baixas. Quando fabricamos álcool anidro pelo processo azeotrópico, uma boa alternativa para gastar o mínimo de vapor na desidratação é projetar a coluna desidratadora para operar sob vácuo, e utilizar para o aquecimento parte dos vapores de álcool hidratado da coluna retificadora, diminuindo também o consumo de água nos condensadores da retificadora.

Consultorias internacionais têm preconizado outros sistemas, operando a coluna destiladora sob maior pressão ou ainda a retificadora com vapor a 10 bar, vapor este inexistente na usina. Muitos dos sistemas propostos são até atraentes, mas frequentemente se esquecem de que a produção de álcool no Brasil é integrada com a de açúcar e certas propostas não são aqui adequadas.

A experiência adquirida na prática industrial é valiosa e, quando aliada a uma sólida engenharia, ajuda consideravelmente. Por isso, ainda que as propostas sejam atraentes, devem ser detidamente analisadas.

No aspecto redução de energia elétrica, fazer passar a água em série nos condensadores entrando no último e saindo no primeiro, permite reduzir a vazão bombeada e como um volume maior passa em cada condensador, permite ainda o aumento do coeficiente global de transferência de calor, aumentando a capacidade dos condensadores.

Aspectos como este são exemplos de melhorias facilmente alcançáveis e que podem ser incorporados aos projetos para tornar a tecnologia de destilação brasileira comparável ao que melhor existe no mercado internacional.

improvements to the “beer heating” condenser and the beer-vinasse heat exchanger, thus making use of some of the heat that will be lost. Another 0.1 kg/l of steam consumption reduction is obtained by isolating the distillation column, and somewhat more by also isolating the rectifying column.

To increase alcohol content in the beer, say by 2 percentage points, from 10 to 12% v/v, represents a reduction in total steam consumption of approximately 15%. If we achieve 3 percentage points, the reduction will be of 20%. If the rectifying column operating at atmospheric pressure represents steam consumption of only 25% of the total, there is little to gain. However, the increase in space between plates which is already being undertaken, and the improvement of downcomers to also prevent entrainment of alcoholic vapors (“multijet” effect) allows to reduce the needed reflux ratio, resulting in a reduction of steam consumption or even an increase in capacity. Improvements to the rectifying column condensers has good operational impact, resulting in less pressure in the top of the column and therefore, allowing for operating the column with less pressure. The first condenser of the rectifying column, the “beer heater”, must heat the beer to at least 70ºC, so that the final heating is above 90ºC. Outside conventional technology, a good alternative is to operate a distillation column under vacuum.

Obviously, such a column needs to be re-designed, given that the diameter and the wall thickness increase significantly due to the vacuum. The first advantage of operating under vacuum is to avoid scaling in the column, yet now we want to increase the beer's alcohol content, because, as we know, calcium salts are more soluble at lower temperatures.When we produce anhydrous alcohol by the azeotropic process, a good alternative to consume steam as least as possible in dehydration is to design the dehydration column to operate under vacuum, and to use some of the hydrous alcohol vapors from the rectifying column, which also decreases water consumption in the rectifying condensers.

International consulting companies claim for other systems, operating the distillation column under higher pressure, or the rectifying using steam at 10 bar which is not available in a mill. Many of the proposed systems are actually quite interesting, but it is often forgotten that the production of ethanol in Brazil is integrated with that of sugar, and that certain solutions are inadequate for local conditions. Experience achieved in industrial practice is valuable and when combined with sound engineering helps quite considerably. Therefore, although the proposals are interesting, they should be carefully analyzed.

Concerning to the reduction of electric energy, passing the water in series in the condensers allows the reduction of water flow, i.e., the energy for pumping the water and besides this as the flow passing through each condenser increases this causes an increase of the overall heat transfer coefficient and thus the capacity of the condensers. This is an example of improvements that can be done easily and that could be consolidated into the Brazilian distillation technology to compare to what best exists in the international market.

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fabricação de açúcar

Opiniões

os pilares fundamentais para o Fundamental pillars for success

sucesso

" o modelo de negócio do setor sucroenergético possui relação direta com as questões ambientais, já que o etanol apresenta-se como uma alternativa viável de matriz energética que, somada às já existentes, pode efetivamente contribuir para uma economia de baixo carbono " Antonio Alberto Stuchi Diretor Executivo Industrial da Cosan Açúcar e Álcool Executive Industrial Director of Cosan Açúcar e Álcool

O sucesso do Brasil no cenário sucroenergético internacional deve-se a diferentes fatores, e um deles certamente é o fato de o País deter uma das melhores tecnologias em produção de açúcar e etanol, com custos eficientes que conferem alta competitividade aos produtos nacionais desse segmento.

O processo produtivo de açúcar, etanol e, mais recentemente, de bioenergia tem uma relação direta com três pilares fundamentais. Um deles é o consumo de energia. Como é de conhecimento de muitos, uma planta industrial do setor sucroenergético que processa cana-de-açúcar é autossuficiente em consumo de energia elétrica durante o período de safra, por conta da queima do bagaço em suas caldeiras que gera a energia elétrica necessária para suprir sua necessidade.

A energia elétrica gerada a partir do bagaço da cana transformou-se em um relevante produto para as empresas do setor. Esta prática contribui diretamente para suprir o déficit energético que o país possui, com a possibilidade de fornecimento também em períodos nos quais os rios que abastecem as hidrelétricas estão com seus níveis mais baixos. Além disso, esta energia diminui muito o custo de distribuição pelo fato de as usinas estarem próximas aos centros consumidores. É importante enfatizarmos que essa disponibilidade depende muito da diminuição do consumo de energia empregado no processo de produção, que pode ser otimizado nas usinas existentes ou concebidos com maior eficiência nos novos greenfields. Tal otimização passa, fundamentalmente, pelo uso mais racional de vapor nos processos, com a utilização de equipamentos mais eficientes que podem trabalhar com pressões de vapor mais baixas e o aproveitamento de calor recuperado nas diferentes fases do processo em que há grande diferença de temperatura entre os produtos. O uso de equipamentos motrizes mais eficientes também é importante neste processo, pois eles possibilitam a disponibilização de energia elétrica economizada para venda. Outra alternativa viável para aproveitarmos todas as maneiras de gerar energia a partir da cana-de-açúcar é a utilização da palha, ajudando a consolidar economicamente o processo de fim das queimadas.

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Brazil’s success in the international sugar-based energy scenario is due to several factors, one of which is certainly the fact that the country has one of the best sugar and ethanol production technologies, with efficient cost levels that provide Brazilian products in this industry a high degree of competitiveness.

The sugar and ethanol production process, and more recently that of bioenergy, has a direct relation with three fundamental pillars. One is energy consumption. As many people know, an industrial plant in the sugar-based energy industry that processes sugarcane is self-sufficient in electric power consumption during harvesting, due to the fact that it burns bagasse in its boilers, generating the electric power needed to meet its needs.

The electric power generated from sugarcane bagasse has become a relevant product for companies in this industry. This practice directly contributes to offset the country’s energy shortage, allowing for supply even in periods when the rivers feeding hydroelectric plants are at their lowest levels. Furthermore, this energy greatly diminishes the distribution cost, due to the fact that the mills are close to consumption centers.

It is important to emphasize that this availability greatly depends on the reduction in consumption of energy used in the production process, which can be optimized in the existing mills or conceived with higher efficiency in new greenfield projects. Such optimization necessarily involves the more rational use of steam in processes, with the utilization of more efficient equipment that can operate at lower steam pressures, while using heat recuperated in different phases of the process, in which there are great differences in temperature among products. The use of more efficient motorized equipment in this process is also important because it also allows making surplus electric power available for sale. Another feasible alternative to make use of all means of generating energy from sugarcane is to use straw, helping to economically consolidate the elimination of the burning process.

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fabricação de açúcar A disponibilidade dessa energia pelas usinas representa, efetivamente, uma alternativa viável tanto para as empresas quanto para os governos. No entanto, a implementação dessa iniciativa depende do investimento necessário para a expansão da rede de captação dessa energia nas unidades produtoras e para a distribuição na rede de consumo nacional. É importante ressaltar, ainda, que esses investimentos devem ter remuneração atrativa para se manterem viáveis.

Por conta desses fatores, avaliamos que os processos fabris do setor sucroenergético têm apresentado índices muito eficientes no que se refere ao consumo de energia elétrica.

Esse bom desempenho afeta positivamente dois aspectos: o primeiro deles está ligado aos custos de produção e ao aumento da competitividade dos produtos; o segundo está ligado à disponibilidade maior de energia elétrica para venda à rede pública, e ambos afetam positivamente o cenário econômico nacional. Outro pilar fundamental para a eficiência da produtividade em nossas usinas está relacionado aos custos de manutenção industrial, que representam atualmente cerca de 50% das despesas de uma planta industrial do setor sucroenergético – uma parcela bastante expressiva.

Em relação a esse aspecto, avalio que é necessária uma mudança cultural, com a introdução de tecnologias que nos permitam determinar qual nível de intervenção é necessário para cada equipamento, submetendo os itens que não precisam de manutenção a um processo de hibernação durante o período de entressafra, caracteristicamente longo em nosso setor. Em linha com essa mudança, novos materiais e equipamentos devem ser desenvolvidos e adaptados aos nossos processos para garantirem melhor performance e durabilidade, aumentando, assim, o tempo entre paradas. Esse aumento de eficiência de trabalho garantirá a redução de custos necessária à manutenção da nossa competitividade.

Dessa maneira, um trabalho de manutenção feito da maneira apropriada e seguindo um planejamento estruturado pode ser o diferencial para o bom andamento de uma safra, garantindo que a estrutura industrial obtenha uma performance dentro do esperado. Por fim, o terceiro pilar que norteia nosso processo produtivo é a convivência com o meio ambiente. O modelo de negócio do setor sucroenergético possui relação direta com as questões ambientais, já que o etanol apresenta-se como uma alternativa viável de matriz energética que, somada às já existentes, pode efetivamente contribuir para uma economia de baixo carbono. Dentro do setor, temos avançado positivamente em diversas questões ligadas ao assunto, tornando nosso modelo de negócio cada vez mais maduro e preparado para essa nova economia. É importante que o setor fique cada vez mais atento a questões relacionadas à diminuição da quantidade e uso racional da vinhaça como fertilizante, diminuição do uso de água nos processos de produção e disposição adequada dos resíduos sólidos, exigências que serão cada vez mais frequentes no setor.

A parte mais representativa de nosso segmento está alinhada a esaas questões que são extremamente relevantes e cruciais para que o Brasil encontre e consolide um espaço garantido na economia mundial. Mesmo após conquistas históricas e um mercado consolidado, temos ainda muitos desafios pela frente que precisam ser vencidos. A nosso favor, temos o empenho concreto da grande maioria das empresas de nosso setor, que constantemente encontram novas soluções que as tornam cada vez mais ajustadas às questões ligadas ao meio ambiente, e suas soluções transformam-se em modelos que podem ser seguidos pelas demais.

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Opiniões The availability of this energy in the mills actually represents a viable alternative for companies and governments. However, implementing this initiative depends on the investment necessary to expand the energy sourcing network in the production units and for distribution through the national consumption network. It is also important to stress that such investments must provide attractive returns to be viable.

On account of these factors, in our assessment, the industrial processes in the sugar-based energy industry have achieved highly efficient indices in terms of electric power consumption. This good performance positively affects two aspects: the first relates to production costs and the increase in competitiveness of products; the second relates to the availability of more electric power for sale to the public network, with both positively affecting the national economic scenario. Another fundamental pillar related to productivity efficiency in our mills refers to industrial maintenance costs, that currently represent about 50% of the expenses of an industrial plant in the sugar-based energy industry – quite an expressive share.

With respect to this aspect, in my opinion, what is needed is a cultural change, with the introduction of technologies that allow us to determine what level of intervention is required for each equipment, placing items that do not require maintenance in a hibernation process during the harvest off-season, typically quite long in our industry. In line with this change, new materials and equipment must be developed and adapted to our processes to guarantee better performance and durability, thus increasing downtime intervals. Such increase in work efficiency will assure the reduction of costs necessary to maintain our competitiveness.

Thus, maintenance work done properly in accordance with a well-structured plan may be the differential for achieving a good harvest, warranting that the industrial structure will perform as expected. Lastly, the third pillar that guides our production process is co-existence with the environment. The sugar-based energy industry’s business model has a direct relation with environmental issues, given that ethanol is a viable energy matrix alternative that, when added to the existing alternatives, may effectively contribute to a low carbon economy. Within the industry, we have positively progressed in several issues related to the subject matter, increasingly making our business model more mature and prepared for this new economy. It is important that the industry be increasingly more attent to issues related to decreasing the volume of vinasse and using it more rationally as a fertilizer, diminishing the use of water in production processes and adequately disposing of solid residues, which are all demands that will become more frequent in the industry.

The more representative elements in our industry are tuned to these extremely relevant and crucial matters, so that Brazil may occupy and consolidate a guaranteed space in the world economy. Even having attained historical achievements and a consolidated market, we are still faced with many challenges that need to be overcome.

In our favor there is the concrete engagement of most companies in our industry, which are constantly discovering new solutions and becoming increasingly tuned to issues related to the environment, in which their solutions are transformed into models to be followed by others.

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fabricação de açúcar

produzir açúcar ou etanol? dilema shakespeariano To produce sugar or ethanol? A Shakespearian dilemma

Boa notícia: os preços do açúcar, nacional e internacionalmente, vêm mantendo-se em níveis elevados. Mais recentemente, houve elevação nos preços do etanol, embora sua equivalência econômica em relação ao resultado financeiro da produção de açúcar esteja menor.

Má notícia: a produção de etanol não acompanha o consumo interno e pode provocar desabastecimento. E aí, mais uma vez, voltarão a chamar os produtores de “usineiros irresponsáveis e gananciosos”. Até Lula já os chamou de heróis, para pouco depois mudar o adjetivo.

Good news: national and international sugar prices continue at high levels. More recently, ethanol prices increased, although their economic equivalence related to the financial result of sugar production decreased.

Bad news: ethanol production does not keep pace with domestic consumption and may result in lack of product.

Then, once again, producers will be called “irresponsible and greedy sugar millers”. Even Lula referred to them as heroes, only to have changed the adjective shortly thereafter.

" Dependendo do mercado, esse rei impiedoso e sem misericórdia, nosso dilema shakespeariano adaptado é a decisão pela produção de açúcar ou etanol. Decisão que somente pode ser tomada pela administração da usina. " Marcelo Paes Fernandes Sócio da Fourteam Engenheiros Associados Senior partner of Fourteam Engenheiros Associados

Empresas fabricantes de mais de um produto que tenham por meta o lucro utilizam sistemas ERP para determinar qual item é mais lucrativo para definir o mix de produção. É ilusório achar que usinas não sigam tal regra e utópico crer que produzirão açúcar ou etanol pensando em atender demandas de mercado. Elas devem produzir aquilo que maximiza seu lucro a curto e médio prazos.

Escolhida a fração de caldo para açúcar de forma a atender o mix de produção, deve-se recuperar ao máximo sua sacarose, esgotando o mel de forma técnica e economicamente viável. Ocorre que, desde a implantação do Proálcool, não se esgota o mel alegando-se que seus açúcares são recuperados na conversão em etanol, o que é falso. Mas, naquela época, andávamos com antolhos, e a estratégia era produzir o máximo de etanol, mesmo com perdas maiores, já que o preço fixado pelo IAA era baseado numa certa “paridade econômica”. Com a desregulamentação, tal paridade desapareceu, e as usinas passaram a enfrentar o mundo real, aquele da oferta e demanda. Comparemos duas usinas típicas, ambas processando 80% do caldo para açúcar no sistema de duas massas, porém, uma bem convencional (SJM de 72%) e outra otimizada (SJM de 86%). Essas recuperações são frutos da operação com méis com 60 e 45% de pureza, respectivamente. Para cada tonelada de cana, a usina convencional produzirá 74 kg de açúcar VHP e 41 litros de etanol, enquanto a otimizada produzirá 89 kg de açúcar e 32 litros de etanol. Um expressivo aumento de 20% na produção de açúcar e, em contrapartida, redução significativa de 22% na de etanol. Considerando

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Manufacturers of more than one product, whose objective is profit, use ERP systems to determine which item is more profitable and to set the production mix. It is an illusion to believe mills do not follow such a rule and utopistic to think they will produce sugar or ethanol taking only market demands into consideration. They must produce what optimizes their profit in the short and medium terms.

Once juice portion is defined to meet the production mix requirement, one must recover as much of its sucrose as possible, exhausting molasses in a technical and economically feasible way. In fact, since the “Proálcool” program implementation, molasses is not exhausted due to the allegation that its sugars are recovered by conversion to ethanol, which is false.

But, in those days, we wore blinds and strategy consisted in producing maximum volumes of ethanol even suffering higher sugar losses, because prices stated by “IAA” were based on a certain “economic parity”. With deregulation, that parity disappeared and mills started to face the real world, the one of supply and demand. Let us compare two typical mills, both processing 80% of the juice for sugar using two massecuite boiling systems, but one being quite conventional (SJM of 72%) the other optimal (SJM of 86%). Such recovery figures are the result of operating with molasses with purities of 60 and 45%, respectively. For each ton of sugarcane, the conventional mill will produce 74 kg of VHP sugar and 41 liters of ethanol, whereas the optimized alternative will produce 89 kg of sugar and 32 liters of ethanol. An expressive increase of 20% in sugar production and on the other hand, a significant

Opiniões os recentes preços, não há dúvida de que a planta otimizada lucrará mais que a convencional, apesar dos custos maiores de produção do açúcar. Como transformar a fábrica convencional em otimizada? Como reduzir a pureza do mel de 60 para 45%? Fazendo-se o básico de forma correta: simplesmente cozinhando massas A e B com purezas bem distintas e separando adequadamente mel rico e pobre, tarefa fácil para as centrífugas, mesmo as mais antigas. O ponto chave é obter quedas relevantes de pureza entre massas e méis.

Usinas chamam de cristalizador o equipamento embaixo do cozedor, porém poucas podem assim fazê-lo, pois o usam somente como depósito. Cristalizador é um equipamento que permite a continuação da cristalização da sacarose após descarga do cozedor, mantendo-a em estado de supersaturação por meio de resfriamento e retenção, daí seu nome. São pouquíssimas as usinas que resfriam a massa. Ressalta-se que o resfriamento e a retenção ideais da massa B requerem um apreciável volume em operação, e, às vezes, não é possível devido à limitação de espaço na área de cristalizadores.

Nesses casos, o ideal é instalar cristalizadores verticais que ocupam área com diâmetro inferior a 5,0 m. Tal equipamento permite o resfriamento da massa de 70 a 45ºC usando-se água resfriada. A cristalização da sacarose nos cristalizadores permitirá esgotar ainda mais o mel. Cada ponto de pureza resulta no incremento de quase 1% de açúcar e redução de 0,8% de etanol. Como não existe almoço grátis, o resfriamento da massa eleva sua viscosidade, reduzindo significativamente a capacidade das centrífugas contínuas. Para contornar esse inconveniente, é necessário aquecê-la até 53ºC, de forma rápida e eficiente, para não anular o trabalho dos cristalizadores.

Esse aquecimento é feito em aquecedores tubulares, também verticais e alimentados por gravidade do cristalizador vertical sem uso de bomba. A massa B, assim acondicionada, permitirá que as centrífugas operem com normalidade e desempenho ideais. É assim em todo o mundo açucareiro, onde se esgota o mel final para alcançar pureza abaixo de 30%.

Por fim, sempre que houver necessidade de incremento na área de cozimento, é interessante analisar a opção de elaborar a massa B em cozedor contínuo, com muitas vantagens sobre os de batelada, seja com a utilização de vapor mais frio, uniformidade dos cristais, consumo de vapor sem variações bruscas ou com melhor esgotamento da massa. No Brasil, instalaram-se mais cozedores contínuos de tubos horizontais do que verticais, apesar de estes serem mais adequados por operarem campanhas mais longas. Essa vantagem decorre da geometria típica dos cozedores, uma vez que nos verticais a massa circula por dentro de tubos de 4” de diâmetro com 1 m de comprimento, enquanto nos horizontais circula por fora de tubos de 1½” de diâmetro com 12 a 15 m de comprimento. Afinal, há tecnologias de cozedores de tubos verticais que permitem utilizar até três tipos de vapores nos módulos (V1, V2 ou V3) e que permitem adicionar um módulo adicional para crescimento futuro.

Shakespeare eternizou Hamlet com seu dilema “ser ou não ser”. Dependendo do mercado, esse rei impiedoso e sem misericórdia, nosso dilema shakespeariano adaptado é a decisão pela produção de açúcar ou etanol. Decisão que somente pode ser tomada pela administração da usina. Mas, convenhamos, qualquer que seja a parcela de caldo para a fábrica de açúcar, tratemo-la com carinho e exaustão, retirando dela o máximo, adotando procedimentos básicos, bem difundidos, implementados correta e criteriosamente, para obter menores custos e maiores lucros.

22% ethanol decrease . Considering recent prices, there is no doubt that an optimized mill will profit more than a conventional one, notwithstanding higher sugar production costs.

How does one move from a conventional mill to an optimized one? And how to reduce molasses' purity from 60 to 45%? Following the basics and in the right way: simply boiling massecuites A and B at very different purities and adequately separating rich and poor molasses, an easy task for centrifugals, even the older ones. The key aspect is to obtain relevant purity drop between massecuites and their molasses.

Mills refer to the equipment under the vacuum pan as a crystallizer, but few can actually proceed that way, because they use it only as a buffer tank for centrifugals. Crystallizer is a piece of equipment that allows sucrose crystallization continuation after pan drop, keeping it in a supersaturation state, by cooling means and retention time . Hence, the name.

Very few mills cool the massecuite. One should emphasize that ideal cooling and retention time for B massecuite require considerable operational volume and sometimes this is not possible due to space limitations in crystallizer area. In such cases, the ideal is to install vertical crystallizers that occupy an area of less than 5.0 m in diameter. Such equipment allows massecuite cooling from 70 to 45ºC, using cooled water. Sucrose crystallization in crystallizers will allow further molasses exhaustion. Each point in molasses purity results in the increase of almost 1% of sugar and a reduction of 0.8% of ethanol. Since there is no free lunch, massecuite cooling increases its viscosity, significantly reducing continuous centrifugals' load. To bypass this inconvenience, it is necessary to heat it to up to 53ºC, quickly and efficiently, so as to not invalidate the work performed by crystallizers.

This heating is done with tubular heaters, also vertical and fed by gravity from vertical crystallizer, disregarding pump usage. B massecuite thus handled will allow centrifugals to operate normally and under ideal conditions. This is how it is done throughout the world in plants, where final molasses is exhausted to achieve purities below 30%.

Finally, whenever there is a need for expansion in the boiling section, it is interesting to analyze the option to elaborate B massecuite in a continuous pan, with many advantages over batch pans, whether by using colder vapor, crystals uniformity, vapor consumption without sudden variations, or with better molasses exhaustion. In Brazil, more continuous pans with horizontal tubes were installed than vertical ones, although the latter are more adequate to operate for longer periods. This advantage derives from the typical geometry of continuous pans, since in the vertical type massecuite circulates inside 4” diameter tubes, whereas in horizontal ones this occurs outside 1½” diameter tubes, with 12 to 15 m in length. After all, there are continuous pans with vertical tube with technology that allow to use three types of vapor in the modules (V1, V2 or V3), being also possible to install an additional module for future expansion.

Shakespeare eternalized Hamlet with his dilemma “to be or not to be”. Depending on the market, this unmerciful and unforgiving king, our adapted Shakespearian dilemma, is the decision to produce sugar or ethanol. Decision that can only be made by the mill’s management. But, let us agree that whatever the portion of juice for sugar production is, one should handle it carefully and completely, extracting the maximum from it, adopting basic well-known procedures, correctly and rigorously implemented, to obtain the lowest costs and the highest profits.

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fabricação de etanol

Opiniões

o estado da arte da

tecnologia State-of-the-art of technology

O processamento de cana-de-açúcar no País é uma atividade madura, que tornou possível ao Brasil ser o segundo maior produtor de etanol e o maior exportador de açúcar e etanol . Essa importante atividade econômica representa hoje quase 2% do PIB, da mesma ordem de grandeza de negócios como a produção de plásticos. O setor é um grande empregador, com alto grau de formalização, levando oportunidades de emprego e renda ao interior do País.

O processo industrial da cana tem crescido em tamanho (quantidade moída por safra e por dia) sem, no entanto, perder eficiência e sem aumentar sua “pegada” ambiental. Diversas análises do nosso modo de produção feitas tanto pela academia como por órgãos governamentais de outros países atestam a sustentabilidade do nosso negócio, em particular, quando comparado a outros produtos convencionais, como os de origem fóssil. O açúcar brasileiro é a fonte de calorias que ocupa a menor área, usa a menor quantidade de água e gera mais empregos entre os alimentos disponíveis.

Como foi possível chegar a essa situação? Tivemos razões históricas: desde o início, dirigimos esforços à produção de cana-de-açúcar e à exportação da sacarose sob diversas formas. Logo cedo, fomos expostos à concorrência com outras colônias, algumas delas com vantagens econômicas e logísticas e, mesmo assim, nunca fomos responsáveis por menos de 15% do mercado mundial de adoçantes.

Nesses muitos anos, tivemos centenas de crises, catástrofes, novas doenças e pragas e até guerras, e nada disso impediu que continuássemos produzindo de forma competitiva. Aliás, desde o início, a produção foi privada, com variáveis níveis de proteção governamental. Além das razões históricas, nosso acoplamento ao mercado (externo e interno) nos fez configurar o processo para que ele fosse sempre viável. Por exemplo: temos um dos maiores custos de capital do mundo, o que nos levou à necessidade de aumentar a produção, principalmente através de ganhos de produtividade, ou seja, fazendo cada vez mais com menos.

A mesma moenda, hoje, mói mais do que o dobro de cana – por unidade de peso de equipamento e de energia gasta para sua movimentação – do que no início do Proálcool. O mesmo se passou com a fermentação, os ganhos de produtividade (ganhos de eficiência – mais etanol produzido com o mesmo

" precisamos de excelentes operadores, supervisores e gerentes, bem como de assessores, pesquisadores e cientistas, todos olhando o processo de perto e com as mãos na massa " Jaime Finguerut

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Gerente de Desenvolvimento Estratégico do CTC Strategic Development Manager of CTC

Processing sugarcane in the country is a mature activity, which made it possible for Brazil to become the second largest producer of ethanol and the largest exporter of sugar and ethanol. This important economic activity nowadays represents almost 2% of GDP, the same business magnitude as the production of plastic, for example. The industry is an important employer, with a high degree of formalization, providing income and job opportunities in the country’s interior.

Sugarcane’s industrial process has grown in scope (volume crushed per harvest and per day), without, however, having lost efficiency and without increasing its environmental “footprint”. Several analyses of our way of producing, conducted both by academy and by governmental bodies of other countries, confirm the sustainability of our business, particularly in comparison with other conventional products, such as those of fossil origin. Brazilian sugar is the source of calories that occupies the smallest area, uses the least volume of water and generates more jobs than any other available kind of food. How was it possible to reach this situation? There were historical reasons: since the beginning we have made efforts in the production of sugarcane and in exporting sucrose in different forms. Early on, we were exposed to competition from other colonies, some of which enjoyed economic and logistic advantages, and even so we were never responsible for less than 15% of the world market for sweeteners.

In all these years, we faced many crises, catastrophes, new diseases, plagues and even wars, but all this did not prevent us from continuing to produce competitively. Actually, right from the beginning, production was in private hands, with variable degrees of governmental protection. Apart from historical reasons, our attachment to the market (domestic and foreign) made us shape the production process so that it would always be viable. For example: we have one of the highest costs of capital in the world, which forced us to increase production, mainly through productivity gains, i.e., by doing increasingly more with less.

A same crushing mill nowadays crushes more than double – per unit of equipment weight and energy spent to operate it –, the volume of sugarcane in comparison with when the “Proálcool” program started. The same happened

fabricação de etanol açúcar – e redução do tempo de fermentação) foram de mais de 100%. Portanto, frente a uma conjuntura interna desfavorável, a nossa capacidade de atender aos mercados nos fez usar a inovação para evoluir. Nesse sentido, a existência de órgãos de pesquisa e desenvolvimento nacionais, a engenharia nacional – empresas de equipamentos –, e as políticas e incentivos foram fatores de sucesso. No geral, o resultado é o processo maduro que já citei. Mas o que é um processo maduro? É aquele no qual o custo da matéria-prima é o maior, ou seja, os problemas foram sendo resolvidos, como por exemplo, os gastos com produtos químicos e outros insumos (incluído água), com energia, com manutenção, com disposição de resíduos, com capital (investimentos), sobrando apenas a matéria-prima. Compare a nossa produção de etanol de cana com a de etanol de milho. A energia (comprada - gás natural - EUA) custa muito caro, utiliza mais enzimas e leveduras, equipamentos enormes de aço inoxidável e tem a necessidade de níveis elevados de limpeza e esterilização, o que nos leva a ver que a produção a partir do milho ainda não está madura. É exatamente a maturidade de um processo, no qual os ganhos incrementais são cada vez menos atrativos, que permite que inovações radicais sejam necessárias e tenham maior probabilidade de sucesso. Essas inovações radicais, como, por exemplo, o etanol da biomassa celulósica da cana, serão construídas em bases sólidas, instaladas e otimizadas por gente que sabe o que e como fazer, já na escala industrial.

Mais uma vez, compare a possível instalação dessa inovação radical (etanol de frações celulósicas) no Brasil e nos EUA. Guardadas as diferenças de capacidade de investimento em ciência e tecnologia e de suporte à inovação, mas considerando o grau de maturidade e de acoplamento a mercados, onde teremos a maior probabilidade de sucesso? Aqui, com certeza, desde que consigamos instalar a primeira planta em escala industrial. E, a partir dela, “ligaremos” a curva de aprendizado e faremos exatamente o que já sabemos fazer desde o Proálcool. Onde estamos hoje e o que precisamos fazer?

Primeiro, continuar melhorando os nossos processos. Ter robustez (capacidade de atender rápido e bem ao mercado), flexibilidade (produzir mais ou menos de certo produto, dentro de uma “cesta” viável de diferentes produtos) e eficiência (não desperdiçar, pois qualquer perda aqui significa custo e impacto ambiental). Para esses requisitos, pessoas são essenciais. Precisamos de excelentes operadores, supervisores e gerentes, bem como de assessores, pesquisadores e cientistas, todos “olhando” o processo de perto e com as “mãos na massa”. O processo atual tem de ser absolutamente confiável, controlado de forma antecipatória em função das grandes variações que ocorrerão cada vez mais intensas, devido ao uso de diferentes variedades de cana e da “volatilidade” do clima e da economia.

Segundo, é necessário procurar novos mercados e oportunidades. Podemos substituir o diesel? Sim. Produzir combustível de aviação? Sim. Fazer muitos produtos hoje feitos na petroquímica? Sim. Agregar valor ao nosso adoçante? Sim. E tudo isso ligado à usina atual de forma sinérgica, um processo ajudando o outro, como num organismo.

Terceiro, é necessário inovar, procurar soluções radicais, pois, sem riscos, não há avanço real. Para isso, são necessários investidores e um ambiente socioeconômico que permita investimentos. Tudo isso está ao nosso alcance hoje.

Façamos, pois, é o que tem de ser feito.

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Opiniões with fermentation, the productivity gains (efficiency gains – more ethanol produced with the same volume of sugar –, and reduction in fermentation time), which exceeded 100%.

Hence, in view of an unfavorable domestic scenario, our capacity to meet market requirements made us innovate and evolve. In this aspect, the existence of national research and development bodies, national engineering capacity – equipment manufacturers –, and policies and incentives were all success factors. In general, the outcome is the mature process I already referred to. But what is a mature process? It is one in which the cost of raw material is the highest, i.e., problems were gradually solved – for instance, expenses with chemical products and other inputs (including water), energy, maintenance, the disposition of residues, capital (investments), leaving only the raw material cost. Compare our production of ethanol from sugarcane with that of corn. Energy (purchased - natural gas - USA) is very expensive, it uses more enzymes and yeast, enormous stainless steel equipment and requires high levels of cleaning and sterilizing, which leads us to conclude that the production from corn is, as yet, not mature.

It is precisely the maturity of a process, in which incremental gains are increasingly less attractive, that makes radical innovations possible and provides for greater chances of success. Such radical innovations, for instance, ethanol from sugarcane cellulosic biomass, will be built upon solid bases, installed and optimized by people who know how and what to do, already on an industrial scale.

Again, compare the possible installation of this radical innovation (ethanol from cellulosic fractions) in Brazil and in the USA. Notwithstanding the differences in the capacity to invest in science and technology and in support for innovation, but considering the degree of maturity and coupling to markets, where is it that chances of succeeding are the greatest? Certainly here, provided we can install the first plant on an industrial scale. Starting from there, we will begin on the learning curve and will do exactly what we already have known to do since the “Proálcool” program.

Where are we today and what must we do?

First, continue improving our processes. Be steadfast (have the capacity to quickly and well serve the market), have flexibility (to produce more or less of a given product, comprising a set of viable different products), and be efficient (avoiding waste, because any loss here means cost and environmental impact). For such requirements, people are essential. We need excellent operators, supervisors and managers, as well as advisors, researchers and scientists, all closely “watching” the process and with a “hands on” attitude. The current process must be totally reliable, controlled in a manner so as to anticipate facts resulting from major variations that will ever increasingly occur with more intensity, due to the use of different sugarcane varieties and the “volatility” of the climate and the economy.

Second, one must look for new markets and opportunities. Can we replace diesel? Yes. Produce aircraft fuel? Yes. Produce many products that today are made by the petrochemical industry? Yes. Aggregate value to our sweetener?

Yes. And all this tied to the mill of today in a synergetic manner, with one process helping another, like in a single organism.

Third, it is necessary to innovate, look for radical solutions, because without taking risks there cannot be real progress. To that end, one needs investors and a social and economic environment that allows investments to be made. All this is within our reach today. Let us therefore do what needs to be done.

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manutenção preditiva

odamercado manutenção preditiva The predictive maintenance market

Cinco anos atrás, participei de uma edição especial da Revista Opiniões em um bloco sobre manutenções preditivas, no qual ressaltava a sua importância e as reais perspectivas de ganho para o setor sucroenergético. Hoje, são muito evidentes os avanços e as conquistas que esse sistema teve dentro do setor, em comparação com a realidade daquela época. Definitivamente, os conceitos de manutenções evoluíram a outro patamar, em que praticamente todas as ações e definições de investimentos têm tido influência direta das técnicas preditivas.

Five years ago, I participated in a special edition of Revista Opiniões in a theme block on predictive maintenance, in which I emphasized its importance and the real gain perspectives for the sugar-based energy industry. Nowadays, the advancements and conquests that this system achieved in the industry, in comparison with the reality of that time, are quite evident. Most certainly, maintenance concepts evolved to a higher level, at which practically all actions and definitions about investments directly influence predictive techniques.

" há relatos de casos em que projetos e processos foram revisados em função de laudos conclusivos gerados através de técnicas preditivas "

Lorenzo Reynals Berdala

Diretor da M&M LabTest Director of M&M LabTest

Concorrência, mercado, influência de empresas investidoras – algumas destas que, até há pouco tempo, sequer tinham algum tipo de envolvimento ou participação com o setor sucroenergético –, entre outros, foram razões determinantes para a evolução das áreas de manutenção na indústria.

Também é importante destacar que a chegada de profissionais de outros segmentos industriais trouxe, sem dúvida, novas visões e conhecimentos de suas áreas de origem. As adaptações de tais conceitos dentro da realidade do setor sucroenergético somadas ao complexo conhecimento desenvolvido ao longo de tantos anos no próprio setor conduziram a importância da manutenção preditiva a um estágio ainda mais elevado.

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Competition, market, the influence of investor companies – some of which, until recently, even had no involvement or participation in the sugar-based energy industry –, among other factors, were determinant for the development of maintenance activity inside industrial companies.

It is also important to emphasize that the entry of professionals from other industries no doubt brought new visions and knowledge from their fields of origin. The adaptation of such concepts to the reality of the sugarcane-based energy industry, along with the complex knowledge developed over so many years within the industry itself, led the importance of predictive maintenance to an even higher level.

Opiniões O que tenho observado nas empresas sucroenergéticas, de maneira geral, é a sinergia que está ocorrendo entre os gestores das grandes empresas com o setor responsável pela manutenção preditiva, em função da confiança adquirida pelos resultados que suas técnicas conquistaram. A cada dia, a tomada de decisão se sustenta mais na confiabilidade das informações contidas nos relatórios das manutenções preditivas. Conforme essa experiência foi se desenvolvendo, o setor sucroenergético foi se tornando mais exigente na escolha dos fornecedores de ferramentas e equipamentos de manutenção. Estes, por sua vez, pressionados e incentivados pelo desenvolvimento, passaram a investir no aprimoramento dos produtos e serviços fornecidos.

O mercado sinaliza um seguro, crescente e atraente potencial de desenvolvimento, demonstrado pelo crescimento da produção das atuais unidades industriais em função da modernização de suas instalações, bem como a entrada em funcionamento de novas unidades por todo o Brasil e em outros países.

Gostaria de ressaltar a importância das técnicas preditivas associadas, pois tem-se obtido, comprovadamente, melhores resultados na composição de laudos.

Consequentemente, o direcionamento e programação de toda e qualquer ação a ser tomada têm sido realizados de maneira mais eficiente, já que a manutenção preditiva tem como princípio se antecipar, avaliando o comportamento dos equipamentos monitorados e projetando, através de análises de sintomas e parâmetros, as tendências observadas. Há relatos de casos em que projetos e processos foram revisados em função de laudos conclusivos gerados através de técnicas preditivas. Evidentemente, isso somente é possível se baseado em trabalhos realizados de maneira periódica e constante, nos quais esteja envolvido e comprometido todo o time da área industrial. Esse é o ponto principal dessa questão.

Será que o conceito de manutenção preditiva está sendo efetivamente bem empregado nas empresas que fazem uso dessas técnicas? Estamos extraindo delas tudo o que podem proporcionar?

Conheço muitas unidades no Brasil e na América Central nas quais esse trabalho vem sendo realizado com muita seriedade e objetividade. Criaram uma cultura e a desenvolveram dentro das plantas industriais, adquiriram equipamentos, direcionaram e contrataram profissionais para desempenharem exclusivamente essa tarefa, formalizaram parcerias com empresas prestadoras de serviços, conquistando, assim, resultados que justificaram todo esse empenho. Avaliaram, analisaram, acreditaram e decidiram investir nos conceitos da manutenção preditiva. É muito importante averiguar e confirmar a causa raiz dos defeitos. A manutenção preditiva tem influência direta nessa busca. Entretanto, para que seja considerada efetivamente uma ferramenta útil e precisa, requer, do lado do fornecedor do serviço, a qualificação, habilitação e comprovada capacitação, e, do lado da empresa, o acompanhamento de representantes com poder ou influência na decisão. A manutenção preditiva se tornará cada vez mais precisa em função do desenvolvimento tecnológico dos equipamentos de diagnósticos que lhe são disponibilizados, e o mercado será ampliado e sustentado pelo comprovado retorno que seus resultados trouxerem.

What I have observed in sugarcane-based energy industry companies, generally speaking, is the synergy that takes place among managers of large companies and the department responsible for predictive maintenance, due to the trust built up through the results achieved with its techniques. Each day, decision making is increasingly sustained on the reliability of information contained in predictive maintenance reports. As this experience developed, the sugar-based energy industry became more demanding in selecting suppliers of maintenance tools and equipment. These, in turn, pressured and encouraged by development, began investing in the improvement of products and services they supply.

The market is signaling a safe, growing, and attractive development potential, as shown by growth in production of the current industrial units, due to the modernization of their installations and the coming on stream of new units throughout Brazil and in other countries.

I would like to stress the importance of related predictive techniques, since one has provenly obtained better results in the analysis of diagnostics. Hence, the directing and programming of any and all actions to be undertaken have taken place in a more efficient manner, given that predictive maintenance is based on the principle of anticipating its occurrence, assessing the performance of monitored equipment, while projecting perceived trends based on analyses and symptoms. There are reports of cases in which projects and processes were reviewed based on conclusive opinions drawn up as the result of applying predictive techniques. Evidently, this is only possible if based on initiatives undertaken in a periodic and constant manner, involving the participation and commitment of the entire staff of industrial departments. This is the key aspect of the issue. Is the predictive maintenance concept actually being properly applied in companies that use such techniques? Are we getting from them all they can provide us?

I know of many units in Brazil and Central America in which such work is being performed in a serious and objective manner. They created a culture and developed it inside their industrial plants, purchased equipment, allocated and hired professionals to exclusively perform this task, formalized partnerships with service providers, thereby achieving the results that justify all such effort. They assessed, analyzed, believed in, and decided to invest in the concepts of predictive maintenance. It is very important to check out and identify the root cause of defects. Predictive maintenance directly influences such an investigation. However, in order for it to really be seen as a useful and precise tool, it is necessary that the service provider has the qualification, authorization and proven experience, and that, on the other hand, the company monitors the process through representatives empowered to make or influence decisions. Predictive maintenance will become increasingly more precise in light of the technological development of the equipment of diagnosis made available to that end, and the market will be expanded and sustained through the proven resulting returns.

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manutenção preditiva

tecnologia, inovação e

produtividade Technology, innovation and productivity

" A reutilização com segurança tecnológica possibilitou que o mercado açucareiro deixasse de substituir, em cinco anos, em torno de 3.000 rolamentos de grande porte (acima de 200 mm de furo) " Weber Francisco Capozzi Diretor da Intacta Rolamentos Director of Intacta Rolamentos

O mundo corporativo vem discutindo exaustivamente a questão da produtividade. Via de regra, o alvo principal vem recaindo sobre o departamento de custos, com repercussão direta na manutenção, insumos, custos fixos etc.

Pressionados pelos asiáticos, países desenvolvidos de economia aberta partiram para as soluções criativas e incomuns na eterna busca pelos baixos custos e, consequentemente, pela competitividade. Por esse motivo, algumas instituições de alto nível – universidades e grandes conglomerados empresarias – envolvem-se cada vez mais, revelando, com isso, uma necessidade imperativa no desenvolvimento de novas ações sobre a economia moderna e a produtividade.

Tal tema tem sido tratado com extrema atenção e com grande valor estratégico, pois define o sucesso ou não das organizações ocidentais frente aos desafios encontrados em relação à concorrência desleal (taxa de câmbio, mão de obra subsidiada, incentivos estatais, ausência de leis trabalhistas, proteção de patentes, etc). Alguns dos assuntos que vêm demandando muita atenção desses organismos têm sido a qualidade da comunicação e os produtos ou serviços inequivocamente inovadores.

Para que se obtenha pleno êxito na comunicação de qualidade e assim revertê-la em produtividade, são necessários alguns cuidados e pré-requisitos: a resiliência dos interlocutores, maturidade, discernimento, flexibilidade e a recursividade. E no campo da inovação tecnológica, os indicadores são ainda mais intangíveis. Até bem pouco tempo, a medida da inovação de um produto ou

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The business world is extensively debating the productivity issue. In general, the main focus has been on the cost department, with direct impact on maintenance, inputs, fixed costs, etc.

Under pressure from Asian countries, developed open economy countries are looking at creative and unusual solutions in the endless quest for low costs, and hence, for competitiveness. That is why some high level institutions – universities and large corporate conglomerates – are increasingly getting involved, thereby revealing the urgent need to develop new initiatives related to modern economies and productivity.

This matter has been treated with much attention and is of high strategic value, given that it defines the success or the lack thereof of Western organizations vis-à-vis the challenges faced in regard to unfair competition (exchange rate, subsidized labor, government incentives, lack of labor-related legislation, patent protection, etc). Among the issues that have been calling a lot of the attention of these organisms, have been the quality of communication and unquestionably innovative products and services.

In order to be entirely successful in terms of communication quality, so as to transform it into productivity, some care and pre-requisites are required: resilience of interlocutors, maturity, discernment, flexibility and resourcefulness. In the field of technological innovation, indicators are even more intangible. Until recently, the measure of a product’s or service’s inno-

Opiniões serviço era o seu sucesso comercial, ou seja, a medida da inovação vinha após os investimentos realizados. Dessa forma, não era possível garantir que os investimentos em recursos humanos, fluxo de capitais e de tempo, empregados em diversos projetos, tivessem sucesso inexorável.

Atualmente, já se pode prever se tais alocações de recursos serão revertidas em sucesso ou em fracasso, trazendo, com isso, valor às novas ideias que emergem a todo instante. Uma brilhante tese de mestrado de um engenheiro elétrico da Escola Politécnica da USP, Ruy Santo, e seu orientador, Marcelo Massarani – dos quais fui aluno –, consegue medir com precisão, através da “linguagem” da engenharia, produtos e serviços inovadores que, até então, não eram possíveis.

Verifica-se, ao lançar mão dessas ferramentas especiais, que as novas discussões sobre produtividade não se restringem apenas e tão somente aos departamentos de compras, planejamento, manutenção ou custos, mas também à criatividade e à maior de todas as habilidades humana: a inteligência. Para que seja possível uma perfeita compreensão dos novos elementos de medição da produtividade, faz-se necessário compreender a diferença fundamental entre preço e valor. Valor se mede na relação direta entre desempenho sobre preço, ou seja, qual é o desempenho que um equipamento ou um serviço cumprem sobre o seu preço.

Ao observarmos o setor sucroenergético, percebemos uma vertente clara no sentido do aprimoramento ou aperfeiçoamento que difere da inovação. O aperfeiçoamento é uma etapa de um mesmo produto ou serviço, ao passo que a inovação é um novo momento e uma nova proposta do produto ou serviço. Contudo, ao analisarmos dois exemplos com cuidado, será possível a observação clara da diferença entre o aperfeiçoamento e a inovação. A moenda de cana-de-açúcar permanece sem grandes mudanças há mais de cem anos, mas com alguns aperfeiçoamentos.

Enquanto os fabricantes de rolamentos os aperfeiçoam, as empresas brasileiras, com destaque para as usinas, usando tecnologia inovadora de reaproveitamento, os reutilizam, com ganhos econômicos expressivos, mantendo as mesmas exigências de qualidade originais.

A reutilização com segurança tecnológica possibilitou que o mercado açucareiro deixasse de substituir, em cinco anos, em torno de 3.000 rolamentos de grande porte (acima de 200 mm de furo). Ao realizar uma análise do ciclo de vida de um rolamento de grande porte, pode-se notar uma economia substancial de energia (95%) no seu reaproveitamento de um rolamento em relação a um rolamento novo. Igualmente, nota-se uma economia de 90% de massa, além de 98% de água, 100% de emissão de CO2, 99% de economia em rejeitos entre outras.

Portanto, ao realizarmos uma análise dos números citados sobre as funções da engenharia no processo de recuperação e reutilização de rolamentos, percebemos uma clara e inequívoca sinalização de uma tecnologia inovadora. Com uma economia em torno de trinta milhões de reais em reposição de rolamentos novos, pode-se concluir que a produtividade alcançada de maneira pouco usual tem sido objeto da aplicação correta da tecnologia inovadora, motivada pelos conceitos de sustentabilidade, preservação do capital e, consequentemente, dos recursos naturais. Manutenção inteligente: uma oportunidade de lucros.

vation was its commercial success, i.e., the innovation measure came after investments were made. Therefore, it has not been possible to guarantee that investments in human resources, the flow of capital, and time spent on several projects, are successful. Nowadays, one can already predict if such allocations of resources will be successful or not, thereby attributing value to new ideas that arise all the time.

An outstanding master degree thesis by an electrical engineer of the University of São Paulo’s Polytechnical Institute, Ruy Santo, and his orientator, Marcelo Massarani – whose student I was –, shows how to precisely measure, through the “language” of engineering, innovative products and services, which were previously not measurable.

When resorting to these special instruments, one can see that the new debates on productivity are not confined only to the departments of purchasing, maintenance or costs, but also to creativity and to the most important of human abilities: intelligence.

In order to perfectly well understand the new means to measure productivity, one must understand the essential difference between price and value. Value is measured in the direct relation between price and performance, i.e., what is equipment’s or service’s performance given the price.

In looking at the sugar-based energy industry, one can clearly see an aspect related to perfecting or improving that is different from innovating. Perfecting is a phase of a same product or service, whereas innovating is a new moment and a new proposal for a product or service.

However, in carefully analyzing two examples, one can observe the clear difference between perfecting and innovating. The sugarcane crusher has not undergone major changes in more than 100 years, albeit it has been perfected.

While the crusher’s bearings manufacturers improve them, Brazilian companies – in special mills - using an innovative technology, reuse them, with expressive economical advantages, maintaining the same original quality request.

Reutilization with technological safety allowed the sugar market to not replace about 3,000 large bearings in five years (with borings larger than 200 mm).

In analyzing a large bearing’s life cycle, one can observe substantial energy savings (95%) when reutilizing a bearing, as compared with replacing it with a new one.

By the same token, one can observe savings of 90% of mass, and of 98% of water, 100% in CO2 emissions, 99% in waste, among others.

Thus, in analyzing the mentioned numbers in terms of engineering functions in the recuperation and reutilization process of bearings, we will observe a clear and unequivocal sign of an innovative technology.

With savings of about R$ 30 million by not replacing old bearings with new ones, one may conclude that the achieved productivity in such an unorthodox manner has been the result of correctly applying innovative technology, based on concepts of sustainability, preservation of capital, and hence, of natural resources. Intelligent maintenance: an opportunity for profit.

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cogeração

Opiniões

bioeletricidade Bioelectricity

Desde 1987, quando os primeiros excedentes de bioeletricidade foram comercializados, várias medidas de incentivo foram implementadas para o seu incremento e a sua comercialização através das redes elétricas. A principal delas é o desconto mínimo de 50% nas tarifas de uso da rede oferecido à energia proveniente da biomassa, exclusivamente para potência inferior a 30.000 KW injetada na rede elétrica pela usinas geradoras. Gozam desse benefício os geradores e os respectivos consumidores compradores. A venda é diretamente permitida pelas usinas aos consumidores com potência contratada acima de 500 KW e também para os comercializadores de energia que a repassam aos consumidores.

A vantagem que os comercializadores agregam a esse processo é que as usinas produtoras não necessitam ter estrutura própria de comercialização de energia em suas unidades. Basta celebrar o contrato de compra e venda com o comercializador e ter um representante ativo junto à Câmara de Comercialização de Energia - CCEE, para os registros necessários de compra e venda referentes à energia gerada. Esse é um componente importante de agregação de valor pelos comercializadores, dado que o processo de comercialização é complexo e exige o conhecimento e acompanhamento da regulação do setor elétrico e das regras e procedimentos de mercado emitidos pela CCEE e pela ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica, que são dinâmicos e sofrem constantes alterações.

A maioria das usinas geradoras têm preferido vender a energia excedente diretamente aos comercializadores, principalmente em função da simplificação do processo e para permitir a concentração em poucos compradores.

Para se ter um exemplo de sucesso dessa prática, a Rede Comercializadora é a maior comercializadora do País na compra e venda de energia gerada através da bioeletricidade, mantendo vigentes contratos de longo prazo com 11 usinas do setor sucroalcooleiro.

" A sazonalidade da energia gerada dificulta a venda direta a consumidores que necessitam de fornecimento de energia durante os 12 meses do ano. O comercializador pode otimizar seu portfólio com outras fontes e anualizar a energia, aumentando a atratividade da bioeletricidade. " José Antonio Sorge Vice-Presidente de Gestão de Energia da Rede Comercializadora Vice-President of Energy Management of Rede Comercializadora

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Since 1987, when bioelectricity surpluses were traded for the first time, several incentives were implemented to foster sales through the electric network channel. The main such incentive is the minimum discount of 50% on grid utilization tariffs for energy generated from biomass, exclusively on power ratings below 30,000 KW supplied to the electric network by the generating plants. The generators and the respective buyer consumers benefit from this program. The sale is made directly by the plants to the consumers that have contracted power ratings in excess of 500 KW, and also to the power traders that pass power on to the consumers.

The benefit the traders bring to the process is that the generating plants are not required to have their own power trading organization in their units. All it takes is to celebrate a Power Purchase Agreement - PPA with a trader and to have an active representative in the “CCEE” – Power Trading Chamber – in order to realize the required purchase and sale entries concerning the power generated. This is an important value aggregating component for the traders because the sale process is complex and requires knowledge of the electric industry’s regulations and their monitoring, as well as of the rules and procedures instituted by the “CCEE” and “ANEEL” – the National Electric Power Agency, which are dynamic and change constantly.

Most generation plants have preferred to sell surplus power directly to the traders, mainly in order to simplify the process and to allow concentration on few buyers. To have an idea of this practice’s success, Rede Comercializadora is the country’s largest trader (purchase and sale) of bioelectric power, with valid long-term contracts with 11 plants of the sugar and ethanol industry.

cogeração A empresa também dá suporte e intermedeia a comercialização de excedentes de energia para 65 consumidores livres que podem adquirir energia da bioeletricidade. É um numero expressivo, pois há 913 consumidores livres habilitados como agentes na CCEE, dos quais 432 são consumidores com demanda entre 500 KW e 3000 KW, que só podem comprar energia de fontes alternativas. Esses dados são oficiais da CCEE, conforme relatório de outubro de 2010.

A sazonalidade da energia gerada (período de safra) é outro fator importante que dificulta a venda direta a consumidores que necessitam de fornecimento de energia durante os 12 meses do ano. O comercializador, como intermediário desse processo, pode otimizar seu portfólio com outras fontes e anualizar a energia, aumentando a atratividade da bioeletricidade.

Há outras opções de comercialização, como os leilões regulados de energia promovidos pela ANEEL através da CCEE. No entanto, temos observado que as usinas do setor sucroenergético não têm se interessado maciçamente por essa alternativa. A principal causa desse aparente desinteresse são os preços máximos ofertados pelo Governo, que estão aquém das expectativas dos produtores. O mercado livre tem oferecido melhores oportunidades de retorno do investimento, quando comparado com o ambiente regulado. Um fato que nos preocupou sobremaneira no setor elétrico foi o refluxo de investimentos em bioeletricidade que observamos após o início da crise econômica mundial, em setembro de 2008. Processo natural em função das incertezas que a crise do sub-prime trouxe ao mundo dos negócios e à economia.

Felizmente, já percebemos um retorno do interesse das principais usinas do setor em investimentos de longo prazo na bioeletricidade. É preciso destacar também que as expectativas de preços de energia foram radicalmente alteradas desde o início da citada crise. Em 2008, os preços de contratos de longo prazo para a bioeletricidade situavam-se num patamar superior em 20 a 30% em relação aos que estão sendo praticados atualmente no mercado.

O que podemos afirmar é que os preços atuais refletem mais a realidade do setor do que aqueles que presenciamos há cerca de 3 anos. Nada indica que deveremos retornar aos patamares daquela época, tendo em vista a queda nas expectativas de consumo provocadas pela crise econômica. O consumo de energia no Brasil em 2009 retraiu-se 1,1% em relação ao verificado no ano de 2008, conforme dados oficiais da EPE, produzindo consideráveis sobras de energia.

Esse fato, aliado à boa capacidade de armazenamento dos reservatórios nas grandes usinas hidrelétricas do País provocou uma queda geral nas expectativas de preços no mercado livre, onde os consumidores e comercializadores têm conseguido ofertas de preços em níveis muito competitivos.

Podemos avaliar que o que ocorreu até 2008 foi produto de uma “bolha” de preços, que permitiu aos produtores que celebraram contratos naquele momento auferir os benefícios de elevadas taxas de rentabilidade para os seus empreendimentos de bioeletricidade.

A realidade hoje, apesar de diversa daquele período, permite acesso a novas tecnologias e a negociações produtivas, que podem permitir taxas de retorno que viabilizem a maioria dos projetos de geração. É o que temos observado nos inúmeros contatos e negociações em que estamos envolvidos diretamente com os produtores de bioeletricidade.

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The company also provides support and intermediates the trading of surplus power to 65 independent consumers that can thus purchase bioelectricity. This is an expressive number, since there are 913 independent consumers qualified as “CCEE” agents, of which 432 are consumers with demands between 500 KW and 3000 KW, which can only purchase power from alternative sources. This is official “CCEE” data, according to a report of October 2010.

The seasonality of the generated energy (in the harvest period) is another important factor that makes the direct sale to consumers, which need energy supply in all 12 months of the year, somewhat difficult. The trader, as the intermediary of this process, can optimize his portfolio by resorting to other sources and he can also annualize the energy, increasing bioelectricity’s attractiveness.

There are other sale options, such as the regulated energy auctions held by “ANEEL” through “CCEE”.

However, we have observed that sugar and ethanol mills have not shown much interest in this alternative. Apparently this is so because the maximum prices offered by the Government are way below producers’ expectations.

The free market has offered better return on investment opportunities in comparison with the regulated alternative. A fact that has greatly concerned us in the electric industry has been the dwindling of investment flows for bioelectricity that one observed following the world economic crisis in September 2008, a natural process given the uncertainties the sub-prime crises contributed to the business world and the economy. Fortunately, one can already see that the interest of the main plants in the industry in making long-term investments in bioelectricity is rebounding.

One should also point out that expectations concerning energy prices have changed radically since the beginning of the aforesaid crisis. In 2008, in long-term contracts, prices of bioelectricity were at a level 20 to 30% higher in relation to those currently being practiced in the market.

What we can state is that current prices better reflect the industry’s reality than those one observed almost 3 years ago. There are no signs that we will be returning to the levels of that period, in light of reduced consumption expectations resulting from the economic crisis. Energy consumption in Brazil, in 2009, declined by 1.1% in comparison with 2008, according to data of “EPE”, resulting in considerable energy surpluses. This fact, in addition to good storage capacity in the reservoirs of the country’s main hydroelectric plants, resulted in an overall decline of price expectations in the free market, in which consumers and traders have been successful in achieving highly competitive price levels.

One can conclude that what occurred until 2008 resulted from a price bubble, which allowed producers that celebrated contracts at that time to reap the benefits of high profitability rates from their bioelectricity business ventures.

Reality today, albeit different from what it was back then, allows access to new technologies and productive negotiations, resulting in rates of return that make most power generation projects feasible. This is what we have seen in the many contacts and negotiations we are involved in with bioelectricity producers.

Opiniões

nunca alcançaremos o

objetivo We will never reach the target

Quando se pensa pela primeira vez em estado da arte, vem às nossas cabeças a imagem de uma fábrica com tecnologia de vanguarda e na qual todas as peças funcionam perfeitamente. É o objetivo maior de todo responsável pelas operações de uma usina. Mas tenho que emitir minha opinião a respeito desse tema e, para alguns, ela não vai com a correnteza. O almejado estado da arte é efêmero nos dias de hoje e só existe com pessoas certas.

When one first thinks about state-of-the-art, what comes to mind is a factory with pioneering technology, in which all parts function perfectly well. This is the overall objective of anyone responsible for a mill’s operation.

And yet, I need to state my opinion about this theme, which, in the eyes of some, is contrary to the mainstream. In our day and age, the so desired state-of-the-art is transient, and only occurs with the right people.

" Estamos no momento da cogeração.

A Paraíso selou uma parceria com a Rhodia, um dos maiores grupos químicos do mundo.

O acordo permite explorarmos a cogeração num sentido ainda mais amplo, integrando eficiência energética e melhoria de processos. " Dario Costa Gaeta Presidente da Paraíso Bioenergia President of Paraíso Bioenergia

Na história do setor sucroalcooleiro, a primeira grande descoberta “tecnológica”, há alguns séculos, foi o uso do bagaço esmagado de cana-de-açúcar para queimar nos fornos no lugar da madeira derrubada das florestas.

Pode parecer estranho, mas todo ovo de Colombo parece óbvio depois de estar em pé. Naquela época, foi uma descoberta e tanto.

Esse fato histórico serve para ilustrar o que estamos fazendo hoje: o óbvio. Nosso setor é predominantemente avesso às mudanças. Todo novo desenvolvimento demora a levantar voo, sem contar as inúmeras vezes em que uma excelente ideia cai na decolagem. Isso faz com que novas tecnologias tenham velocidade de implantação muito baixa. A tecnologia existe e está disponível, basta ter capital para adquirir o novo equipamento ou sistema e eles estarão na sua usina. Há usinas com a última palavra em sistema de gestão de empresas (ERP) ou com o melhor equipamento para produção, mas a diretoria tem aquela sensação de que o investimento não “funciona” direito. Após a instalação, sempre vem aquela necessidade de adaptar o sistema ou tecnologia para buscar os resultados esperados.

In the history of the sugar and ethanol industry, the first “technological” discovery some centuries ago was the use of crushed bagasse of sugarcane to feed furnaces in lieu of wood from cut down forests. This may appear strange, but every Columbus egg seems obvious once it is standing. At that time, it was quite a discovery.

This historical fact illustrates what we are doing today: the obvious. Our industry is essentially contrary to changes. Every new development requires time to take off, not to mention how often an excellent idea falls to the ground upon takeoff. This results in that new technology has a very slow implementation speed.

The technology exists and is available. What it takes is capital to purchase new equipment or systems, for them to be installed in one’s mill. There are mills equipped with the most modern corporate management systems (ERP) or the best production equipment, but the executive board has the feeling that the investment doesn’t “work” properly. Following implementation, there is always the need to adapt the system or technology to achieve the expected results.

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cogeração Voltamos, assim, ao início do ciclo do estado da arte onde reside toda a diferença: gente. Estamos vivendo hoje o apagão de mão de obra no setor sucroalcooleiro, que só será sanado a médio prazo, com muito investimento em treinamento. Isso faz com que cheguemos à conclusão de que temos a capacidade de comprar qualquer tecnologia de ponta, mas dificilmente ela chegará à sua plenitude. Quando nosso pessoal estiver treinado e pronto, a tecnologia será outra.

Começamos, então, um novo ciclo. Na Usina Paraíso Bioenergia, temos o treinamento de nosso pessoal como um dos principais pilares do nosso desenvolvimento. Para avançar no mercado, sabemos que o melhor diferencial é a capacitação da mão de obra. Isso permitiu à Paraíso entrar no grupo seleto de usinas que já está construindo o futuro do setor.

Outro ponto que não podemos deixar de considerar é o movimento da indústria para o uso do caldo de cana.

Tenho claro que teremos, nos próximos anos, usinas produzindo energia elétrica, três ou quatro novos produtos derivados do caldo de cana e, como residual, açúcar e etanol. Isso mesmo, os produtos originais da cana, que fizeram a história do setor, não serão necessariamente os atores principais do futuro desenvolvimento.

A crise de 1999 levou muitas usinas a diversificarem do etanol para o açúcar. A crise de 2008 forçou todos a melhorarem seus níveis de endividamento. Estamos, há alguns anos, no momento da cogeração, que, sem dúvida, é o melhor investimento a ser feito dentro de uma usina hoje em dia. Com esse objetivo, a Paraíso recentemente selou uma parceria com a Rhodia, um dos maiores grupos químicos do mundo. O acordo permite explorarmos a cogeração num sentido ainda mais amplo, integrando eficiência energética e melhoria de processos.

Consideramos que isso é só o início. Estamos por passar uma real revolução no setor, na qual, comparando com o setor aeronáutico, ainda estamos tentando ficar mais de sete minutos no ar, como Santos Dumont, ou, se preferirem, estamos ainda usando o computador XT. Refiro-me às novas moléculas como alternativa para melhorar o valor agregado por tonelada de cana. Tenho como opinião que estamos ainda no começo. Essa revolução está chegando e envolverá desde o desenvolvimento genético da cana no campo até a levedura modificada na fermentação de produtos com alto valor agregado. Passaremos por planejamento de longo prazo com usinas produzindo energia e produtos 11 meses no ano, para não dizer 12 meses. Sinto ceticismo nos ouvintes toda vez que comento essa possibilidade em nosso setor. Venho da indústria química, onde os produtos são muito mais corrosivos e complicados logisticamente e rodam 365 dias, 24 horas.

Nesse sentido, tenho apoio de meus futuros parceiros, que pensam da mesma maneira. A Paraíso está finalizando três novas parcerias rumo ao futuro, que farão com que minhas palavras sejam confirmadas.

Esse passo acelerado fará com que toda a usina sempre esteja desatualizada. Alcançar o estado da arte vai ser um objetivo móvel, que sempre estará dois passos à nossa frente. Consolidando esses dois pensamentos – tecnologias novas brotando mês após mês e o treinamento de nosso pessoal para conseguir o uso pleno desta tecnologia –, entraremos numa espiral ascendente, onde nunca alcançaremos o objetivo, mas sempre estaremos melhorando.

Dia após dia.

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Opiniões So, let us go back to the beginning of the state-of-the-art cycle, which is where all the difference lies: people.

Nowadays, we are experiencing the lack of personnel in the sugar and ethanol industry, which will only be overcome in the medium term with much investment in training.

This makes us come to the conclusion that we have the capacity to purchase modern technology, but it will most likely reach optimal levels. When our personnel is trained and ready, the technology will no longer be the same. Thus, we will begin a new cycle. At Usina Paraíso Bioenergia we view the training of our personnel as one of the main pillars of our development. To advance in the market, we know that the best differentiating factor is the qualification of manpower. This allowed Paraíso to enter into the select group of mills that are building the industry’s future.

Another aspect we cannot ignore is the ongoing movement in the industry to use sugarcane juice. I clearly see that in the years to come we will have mills producing electric power, three or four new products derived from sugarcane juice and, as residual products, sugar and ethanol. That is precisely true: the original sugarcane products, that wrote the industry’s history, will not necessarily be the main actors in the future development.

The 1999 crisis made many mills diversify away from ethanol to sugar. The 2008 crises forced all of them to improve debt levels. For some years now we have been into cogeneration that, no doubt, is the best investment that can be made in a mill these days. With this objective, Paraíso recently celebrated a partnership with Rhodia, one of the largest chemical groups in the world.

Under the agreement, we may exploit cogeneration in a broader manner, integrating energy efficiency and improvements to processes.

We believe this is just the beginning. We are in for a true revolution in the industry, in which, in an analogy with the aeronautical industry, we are still attempting to stay in the air for seven minutes, like Santos Dumont, or, if you like, we are still using an XT computer. I refer to the new molecules as an alternative to improve aggregate value per ton of sugarcane. In my opinion, we are still in the beginning. This revolution is coming and will involve from genetic development of sugarcane to modified yeast in the fermentation of products with high aggregate value. We will experience long-term planning, with mills producing energy and products eleven months a year, if not to say 12 months. I perceive skepticism in listeners whenever I comment on this possibility in our industry.

I come from the chemical industry, in which products are much more corrosive and logistically complicated, on the road 24 hours a day, 365 days a year. In this regard, I am supported by my future partners who think the same way.

Paraíso is finalizing three new partnerships for the road to the future, which will confirm the remarks I am making.

This accelerated pace will at all times outdate every single mill. To achieve the state-of-the-art will be a mobile objective, which will always be two steps ahead of us. To consolidate these two thoughts – new technologies sprouting month after month and training our personnel to achieve full utilization of this technology – will be in an upward spiral, in which we will never reach the objective, but will always be making improvements. Day after day.

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cogeração

a influência no balanço de massa e

vapor do processo Influence on the balance of mass and process steam

Do ano 2000 para cá, temos tido a oportunidade de substituir os principais equipamentos das usinas e destilarias construídas por volta de 1980, bem como das novas unidades utilizando um projeto conceitual que envolve todos os produtos e subprodutos que possam ser obtidos. Além de decisões sobre o uso de moenda ou difusor, na casa de força e na caldeira, algumas concepções devem ser lembradas.

Turbina de condensação ou de extração? Turbina de condensação é somente uma expressão. Não é desejada nem permitida a ocorrência de condensação no interior da turbina além de limites inevitáveis e aceitáveis (da ordem de 3%).

Portanto, o vapor na saída é sempre vapor – com maior ou menor grau de superaquecimento –, com maior ou menor pressão que a pressão atmosférica local.

O maior custo em qualquer ciclo a vapor está em transformar a água líquida em vapor saturado nas caldeiras. O benefício é condensá-la para os processos que desejamos na planta. Nas usinas, precisamos do “vapor de processo” para as operações unitárias. O principal condensador e o principal gerador de vapor de processo é o pré-evaporador do caldo que, por sua vez, gera vapor vegetal para todos os outros processos, como destilação, cristalização, aquecimento, evaporação e secagem.

Since 2000, and up until now, we have had the opportunity to replace the main equipment of mills and distilleries built around 1980, as well as of new units, using a conceptual project involving all products and sub-products one can obtain. Apart from decisions on the use of a crushing mill or a diffuser in the power station and boiler, some concepts should be remembered.

Condensation or extraction turbine? A condensation turbine is simply an expression. Condensation inside the turbine is neither desired nor allowed in excess of inevitable and acceptable limits (in the magnitude of 3%). Therefore, steam at the exit point is always steam – with a higher or lower degree of overheating, and with pressure higher or lower than the local atmospheric pressure.

The highest cost in any steam cycle occurs when transforming liquid water into saturated steam in the boilers.

The benefit lies in condensing it for the processes one wants to implement in the mill. In the mills one needs “process steam” for unit operations. The main condenser and the main process steam generator is the pre-evaporator of juice that, in turn, generates vegetal steam for all other processes such as distillation, crystallization, heating, evaporation and drying.

" devemos planejar estrategicamente para agregarmos valor aos nossos produtos.

Para isso, precisaremos de energia para fabricar ao invés de “usinar” "

Marcos Torres Diretor da Etha - Treinamentos e Projetos Director of Etha - Treinamentos e Projetos

Cogerar é superaquecer o vapor nas serpentinas e depois expandi-lo nas pás da turbina, produzindo energia mecânica e depois eletricidade. Entretanto, jamais podemos deixar condensar parte desse vapor em condensadores em uma pressão menor do que a necessária para os processos, ou até mesmo abaixo da pressão atmosférica. Isso seria jogar fora energia e aquecer o meio ambiente. As termoelétricas convencionais a carvão, petróleo ou mesmo nucleares fazem isso por não terem alternativas.

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To cogenerate is to overheat steam in the serpentines and then expand it on the turbine blades, producing mechanical energy and electricity. However, one may never allow a portion of this steam to condense in condensers at a pressure lower than that needed for the processes, or even at below atmospheric pressure. This would imply wasting energy and heating the environment. Conventional thermoelectric plants that run on coal, oil, or even nuclear power, do that because there are no alternatives.

Opiniões Não se deve sacrificar o aquecimento do caldo – necessário para eliminar micro-organismos e maximizar o rendimento fermentativo –, com a justificativa de economizar vapor para depois expandi-lo na turbina abaixo da pressão atmosférica e, inclusive, deixar de produzir levedura seca, sais proteinados ou cristal refinado por falta de vapor.

Devemos sim condensar todo o vapor de escape da turbina sem perdas de massa, sem reposição de água desmineralizada, e gastar, ou melhor, usar bem todo o vapor vegetal.

Devemos planejar estrategicamente para agregarmos valor aos nossos produtos. Para isso, precisaremos de energia para fabricar ao invés de “usinar”. A pesquisa tecnológica, orientada pelo marketing, pode definir produtos e marcas que aproveitam toda essa energia e os transforma em riqueza.

Estabelecida a condição de saída do vapor da turbina em 2,5 bar e 130ºC, por exemplo, faríamos a escolha da condição de entrada que define as características da caldeira e toda a tubulação e acessórios, determinando o valor do investimento.

Deve-se elaborar um quadro em que, para cada grau de superaquecimento a ser avaliado entre 480 e 540ºC, haverá a pressão mínima requerida pela turbina. Essa pressão é determinada pela qualidade do projeto e pela construção da turbina que define seu rendimento isoentrópico. Deve-se ficar alerta em relação a esse conceito, pois é possível se confundir acreditando que quanto maior a pressão melhor é, quando, na verdade, é justamente o contrário. Boas turbinas requerem menores pressões. Expandir o vapor é fácil, até uma válvula redutora pode realizar essa tarefa. O segredo está em transformar entalpia em torque e rotação.

O cálculo do consumo específico de vapor em kgV/h para cada kW gerado deve ser feito para cada combinação de temperatura e rendimento. No caso das usinas em que o combustível for parte da matéria-prima, convém usar o consumo específico de bagaço ao invés do consumo de vapor.

Fazendo esses cálculos, encontraremos valores de 2,6 a 3,0 ton/h de bagaço para cada MW gerado. Uma diferença da ordem de 15% seria decisiva na escolha do par temperatura/rendimento (a pressão é consequência) se estivéssemos em países que praticam juros globalizados para investimentos de grande porte. Como não estamos, a tarefa é difícil e, provavelmente, teremos que escolher uma solução mais modesta do ponto de vista técnico, para viabilizarmos o pagamento dos juros e das parcelas no fluxo de caixa do projeto.

Outro alerta importante é exigir dos fabricantes de turbinas as garantias contratuais dos rendimentos, uma vez que são fundamentais no sucesso econômico do empreendimento. Os métodos de medida dos parâmetros garantidos e suas precisões devem estar claros, e os contratos devem escolher câmaras de arbitragens experientes ao invés dos fóruns de comarca.

Para realizar as melhorias necessárias ao processo, como reduzir a emissão de particulados na chaminé, zerar a captação de água, zerar a emissão de vinhaça e produzir sais proteinados para atender o aumento da demanda mundial de proteína, será necessária toda a energia contida no vapor de escape das turbinas. A cana sempre esteve associada ao açúcar e os sais sempre foram um entrave no esgotamento maior do xarope. No futuro, talvez esses sais contidos na cana – cerca de 13% no açúcar contido na cana –, juntamente com a levedura produzida na fermentação, serão o nosso maior valor. Vender proteína será melhor do que vender energia na forma de etanol, eletricidade ou sacarose.

One should not forgo heating the juice – necessary to eliminate micro-organisms and to maximize the fermentation yield – using the argument of saving steam to later expand it in the turbine at below atmospheric pressure and also, to cease producing dry yeast, protein salts or refined crystals due to the lack of steam. What one should do, though, is to condense all the outcoming steam from the turbine without losing mass and without replacing demineralized water, while making good use of all the vegetal steam.

One needs to plan strategically to aggregate value to one’s products. For that, one will need energy to “produce” rather than to “process”. Marketing-oriented technological research may define products and brands that use all this energy, transforming it into wealth.

Having set the steam exit condition from the turbine at 2.5 bar and 130ºC, for example, one would set the entry condition that defines the boiler characteristics, the piping and all accessories, determining the amount of investment.

One must draw up a table in which for each degree of overheating to be assessed in the interval between 480 and 540ºC, there will be the minimum pressure required by the turbine. This pressure is determined by the quality of the project and the construction of the turbine, which define its isentropic yield. One must be alert with respect to this concept, because one can easily get mixed up thinking that the higher the pressure the better, but in fact it is exactly the other way round. Good turbines require lower pressures. To expand steam is easy, and even a reducer valve can do this.

The secret is to transform enthalpy into torque and rotation.

The calculation of specific steam consumption in kgV/h for each generated kW must be done for each combination of temperature and yield. In mills in which fuel is part of the raw material, one should use specific bagasse consumption rather than steam consumption.

Running these numbers, one will find values of 2.6 to 3.0 ton/h of bagasse for each generated MW. A diference in magnitude of 15% would be decisive in choosing a temperature/yield pair (pressure is a consequence) if one were in countries that practice globalized interest rates applied to major investments. Since that is not the case, the task is difficult and probably one will have to choose a more modest technical solution to make payment of interest feasible in the project’s cash flow.

Another important warning is to require of turbine manufacturers contractual warranties concerning yields, given that they are fundamental in the economic success of an undertaking. The measurement methods of guaranteed parameters and their precision must be clear, and the contracts must specify experienced arbitration chambers rather than public county courts.

To make the needed improvements to the process, such as reducing particulate emissions in the chimney, eliminating the sourcing of water, eliminating the generation of vinasse and producing protein salts to meet the world demand for protein, all the energy contained in the turbines’ would be needed. Sugarcane has always been associated with sugar and salts have always been a hindrance for the exhaustion of bigger syrup. In future, perhaps these salts contained in sugarcane – about 13% of the sugar contained in sugarcane –, along with the yeast produced in the fermentation, will constitute one’s greatest asset value. To sell protein will be better than to sell energy in the form of ethanol, electricity or saccharose.

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uso e reaproveitamento de água

Opiniões

reaproveitamento da

água

Reutilization of water

Há uma ideia generalizada entre as entidades ligadas aos recursos hídricos e ambientais de que a agroindústria sucroalcooleira é uma grande usuária de água, o que realmente procede, tendo em vista a alta quantidade de água necessária para o processamento industrial do açúcar e do etanol. Isso, porém, não significa captação exagerada de água, pois, há muito tempo, o setor vem exercendo a prática do reúso das águas e de efluentes, suprindo, dessa forma, a grande necessidade de água no processo industrial.

Uma usina com mix de 50% de cana para produzir açúcar e 50% para etanol necessita, em média, de 22 m3/t de cana para o processamento industrial. No Brasil, a cultura da cana-de-açúcar não utiliza irrigação, o que é uma grande vantagem em termos de sustentabilidade para o setor. Apenas uma pequena parte da produção se utiliza da irrigação, prática mais disseminada no Nordeste brasileiro, com tendência de crescimento no Centro-Oeste.

Porém, ainda ligado ao aspecto de irrigação de salvamento, com uma aplicação relativamente baixa de lâmina de água, que varia de 100 a 200 mm, e, mesmo assim, com grande utilização dos efluentes gerados na produção industrial do açúcar e do etanol.

A captação média de água para uso na indústria, que era de 20 a 15 m3/t de cana há cerca de 4 décadas, passou a 2 m3/t de cana, de acordo com levantamentos realizados no CTC em usinas da região canavieira do Centro-Sul, mais precisamente 1,85 m3/t de cana, conforme dados obtidos em 2005. Uma redução de cerca de 10 vezes na taxa de captação. As tecnologias atuais apontam para uma tendência de captação em torno de 1,0 m3/t de cana processada, sendo este patamar desejável, possível e economicamente viável, ou seja, o patamar tecnológico de engenharia básica.

Com o advento de novas tecnologias que possibilitarão o uso da água contida na cana através da evaporação e membranas de osmose reversa, ou mesmo outras tecnologias de produção mais limpa, como a limpeza da cana a seco, a captação de água para uso industrial no setor pode chegar a níveis de 0,5 m3/t de cana e até menos, em 5 anos.

" Temomissor. "

ManBertone SecretAgricultura Secretariculture

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There is a widespread idea among entities associated with hydric and environmental resources, according to which the sugar and ethanol agro-industry is a major consumer of water, which in fact it is, in light of the large quantity of water needed in the industrial processing of sugar and ethanol. However, this does not imply exaggerated sourcing of water, because for quite some time the industry has been reutilizing water and effluent, thereby meeting the high demand for water in the industrial process.

A mill with a 50% sugar and a 50% ethanol production mix, on average, needs 22 m3/t of sugarcane in the industrial process. In Brazil, sugarcane cultures in general do not require irrigation, which constitutes a major advantage for the industry in terms of sustainability. Only a small portion of the production relies on irrigation, which is widely practiced in Northeastern Brazil and has a tendency to grow in the Midwest. However, the irrigation practiced is characterized as an “emergency” irrigation, with the application of relatively little water (depth between 100 and 200 mm), but even so the effluent generated in the industrial production of sugar and ethanol is widely used.

Average water sourcing for industrial use, which four decades ago was 20 to 15 m3/t of sugarcane, according to surveys conducted by CTC in sugarcane growing regions of Center-Southern Brazil, i.e., 1.85 m3/t of sugarcane (2005 data). An approximately tenfold reduction in the sourcing rate. Current technologies show a tendency of sourcing about 1.0 m3/t of processed sugarcane, which is the desired, possible and economically feasible rate, which means to say basic engineering’s technological level.

With the coming about of new technologies that will allow using water contained in sugarcane by means of evaporation and reverse osmosis membranes, or other cleaner production technologies, such as the dry cleaning of sugarcane, the sourcing of water for industrial use in the industry may reach levels of 0.5 and less m3/t of sugarcane, in 5 years.

" A captação média de água para uso na indústria que era de 20 a 15 m3/t de cana há cerca de 4 décadas, passou 1,85 m3/t de cana em usinas da região canavieira do Centro Sul. As tecnologias atuais apontam para algo em torno de 1,0 m3/t de cana processada. " André Elia Neto Especialista em Tecnologia Industrial - Ambiental do CTC Industrial - Environmental Technology Specialist at CTC

uso e reaproveitamento de água Com essa racionalização, o setor sucroenergético vem praticando índices de reúso de água em seu processo industrial que atingem até 95%, evidenciando o alto grau de reaproveitamento da captação. Isso propicia uma menor pressão por novas fontes de abastecimento de água, que, aliado à prática do reúso agrícola de despejos e resíduos na fertirrigação da lavoura de cana-de-açúcar, contribui também para a manutenção da qualidade dos mananciais, que não recebem o remanescente de poluição de eventuais sistemas de tratamento.

Em um trabalho recente conduzido pelo CTC (Elia Neto, Zotelli e Donzelli, 2010), estimaram-se as demandas de água para a indústria canavieira nas unidades de gerenciamentos de recursos hídricos do estado de São Paulo. O quadro em destaque mostra três diferentes cenários de taxa de captação de água industrial no período de safra (base safra 2007-2009), em relação à oferta mínima Q7,10 = 894 m3/s.

A demanda média atual no estado exercida pelo setor é de 7% da oferta mínima (Q7,10), como pode ser visto no cenário 1 (taxa de captação média de água de 2 m3/t de cana), mostrada no quadro Demanda Relativa de Água. Observa-se que na década de 90, o setor demandava cerca de 13% da água do estado, e que, a despeito do grande crescimento canavieiro nesses últimos decênios, a participação na demanda de água caiu pela metade, com potencial de diminuir mais ainda. O cenário 2 (taxa de captação de água de 1 m3/t de cana) é obtido pela maioria das usinas do estado de São Paulo (e do Centro-Sul), importando em uma demanda de apenas 3,5% da oferta mínima média e água no estado de São Paulo. Com programas de P&D em novas tecnologias limpas e de reutilização de água, o setor caminhará para o cenário 3, onde a demanda deverá atingir 1,7% da oferta mínima de água.

Um grande passo para a sustentabilidade do setor, ressaltando, que no estado de São Paulo, se processa cerca de 60% da cana-de-açúcar do Brasil.

A preocupação mundial com a sustentabilidade vem motivando a implantação de indicadores ambientais que visam avaliar a cadeia produtiva do setor sucroenergético. A racionalização do uso de água, fomentada pela legislação e pelos instrumentos de cobrança pelo uso da água implementada pelos Comitês de Bacia, resultaram na redução gradativa da captação de água do setor. Com o desenvolvimento de novas tecnologias que possibilitarão o uso de água contida na cana (cerca de 70% em peso), os impactos no uso da água serão cada vez menores, contribuindo, assim, para a sustentabilidade da indústria canavieira e atenuando o conflito pelo uso das águas com os demais setores, mesmo com o grande crescimento de produção verificado recentemente nesse importante segmento produtivo.

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With such rationalization, the sugar-based energy industry is achieving water reutilization rates in its industrial process that reach up to 95%, showing the high reutilization rate of sourced water. This takes pressure off the quest for new water supply sources, which, combined with the reutilization in agriculture of effluent and residues in the so-called “ferti-irrigation” of sugarcane cultures, thereby also contributing to the preservation of the quality of water springs, which are not burdened with the discharge of residual pollutants possibly originating from treatment systems.

A recently investigation conducted by CTC (Elia Neto, Zotelli and Donzelli, 2010) estimated the sugarcane industry´s demand for water in the units of hydric resources management of the State of São Paulo. The table details three different scenarios of industrial water sourcing during the harvesting period (base harvest 2007/09) – in relation to the minimum supply Q7.10 = 894 m 3/s.

The current average demand in this industry, in the State, was 7% of the minimum supply (Q7.10), as shown in scenario 1 (average water sourcing rate of 2 m3/t of sugarcane), in the Relative Water Demand table. It should be noted that in the 90’s, the industry demanded about 13% of the State’s water, and that, notwithstanding the high growth of the sugarcane industry in the last few decades, demand for water decreased by half, with the potential to decrease even more. Scenario 2 (water sourcing rate of 1 m3/t of sugarcane) is common to most mills in the State of São Paulo (and the Center-South), resulting in a water demand of only 3.5% of the minimum average supply in the State of São Paulo. With R&D programs aimed at new clean technologies and the reutilization of water, the industry will move towards scenario 3, in which the demand will reach 1.7% of the minimum water supply. A major step for the industry’s sustainability, emphasizing that the State of São Paulo processes about 60% of Brazil’s sugarcane.

Worldwide concern about sustainability is motivating the implementation of environmental indices that seek to assess the sugar-based energy industry’s production chain. The rationalization of the use of water, fostered by legislation and money collecting mechanisms applied to water use by the so-called “Basin Committees”, resulted in the gradual reduction in water sourcing by the industry. By developing new technologies that will allow using the water contained in sugarcane (about 70% of weight), the impact of using water will consistently decrease, thereby contributing to the sugarcane industry’s sustainability, attenuating conflict with all other industries over water use, in spite of the considerable growth in production recently observed in this important production sector.

Opiniões

água versus efluente Water X effluent

" o enquadramento do setor de açúcar, álcool e " Temomissor. bioeletricidade às normas ambientais requer um" re-estudo dos conceitos fabris à luz das novas tecnologias de tratamento e de reúso de efluentes já disponíveis no mercado " ManBertone SecretAgricultura Cláudio Mariano Vaz Secretariculture

Diretor da Engenho Novo Tecnologia Director of Engenho Novo Tecnologia

Não obstante os esforços atualmente empreendidos, a indústria de açúcar e álcool ainda carrega consigo o estigma de grande poluidora e consumidora de água. Em grande parte, isso se deve às próprias especificidades da matéria-prima (grande quantidade de impurezas e de água agregada à cana) e de seu processo (grande necessidade de troca térmica de refrigeração). Com essas desvantagens naturais e frente às crescentes exigências ambientais, o setor precisa investir rapidamente no desenvolvimento e adaptação de tecnologias de conservação que sejam específicas para as suas condições e, dessa forma, manter-se em sintonia com os demais setores fabris.

A racionalização do consumo de águas deve, obrigatoriamente, considerar os aspectos técnico-econômicos relativos ao tratamento dos efluentes aquosos gerados fechando, dessa forma, o balanço hídrico da indústria (entradas e saídas). Desse balanço depende muito a viabilidade das alternativas disponíveis.

Na busca de soluções mais apropriadas, deve-se ter em mente que a redução do consumo de água nova permite, além da redução dos custos de captação, uma redução nos custos necessários para o enquadramento dos efluentes lançados – reduzindo-se o volume –, reduzindo-se a capacidade de tratamento. Nessa busca, devem ser consideradas em conjunto três metodologias principais: 1. redução do desperdício de água, considerando-se o processo corrente; 2. redução do consumo de água mediante modificações no processo; 3. tratamento e reúso dos efluentes tratados.

Das três metodologias, a primeira é a mais barata e de resultados mais imediatos, devendo ser priorizada. Contra a sua implementação, no entanto, existe a resistência cultural e natural do ser humano, o que demanda um grande esforço de conscientização. A segunda metodologia é, em geral, de custo elevado, e, por isso, sua viabilização depende de oportunidades especiais, como ganhos extras à própria

Albeit all efforts currently undertaken, the sugar and ethanol industry is still stigmatized as a major pollutant and water consumer. To a large extent, this is due to the intrinsic features of the raw material (large quantities of impurities and water contained in sugarcane) and its process (high need for refrigeration thermal exchanges).

In view of these natural disadvantages and growing environmental requirements, the industry must accelerate investments in the development and adaptation of conservation technologies that are specifically tuned to its characteristics, so as to thereby remain in synchronization with all other industries.

Rationalizing water consumption must necessarily take into consideration technical and economic aspects relative to the treatment of the resulting liquid effluent, thereby setting the hydric balance of the industry (entries and subtractions). The feasibility of available alternatives greatly depends on this balance.

In the quest for more appropriate solutions, one should bear in mind that the reduction of new water consumption allows reducing not only the cost of collecting water, but also a reduction in the necessary costs to streamline the effluent outflow – by reducing the volume, the treatment capacity is reduced. In this search, three main methods should be considered: 1. reduction of water waste, considering the current process; 2. reduction in water consumption by making changes to the process; 3. treatment and reutilization of treated effluent.

Of the three methods, the first is economically the best, offering immediate results, and should therefore be given priority. In opposition to its implementation, however, there is the cultural and natural resistance of human beings, requiring major efforts in bringing about awareness. In general, the second method has a high cost, and hence, its feasibility depends on special opportunities, such as

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uso e reaproveitamento de água economia, obtida diretamente com a redução da água.

Complementarmente, por levar a alterações no processo, essa metodologia pode interferir nas demais etapas de produção e requerer adaptações complicadas. Por exemplo: a limpeza da cana a seco introduziu grande quantidade de terra e areia no processo, prejudicando desde o tratamento do caldo até o tratamento da água de lavagem dos gases das caldeiras (final da linha).

Na terceira metodologia, é necessário contar com uma etapa de tratamento adicional, a fim de se compatibilizar a qualidade do efluente a ser reusado com a qualidade requerida para o seu reúso. Enquanto as duas metodologias anteriores reduzem a quantidade de água nova alimentada à planta e, consequentemente, a quantidade de efluente gerado, na terceira metodologia o reúso permite ainda que se utilize uma grande vazão de água em circuito fechado – o que é muito conveniente para algumas etapas do processo. Como exemplo, as novas Estações de Tratamento de Água de Lavagem de Gases de Caldeira (Fuligem) permitem o contínuo reciclo de mais de um milhão de litros/hora, com reposição de apenas 2 a 5% da água perdida na fumaça e junto aos sólidos descartados. A introdução dessa tecnologia propiciou ao setor uma das reduções mais significativas no consumo de águas e na poluição ambiental (nas caldeiras de bagaço são produzidos de 5 a 10 kg de matéria seca/tonelada de vapor gerado, que antes eram lançados no ar ou nos rios).

Para o balizamento de estudos visando à racionalização do balanço de águas e efluentes, algumas considerações gerais podem ser feitas: 1. para facilitar seu tratamento e reúso, os efluentes devem ser segregados conforme o tipo e o grau de contaminação, separando-se águas oleosas, águas açucaradas, águas de fuligem e águas de refrigeração. Por exemplo: águas oleosas dificultam significativamente processos de tratamento biológico, enquanto podem ser facilmente tratadas por flotação,o que permite, inclusive, o seu reúso. Ainda, açúcares residuais nas águas de lavagem de gases propiciam a queda do pH e a fermentação do meio, com geração de efluentes incompatíveis com o processo de decantação de fuligem.

2. a intensidade do tratamento necessária para o reúso do efluente em sua própria aplicação de origem é, geralmente, inferior à necessária para o seu descarte, reduzindo, dessa forma, o custo total de tratamento.

3. efluentes açucarados correspondem, geralmente, a grandes vazões com baixa concentração de açúcares, condições incompatíveis com as técnicas modernas e compactas de tratamento biológico. Complementarmente, a etapa biológica deve ser precedida por um tratamento para remoção de sólidos – necessário também para evitar assoreamento. Uma alternativa interessante para esse caso consiste na clarificação e reúso de parte dos efluentes açucarados em lavagens em geral, com consequente redução do volume final a ser descartado e aumento da concentração dos açúcares residuais, tornando-o mais compatível com a etapa biológica posterior.

O enquadramento do setor de açúcar, álcool e bioeletricidade às normas ambientais requer um re-estudo dos conceitos fabris à luz das novas tecnologias de tratamento e de reúso de efluentes já disponíveis no mercado. Projetos de expansão da produção e a implantação de novas unidades industriais constituem excelentes oportunidades para compatibilizar o setor com os conceitos mais modernos de integração indústria-meio ambiente.

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Opiniões additional savings resulting directly from the reduction in water consumption. In addition, given that it results in alterations to the process, this method may interfere in all the other production phases and requires complex adaptations. For example, the dry cleaning of sugarcane introduced considerable volumes of earth and sand into the process, adversely affecting from the treatment of the juice to the treatment of water to wash the gases from the boilers (end of the line).

In the third method, one must consider an additional treatment phase, to match the volume of effluent to be reutilized with the quality standard required for such reutilization. Whereas the previous two methods reduce the volume of new water that flows into the facility, and hence, the volume of effluent generated, the third method’s reutilization even allows the use of a large water flow in a closed circuit (highly convenient for some of the process phases). To exemplify: the new Boiler Gas Washing Water Treatment Stations (for soot) allow to continuously recycle more than 1 million liters/hour, while replacing only 2 to 5% of the water lost in smoke and discharged solids. The introduction of this technology allowed the industry significant reductions in water consumption and environmental pollution (in the bagasse boilers, 5 to 10 kg of dry material/ ton of vapor generated are produced, which were previously launched to the atmosphere or flowed into rivers).

To streamline studies on how to rationalize the balance of water and effluent, some overall considerations should be made: 1. to facilitate its treatment and reutilization, effluent needs to be classified according to type and grade of contamination, separating oily water, sugar water, soot water and refrigeration water. For example: oily water makes biological treatment processes significantly more difficult, whereas it can easily be treated by flotation, also allowing for its reutilization. Furthermore, residual sugar in gas washing water can result in the reduction of the PH level and fermentation in the medium, with the generation of effluent incompatible with the soot decanting process.

2. the required degree of treatment for effluent reutilization in its own original application is in general smaller than that required for its discharge, thereby reducing the total treatment cost.

3. sugar containing effluent in general relates to large outflows with low sugar concentrations, which are incompatible conditions vis-à-vis modern and compact biological treatment techniques. In addition, the biological phase must be preceded by treatment to remove solids (also necessary to prevent siltation). An interesting alternative to this scenario consists of clarifying and reutilizing a part of the sugar effluent for washing in general, with the resulting reduction in the final volume to be discharged and the increase in the concentration of residual sugar, making it more compatible with the subsequent biological phase.

Adjusting the sugar, ethanol and bioelectricity industry to environmental norms requires the reassessment of production concepts in light of new technologies available in the market for treatment and reutilization of effluent.

Production expansion projects and the implementation of new industrial units are excellent opportunities to tune the industry to more modern concepts as applied to industryenvironment integration.

O CEISE Br - Centro Nacional das Indústrias do Setor Sucroenergético e Biocombustíveis tem como objetivo reunir e representar as empresas de máquinas, equipamentos, bens de capital, serviços, insumos e tecnologia agrícola e industrial do setor de biocombustíveis.

A atuação política-institucional do CEISE Br, nos mercados interno e externo, objetiva alavancar a manutenção, ampliação e abertura de novos mercados, estimular o desenvolvimento tecnológico e criar um ambiente propício para as práticas permanentes de sustentabilidade social e ambiental.

Integra a Câmara Setorial da Cadeia Produtiva do Açúcar e do Álcool do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento e é um dos apoiadores do Projeto AGORA Agroenergia e meio ambiente, desenvolvido pela UNICA. O CEISE Br promove anualmente em Sertãozinho (SP), em parceria com a Multiplus Feiras e Eventos, a Fenasucro & Agrocana, considerado o maior evento promocional com foco no setor sucroenergético do mundo. Também promove em parceria edições da ForInd em Sertãozinho, SP e em Recife, PE, além da Ffatia em Goiânia, GO.

Em 2010 o CEISE Br criou comitês que são responsáveis pelo planejamento, implantação e defesa dos seguintes setores que integram a cadeia produtiva sucroenergética:

Comitês Técnicos: Logística e Transpor tes, Relações Institucionais e Governamentais, Serviços, Bens de Capital, Insumos e Produtos Químicos, Sustentabilidade Ambiental, Máquinas e Implementos Agrícolas, Tecnologia da Informação e Automação Industrial, Comércio Internacional e Inovação Tecnológica.

Comitês Setoriais: Alcooquímica, Biodiesel, Bioeletricidade e Novos Biocombustíveis.

Para se tornar associado do CEISE Br basta preencher a ficha de inscrição no site www.ceisebr.com Av. Marginal João Olézio Marques, 3563 Centro Empresarial Zanini - 3º Andar - Sala 324 - Sertãozinho - SP - CEP 14.176 -003 Telefone: +55 16 3945-5422

uso e reaproveitamento de água

água Water

Nos primórdios das civilizações, as comunidades nasciam às margens dos rios em função da importância e relação da água com suas vidas. Dela dependiam para o consumo, a dessedentação animal, a irrigação e o transporte.

Não diferentemente do pensamento dos seus antepassados, os primeiros projetos dos engenhos e das pequenas usinas iniciaram suas atividades utilizando-se dos cursos de água disponíveis. Neles, eram realizadas as captações, resfriadas as águas e lançados os efluentes gerados nas operações de produção do álcool e do açúcar.

Com o surgimento do Proálcool - Programa Nacional do Álcool, na década de 70, centenas de novas destilarias surgiram. Esse crescimento acelerou os mecanismos governamentais (estaduais e federais) na implementação de políticas direcionadas ao setor. No contraponto, novas tecnologias se fizeram necessárias para o atendimento às demandas, agora ambientais, dos empreendimentos sucroalcooleiros. Durante esse período, nas unidades, foram introduzidos novos usos para a água dentro do processo de produção. Na década seguinte, as primeiras avaliações revelaram números espantosos sobre o consumo de água pelo setor.

In the dawning of civilization, communities rose on the margins of rivers, given the importance of water as a mineral element. It was essential for consumption, irrigation and transportation, and to quench animal thirst. No differently than how forbearers viewed its importance, descendents too conceived initial projects of sugarcane plantations and small mills as using available water streams to begin operations.

They were the source of water, which was cooled and into which effluent generated in production activities of sugar and ethanol was dumped.

With the coming about of the “Proálcool” program in the 1970’s, hundreds of new distilleries arose. Such growth accelerated state and federal government mechanisms aimed at implementing policies conceived for this industry. On the other hand, new technologies became necessary to meet demands, which by then were environmental in nature, of sugar and ethanol business undertakings. During this period, new applications of water were introduced in the production process in mills. In the following decade, initial assessments showed astonishing figures concerning the industry’s water consumption.

" a recuperação de áreas degradadas" " Temomissor. possibilitará um ganho ambiental que, revertido para a manutenção da qualidade das fontes de abastecimento de água, servirá para a manutenção dos usos futuros " ManBertone SecretAgricultura Secretariculture

Valdir José Torezan Diretor da Projec - Projetos e Consultoria Director of Projec - Projetos e Consultoria

Segundo levantamento, foi identificado consumo entre 14 e 20 m³/t de cana moída. Mais recentemente, novos levantamentos apontaram a redução do consumo específico para índices inferiores a 3 m³/t de cana moída (Manual de Conservação e Reúso de Água na Agroindústria Sucroenergética, 2009). Há de se ressaltar que, em 1985, os órgãos ambientais, já com suas políticas delineadas, passaram a contribuir sobremaneira para a melhoria das performances industriais. Atuando de modo a buscar um equilíbrio entre o desenvolvimento e a preservação, solicitaram, através do licenciamento ambiental, o incremento de novas ferramentas. O fechamento de circuitos de águas utilizadas no processo industrial e no tratamento de efluentes antes lançados

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The survey showed that consumption was between 14 and 20 m³/t of crushed sugarcane. More recently, new surveys showed a reduction in specific consumption to levels of less than 3 m³/t of crushed sugarcane (Manual on Preservation and Reutilization of Water in the Sugar-based Energy Agro Industry, 2009). One should emphasize that in 1985, environmental regulatory bodies had already conceived their policies and began making considerable contributions to better industrial performance. By acting in a way so as to seek equilibrium between development and preservation, they requested by environmental licenses the increase of new tools. Closing the circuits of water used in the industrial process and in the treatment of effluent, which until

Opiniões in-natura em cursos d’água representam um grande avanço do ponto de vista preservacionista. Já na década de 90, com a realização da Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente e o Desenvolvimento - Cnumad, as medidas de controle de impactos no setor produtivo nacional foram estabelecidas pelos órgãos ambientais. As medidas direcionadas à mitigação desses impactos e melhoria da qualidade ambiental passam diretamente pela necessidade de preservação dos recursos hídricos.

Impulsionado pelo lançamento dos veículos bicombustíveis, já no século XXI, o setor sucroalcooleiro tomou novo fôlego após a crise do fim da década de 90.

Nessa nova fase, a produção cresce em ritmo nunca antes observado. As novas tecnologias tomam conta do setor: colheita mecanizada, limpeza da cana a seco, eficiência na destilação, desidratação da vinhaça, uso múltiplo das águas no processo industrial. Essas abordagens trazem novas perspectivas para o campo ambiental.Agora, atuando na vanguarda política, a Secretaria do Meio Ambiente do Estado de São Paulo publicou o Zoneamento Agroambiental do Setor Sucroalcooleiro, com a finalidade de estabelecer um conjunto de políticas de preservação ambiental. Recentemente, com o estabelecimento de novas diretrizes ambientais, o setor sucroalcooleiro aprimorou os equipamentos, a fim de possibilitar o uso e reúso das águas no processo, implicando a redução do consumo para um índice entre 0,7 e 1,0 m3 de água por tonelada moída.

O zoneamento estipula, entre outras medidas, do enquadramento da planta industrial à captação máxima permitida, em função da disponibilidade de água da bacia hidrográfica em que está localizada. Estima-se que, desde sua implementação, o Protocolo Agroambiental tenha conseguido diminuir a captação média das usinas no estado de São Paulo de 2,00 m³/t para 1,55 m³/t (www. ambiente.sp.gov.br/etanolverde).

Dessa forma, as medidas associadas à redução do consumo de água no processo industrial irão trazer os maiores ganhos para a preservação dos recursos hídricos. Além disso, o lançamento de programas de recuperação de áreas de preservação desencadeará uma melhoria contínua. A recuperação de áreas degradadas possibilitará um ganho ambiental que, revertido para a manutenção da qualidade das fontes de abastecimento de água, servirá para a manutenção dos usos futuros. Nesse ponto, o documento Zoneamento Agroecológico da Cana-de-açúcar (2009), elaborado pela Embrapa Solos, servirá como instrumento norteador para a expansão das áreas de plantio e industrialização de cana-de-açúcar, identificando os vários polos de desenvolvimento. Baseado nesse documento, os impactos associados à atividade podem ser discutidos e mitigados quando da implantação de um novo projeto, associando as características preservacionistas necessárias à manutenção da qualidade ambiental.

Embora o setor tenha se expandido em áreas consideradas ambientalmente corretas, o estado de São Paulo vem se preocupando com as expansões e tem estabelecido regras de proteção dos recursos hídricos superficiais e também de um dos maiores aquíferos subterrâneos do mundo, o Aquífero Guarani. Quem trabalhou no passado com o segmento sucroalcooleiro observa hoje o quanto é valorizado o uso e reúso das águas nas plantas industriais.

then was dumped in-natura into water streams, represented a major step ahead from the point of view of environmental preservation. In the 1990’s, with the realization of the United Nations Conference on Environment and Development (UNCED), measures to control the impact on the national production sector were established by environmental authorities. Initiatives aimed at mitigating these impacts and improving environmental quality acknowledged the need to preserve hydric resources.

Already well into the 21st. Century, and fostered by the launching of dual-fuel vehicles, the sugar and alcohol industry was back on track following the crisis at the end of the 1990’s. In this new phase, production is growing as never before. New technologies predominate in the industry: mechanized harvesting, dry cleaning of sugarcane, efficiency in distillation, dehydration of vinasse, multiple use of water in the industrial process. This array of options brings new perspectives to the environmental field. Currently, the State of São Paulo Secretariat for the Environment, in a politically pioneering role, is in the process of publishing the Agro Environmental Zoning Guide for the sugar and ethanol industry, with the intent of establishing a set of policies for environmental preservation. Recently, in light of the issuance of new environmental guidelines, the sugar and ethanol industry made improvements to equipment to allow the utilization and reutilization of water in the process, which implies in the reduction in consumption to a rate between 0.7 and 1.0 m3 of water per crushed ton.

The zoning, among other initiatives, sets forth industrial plants’ compliance with the maximum allowed sourcing as a function of water availability in the hydrographic basin in which they are located. One estimates that since its implementation, the Agro Environmental Protocol has accomplished reducing mills’ average sourcing in the State of São Paulo from 2.00 m³/t to 1.55 m³/t (www.ambiente.sp.gov.br/ etanolverde).

Thus, measures associated with the reduction of water consumption in the industrial process will result in greater gains in terms of preservation of hydric resources. Furthermore, the launching of recovery programs for preservation areas will unleash continuous improvement. The recovery of degraded areas will result in environmental gains, which, reverted to maintenance of the quality of water supply sources, will serve to preserve them for future use. In this regard, the 2009 paper on the Agro-ecological Zoning of Sugarcane, drawn up by Embrapa Solos, will serve as a means to guide the expansion of plantation areas and for the industrialization of sugarcane, identifying different development centers. Based on this document, the impacts associated with the activity may be discussed and mitigated on the occasion of the new project’s implementation, by associating the required preservation characteristics with maintenance of environmental quality.

Although the industry has expanded in areas viewed as environmentally correct, the State of São Paulo is concerned about such expansion and has proposed rules to protect hydric resources on the surface and also underground – the Guarani aquifer, one of the largest underground water reservoirs in the world. Anyone who in the past had any dealings with the sugar and ethanol industry, nowadays can easily observe how valued the utilization and reutilization of water is in industrial plants.

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qualidade do produto

Opiniões

qualidade Quality

" Todo o trabalho de uniformização de especificações e procedimentos perde o sentido se não houver quem saiba medir e possa garantir tais resultados.

Wokimar Teixeira Garcia

Coordenador do Laboratório de P&D do CTC Coordinator of the R&D Laboratory at CTC

Falar de qualidade, hoje em dia, é muito bom. Estamos vivendo uma época em que a busca pelo melhor resultado em todos os pontos do negócio é imprescindível para o sucesso e a permanência no mercado. De um lado, temos a exigência do cliente para que o produto a ser adquirido seja cada vez melhor e de menor preço. De outro, se exige que a indústria aumente a produção em menor tempo, com maior eficiência e menores custos.

Estamos, portanto, perante uma guerra de interesses em que só há acordo quando um idioma global é posto em discussão: qualidade.

O que se entende por qualidade? Qualidade tem sua definição baseada em duas ópticas: a do produtor e a do cliente. Na visão do produtor, a qualidade está associada à elaboração de algum produto que vá ao encontro das necessidades do cliente. Na visão do cliente, a qualidade está relacionada à utilidade ou utilização do produto, e quase sempre, ligada ao seu preço. Dessa forma, no setor sucroenergético, a qualidade dos produtos se traduz nas especificações estabelecidas pelo cliente que, ao longo dos anos, vem crescendo, a ponto de chegarmos a exigências não cabíveis ao açúcar e/ou ao etanol. Tais exigências significam a elaboração de listas de itens que vão desde as características visuais do produto, como cor e aparência, até a busca pela presença de elementos em PPB (partes por bilhão), passando pelas características físicas, como umidade, densidade e outras.

O veterano açúcar, estabelecido como uma commodity há muitos anos, de certa forma tem uma condição melhor, pois o padrão de qualidade exigido é mais uniformizado e a maioria dos procedimentos analíticos para determinação dessas

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To speak of quality nowadays is very good. We live in times in which the quest for the best result in all aspects of a business is essential for success and for staying in the market. On the one hand, there is the client’s requirement that the product to be purchased be increasingly better and that it have a low price. On the other hand, there is the requirement that industry increase production in shorter time intervals, with higher efficiency and lower costs.

Thus, we are in a conflict of interests, in which there is only a common understanding when a global language is the focus of debate: quality.

What does one understand by quality? Quality can be defined from two perspectives: the viewpoint of the producer and the client. In the producer’s viewpoint, quality is associated with making a product that will meet the needs of the client. From the client’s perspective, quality is related to a product’s utility or use, and almost always to its price. Thus, in the sugar-based energy industry, product quality translates into specifications defined by the client that, over the years, have evolved to the point that they have become demands that are not applicable to sugar and/ or ethanol. Such demands imply the elaboration of lists of items ranging from a product’s visual characteristics, such as color and aspect, to minute elements measured in parts per billion, while also including physical aspects such as humidity, density and others.

Good old sugar, for many years a commodity and still viewed as such, in a certain way has a better status because the required quality standard is more uniform and most analytic procedures are established by Icumsa International Commission for Uniform Methods of Sugar

qualidade do produto características são regulamentados pela Icumsa - International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis.

A partir da década de 90, com o avanço da globalização e a necessidade mundial de buscar fontes renováveis de energia – nesse caso, combustíveis que pudessem substituir os fósseis –, houve uma enorme procura pelo uso do etanol de cana-de-açúcar, que é, até hoje, a mais viável fonte renovável de combustível. Porém, o mundo entrou em uma discussão sem precedentes na história do etanol para fins combustíveis, em que surgiram exigências de especificações desde as mais simples até as que colocavam o etanol a ser queimado nos motores com qualidade semelhante à de bebidas. Houve um grande esforço de entidades brasileiras em reuniões, seminários e congressos internacionais com o objetivo de uniformizar as exigências para um etanol combustível. Em 2007, foi criado o “Bioetanol Task Force”, um grupo tripartite composto por Brasil, União Europeia e Estados Unidos.

Em um primeiro momento, o objetivo desse grupo era chegar a um consenso e estabelecer um conjunto de especificações mínimas e coerentes com a utilização do etanol como combustível, como temos no Brasil as especificações estabelecidas pela ANP - Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis, que atendem e garantem adequadamente a qualidade do etanol para fins combustíveis, visando à preservação dos motores e à eficiência do produto.

Esse esforço chegou a um padrão para alguns itens, como cor, aparência, condutividade, sódio, sulfato, enxofre, cobre e ferro. Porém, encontrou dificuldades na exigência relativa ao teor de água para o etanol anidro. Enfim, não foi possível estabelecer uma padronização na qualidade do etanol para uso internacional. Outro item de relevância que está intrinsecamente ligado à qualidade dos produtos é: quem vai medir tais características com garantia de resultados?

Todo o trabalho de uniformização de especificações e procedimentos perde o sentido se não houver quem saiba medir e possa garantir tais resultados. A partir daí, vem a necessidade de uniformizar os procedimentos internacionalmente e ter laboratórios capacitados para que os resultados obtidos não influenciem a qualidade dos produtos.

O laboratório de análises do CTC, vem há mais de 40 anos, se preocupando com esse assunto e dedicando esforços para atender a essa necessidade, medindo nos produtos açúcar e etanol o maior leque de itens já buscados até hoje, tendo em vista garantir ao cliente a qualidade do produto, sendo o laboratório de maior escopo acreditado pelo Inmetro no Brasil para ensaios (procedimentos analíticos) em açúcar e etanol. Podemos dizer, com tranquilidade, que o açúcar e o etanol brasileiros têm condições de atender especificações nacionais e internacionais, tanto que o Brasil é, atualmente, o maior exportador de açúcar e um potencial exportador de etanol.

Resumindo, podemos dizer que o termo qualidade, apesar de abstrato e deveras abrangente, é o assunto que percorre o setor sucroenergético desde o desenvolvimento das variedades de cana até os produtos finais. Passa pela qualidade da lavoura, do corte, carregamento, transporte, recepção, processamento, equipamentos e condições do processamento, insumos, purificação, armazenamento, carregamento e entrega ao cliente. Cada um desses itens tem ainda uma lista de exigências necessárias a serem seguidas, e que, se atendidas, garantem a qualidade dos produtos conforme a necessidade de cada cliente.

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Opiniões Analysis. Since the 1990’s, with the spreading of globalization and the world’s need to find renewable energy sources (in this case, fuels that could replace fossil fuel), enormous demand for ethanol from sugarcane resulted, with ethanol still being the most viable source of renewable fuel. However, the world entered into an unprecedented debate in the history of ethanol as fuel, resulting in that specifications were defined ranging from the simplest to such that placed ethanol to be consumed in combustion engines in the same quality league as beverages. Major efforts were made

by Brazilian entities in international meetings, seminars and congresses, with the intent of standardizing requirements applicable to ethanol as fuel. In 2007, the “Bioetanol Task Force”, was created, a three-party group consisting of Brazil, the European Union and the United States.

Initially, this group’s aim was to reach consensus in setting minimum specifications coherent with the use of ethanol as fuel, just as we have specifications defined in Brazil by ANP (National Agency for Oil, Natural Gas and Biofuel), which adequately meet and guarantee the quality requirements of ethanol as fuel, taking into account the durability of engines and the product’s efficiency. This effort resulted in a standard for some items such as color, aspect, conductivity, and sodium, sulphate, sulphur, copper and iron content. However, difficulties arose in terms of water content of anhydrous ethanol, so that in the end, it was impossible to set a “quality” standard for the international use of ethanol.

Another relevant item intrinsically tied to product quality is the question of who will measure such characteristics and guarantee the results.

All efforts to standardize specifications and procedures make no sense if there is not someone who knows how to measure and can guarantee such results.

From that results the need to standardize procedures internationally and to have qualified laboratories, so that the results achieved do not influence product quality. CTC’s analysis laboratory has, for more than 40 years, been involved with this matter, making efforts to address this need, to this day measuring a broad range of items in sugar and ethanol, with the intent of guaranteeing product quality for the client. It is the largest laboratory in Brazil accredited by Inmetro in Brasil for testing (analytical procedures) sugar and ethanol. We can certainly assure that Brazilian sugar and ethanol meet national and international specifications, a fact corroborated by the reality that Brazil nowadays is the largest exporter of sugar and a potential exporter of ethanol.

In summary, we can state that the term quality, albeit abstract and wide ranging, is an issue that affects the sugar-based energy industry in aspects involving from the development of sugarcane varieties to end products.

It encompasses the quality of plantations, cutting, loading, transporting, equipment and processing conditions, inputs, purification, storage, loading and delivery to the client. Each of these items also entails a list of requirements that must be met, which, once they are met, warrant the quality of products according to the needs of each client.

ensaio especial

a evolução

Opiniões

industrial The industrial evolution

Entre o final do século XIX e início do século XX, ocorreu uma grande revolução tecnológica na indústria mundial. No século anterior, a máquina a vapor (Watt, 1774) e o motor a explosão (Philippe Lebon, 1799) foram inventados, sendo os grandes propulsores de toda essa rápida evolução industrial, sem os quais, não haveria a revolução industrial, já que, antes dela, o mundo só conhecia os moinhos de vento e as rodas d’água como fontes motrizes não animais. Embalado pela descoberta dos motores a explosão, Henry Ford desenvolveu a organização e os métodos na sua fábrica de automóveis e inovou com a produção em série. Foi um salto fantástico para a revolução industrial.

Nessa época, os engenhos de açúcar e álcool deixaram de extrair o caldo em apenas um terno de moenda movido a tração animal ou até mesmo tração humana para moendas com dois a quatro ternos. Tudo isso graças à introdução de caldeiras (de baixa pressão) de 8 Kg/cm2 que acionavam as então revolucionárias máquinas a vapor. A engenharia fazia sucesso e permitia o desenvolvimento de sistemas de engrenagens das mais variadas envergaduras e combinações. Com as moagens de maior expressão, houve a necessidade de se trocar os tachos de evaporação a céu aberto por evaporadores em duplos, triplos ou até quádruplos efeitos.

Que evolução para a época! Em seguida, por necessidade, surgem os tachos a vácuo, o grande passo para a melhora do balanço térmico. Com a evolução da evaporação, veio a necessidade de melhorar o tratamento do caldo, e aí se desenvolveram os decantadores fechados, os aquecedores tubulares e os filtros prensas a pressão.

Com o aumento da moagem e da produção, ficou inviável o uso de fôrmas purgadoras de méis (méis de furo, como eram chamadas) e secagem a céu aberto, já que esses tipos de separação e secagem ocupavam grandes espaços.

Surgiram, então, as centrífugas por bateladas e, posteriormente, as contínuas. Daí, os secadores rotativos. Aos poucos, fomos evoluindo na pressão de trabalho das caldeiras, e as máquinas a vapor foram sendo substituídas por turbinas a vapor, quando se passa a produzir a própria energia necessária à condução do processo.

Between the end of the 19th century and the beginning of the 20th century, a major technological revolution took place in world industry. In the previous century, the steam engine (Watt, 1774) and the combustion engine (Philippe Lebon) were invented, having been the driving forces of this quick industrial development, considering that prior to it the world only knew windmills and water wheels as non-animal traction means. Henry Ford, encouraged by the discovery of combustion engines, developed an organization and methods in his automobile plant, innovating with serial production. This was an amazing feature for the industrial revolution.

At that time, the old sugar and ethanol mills ceased to extract juice in only one three roller mill with animal traction or even with human traction in mills with two to four roller mills. This all was possible thanks to the introduction of 8 Kg/cm2 low pressure boilers that drove those then revolutionary steam machines. Engineering was a success and allowed the development of gear systems of a variety of sizes and combinations.

With crushing becoming more significant, the need arose to replace open air evaporator pans with double, triple or even quadruple effect evaporators. What a development at the time! Then, out of need, vacuum pans appeared, being the major step towards improving the heat balance. With the development of evaporation came the need to improve juice treatment, and thus, closed clarifiers, tubular heaters and press filters were developed.

With the increase in crushing and production, the use of molasse cases (molasse holes, as they were called) and open air drying became unviable, because these kinds of separation and drying required a lot of space. That was when batch centrifuges and subsequently continuous centrifuges came about. Then, drum dryers. We gradually evolved in terms of working pressure in boilers, and steam engines were replaced by steam turbines, which is the point in time when one starts to produce one’s own energy needed for the process.

" estamos próximos de conhecer usinas bem diferentes da nossa atual realidade.

O homem continuará o mesmo.

Motivo e razão da evolução constante, pois ele sonha, pensa, idealiza e realiza " Getúlio Tadeu Chaves de Andrade

Presidente da GTCA Tecnologia e Consultoria President of GTCA Tecnologia e Consultoria

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ensaio especial Todo esse relato parece pertencer a um tempo muito distante. Entretanto, ainda hoje, temos pequenas fábricas que operam com apenas um terno de moenda, caldeiras “barriga d’água”, tachos abertos, purgas por gravidade e secagem a céu aberto. São poucas e limitadas, mas têm mercado garantido por consumidores naturalistas. Evoluímos das gruas para tombadores, mesas de 50º, picadores e desfibradores de alta performance e moendas cada vez mais eficientes. Estas já são substituídas por difusores e extrações em rolos do tipo LPE com baixo consumo de potência. No tratamento de caldo, passamos de enormes caleadeiras para sistemas compactos controlados automaticamente. Os decantadores já possuem tempos de retenção de até 30 minutos ou menos. Os filtros prensas foram totalmente substituídos por filtros a vácuo cada vez maiores, e estes, por prensas desaguadoras. A evaporação, cada vez mais eficiente, permite reduções consideráveis do consumo de vapor e, consequentemente, maior produção de energia para exportação. Antes, tínhamos consumo de 650 kg de vapor por tonelada de cana, hoje, chegamos facilmente a 380 kg/tc. E ainda temos espaço para maiores reduções.

O correto dimensionamento do conjunto evaporativo e a perfeita extração de sangrias proporcionam essa melhora.

Sem contar as novas técnicas de evaporação em película descendente, a placas e calandras a vácuo.

Os tachos de cozimento a vácuo, que eram inicialmente em bateladas de normalmente 150 hl, hoje atingem até 1.000 hl contínuos, com maior capacidade, automatizados e de alta performance. Dos cristalizadores individuais e sem refrigeração, evoluímos para os cristalizadores refrigerados do tipo Blanchard, passamos para os Werksporr e, atualmente, para os cristalizadores verticais. Essa refrigeração serviu para melhor exaurir o mel mãe dos cristais. Ainda contamos com aquecedores de massa do tipo Green Smith para uso da temperatura correta de centrifugação. As centrífugas em bateladas e manuais passaram a ser automáticas, com elevada eficiência de purga, e as contínuas, com excelente trabalho de qualidade e quantidade. Os secadores de açúcar passaram a rotativos, de fluxo contínuo usando vapor para aquecimento indireto e, depois, a resfriador. Depois, vieram os maravilhosos secadores do tipo semi leito-fluidizado. Por fim, os leito-fluidizados que ainda são esperanças.

As caldeiras passaram de 8 para 16, 21, 25, 30, 42, 63 ou 67, 84 e até 100 Kg/cm2. Junto com elas, vieram os geradores de energia de até 45 MWh. Isso permitiu também a necessidade da evolução do balanço térmico para que pudéssemos gerar ainda mais energia com o mesmo bagaço.

Passamos de uma geração de energia – na primeira evolução das turbinas a vapor –, de cerca de 30 a 40 kWh/tc, para até 160 kWh/tc. Atualmente, muitas novas tecnologias encontram-se em desenvolvimento, aguardando tornarem-se economicamente viáveis para serem implementadas. No sistema de tratamento e concentração, estão em andamento estudos e testes com peneira molecular, objetivando a eliminação da atual fábrica de açúcar equipamentos como: caleadeira, aquecedores, decantadores, parte da evaporação e filtros. Na geração de vapor, a gaseificação do bagaço é promissora. Na produção de álcool, o aumento será considerável com a utilização do bagaço. Estamos próximos de conhecer usinas bem diferentes da nossa atual realidade.

O homem continuará o mesmo. Motivo e razão da evolução constante, pois ele sonha, pensa, idealiza e realiza.

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Opiniões This narrative seems to belong to a long gone time.

But even nowadays there are still small plants that operate only three roller mills, tube-fired boilers, open air pans, using gravity purging and open air drying.

They are few and limited, but enjoy a guaranteed market of naturalist consumers.We evolved from rotary cranes to hillos, 50º tables, high performance knives and shredders, and increasingly efficient crushing mills.

These are already being replaced by diffusers and low pressure roll extraction with low power consumption. In the treatment of juice, we went from huge lime mixers to compact systems with automatic control. Clarifiers already feature retention times of up to 30 minutes or less.

Press filters were completely replaced by increasingly larger vacuum filters, and these by belt press filters. Evaporation, increasingly more efficient, allows considerable reductions in steam consumption and therefore, the production of more exportable energy. Before, we had a consumption of 650 kg of steam per ton of cane, whereas nowadays we easily reach 380 kg per ton, but still have room for further reductions. The correct dimensioning of the evaporation set and the correct steam draining make this improvement possible, not to mention the new falling film evaporation techniques using plates and vacuum calandria pans.

Vacuum pans that previously were in batches of normally 150 hl, nowadays are automatic high-performance and high-capacity equipment that reaches up to 1,000 continuous hl. From single crystallizers without refrigeration we evolved to refrigerated Blanchard type crystallizers, then on to Werksporr equipment, and nowadays, vertical crystallizers. This refrigeration was suited to better extract mother liquor from crystals. We still use Green Smith type mass heaters to achieve the right centrifugation temperature. Manual and batch centrifuges became automatic, with high purging efficiency, while continuous centrifuges achieved outstanding performance in terms of quality and quantity. Sugar dryers became continuous flow rotative equipment, using steam for indirect heating, subsequently becoming refrigeration equipment. Then came the marvelous partially fluidized bed type dryers, and lastly, the fluidized bed type that are still a bet on the future.

Boilers went from 8 to 16, 21, 25, 30, 42, 63 or 67, 84 and up to 100 Kg/cm2. Along came power generators of up to 45 MWh. This also allowed heat balance requirements to evolve so that one could generate more power with the same volume of bagasse. We went from generating power – in the first steam turbines phase – at roughly 30 to 40 kWh/t of cane to up to 160 kWh/t of cane. Currently, many new technologies are being developed, expected to become economically feasible to then be implemented. Studies and tests with molecular screens used in the treatment and concentration system are in progress, seeking to eliminate currently used sugar mill equipment such as: lime mixer, heaters, clarifiers, some of the evaporation equipment, and filters. In steam generation, bagasse gasification looks promising. Ethanol production will increase considerably using bagasse.

We are close to seeing mills quite different than those in operation today. Man – the motive and reason of constant development –, will remain unchanged, because he dreams, thinks, conceives and realizes.

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