Imagem abstrata de uma mulher sentada em livros e estudando em um laptop

Apostila usina de acucar e sua automacao

J
Jardel Sousa

O documento descreve o processo de produção de açúcar e álcool a partir da cana-de-açúcar, desde a origem da planta até os métodos modernos de produção. Detalha a evolução tecnológica da indústria, incluindo a introdução da máquina a vapor, evaporação múltipla e centrífuga. Também discute a importância econômica do setor para o Brasil e os principais tipos de açúcar e álcool produzidos.

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A Usina de Açúcar e sua Automação A Usina de Açúcar e sua Automação A Usina de Açúcar e sua Automação
A Usina de Açúcar e sua Automação A origem da cana-de-açúcar ORIGEM: Continente Asiático, trazida logo após o descobrimento do Brasil, pelos portugueses. CARACTERÍSTICAS: Planta semiperene, monocotiledônica, pertencente á família das gramíneas, gênero Sacharum officinarum. PERÍODO DE SAFRA: 150 a 180 dias nas condições brasileiras. Em outros países como a Colômbia a cana-de-açúcar é produzida em todo o ano. PRODUTIVIDADE: No Brasil a produtividade é de 60 á 100 t/ha. Os melhores rendimentos agrícolas estão na África do Sul, Austrália, Peru e Colômbia, com um rendimento de 110 á 160 t/ha, que resultará em 15 á 22 toneladas de açúcar/ha. Açúcar, fonte de energia AÇÚCAR é um adoçante extraído industrialmente de um vegetal que normalmente contém um alto teor de carboidrato na forma de Sacarose. O carboidrato é o principal constituinte de todos os seres vivos e são suas fontes de energia.
A Usina de Açúcar e sua Automação Açúcar, a importância histórica A produção de açúcar é valorizada desde a antigüidade. Financiou as navegações e a descoberta da América no século XVI. Motivou conquistas e invasões no século XVII. Promoveu o desenvolvimento econômico do Brasil e da América Hispânica. OS ENGENHOS DE AÇÚCAR O açúcar era produzido em engenhos usando mão-de-obra escrava e caracterizou a cultura vigente do século XVI ao XVIII. O PROCESSO PRODUTIVO NOS ENGENHOS A moagem da cana-de-açúcar era feita em moendas construídas em madeira, com rolos verticais e acionados por animais ou rodas d'água. A clarificação, evaporação e a cristalização eram feitas em tanques aquecidos por fogo direto pela queima de lenha. O controle da cristalização era feito pela colocação ou retirada de lenha, ou seja, pela regulagem do aquecimento.
A Usina de Açúcar e sua Automação O caldo evaporado contendo cristais de açúcar era colocado em formas e deixando resfriar dando origem à rapadura ou açúcar mascavo.
A Usina de Açúcar e sua Automação Samuel Hazard, Cuba, 1865 O açúcar branco era produzido em casas de purga, onde em formas especiais eliminava-se o mel por gravidade através de um período de repouso que podia chegar a 50 dias. Henri Monceau, 1764
A Usina de Açúcar e sua Automação Em Cuba e demais países do Caribe, o açúcar branco era embalado em caixas e o açúcar mascavo em barris para o transporte até os centros de consumo. Samuel Hazard, 1865
A Usina de Açúcar e sua Automação Açúcar, a modernização do processo No início do século XIX vários aprimoramentos foram incorporados ao processo de produção de açúcar. Dentre todos, os mais significativos foram: - A Máquina à Vapor para acionamentos - A Evaporação Múltiplos Efeitos - O Cozedor à Vácuo - A Centrifugação do açúcar A MÁQUINA À VAPOR A máquina a vapor substituiu o trabalho braçal ou animal na moagem da cana no início do século XIX, em plena Revolução Industrial. Os países que demoraram em adotar esse avanço tecnológico perderam mercado rapidamente. A EVAPORAÇÃO MÚLTIPLOS EFEITOS O químico norte-americano Norbert Rillieux, nascido na Louisiana, foi o responsável pela invenção da evaporação de múltiplos efeitos em 1834, que revolucionou a indústria açucareira mundial e também a indústria química. O COZEDOR À VÁCUO O químico inglês Charles Edvar Howard (1774-1816) foi quem realizou em 1812 o primeiro projeto empregando Vácuo para produzir ebulição do caldo a temperaturas mais baixas. Desenvolveu também projetos para sulfitação, refino, filtragem e emprego de vapor em lugar de fogo direto nos engenhos.
A Usina de Açúcar e sua Automação A CENTRIFUGAÇÃO DO AÇUCAR As primeiras centrífugas de açúcar surgiram por volta de 1840 e eram acionadas por energia hidráulica (roda d'água). Com o uso das centrífugas de açúcar desapareceram as 'casas de purga' na produção de açúcar branco. A produção de açúcar no século XVII
A Usina de Açúcar e sua Automação A produção de açúcar atualmente PAÍSES MILHARES DE TONELADAS ÍNDIA 14.441 BRASIL 13.467 TAILÂNDIA 8.077 CHINA 7.347 USA. 6.658 AUSTRÁLIA 5.578 MÉXICO 4.879 FRANÇA 4.572 ALEMANHA 4.564 CUBA 4.260 UCRÂNIA 2.935 ÁFRICA DO SUL 2.514 POLÔNIA 2.496 INDONÉSIA 2.279 FILIPINAS 1.863 DADOS DA SAFRA 96/97 1760 PAÍS ton HAITI 56646 BRASIL 34000 JAMAICA 29841 MARTINICA 17000 ST. KITTS 9220 GUIANA 8300 CUBA 5500 OUTROS 44827 TOTAL 205334 PAÍS ton JAMAICA 55464 BRASIL 21000 CUBA 14455 MARTINICA 12120 GRANADA 9432 ST. KITTS 7062 GUIANA 6700 OUTROS 58114 TOTAL 184347 1792
A Usina de Açúcar e sua Automação Consumo mundial de açúcar (fonte: F.O.Licht) Produção de açúcar no Brasil (fonte: ÚNICA) 107172 107027 109552 110376 111061 111851 112199 114025 117340 120460 100000 105000 110000 115000 120000 125000 87/88 88/89 89/90 90/91 91/92 92/93 93/94 94/95 95/96 96/97 ( 1000 t) 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 PRODUÇÃO 8000 8952 9510 11104 10534 12714 15190 13467 CONSUMO 7281 6924 7399 7460 7761 8032 8318 8784 EXPORTAÇÃO 1421 1409 1771 2837 3727 4987 5502 5390 89/90 90/91 91/92 92/93 93/94 94/95 95/96 96/97
A Usina de Açúcar e sua Automação Usinas de açúcar e álcool no Brasil: 218 Usinas de Açúcar 208 Destilarias anexas 119 Destilarias autônomas 337 Unidades industriais no total Área colhida de cana-de-açúcar no Brasil (fonte: ÚNICA) Distribuição por região (fonte: ÚNICA) 1992 1993 1994 1995 1996 Norte Centro Oeste Nordeste Sudeste 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 Hectares Centro- Oeste 7% Sul 7% Nordeste 18% Sudeste 68%
A Usina de Açúcar e sua Automação Açúcar, a importância para o Brasil - FATURAMENTO ANUAL DE 7,1 BILHÕES - PROPORCIONA EMPREGOS DIRETOS E INDIRETOS A 1.000.000 DE TRABALHAORES - É O PRODUTO QUE MAIS CONTRIBUIU PARA O AUMENTO DA BALANÇA COMERCIAL (EXPORTAÇÕES) NO PERÍODO DE 1992 Á 1998. - PROPORCIONOU AO PAÍS UMA ECONOMIA DE DIVISAS SUPERIOR A 30 BILHÕES COM O PROÁLCOOL. Tipos de Açúcar 1- Demerara (RAW SUGAR) E V.H.P. (VERY HIGH POL SUGAR) 2- Cristal Branco 3- Refinado Granulado Fino 4- Refinado Amorfo 5- Açúcar Líquido 6- Açúcar Invertido AÇÚCAR DEMERARA Açúcar produzido naturalmente, sem adicionar produtos químicos na sulfitação. A produção desse açúcar é muito grande, pois é destinado para a produção dos açúcares de melhor qualidade, através da sua diluição. CRISTAL BRANCO Açúcar produzido através de 3 processos de purificação: Sulfitação, Carbonatação ou Fosfatação. O processo mais utilizado é a Sulfitação. A Sulfitação é aplicado ao caldo, e seus principais efeitos são: efeito purificante, efeito descolorante, efeito fluidificante, efeito precipitante. O açúcar cristal branco é qualificado de acordo com um padrão estabelecido: Tipo Mínimo Pol. Máxima cor Máx. % Cinzas Máx. Umidade Standard 99.3 760 0.15 > 0.05 Superior 99.5 480 0.10 < 0.04 Especial 99.7 230 0.07 < 0.04 Especial Extra 99.8 150 0.05 < 0.04 Com a crescente melhoria da qualidade do açúcar, atualmente existem outros padrões: - Açúcar Especial Extra A, com a máxima cor de 100 - Açúcar G.C. com granulometria controlada - Açúcar Orgânico
A Usina de Açúcar e sua Automação AÇUCAR REFINADO GRANULADO FINO Açúcar obtido através da diluição do açúcar demerara ou V.H.P. recebendo um tratamento de purificação para eliminação de impurezas e adicionamento de produtos químicos. O açúcar refinado granulado fino é cristalizado em um Cozedor à Vácuo. AÇÚCAR REFINADO AMORFO Açúcar obtido através da diluição do açúcar demerara ou V.H.P. recebendo um tratamento de purificação para eliminação de impurezas e adicionamento de produtos químicos. O açúcar refinado amorfo é cristalizado através de um choque térmico. Esse tipo de açúcar é menos valorizado que o Refinado Granulado Fino, pois o mel também está contido no produto. AÇÚCAR LÍQUIDO Açúcar obtido através da diluição do açúcar demerara ou V.H.P. recebendo um tratamento de purificação para eliminação de impurezas, adicionamento de produtos químicos, filtragem em tanques de resina ou carvão e concentração até aproximadamente 65o Brix. O poder adoçante desse açúcar é menor devido à quantidade de água adicionada. Esse açúcar é consumido pelas fabricas de refrigerantes e alimentos. Sua principal desvantagem é o baixo tempo de armazenamento, devido aos ataques de microorganismos, principalmente os fungos. AÇÚCAR INVERTIDO Açúcar obtido através da diluição do açúcar demerara ou V.H.P. O Açúcar Invertido é obtido através da reação de hidrólise total ou parcial da sacarose. Essa reação é denominada Inversão, uma vez que ocorre mudança no sentido de rotação no plano de luz polarizada. O produto final contém sacarose, glicose e frutose, a concentração de cada um desses açucares muda em função do nível de inversão. O açúcar invertido é encontrado em diferentes graus de hidrólise. A açúcar invertido mais produzido é o parcialmente invertido, com 50% de inversão, onde o poder adoçante é de 85% do valor do açúcar cristal. A vantagem do Açúcar Invertido é o menor volume e maior tempo de armazenamento, pois é mais resistente ao ataque de microorganismos. Tipos de Álcool 1- ÁLCOOL HIDRATADO CARBURANTE É o álcool a 92o GL (92% de álcool + 8% de água) utilizado como combustível direto nos veículos com motores movidos a álcool. 2- ÁLCOOL ANIDRO É o álcool a 99.6o GL (99.6% de álcool + 0.4% de água) utilizado como aditivo aos combustíveis. Atualmente a gasolina brasileira possui 24% de álcool anidro. 3- ÁLCOOL ANIDRO ESPECIAL É o mesmo álcool do item anterior, porem isento de contaminantes (benzeno e ciclo-hexano), produzido através do processo de peneira molecular. 4- ÁLCOOL REFINADO E NEUTRO É o álcool neutro de impurezas, com pouco odor. Por ser mais barato que o álcool extra neutro, é utilizado pelas indústrias de bebidas e cosméticos populares. 5- ÁLCOOL EXTRA NEUTRO É o mais puro álcool, não interfere em aromas ou sabores, é utilizado na elaboração de bebidas, cosméticas e produtos farmacêuticos.
A Usina de Açúcar e sua Automação Outros subprodutos da Cana-de-açúcar BAGAÇO DE CANA Resíduo fibroso resultante da moagem da cana-de-açúcar. É utilizado como combustível nas caldeiras para geração de energia elétrica e calor. Pode ser utilizado na fabricação de papeis e como ração animal se for hidrolizado. VINHAÇA Resíduo resultante da destilação do álcool, é utilizado como fertilizante na lavoura. Pode ser utilizada na fabricação de adubos. ÓLEO FUSEL Resultante da destilação de álcool, é constituído de álcoois superiores. É extraído em pequena quantidade e utilizado na indústria química e de cosméticos. MELAÇO Resultante da centrifugação do açúcar, contendo açúcares redutores e parte de sacarose não cristalizada. É utilizado na fermentação para produção de álcool e como matéria-prima para fabricação de cachaça e rum. Termos açucareiros FIBRA EM CANA É a matéria seca e insolúvel em água que compõe a cana, que posteriormente dará origem ao bagaço. EMBEBIÇÃO É o processo que embebe água ou caldo ao bagaço já esmagado, para que se misture com o caldo existente no bagaço e o dilua no próximo terno. MACERAÇÃO É o processo no qual o bagaço é saturado de água ou caldo, geralmente a alta temperatura. A maceração é uma classe especial de embebição. CALDO RICO OU PRIMÁRIO É o caldo de cana extraído no primeiro terno da moenda no qual estava contido na cana-de-açúcar. CALDO POBRE OU SECUNDÁRIO É o caldo de cana extraída no segundo terno da moenda, que sofreu embebição desde o último terno. É mais diluído do que o caldo rico, pois está contida a água de embebição. CALDO MISTO É a mistura do caldo rico e do caldo pobre (caldo do primeiro e do segundo terno), contendo o caldo que veio da cana e a água de embebição. CALDO SULFITADO É o caldo que passou pelo processo de sulfitação. Contém dioxido de enxofre para redução de cor e eliminação de colóides. CALDO CALEADO É o caldo que passou pelo processo de alcalinização (caleação) para neutralizar o pH do caldo, após a sulfitação.
A Usina de Açúcar e sua Automação LEITE DE CAL É a mistura da cal virgem com água, utilizado para neutralização do caldo ou do xarope. SACARATO É a mistura da cal virgem com caldo ou xarope de cana, utilizado para neutralização do caldo ou do xarope. CALDO CLARIFICADO OU DECANTADO É o caldo que saiu do decantador para eliminação das impurezas contidas no caldo. LODO São as impurezas retiradas do caldo durante o processo de decantação. CALDO FILTRADO É o caldo que passou pelo processo de filtragem, para retirada da sacarose contida no lodo. TORTA DE FILTRO É a mistura do lodo com bagacinho de cana que saíram do processo de filtragem. A sacarose contida na torta é dada como perda, pois não será mais processada. A torta é devolvida para a lavoura como fertilizante. POLÍMERO Composto químico misturado ao caldo ou xarope, com efeito de decantação ou flotação das impurezas. BRIX São os sólidos solúveis na cana ou na solução açucarada, dos quais uma parte é a sacarose. É expressa como percentagem de peso de sólidos. POL É o valor obtido pela polarização simples e direta em um sacarímetro de uma solução de peso normal. É expressa como se fosse um valor real. PUREZA É a quantidade de sacarose contida em 100 partes de sólidos totais. Pureza = pol x 100 brix SACAROSE É o açúcar contido nos vegetais, encontrado em maior volume na cana-de-açúcar ou na beterraba. A Sacarose é um dissacárideo produzido pela condensação de glicose e frutose, e sua fórmula química é C12 H22 O11 (peso molecular 342,30). Pode ser determinada por meio de um sacarímetro, utilizando métodos analíticos ou pela polarização direta, já que a diferença entre pol e sacarose não se tem em conta. Estrutura e configuração da sacarose: INVERSÃO Glicose Frutose
A Usina de Açúcar e sua Automação A sacarose hidrolisa-se com facilidade em soluções ácidas a velocidades que aumentam notavelmente com o aumento da temperatura e diminuição do pH. Esta reação hidrolítica é denominada de Inversão, e causa perda de sacarose. POLISSACARÍDEOS Este nome é dado a todos os sacarídeos com cadeia de mais de 12 monossacarídeos. O mais fundamental presente na cana-de-açúcar é a dextrana e o almidom. São muitos prejudiciais nos processos de moagem, clarificação, cristalização e centrifugação do açúcar. XAROPE É o caldo de cana concentrado nos evaporadores, antes de realizar alguma operação de extração de açúcar. MASSA COZIDA É a mistura de cristais e licor-mãe descarregado dos Cozedores a vácuo. A massa cozida é classificada de acordo com sua pureza (Primeira, Segunda ou Terceira). MAGMA É a mistura de cristais de açúcar do Cozedor de Granagem com caldo de cana, xarope ou água. É utilizada como pé dos cozimentos de primeira e de segunda. MEL É o licor-mãe separado dos cristais de açúcar através da centrifugação. O mel é classificado de acordo com o tipo de massa cozida (Mel Rico para massa de primeira, Mel Pobre para massa de segunda e Mel Final para massa de terceira). MOSTO Mosto é o termo empregado em tecnologia, para definir todo o líquido açucarado susceptível de sofrer fermentação. Na prática é a mistura de melaço (mel final) com água ou caldo de cana, que é devidamente preparado para sofrer a fermentação alcoólica. LEVEDURA (LEVEDO OU FERMENTO) Para o mosto desenvolver o processo fermentativo, ele deve ser inoculado com a levedura, que são os microorganismos responsáveis pela fermentação alcoólica. VINHO É o produto resultante da fermentação alcoólica. O vinho é centrifugado para separação da levedura e enviado para as colunas de destilação. A importância da matéria prima A matéria prima tem que satisfazer um conjunto de requisitos de qualidade para que a indústria ao processá-la seja capaz de obter uma produção estável na qualidade e eficiência. A qualidade da cana-de-açúcar se resume nos seguintes aspectos: - Conteúdo de sacarose - Presença de matérias estranhas - Tempo de corte - Tempo de queima
A Usina de Açúcar e sua Automação QUALIDADES DE UMA BOA VARIEDADE DE CANA-DE-AÇÚCAR - Bom rendimento por hectare - Alta riqueza de sacarose - Conteúdo de fibra entre 12 a 14% - Brix maior de 16 o - Boa e rápida germinação - Resistência às enfermidades e pragas - Escassa ou nenhuma floração - Facilidade para a mecanização da colheita - Mínimas dificuldades na fábrica Composição tecnológica da cana-de-açúcar
A Usina de Açúcar e sua Automação A colheita da cana-de-açúcar Após atingir o ponto adequado de maturação, a cana-de-açúcar é colhida manualmente ou mecanicamente. No corte mecânico, dispensa-se a queima das palhas antes da colheita. Celulose Pentosanas Lignina Água 75 - 82% Sólidos Solúveis 18-25% açúcares 15,5 - 24% não-açúcares 1,0 - 2,5% sacarose 14,5 - 24,0% glicose 0,2 - 1,0% frutose 0,0 - 0,5% orgânicos inorgânicos aminoácidos gorduras ceras corantes ácidos, etc. SiO 2 K2O P 2O 5 CaO MgO Na 2 O Fe 2 O 3 SO 3 Cl Fibra 8,0 - 14,0% Caldo 86,0 - 92,0% CANA-DE- AÇÚCAR
A Usina de Açúcar e sua Automação Rendimento Industrial na Usina As canas velhas provocam: - Inversão da sacarose do caldo - Aumento do conteúdo de polissacárideos nos caldos, principalmente a dextrana - Aumento da acidez - Diminuição da pureza do caldo O tempo de corte influi na velocidade de deterioração da cana: - A cana cortada se deteriora mais rápido do que a cana em pé. - A cana queimada se deteriora mais rápido do que a cana verde. O tempo de deterioração da cana depende da sua variedade. A dextrana e o almidom são polissacarídeos introduzidos em grandes quantidades no processo pelo atraso das canas e pelas matérias estranhas, causando dificuldades ao processo: - Aumento excessivo da viscosidade dos caldos. - Redução da velocidade de cristalização da sacarose. - Deformação dos cristais de sacarose, influenciando negativamente no esgotamento e na centrifugação. - Redução geral da eficiência econômica da Usina. O brix do caldo extraído é um indicador importante, já que: - O brix do caldo do primeiro terno é índice da tendência do rendimento. - O brix do caldo misto é índice da quantidade de água a evaporar. A diferença entre o brix do caldo do primeiro terno e do caldo misto é um índice de dissolução proporcional a quantidade de água incorporada no processo de extração, sendo que este aspecto é fundamental determinar: - A carga de trabalho dos evaporadores e cozedores. - A demanda de vapor para o processo. A pureza do caldo serve com base de cálculo aproximado das perdas. A diminuição de pureza significa aumento dos não-açúcares a separar, tendo como conseqüência: - Maior quantidade de mel final e portanto aumento das perdas de açúcar. - Aumento do consumo de vapor por unidade de açúcar produzido. - Diminuição da produtividade. A fibra da cana tem um efeito notável sobre a extração, quanto maior seja a fibra, menor será a extração. Processos que formam a produção de açúcar PROCESSO AGROQUÍMICO Decide a quantidade de açúcar produzida por tonelada de cana e a quantidade de cana por área disponível, para o começo da safra. PROCESSO COLHEITA-TRANSPORTE Decide as condições em que chegará a cana na Usina. PROCESSO INDUSTRIAL Resume os resultados finais e resultados industriais dos três processos. AÇUCAR PRODUZIDO = AC - Pct - PF Onde: AC = açúcar na cana PcT = perdas na colheita-transporte PF = perdas na fábrica
A Usina de Açúcar e sua Automação Processo industrial de produção do açúcar PREPARO E MOAGEM DE CANA RECEPÇÃO E PREPARO DA CANA A cana que chega na Usina é pesada para controle agrícola e industrial. A cana é analisada no laboratório de sacarose para sistema de pagamento aos fornecedores de cana. A cana é descarregada e armazenada no pátio de cana. Muitas usinas não utilizam o pátio de cana para evitar inversões de sacarose. A cana é lavada nas mesas alimentadoras para eliminação de matérias estranhas. Um índice tolerável de matérias estranhas na cana é de 3%. A mesa alimentada à esteira metálica que conduz a cana para o preparo da cana (picadores e desfibradores). A função dos picadores e desfibradores é a preparação da cana mediante o quebramento da estrutura dura e ruptura das células para a moagem. A cana desfibrada é conduzida pela esteira de borracha até as unidades de moagem. Esta esteira é de borracha por que possui um eletroimã para eliminação das partes metálicas, para não danificar os rolos esmagadores. O preparo de cana define a extração e o trabalho das moendas. GGEERRAAÇÇÃÃOO DDEE EENNEERRGGIIAA EELLÉÉTTRRIICCAA PPRREEPPAARROO EE MMOOAAGGEEMM DDAA CCAANNAA EEVVAAPPOORRAAÇÇÃÃOO DDOO CCAALLDDOO GGEERRAAÇÇÃÃOO DDEE VVAAPPOORR RREECCEEPPÇÇÃÃOO DDAA CCAANNAA CCLLAARRIIFFIICCAAÇÇÃÃOO DDOO CCAALLDDOO CCOOZZIIMMEENNTTOO SSEEPPAARRAAÇÇÃÃOO DDOO AAÇÇÚÚCCAARR SSEECCAAGGEEMM DDOO AAÇÇÚÚCCAARR FFIILLTTRRAAGGEEMM DDOO LLOODDOO CCAANNAA AAÇÇUUCCAARR BAGAÇO CANA CALDO VAPOR LÔDO CALDO TURVO CALDO XAROPE MASSA COZIDA AÇÚCAR MEL MEL FINAL ( P/ DESTILARIA ) TORTA
A Usina de Açúcar e sua Automação Vista da Recepção e Preparo da Cana-de-açúcar para Moagem UNIDADES DE MOAGEM E SEUS ACIONAMENTOS A extração do caldo pode ser feita por Moagem ou Difusão. Vista de uma Moenda PICADOR DESFIBRADOR ELETROIMÃ MESA ALIMENTADORA ESTEIRA ARÁPIDA CHUTE EEDONELLY TERN O ESTEIRA METÁLICA CANA
A Usina de Açúcar e sua Automação Vista de um Difusor UNIDADES DE MOAGEM E SEUS ACIONAMENTOS A moenda geralmente possui de 4 a 7 unidades de moagem, que são chamados de ternos. Cada terno possui 3 massas (rolos). Incorpora-se uma quarta massa para realização da alimentação forçada. Os três rolos de um terno de moenda convencional são montados em triângulo tal que a cana desfibrada seja esmagada duas vezes: uma entre o rolo superior e o rolo de entrada, e outra entre o rolo superior e o rolo de saída. Ao passar pelo rolo superior e de entrada a cana desfibrada é conduzida por sobre uma bagaceira até o rolo de saída. Os rolos são acionados por pinhão do rolo superior, acionado por uma turbina e um sistema de engrenagens redutoras. Os rolos de entrada e de saída são fixos, enquanto o rolo superior levanta e abaixa por meio de um sistema de pressão hidráulica. A cana é conduzida de um terno a outro através de esteiras intermediárias. As esteiras geralmente são do tipo de taliscas de arraste, que conduzem a cana até o chute-donelly do próximo terno. Os ternos de moendas podem ser acionados por turbinas a vapor, motores elétricos e mais recentemente por motores hidráulicos. O acionamento dos ternos pode ser individual, duplo ou até um acionamento para todos os ternos de moendas.
A Usina de Açúcar e sua Automação ESQUEMA DE UM TERNO DE MOENDA: EMBEBIÇÃO E MACERAÇÃO A embebição pode ser simples, composta com reciclagem de água ou mista. A mais utilizada é a composta, no qual se aplica água ao bagaço no último terno, o caldo extraído no último terno é aplicado no penúltimo terno, e assim sucessivamente até o segundo terno. No primeiro terno é extraído o caldo contido na cana. Por isso chamamos o caldo do primeiro terno de Caldo Rico ou Primário e o caldo do segundo terno de Caldo Pobre ou Secundário. A quantidade de água de embebição que se aplica varia de acordo com a região da usina, com a capacidade da moenda, com a característica da cana (sobretudo seu conteúdo de fibra). O valor de fibra é um parâmetro difícil de ser medido, por isso geralmente aplica-se de 25 a 30% de água contra o peso total da cana. A temperatura da água de embebição é um parâmetro importante para a eficiência da moagem. Enfim, há vários pontos importantes para definir o índice de eficiência da extração: Aumento da pressão hidráulica: - Aumenta o caldo expelido - Aumenta a potência necessária - Reduz a pega (capacidade de alimentação) Aumento na velocidade do rolo: - Reduz o caldo expelido - Aumenta a pega Aumento na ruptura das células (preparo): - Aumenta o caldo expelido - Aumenta a pega CABEÇOTE HIDRÁULICO CASTELO ROLO SUPERIOR ROLO DE SAÍDA ROLO DE ENTRADA ROLO DE PRESSÃO AJUSTE DA BAGACEIRA BASEMANCAL POSICIONADOR DO ROLO EIXO DE ACIONAMENTO ENTRADA DE CANA SAÍDA DE CANA PENTES BAGACEIRA
A Usina de Açúcar e sua Automação Aumento na vazão de água de embebição: - Aumenta a extração - Reduz a pega Aumento na temperatura da água de embebição: - Aumenta a extração - Reduz a pega Redução na abertura dos rolos e da bagaceira: - Requer aumento da velocidade para manter a moagem - Aumenta a ruptura das células - Aumenta a potência necessária ESQUEMA DO CONJUNTO DE MOAGEM: ÍNDICES DE EFICIÊNCIA DA MOAGEM: - Para cada 1% de matéria estranha que entra na Usina, se perde 1,5 kg de açúcar por tonelada de cana moída. - O índice de rupturas de células define o resultado do preparo de cana. Até 90% é aceitável. - A extração no primeiro terno deve ser de 50 A 70%. CALDO PRIMÁRIO CALDO SECUNDÁRIO CALDO MISTO EMBEBIÇÃO COMPOSTA ÁGUA BAGAÇO CANA DESFIBRADA PENEIRA ROTATIVA CALDO PENEIRADO BAGAÇO
A Usina de Açúcar e sua Automação - A umidade de o bagaço dever ser de 48 a 50%. - A pol do bagaço na saída do último terno dever ser o mais baixo possível, sem afetar outros parâmetros da fábrica. A pol do bagaço até 1,5 é aceitável. - A extração do caldo deve ser a maior possível. A média de extração para uma moenda é 96% e para um difusor somos 98%. - Limpeza das moendas, mantendo um perfeito estado de assepsia da área, fazendo desinfeção com água quente, vapor ou produtos químicos. Extração do Conjunto de Moagem: Operação da Extração de Caldo: CANA CALDO MISTO BAGAÇO ÁGUA DE EMBEBIÇÃO CONTEÚDO DE POL NA FIBRA CONTEÚDO DE POL NO CALDO PRIMEIRO TERNO ÚLTIMO TERNO 80 70 60 50 40 30 20 10 0 % E X T R A Ç Ã O 1 2 3 4 5 a 6 TERNOS
A Usina de Açúcar e sua Automação Automação da área de Moagem: AUTOMATIZAÇÃO DA ALIMENTAÇÃO DE CANA Este controle consiste em medir e controlar o nível de cana no chute-donelly do primeiro terno da moenda, atuando na velocidade da esteira de borracha. A velocidade da esteira metálica é sincronizada com a velocidade da esteira de borracha, controlando assim as esteiras de alimentação de cana para a moenda. Também é feita a proteção das turbinas dos picadores e desfibradores, para evitar embuchamento nesses equipamentos, para isto é necessária a medição de rotação das turbinas. A proteção atua na velocidade da esteira metálica até que a turbina recupere a sua velocidade normal de trabalho. O nível do colchão de cana da esteira também pode ser medido e entrar no controle, atuando na velocidade das esteiras caso o nível do colchão de cana diminua. CONTROLE DE VELOCIDADE DAS TURBINAS DAS MOENDAS Este controle consiste em medir e controlar o nível de cana desfibrada no chute-donelly do segundo ao último terno da moenda, atuando na velocidade da turbina de acionamento do respectivo terno. CONTROLE DE VAZÃO DE ÁGUA DE EMBEBIÇÃO Este controle consiste em medir e controlar a vazão de água de embebição. Este controle pode ter um set-point local para manter uma vazão fixa ou ter um set-point remoto, através da rotação da turbina do primeiro terno. CONTROLE DE NÍVEL DA CAIXA DE CALDO Este controle consiste em medir e controlar o nível da caixa de caldo, atuando na velocidade da turbina do primeiro terno da moenda. CONTROLE DE VAZÃO OU DIVISÃO DO CALDO PARA FÁBRICA E DESTILARIA Este controle consiste em medir e controlar a vazão de caldo para a fabrica e para a destilaria. LIMPEZA AUTOMÁTICA Este controle permite efetuar a limpeza automática da peneira de caldo e dos ternos da moenda, através de válvulas on/off de vapor ou água quente. O controle consiste em efetuar limpezas automáticas temporariamente com intervalos programados. COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação da moenda. MONITORAÇÃO E ALARME DE VARIÁVEIS AUXILIARES - Medição de flutuação do rolo superior dos ternos de moenda - Medição de temperatura dos mancais das turbinas, redutores, moendas, picadores, desfibradores, volandeiras e pinhões. - Medição de temperatura da água de embebição - Medição de temperatura do vapor para as turbinas - Medição de pressão do vapor para as turbinas - Medição de pressão de óleo de lubrificação das turbinas e moendas - Medição de rotação das mesas alimentadora, esteiras e turbinas - Medição de umidade do bagaço SISTEMA DE SUPERVISÃO Software de supervisão para operação, arquivo de dados em histórico e emissão de relatórios, e interligado a uma rede Ethernet para comunicação com os outros setores da Usina.
A Usina de Açúcar e sua Automação Usina Cidade Gaúcha - Paraná RESULTADOS OBTIDOS COM A AUTOMAÇÃO: Estabilidade de moagem Aumento da extração de caldo Proteção contra embuchamento Diminuição das perdas no bagaço (POL) Diminuição das perdas de tempo por paradas Diminuição das perdas por inversão de sacarose Melhor embebição e umidade do bagaço Economia de energia e vapor Facilidade e segurança na operação
A Usina de Açúcar e sua Automação Mesa de Comando da Moenda Tela de Sinótico do Preparo de Cana
A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico dos Ternos da Moenda Tela de Sinótico para Monitoração de Temperatura dos Mancais
A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico da Moenda FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA MOENDA
A Usina de Açúcar e sua Automação VISTA EM PLANTA DA MOENDA TRATAMENTO DO CALDO O caldo extraído na moagem chega a etapa de cristalização com uma mistura complexa, contendo os componentes integrais da cana-de-açúcar e mais as matérias estranhas incorporadas ao caldo acidentalmente, através do corte de cana, da colheita, do transporte, das operações na moagem. Por isso o caldo dever passar por um processo de Clarificação Simples, que consiste em um tratamento com cal e calor antes da etapa de evaporação. Os principais objetivos da Clarificação Simples são: - Elevar o pH do caldo a um nível onde as perdas de sacarose por inversão permaneçam num nível mínimo durante o processo subsequente de recuperação de açúcar - Incremento da pureza - Eliminação de colóides - Separação dos não-açucares - Separação de matérias estranhas como a terra, bagacinhos finos e outras substâncias solúveis que sejam prejudiciais - Produzir um caldo limpo Controlando o pH a um nível ótimo, assegura-se uma remoção satisfatória dos compostos indesejáveis no caldo e fornece uma condição adequada para a recuperação de açúcar. O pH ideal do caldo é aquele que resulta num pH do xarope de 6,5. Trata-se do valor mais ou menos ótimo para conduzir as etapas subsequentes de cristalização, fornecendo massas cozidas fáceis de cristalizar, mínimo desenvolvimento de compostos e cor indesejáveis, pequena decomposição dos açúcares redutores e perda de sacarose por inversão. A clarificação Simples é o método mais antigo de purificação do caldo. Este tratamento a base de cal e calor forma um precipitado pesado de composição complexa, no qual parte é mais leve e parte é mais pesada do que o caldo. Esse precipitado floculante leva consigo a maior parte do material fino que está no caldo e que não foi extraído pelas peneiras no setor de moagem. A separação deste precipitado é feita por sedimentação e decantação. Esse processo de Clarificação Simples é utilizado para a fabricação do açúcar demerara ou VHP, porém para a fabricação do açúcar cristal (conhecido como brando direto) é necessário melhorar a cor e o brilho do açúcar. Para produzir tal açúcar é necessário recorrer a procedimentos mais complexos do que a Clarificação Simples. Os procedimentos que usam SO2 ou CO2 com cal, processos chamados de Sulfitação e Carbonatação, respectivamente.
A Usina de Açúcar e sua Automação O açúcar produzido pelo processo de Carbonatação é de melhor qualidade e mais uniforme do que o produzido por Sulfitação, porém seu custo é muito maior. Por este motivo a Carbonatação não é muito utilizado no hemisfério ocidental, mas é muito utilizado no hemisfério oriental (Java, Formosa, Índia, África do Sul e outros países). A Sulfitação pode ser feita a frio ou à quente, antes ou depois do tratamento com cal. A Sulfitação é feita de forma contínua, já que o caldo e os gases de SO2 passam continua e simultaneamente em contracorrente através de uma torre (Coluna de Sulfitação). O gás dióxido de enxofre (SO2) é obtido pela combustão do enxofre em fornos. O gás é resfriado para evitar a formação de SO3, pois aumentaria o consumo de enxofre. O Leite de Cal (hidróxido de cálcio) é obtido através da mistura de cal virgem com água. A cal virgem deve possuir cerca de 90% de óxido de cálcio. O leite de cal dever ser preparada com 3 a 4 graus Baume, pois este valor garante a controlabilidade do processo. A operação de Aquecimento consiste na elevação da temperatura do caldo caleado a uns graus acima de sua temperatura de ebulição (mais ou menos 105 o C). ESQUEMA DO TRATAMENTO DE CALDO: Forno de Enxofre
A Usina de Açúcar e sua Automação Coluna de Sulfitação e Aquecedores de Caldo DECANTADORES PARA A CLARIFICAÇÃO CONTÍNUA Depois que o caldo é sulfitado, caleado e aquecido, ele é enviado para os decantadores para que seja feita a separação das impurezas (lodo). O tempo de retenção do caldo nos decantadores varia de 2 a 4 horas. ESQUEMA DE UM DECANTADOR: CAIXA DE LODO CAIXA DE CALDO CLARO ACIONAMENTO DOS RASPADORES RASPADORES BANDEJAS LODO TANQUE FLASH CALDO AQUECIDO
A Usina de Açúcar e sua Automação Vista de área de Decantação e Filtragem Automação da área de Tratamento do Caldo: CONTROLE DE pH DO CALDO SULFITADO Esse controle consiste em medir o pH do caldo após a sulfitação e controlar a velocidade do inversor de freqüência da rosca sem fim que alimenta a vazão de enxofre para forno rotativo. CONTROLE DE pH DO CALDO CALEADO Esse controle consiste em medir o pH do caldo caleado e controlar a vazão de leite de cal para correção do pH do caldo. A dosagem de leite de cal pode ser feita através de válvula de controle ou de bomba dosadora com inversor de freqüência, sendo este último a mais recomendada. O controle de pH pode ser fracionário, com duas dosagens de leite de cal, uma dosagem na caleação em função da vazão de caldo e outra dosagem fina no balão flash, medindo o pH e controlando a dosagem de leite de cal. CONTROLE DE TEMPERATURA DO CALDO Esse controle consiste em medir a temperatura na saída dos aquecedores de caldo e controlar a vazão de vapor para os aquecedores, mantendo a temperatura ideal para a decantação. CONTROLE DE VAZÃO E DIVISÃO DO CALDO PARA OS DECANTADORES Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de caldo para os decantadores. Caso a Usina possua vários decantadores é recomendado fazer a divisão do caldo, medindo a vazão geral de caldo e distribuindo o caldo proporcionalmente para cada decantador. O nível da caixa de caldo caleado pode fazer parte do controle, alterando a vazão nos casos de níveis críticos (alto e muito baixo). CONTROLE DE DOSAGEM DE POLÍMERO PARA OS DECANTADORES Esse controle consiste em controlar a dosagem de polímero para cada decantador, em função da vazão de caldo, mantendo uma relação caldo x polímero. CONTROLE DE RETIRADA DE LODO DOS DECANTADORES Esse controle consiste em medir a densidade do lodo na saída do decantador e controlar a vazão de saída do lodo através de uma bomba dosadora ou válvula rotativa.
A Usina de Açúcar e sua Automação RESULTADOS OBTIDOS COM A AUTOMAÇÃO: Conteúdo de SO2 do caldo (ppm) dentro dos parâmetros estabelecidos Estabilidade do pH do caldo Temperatura ótima para decantação Maior remoção do lodo Menor afetação na cor Diminuição das perdas por inversão Melhor recuperação dos filtros (pol da torta) Menor quantidade de mel na fábrica FILTRAGEM DO LODO O material sedimentado nos decantadores (lodo) é enviado para a filtragem, para ser feita a recuperação da sacarose presente no lodo. A filtragem é feita através de Filtro Rotativo à Vácuo. O filtro é um tambor rotativo, onde a parte inferior está imersa no cocho de lodo. O tambor possui três zonas de filtragens independentes (Zona de baixo vácuo, zona de alto vácuo e zona de descarga), cobertas por uma tela perfurada. O lodo é misturado com bagacinhos finos, criando uma mistura porosa (torta) que permite a pega no tambor do filtro e a filtrabilidade da torta. A zona de baixo vácuo serve para efetuar a pega da torta. Na zona de alto vácuo é feita à aplicação da água na superfície da torta por aspersão. A água passa através da torta, retirando o caldo. Na zona de descarga é feita a raspagem da tela para a retirada da torta filtrada. O caldo turvo e claro são retornados para caixa de caldo misto e a torta rejeitada é enviada para a lavoura. A pol da torta rejeitada não deve ser superior a 1,5%.
A Usina de Açúcar e sua Automação ESQUEMA DE UM FILTRO ROTATIVO: Automação da área de Filtragem do Lodo: CONTROLE DE NÍVEL DA CAIXA DE LODO Esse controle consiste em medir o nível da caixa de lodo e controlar a velocidade do inversor de freqüência do Filtro Rotativo, com um limite máximo e mínimo. CONTROLE DE NÍVEL DO COCHO DE LODO Esse controle consiste em medir e controlar o nível do cocho de lodo. CONTROLE DE PREPARO DA TORTA Esse controle consiste em medir a densidade da torta e dosar a vazão de bagacinho para a mistura com o lodo. LÔDO + BAGACILHO LAVAGEM DA TORTA TORTA TELA CÂMARA DE FILTRAGEM VÁCUO ALTO VÁCUO BAIXO VÁLVULA DISTRIBUIDORA CAMADA DE BAGACILHO (ELEMENTO FILTRANTE) CALDO CLARO CALDO TURVO
A Usina de Açúcar e sua Automação Vista do Filtro Rotativo à Vácuo Saída da Torta
A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DO TRATAMENTO DO CALDO:
A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico do Tratamento do Caldo EVAPORAÇÃO O tratamento do Caldo fornece um caldo clarificado. Este caldo é açúcar dissolvido na água, com certas impurezas. Como já se eliminou parte das impurezas, é preciso evaporar a água. Esta é a finalidade da Evaporação. Porém, à medida que a água é extraída do caldo, o açúcar fica concentrado, até aproximar do seu ponto de saturação, isto é, do ponto em que os cristais começam a aparecer na massa. A concentração é levada até seu ponto máximo, quando o licor-mãe fica apenas nos espaços livres entres os cristais (massa cozida). Evidentemente uma massa assim não pode ser manipulada como um caldo ou um xarope líquido. Por isso a concentração é separada em duas fases: - A evaporação, que concentra o caldo clarificado até formar o xarope, trabalhando apenas com um produto líquido. - O cozimento, que começa justamente antes do momento em que os cristais começam a aparecer no xarope e vai até a concentração máxima. O ponto de cristalização do caldo de cana fica nas proximidades de 78o a 80o brix. Teoricamente é possível obter a evaporação até 75o brix, porém no cozimento é preciso de um xarope ainda capaz de dissolver cristais falsos, que se formam no início do cozimento. Por isso o xarope tem em média 65o brix. Um evaporador de Usina é constituído principalmente por uma calandra tubular, a qual serve como aparelho de intercâmbio da temperatura: o vapor de aquecimento envolve os tubos externamente e o caldo a ser evaporado está no interior do tubo.
A Usina de Açúcar e sua Automação O vapor entra na calandra com uma temperatura e pressão fixa, no qual condensa, liberando assim seu calor latente. No interior dos tubos está o caldo com uma temperatura e pressão menor que absorve o calor liberado pela condensação do vapor. A remoção inadequada dos condensados pode causar afogamento parcial dos tubos no lado da calandra, com redução da superfície efetiva de aquecimento. Os condensados contaminados são encaminhados para a fábrica, como água de diluição e o condensado bom é retornado para a geração de vapor (caldeiras) para o seu reaproveitamento. O vapor utilizado na Pré-Evaporação é o Vapor de Escape das turbinas a vapor do setor de moagem e da casa de força. O Vapor de Escape possui uma pressão média de 1,5 kgf/cm². Em média a evaporação consome entre 200 a 300 quilos de vapor para evaporar 1000 quilos de água. Enquanto o cozimento consome em média 1100 quilos de vapor para evaporar até 1000 quilos de água. A evaporação é dividida em duas partes: Pré-evaporação e Evaporação. O caldo é primeiro concentrado em um vaso de pressão (pré-evaporador), que trabalha com Vapor de Escape com pressão de 1,5 kgf/cm² na calandra. A água evaporada é extraída do corpo do pré-evaporador em forma de vapor a 0,7 kgf/cm² (Vapor Vegetal). O Vapor Vegetal gerado nos pré-evaporadores são utilizadas na Evaporação em Múltiplos Efeitos, nos Cozedores à Vácuo e nos aquecedores de caldo. O caldo pré-evaporado contém uma concentração em média de 20o brix. Esse caldo é enviado para a evaporação em múltiplos efeitos, que deverá ser concentrado até formar o xarope, que deverá conter uma concentração em média de 65o brix. Na evaporação em múltiplos efeitos, o vapor da ebulição do caldo de um corpo é usado como fonte de calor para o corpo seguinte. Isto pode ser realizado pela redução da pressão no corpo seguinte. Em um arranjo em série, ou múltiplos efeitos, o princípio de Rillieux estabelece que uma unidade de vapor evaporará tantas unidades de água quantos forem os corpos ou efeitos. Assim, em um conjunto de 4 efeitos em série ou quádruplo efeito como é conhecida, uma unidade de vapor é capaz de evaporar quatro unidades de água. No corpo do último efeito é feito vácuo para garantir a queda de pressão e temperatura de cada efeito. Esquema de Múltiplos Efeitos 1º EFEITO 2º EFEITO 3º EFEITO XAROPE ÁGUA VÁCUO 4º EFEITO 103 o º 94º 78º 55º
A Usina de Açúcar e sua Automação Para obter um Vácuo, os vapores liberados pela evaporação devem ser condensados. O condensador é um recipiente cilíndrico e fechado, que entra água fria na parte superior, que entra em contato com os vapores quentes, que condensam aumentando sua própria temperatura. A mistura da água fria e o condensado dos vapores, saem pela parte inferior do condensador, por uma tubulação até o poço quente, que está no piso zero. Esta água é enviada para a torre de resfriamento e voltará novamente para o condensador, em um circuito fechado. Os condensadores mais utilizados são: - condensador em contracorrente, onde o vapor entra na lateral, perto do fundo. - condensador de corrente paralela, onde o vapor entra por cima. - condensador ejetor (Multijato), que é uma modificação do condensador de corrente paralela, onde a água fria entra em forma de spray, através dos bicos do multijato. CONJUNTO DE EVAPORAÇÃO: VAPOR VEGETAL PRÉ 1 º EFEITO 2 º EFEITO 3 º EFEITO CALDO CLARIFICADO XAROPE VAPOR DE ESCAPE ÁGUAVÁCUO CALANDRA SEPARADOR DE ARRASTE CORPO 15Bx 20Bx 4 º EFEITO CONDENSADO 65Bx
A Usina de Açúcar e sua Automação Conjunto de Evaporação Convencional tipo Roberts - Usina São Luiz de Ourinhos Existe vário tipo de evaporadores: - Evaporador Roberts que é o convencional e mais utilizados pelas usinas. - Evaporador Kestner, que é muito utilizado na África do Sul. - Evaporador de película fina, que é mais utilizado na fábrica de Açúcar Invertido - Evaporador a placas, que é mais utilizado nas refinarias de açúcar para concentração da calda.
A Usina de Açúcar e sua Automação Evaporador a placas - Cocamar
A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DO VAPOR VEGETAL: A área de evaporação é centro do balanço energético da Usina, pois ela recebe vapores de escape de alta pressão e entrega vapores vegetais com baixa pressão aos aquecedores, aos cozedores a vácuo e em alguns casos aos aparelhos de destilação. Em alguns múltiplos efeitos é possível a sangria de vapor vegetal do 1o e 2o efeitos, utilizados para os aquecedores primários. 1,5 kgf/cm² 0,7 kgf/cm² 40 t/h 95 t/h 30 t/h COZEDORES AQUECEDORES EVAPORADOR MÚLTIPLOS EFEITOS PRÉ-EVAPORADOR 40 o C104 o C 25t/h 100t/h CALDO
A Usina de Açúcar e sua Automação Automação da área de Evaporação: CONTROLE DE NÍVEL DA CAIXA DE CALDO CLARIFICADO Esse controle consiste em medir o nível da caixa de caldo clarificado, abrindo uma válvula on/off de água quente, se caso o nível chegar a um nível crítico muito baixo. Esse controle é importante para não faltar líquido para os evaporadores, o que poderia aquecer os tubos da calandra e parar a geração do Vapor Vegetal, que causaria falta de vapor para os cozedores e aquecedores. CONTROLE DE TEMPERATURA DO CALDO Esse controle consiste em medir a temperatura do caldo antes da entrado no pré- evaporador, e controlar a vazão de vapor para o aquecedor de caldo. Esse controle é importante, pois o caldo irá entrar no pré-evaporador perto de sua temperatura de ebulição, não prejudicando a eficiência do pré-evaporador. CONTROLE DE NÍVEL DOS PRÉ-EVAPORADORES Esse controle consiste em medir e controlar o nível de caldo para garantir a máxima eficiência do pré-evaporador. Nível alto no pré-evaporador pode contaminar o Vapor Vegetal. CONTROLE DE VAZÃO E DIVISÃO DO CALDO PARA VÁRIOS PRÉ-EVAPORADORES Esse controle consiste em medir a vazão de caldo para cada pré-evaporador, e distribuir a vazão proporcional para cada um, de modo que não falte caldo para nenhum pré- evaporador. A vazão geral de caldo é medida e feita uma relação para o controle individual de vazão para cada pré-evaporador. CONTROLE DE NÍVEL DAS CAIXAS DA EVAPORAÇÃO MÚLTIPLOS EFEITOS Esse controle consiste em medir o nível de caixa da evaporação, e controlar a vazão de entrada de caldo. Esse controle permite trabalhar com o nível ótimo para evaporação. Se o nível estiver muito baixo, a superfície de aquecimento dos tubos não será usada integralmente, e os tubos podem secar na parte superior. Se o nível estiver muito alto, a parte inferior do tubo fica afogada com caldo que se move à baixa velocidade, não obtendo por conseqüência, a máxima evaporação. O nível ótimo é aquele em que o líquido começa a ser arrastado para o topo dos tubos através das bolhas de vapor, com somente um pequeno fluxo na parte superior do espelho. Este nível varia com o tamanho dos tubos, temperatura, taxa de transferência de calor, incrustações e viscosidade do caldo. O nível ótimo está cerca de 25 a 40% da calandra. CONTROLE DE VAZÃO DE CALDO PARA A EVAPORAÇÃO MÚLTIPLOS EFEITOS Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de caldo na entrada do 1o efeito da evaporação. Esse controle pode trabalhar em cascata com o controle de nível do 1o efeito. CONTROLE DE BRIX DO XAROPE Esse controle consiste em medir o brix do xarope e controlar a vazão de xarope na saída do último efeito da evaporação. CONTROLE DE VÁCUO DO ÚLTIMO EFEITO DA EVAPORAÇÃO Esse controle consiste em medir a pressão do corpo do último efeito, e controlar a vazão de água fria para o condensador barométrico ou multijato.
A Usina de Açúcar e sua Automação CONTROLE DE RETIRADA DOS GASES INCONDENSÁVEIS DO 3O E 4O EFEITOS Esse controle consiste em medir a temperatura do vapor na calandra e a temperatura na saída dos gases, mantendo um diferencial de temperatura, controlando a vazão de saída dos gases. CONTROLE DE NÍVEL DAS CAIXAS DE CONDENSADO Esse controle consiste em medir o nível da caixa de condensado, e controlando a vazão de condensado na saída da caixa. Esse controle garante a extração de condensado da calandra, permitindo que o evaporador trabalhe com sua máxima eficiência. MONITORAÇÃO E ALARME DE VARIÁVEIS AUXILIARES - Temperatura do caldo clarificado - Temperatura do corpo das caixas de evaporação - Temperatura da calandra das caixas de evaporação - Temperatura da água fria na entrada do multijato - Temperatura da água quente na saída do multijato - Pressão do corpo das caixas de evaporação - Pressão do Vapor de Escape - Pressão do Vapor Vegetal - Condutividade do condensado COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação da evaporação. SISTEMA DE SUPERVISÃO Software de supervisão para operação, arquivo de dados em histórico e emissão de relatórios, e interligado a uma rede Ethernet para comunicação com os outros setores da Usina. RESULTADOS OBTIDOS COM A AUTOMAÇÃO DA EVAPORAÇÃO: Estabilidade do brix do xarope Garantia da geração de vapor vegetal na falta de caldo Melhora na eficiência da evaporação Diminuição da incrustação Menor afetação na cor Melhor aproveitamento da energia Trabalho de cada efeito dentro dos parâmetros estabelecidos de pressão e temperatura
A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA PRÉ-EVAPORAÇÃO FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA EVAPORAÇÃO MÚLTIPLO EFEITOS COM CONTROLE DE NÍVEL DAS CAIXAS Usinas que trabalham com esta filosofia: Usina Santa Elisa, Usina Santa Rita, Usina Cidade Gaúcha.
A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA EVAPORAÇÃO MÚLTIPLO EFEITOS COM CONTROLE DE VAZÃO DE CALDO A filosofia deste modo de controle da evaporação é manter a vazão da entrada de caldo e o brix do xarope. Conhecendo a taxa de evaporação do múltiplo efeito, podemos calcular a vazão ideal de caldo para um brix desejável do xarope, teoricamente com a evaporação limpa. Então fixamos este valor como set-point para a vazão de caldo e set-point desejável para o brix do xarope (exemplo: se a evaporação estiver limpa, a evaporação deve evaporar 100 m³/hora de caldo, resultando um xarope com 65o brix). Então colocamos a evaporação em funcionamento. Com o passar do tempo, as caixas irão perder eficiência, devido às incrustações, então o controle de brix deverá segurar mais o xarope no último efeito para assegurar o valor desejável de brix, consequentemente irá subir o nível de caldo, como as caixas estão interligadas, o nível do 1o efeito também irá subir, como o controle de vazão está em cascata com o nível do 1o efeito, esse controle irá reduzir a vazão de caldo. Portanto a evaporação irá se ajustar para manter o brix desejável. Caso a nova vazão ideal de caldo for baixa, devido à caixa pulmão de caldo clarificado estiver alto, o operador poderá baixar o brix desejável do xarope. Usinas que operam com esta filosofia: Usina Maracaí, Usina Alto Alegre, Usina Santa Terezinha de Tapejara. Medidor de vazão com válvula de controle de caldo Usina Maracaí (2 linhas de evaporação)
A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico da Evaporação Tela de Sinótico da Evaporação
A Usina de Açúcar e sua Automação FLOTADOR DE XAROPE Querendo produzir um açúcar de melhor qualidade, se fazer uma Clarificação do Xarope através de uma operação unitária baseada na Flotação. Neste processo tecnológico se aplica um acondicionamento físico-químico das impurezas de forma que elas mesmas se agrupem em flóculos, e pela diferença de densidade com respeito ao líquido no qual se encontram em suspensão, flotem e finalmente sejam separadas do xarope. Neste processo se produz ainda uma forte descoloração do xarope. Por meio deste processo são eliminadas grandes partes das gomas, polissacarídeos, almidons. Além de diminuir a viscosidade e ganhar um incremento de pureza. Este processo consiste em aumentar a acidez do xarope, de maneira que se torne necessário utilizar mais leite de cal para atingir a neutralização novamente. O xarope recebe uma dosagem de ácido fosfórico e é aquecido com vapor, para depois receber o leite de cal para neutralização do pH. Então o xarope passa por um sistema de aeração e recebe a dosagem do polímero e do descolorante, para depois ser submetido ao Flotador. O polímero de flotação reage com o ar, com os sais e as impurezas, formando um flóculo menos denso que o xarope, subindo para a superfície superior do flotador, formando uma espuma que é separada através de um raspador, que depois é diluída é retornada para a caixa de caldo misto. Clarificador da Refinadora Catarinese (Açúcar Portobelo) - Ilhota / SC
A Usina de Açúcar e sua Automação Automação da área de Flotação de Xarope: CONTROLE DE VAZÃO DE XAROPE EM CASCATA COM CONTROLE DE NÍVEL DA CAIXA DE XAROPE Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de xarope para o Flotador, em cascata com controle de nível da caixa pulmão de xarope. Se o nível estiver dentro de uma faixa pré- estabelecida, a vazão de xarope terá um set-point local com a vazão desejada de trabalho. Caso ocorra um nível crítico (muito baixo ou muito alto), o controle de nível atuará na vazão de xarope. Esse controle é muito importante para estabilizar a vazão, pois as oscilações de vazão interferem na formação dos flóculos e no processo de flotação. DOSAGEM AUTOMÁTICA DE ÁCIDO FOSFÓRICO Esse controle consiste em dosar automaticamente o ácido fosfórico, em função da vazão de xarope, através de uma relação, garantindo então a dosagem correta de ácido fosfórico, evitando danos ao processo e economia de ácido. DOSAGEM AUTOMÁTICA DE POLÍMERO Esse controle consiste em dosar automaticamente o polímero, em função da vazão de xarope, através de uma relação, garantindo então a dosagem correta de polímero, evitando danos ao processo e economia de polímero. DOSAGEM AUTOMÁTICA DE DESCOLORANTE Esse controle consiste em dosar automaticamente o descolorante, em função da vazão de xarope, através de uma relação, garantindo então a dosagem correta de descolorante, evitando danos ao processo e economia de descolorante. CONTROLE DE TEMPERATURA DO XAROPE Esse controle consiste em medir a temperatura do xarope, e controlar a vazão de vapor para o aquecedor, garantindo a temperatura ideal para a Flotação. CONTROLE DE PH DO XAROPE Esse controle consiste em medir o pH do xarope, e controlar a vazão de leite de cal, garantindo a neutralização do xarope e evitando danos ao processo de cristalização. CONTROLE DE NÍVEL DO AERADOR Esse controle consiste em medir o nível de xarope no aerador, através de uma válvula na saída de xarope do aerador. COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação do flotador. SISTEMA DE SUPERVISÃO Software de supervisão para operação, arquivo de dados em histórico e emissão de relatórios e interligado a uma rede Ethernet para comunicação com os outros setores da Usina.
A Usina de Açúcar e sua Automação RESULTADOS OBTIDOS COM A AUTOMAÇÃO DO FLOTADOR DE XAROPE: FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DO FLOTADOR DE XAROPE: Usinas que possuem Automação do Flotador de Xarope: Usina Santa Elisa, Usina Alto Alegre, Usina São Luiz de Ourinhos, Usina Delta, Usina Maracaí. • Estabilidade e eficiência do flotador • Economia de produtos químicos • Melhora na qualidade do xarope • Dosagem exata de produtos químicos • Melhora na cor do xarope • Maior remoção de impurezas
A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico do Flotador de Xarope
A Usina de Açúcar e sua Automação COZIMENTO Quando o caldo de cana é concentrado, sua viscosidade aumenta rapidamente com o brix e quando este alcança 78 à 80o , os cristais começam a aparecer e a constituição da massa transforma-se: passa progressivamente do estado líquido a um estado meio sólido, meio líquido, perdendo cada vez mais sua fluidez, e consequentemente, sua manipulação se modifica completamente, torna-se massa cozida. A consistência da massa cozida não mais permite fervê-la em tubos estreitos e nem fazê-la circular facilmente de um corpo para ao outro. Por isso utiliza-se o Cozedor à Vácuo, que é um evaporador de simples efeito, desenhado para manipular materiais densos e viscosos. O cozedor é essencialmente um cristalizador evaporativo, isto é, um equipamento para realizar e controlar a cristalização do açúcar por meio da evaporação da água. Existem vários tipos de Cozedores: - Batelada ou Contínuo - Verticais ou Horizontais - Com calandra ou serpentinas - Com calandra fixa ou flutuante - Com calandra plana ou inclinada - Com circulação natural ou forçada (agitação mecânica) Cozedor batelada, vertical com calandra fixa Vista interna do Cozedor (calandra fixa e plana, com tubos). e plana, (para massas de baixa pureza maiores para melhor circulação da massa).
A Usina de Açúcar e sua Automação Vácuo Contínuo DZ Langreney Vácuo Contínuo FCB - Açúcar Guarani Unidade Cruz Alta
A Usina de Açúcar e sua Automação CONJUNTO DE UM COZEDOR À VÁCUO "CONVENCIONAL" CRISTALIZAÇÃO A cristalização é uma operação unitária do tipo de transferência de massa. A transferência de massa ocorre quando se ultrapassa um ponto crítico na atração molecular da sacarose. Para que os cristais formem-se na massa, é indispensável que haja uma supersaturação acentuada. À medida que os cristais se formam e crescem, a supersaturação do licor-mãe diminui. Para manter a supersaturação, é preciso haver evaporação de água e alimentação de produto açucarado. A velocidade de cristalização de uma massa cozida depende: - da Viscosidade - da Temperatura - da Supersaturação - da Pureza do licor-mãe XAROPE MEL ÁGUA VAPOR TOMADA DE PROVA CALANDRA CONDENSADO CONDENSADO ÁGUA MULTI-JATO VÁCUO SEPARADOR DE ARRASTE TUBO CENTRAL DESCARGA DE MASSA QUEBRA VÁCUO LUNETAS
A Usina de Açúcar e sua Automação A velocidade de cristalização cai muito, quando a pureza do licor-mãe diminui. Por este motivo, explica-se a diferença considerável entre os tempos de cozimento necessários para os cozimentos de Massa A, B e C. SUPERSATURAÇÃO Em uma solução açucarada, não há formação e crescimento de cristais se a solução não estiver Supersaturada, isto é, a solução tem que possuir mais sólidos do que a água possa dissolver em uma determina temperatura. A supersaturação possui três zonas: Zona Metestável Nesta zona, os cristais existentes na solução crescem e não há formação de novos cristais. Zona Intermediária Esta zona está acima da Metestável. Nesta zona há formação de cristais novos na presença dos cristais existentes. Os cristais novos e existentes crescem juntos. Zona Lábil Finalmente, mais acima da zona intermediária, está a zona lábil, onde há o crescimento dos cristais existentes e há formação de cristais novos, independente da presença de cristais. Durante o cozimento, é conveniente manter a supersaturação do licor-mãe o mais próximo possível do limite superior da Zona Metestável.
A Usina de Açúcar e sua Automação ESGOTAMENTO É a proporção de sacarose extraída de uma massa cozida. O esgotamento da sacarose é realizado em várias etapas dentro de uma fábrica de açúcar. O processo empregado com mais freqüência é o de três massas, que consiste em três tipos de cozimentos: Cozimento A: Também conhecido como cozimento de primeira, consiste em esgotar a sacarose do xarope, que contém uma pureza média de 80 a 90. Este cozimento tem início com o magma do cozimento C, que são cristais com tamanho médio de 0.3 milímetros, que ao crescerem, esgotam a sacarose do licor-mãe. Ao final do cozimento, o açúcar A deve ter um tamanho de 0.8 a 1 milímetro que está misturado com o seu licor-mãe, que deve estar com uma pureza menor, cerca de 68 a 72. Essa massa cozida A será centrifugada para separação do açúcar e seu licor-mãe (mel rico). O esgotamento deste cozimento é muito eficiente, esgotando em média de 50 a 60% da sacarose do xarope, portanto o açúcar produzido é o de melhor qualidade possível na planta (quanto à pureza, polarização, cor, cinzas, etc.) Cozimento B: Também conhecido como cozimento de segunda, consiste em esgotar a sacarose do mel rico extraído do cozimento A, que contém uma pureza média de 68 a 72. Este cozimento tem início com o magma do cozimento C e o processo é igual ao cozimento A, porém ao final do cozimento, o açúcar B deve ter um tamanho médio de 0.7 milímetros que está misturado com o seu licor-mãe, que deve estar com uma pureza menor, cerca de 56 a 60. Essa massa cozida B será centrifugada para separação do açúcar e seu licor-mãe (mel pobre). O esgotamento deste cozimento é menor, devido a maior viscosidade da massa B, esgotando em média de 40 a 50% da sacarose do mel rico. O açúcar B é mais pobre, por isso normalmente não é comercializado. Normalmente é refundido para ser misturado ao xarope (aumentar a pureza) ou para fabricação do açúcar refino granulado. Cozimento C: Também conhecido como cozimento de terceira ou de granagem, consiste em esgotar a sacarose do mel pobre extraído do cozimento B, que contém uma pureza média de 60. Este cozimento tem início com mel pobre ou rico, aonde será concentrado até uma determinada supersaturação, onde será introduzida a semente (cristais preparados em laboratório com tamanho médio de 0.1 milímetro), que ao crescerem, esgotam a sacarose do licor-mãe. Ao final do cozimento, o açúcar C deve ter um tamanho médio de 0.3 milímetros que está misturado com o seu licor-mãe, que deve estar com uma menor, cerca de 35 a 40. Essas massas cozidas C serão centrifugadas em centrifuga contínua, para separação dos cristais e seu licor-mãe (mel final). Esse açúcar é utilizado como pé de cozimento para os cozimentos A e B.
A Usina de Açúcar e sua Automação Esse processo de 3 massas é utilizado na maioria dos países que produzem açúcar. Porém no Brasil, as usinas utilizam o processo de 2 massas, que consiste nos Cozimentos A e C, que consiste em não produzir o açúcar B, devido ao seu baixo preço, dando preferência à fabricação do álcool. Porém muitas usinas já estão pensando em adotar o processo de 3 massas, devido ao baixo preço do álcool. ESQUEMA DE UM PROCESSO COM 3 MASSAS: Usina Santa Elisa COZIMENTO “A” XAROPE MEL RICO A MEL POBRE A AÇUCAR A AÇUCAR B MEL RICO B MEL POBRE B MASSA “A” MASSA “B” MASSA “C” MEL FINAL CRISTALIZADORES CENTRÍFUGA AUTOMÁTICA COZIMENTO “B” COZIMENTO “C” CENTRÍFUGA CONTÍNUA MAGMA DILUIDOR
A Usina de Açúcar e sua Automação Funcionamento de um Cozedor: Primeiramente o operador deve efetuar a formação de vácuo, que compreende abrir a válvula de água para o multijato, para conseguir o vácuo desejável (média de 24 polegadas de mercúrio). Para formar o vácuo rapidamente, o operador abriu a válvula de vapor de limpeza. Com o vácuo formado, o operador faz o carregamento de pé, que compreende abrir a válvula de produto açucarado (xarope, mel rico, mel pobre, ou uma mistura desses produtos) com uma pureza média de 78 a 82 (para granagem). A quantidade de pé deve ser o mínimo possível, mas deverá ser suficiente para cobrir a calandra, para evitar a formação de pequenas ondas ou respingos, caindo sobres às partes descobertas dos tubos de aquecimento, que provocaria a caramelização. Com o pé carregado, o operador faz a concentração, que compreende abrir a válvula de vapor vegetal para a calandra, para poder concentrar o produto açucarado. À medida que o produto açucarado se concentra, ele torna-se mais viscoso. Quando a supersaturação alcançar o ponto desejado, procede-se a semeação (granagem). O ponto de semeação corresponde a um brix de 80o em média. O operador reconhece este momento pela viscosidade do produto, cujos respingos escorrem cada vez mais lentos sobres os visores. Outro meio é a prova do fio. O operador retira uma pequena amostra do produto, colocando entre os dedos polegar e indicador e os separa rapidamente: o momento certo corresponde a um fio que se rompe com um comprimento de 2 a 3 centímetros. Efetuando esta prova cedo demais, o fio rompe-se assim que se separam os dados, tarde demais, não há rompimento.
A Usina de Açúcar e sua Automação A granagem é efetuado na zona metaestável. Assim que o momento é alcançado (ponto de semente 1), o operador diminui o vácuo, esperando a concentração adequada para esta nova temperatura. Assim que o momento é alcançado (ponto de semente 2), os operadores abriram a válvula de injeção de semente. Uma vez a semente introduzida, o operador aguarda o tempo de estabelecimento dos grãos, abrindo a válvula de água para manter uma taxa de evaporação alta e uma circulação perfeita, permanecendo cerca de 10 a 20 minutos, até que os cristais tornem-se visíveis a olho nu. Assim impede-se um aumento da supersaturação, que causaria a formação de cristais falsos. Após o tempo de estabelecimento dos grãos, o operador começa a alimentação, restabelecendo o vácuo normal, e abrindo a válvula de alimentação de produto açucarado. Todo o restante do cozimento consiste no crescimento dos cristais existentes, sem formar cristais falsos (novos cristais que se formam de tamanhos diferentes, dificultando a centrifugação, ou formando uma poeira que passa pela tela das centrífugas, enriquecendo e contaminando os méis). Para isto não ocorrer, deve-se manter a maior regularidade do cozimento, mantendo o vácuo e a pressão da calandra constante. Qualquer aumento no vácuo ou queda de pressão da calandra, pode ocasionar uma formação secundária de cristais pela diminuição da temperatura do cozedor (passagem rápida na zona lábil ou intermediária). Além destas duas causas freqüentes, os cristais falsos também podem ser produzidos, devido a: - uma evaporação rápida demais. - introdução de produto açucarado frio demais. - entrada de ar pelas válvulas secundárias (descarga, corte, quebra-vácuo) que não estão seladas hermeticamente. Assim que se contata que os cristais ocupam todo o espaço disponível e que o licor-mãe está somente nos espaços livres entre os cristais, é alcançado o nível final, devendo o operador efetuar a descarga de massa para os cristalizadores ou sementeiras. Automação da área de Cozimento: CONTROLE DE VÁCUO DO CORPO DO COZEDOR Este controle consiste em medir o vácuo do corpo do cozedor, e controlar a vazão de água para o multijato. Este controle juntamente com o controle de pressão da calandra, será responsável para manter a temperatura (uma das variáveis que afetam a supersaturação). CONTROLE DE PRESSÃO DA CALANDRA Esse controle consiste em medir a pressão da calandra do cozedor, e controlar a vazão de vapor vegetal. CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO Esse controle consiste em medir a concentração da massa cozida, através de um sonda de radiofreqüência, refratômetro, condutivimento, etc., e controlar a alimentação de produto açucarado. Este controle permite manter a supersaturação.
A Usina de Açúcar e sua Automação CONTROLE DE ESTABELECIMENTO DOS GRÃOS APÓS GRANAGEM Este controle consiste em medir a concentração da massa cozida, e controlar a vazão de água para o cozedor. Este controle permite manter a supersaturação e a taxa evaporativa após a semeação. CONTROLE DE RETIRADA DOS GASES INCONDENSÁVEIS DA CALANDRA Esse controle consiste em medir a temperatura do vapor na calandra e a temperatura na saída dos gases, mantendo um diferencial de temperatura, controlando a vazão de saída dos gases. CONTROLE DE NÍVEL DA CAIXA DE CONDENSADO Esse controle consiste em medir o nível da caixa de condensado, e controlar a vazão de condensado na saída da caixa. Esse controle garante a extração de condensado da calandra, permitindo que o cozedor trabalhe com sua máxima eficiência. Sonda de Radiofreqüência MEDIÇÕES E ALARMES DE VARIÁVEIS AUXILIARES - Medição de nível do cozedor - Medição de temperatura da massa cozida - Medição de temperatura do produto de alimentação - Medição da corrente do motor do agitador mecânico - Medição de temperatura da água na entrada e saída do multijato - Medição de nível dos cristalizadores de massa cozida - Medição de nível das caixas de xarope, méis, magma e sementeira. - Medição de pressão do coletor de vapor vegetal
A Usina de Açúcar e sua Automação COMANDO DAS VÁLVULAS ON/OFF Este sistema permite o comando e sequenciamento automático do cozimento, comandando as válvulas on/off: - válvula de descarga de massa - válvula de corte de massa - válvula de quebra-vácuo - válvula de vapor de limpeza - válvula de semente - válvula de água de limpeza - válvula de limpeza dos visores - válvula de liquidação COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação dos cozedores. SISTEMA DE SUPERVISÃO Software de supervisão para operação, arquivo de dados em histórico e emissão de relatórios, e interligado a uma rede Ethernet para comunicação com os outros setores da Usina. Sala de operação dos Cozedores - Usina Santa Elisa
A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico dos Cozedores (Batelada) Tela de Sinótico do Cozedor Contínuo FCB
A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico do Cozedor Batelada Tela de Sinótico do Cozedor Contínuo - DZ Langreney
A Usina de Açúcar e sua Automação RESULTADOS OBTIDOS COM A AUTOMAÇÃO DOS COZEDORES: Diminuição do tempo de duração do cozimento: 20 a 30% Uniformidade e repetibilidade dos cozimentos, independente do operador que realiza o cozimento Economia de vapor, água e potência da fábrica Eliminação de formação de cristais falsos e grãos conglomerados Melhor esgotamento da massa cozida Padronização do tamanho e cor dos cristais Melhora no rendimento em cristais Gráfico de um cozimento em Manual na Usina Santa Elisa Gráfico de um cozimento em Automático na Usina Santa Elisa
A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DO SETOR DE COZIMENTO Automação de um Cozedor de Granagem - Usina Maracaí
A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DE COZIMENTO DE GRANAGEM FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DE COZIMENTOS A e B
A Usina de Açúcar e sua Automação SEPARAÇÃO DO AÇÚCAR A massa cozida descarregada de um cozedor apresenta uma supersaturação acentuada. Deixando-a em repouso nos cristalizadores, a sacarose ainda contido no licor-mãe continua a depositar-se sobre os cristais. Porém, após pouco tempo em repouso, a cristalização será interrompida, por isso é preciso agitar esta massa, para modificar constantemente as posições relativas de todas as partículas do licor-mãe e dos cristais. Portanto, a finalidade dos cristalizadores é completar a formação dos cristais e aumentar o esgotamento do licor-mãe. Conjunto de Cristalizadores e Centrifugas Contínua - Usina Maracaí Quando o licor-mãe está praticamente esgotado, é preciso somente separá-lo dos cristais, para obter o açúcar comercial. Esta operação é realizada em turbinas centrifugas de secagem, que são chamadas de turbinas ou centrifugas. Existem dois tipos de centrífugas: contínua e batelada. A centrífuga contínua é utilizada para a separação dos cristais do açúcar C, para a formação do magma, que será utilizado como pé dos cozimentos A e B. As centrífugas bateladas são utilizadas para separação dos cristais do açúcar A e B. A centrífuga batelada é constituída de um motor, situado na parte superior, o qual aciona um eixo vertical que sustenta uma cesta cilíndrica, na qual coloca-se a massa cozida a ser turbinada. Esta cesta é perfurada, para deixar passar o licor-mãe (mel), reforçada com anéis, para resistir a força centrífuga, e guarnecida com telas metálicas, para reter o açúcar, e ao mesmo tempo deixando passar o mel. É aberta na parte superior, para a introdução da massa cozida e na parte inferior, para descarga do açúcar. O motor utilizado é de pólos comutáveis ou acionado por inversor de freqüência, para a comutação da velocidade (600 e 1200 rpm).
A Usina de Açúcar e sua Automação A operação completamente automática requer apenas ajustes de tempo para as etapas sucessivas de aceleração inicial, carga, aceleração em baixa velocidade, lavagem, aceleração para alta velocidade, frenagem e descarga do açúcar. Tais ajustes são determinados pelas características da massa cozida e da qualidade do açúcar desejado. Um ciclo completo leva normalmente cerca de 2 a 3 minutos. Centrífugas Automáticas para Açúcar A e B Usina Cidade Gaúcha Centrífugas Contínuas para Açúcar C
A Usina de Açúcar e sua Automação Automação da área de Separação de Açúcar: CONTROLE DE TEMPERATURA DOS CRISTALIZADORES Esse controle consiste em medir a temperatura da massa cozida, e controlar a vazão de vapor para a serpentina do cristalizador. Esse controle é utilizado nos cristalizadores de massa C, onde o tempo de cristalização é muito grande. MONITORAÇÃO DO NÍVEL DOS CRISTALIZADORES Permite monitorar o nível de massa nos cristalizadores, e intertravar com a descarga dos cozedores para evitar enchimento e transbordo de massa cozida. CONTROLE DE VELOCIDADE DA CENTRÍFUGA BATELADA Esse controle consiste em medir a rotação da centrifuga, e controlar a velocidade do inversor de freqüência do motor da centrifuga, intertravada com o sequenciamento lógico e sistema de segurança configurado no CLP para comando da centrifuga automática. Toda a operação é automática, desde o carregamento de massa até a descarga do açúcar. CONTROLE DE CORRENTE DA CENTRIFUGA CONTÍNUA Esse controle consiste em medir a corrente do motor da centrífuga, e controlar a vazão de alimentação de massa cozida. CONTROLE DE VAZÃO DE ÁGUA PARA CENTRÍFUGA CONTÍNUA Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de água de diluição para a centrífuga contínua. SISTEMA DE INTERTRAVAMENTO DA CENTRIFUGA CONTÍNUA Esse sistema consiste no intertravamento de partida da máquina, sistema de lubrificação e sistema de limpeza. CONTROLE DE NÍVEL DO CAIXA DE MEL RICO, MEL POBRE E MEL FINAL Esse controle consiste em medir o nível das caixas de méis, e controlar a vazão de saída das caixas, para não encher e causar perda de méis, e também para não cavitar a bomba, no caso de falta de mel. CONTROLE DE BRIX DO MEL RICO E MEL POBRE Esse controle consiste em medir o brix do mel, e controlar a vazão de água de diluição, para garantir a diluição dos possíveis cristais falsos contidos no mel. CONTROLE DE NÍVEL DE MAGMA Esse controle consiste em medir o nível de magma na rosca , e controlador a velocidade do inversor de freqüência da bomba de magma. CONTROLE DE VAZÃO DE ÁGUA PARA PREPARO DO MAGMA Esse controle consiste em medir a rotação da bomba de magma, e controlar a vazão de água para diluição do açúcar para preparo do magma. COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação dos cristalizadores, melaceiros, centrífugas contínuas e automáticas.
A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico da Centrífuga Contínua Tela de Sinótico da Centrífuga Auto
A Usina de Açúcar e sua Automação SECAGEM DO AÇÚCAR O açúcar comercial saindo das centrífugas contém em média, uma umidade de 0.5 a 2%. Esta umidade representa grave inconveniente à conservação do açúcar, quando passa de um certo limite (acima de 1%). Com um secador de açúcar é possível diminuir a umidade para 0.1 a 0.2%, obtendo uma melhor conservação do açúcar, além de aumentar a polarização e a titulação proporcionalmente à água extraída. O rendimento financeiro é muito superior à perda de peso ocasionada pela água evaporada. Um secador compreende um aquecedor de ar com ventilador e é dividido em uma parte de secagem e outra de esfriamento. A secagem por insuflação de ar quente consiste no aquecimento de ar para aumentar sua capacidade de absorção de água e em projetá-lo sobre o açúcar, o que provoca a evaporação da umidade. Existe secador vertical e horizontal. O secador horizontal é formado por um tambor rotativo, com uma inclinação de 5 a 7%, que facilita a progressão do açúcar. O ar quente que saí através do secador contém uma poeira muito fina de açúcar, por isso é enviado para uma coluna de lavagem para recuperação do açúcar. CONJUNTO DE UM SECADOR HORIZONTAL ROTATIVO: COLUNA DE LAVAGEM AR AMBIENTE VAPOR VIVO RADIADOR DAMPER ENTRADA DE AÇÚCAR VÁLVULA ROTATIVA DAMPER VAZÃO GASES EXAUSTOR DAMPER ACIONAMENTO AÇÚCAR PARA ENSAQUE AR AMBIENTE ÁGUA
A Usina de Açúcar e sua Automação Automação da área de Secagem de Açúcar: CONTROLE DE TEMPERATURA DO AÇÚCAR Esse controle consiste em medir a temperatura do açúcar quente, e controlar a vazão de vapor de aquecimento. CONTROLE DE NÍVEL DO LAVADOR Esse controle consiste em medir o nível de água doce no lavador, e controlar a recirculação da água doce. CONTROLE DE BRIX DA ÁGUA DOCE Esse controle consiste em medir o brix da água doce do lavador, e controlar a vazão do retorno de água doce para a fabricação. ABERTURA DOS DAMPER DE AR QUENTE, AR FRIO E EXAUSTOR Consiste na abertura à distância dos atuadores de damper de ar quente, ar frio e exaustor. MONITORAÇÃO E ALARME DE VARIÁVEIS AUXILIARES - Temperatura do açúcar frio - Temperatura do vapor - Rotação do secador Secador Horizontal Rotativo, descarregando açúcar seco para o armazenamento .
A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico do Secador de Açúcar REFINARIA A fim de produzir um açúcar comercial com melhor preço e mais aceitação do mercado, é produzida o Açúcar Refinado, que é um produto mais puro, com mais sacarose e com melhor aspecto (polarização, cor, tamanho, etc.). A produção do açúcar refinado requer a dissolução do açúcar cristal (demerara, VHP ou açúcar B). O processo de refinação possui várias etapas. O esquema abaixo, mostra um processo clássico de refinação.
A Usina de Açúcar e sua Automação A afinação consiste na extração da película de mel que envolve a superfície do cristal. O cristal em si consiste em uma sacarose quase pura (maior de 99,5%), porem a película de mel pode apresentar uma pureza muito baixa (60 o ). O açúcar cristal é misturado com um xarope denso (75 o brix), para depois ser separado nas centrifugas, uma vez eliminado este xarope na afinação, o cristal é lavado com água quente. O açúcar lavado que saí da centrifuga de afinação é dissolvido em um derretidor, onde o açúcar é diluído com água e vapor, dando origem a calda com um brix médio de 65 o , que passará por um processo de clarificação. Normalmente a Clarificação é feita pelo processo de adição de cal e ácido fosfórico, que permite uma excelente clarificação de boa supressão de cor, porém o precipitado de fosfato é de difícil filtragem, por isso são utilizados os clarificadores de espuma. O princípio básico dos clarificadores de espuma é a aeração da calda, para que contenha bolhas de ar finamente separadas, e após o aquecimento da calda, o ar possa sair da solução. As bolhas de ar arrastam consigo o precipitado floculante para formar uma nata em forma de espuma, que são separadas pelos raspadores do clarificador. A calda limpa é retirada da parte inferior do clarificador, para seguir para o processo de filtragem. A calda que saí do clarificador possui uma cor clara brilhante, mas com grande parte da cor do açúcar cristal. A cor se suprime pela ação de meio de descoloração: carvão de osso animal, resinas químicas, etc. Estas substâncias extraem a cor e parte das cinzas, com muita eficiência. SEPARAÇÃO DO REFINADO CENTRIFUGAS DE AFINAÇÃO TRATAMENTO DA CALDA MISTURADOR AÇÚCAR E MEL DERRETIDOR CLARIFICAÇÃO DA CALDA CLARIFIDORES DE ESPUMA FILTRAGEM DA CALDA REFINADO AMORFO MASSA MEL CALDA DILUÍDA VAPOR AÇÚCAR LAVADO CALDA TRATADA ESPUMA AÇÚCAR TORTA AÇUCAR CRISTAL VAPOR REFINARIA DE AMORFO COZIMENTO DE REFINO REFINADO GRANULADO ÁGUA DOCE AÇÚCAR MEL ÁGUA
A Usina de Açúcar e sua Automação Clarificador e Recuperadores de Espuma - Refinadora Catarinense Depois do processo de descoloração, a calda está praticamente incolor e passa para os concentradores. A concentração da calda, consiste em aumentar o brix até 75 o , através de concentradores à placa ou através da evaporação da água em um múltiplo efeito (tríplice efeito). A calda concentrada já está pronta para a cristalização, podendo ser utilizado para a produção do Açúcar Refinado Granulado ou do Açúcar Amorfo. O açúcar refinado granulado é cristalizado em Cozedores à Vácuo, idênticos aos do açúcar cristal, porém com algumas modificações para manejar massas com maior pureza e viscosidade. A massa cozida de refino será centrifugada em centrífugas automáticas, para separação dos méis.
A Usina de Açúcar e sua Automação Cozedores à Vácuo para Açúcar Refinado Granulado - Refinadora Catarinense O açúcar amorfo é concentrado em Tachos com aquecimento e vácuo, porém imediatamente após a cristalização é descarregado para uma batedeira para afinação do açúcar, evitando a formação de grãos grandes e empedrados. Tacho de Cozimento p/ Açúcar Amorfo Vista Interna da Batedeira de Açúcar Amorfo
A Usina de Açúcar e sua Automação Automação da área de Refinaria: CONTROLE DE BRIX DA CALDA NO DILUIDOR Esse controle consiste em medir o brix da calda na saída do diluidor, e controlar a vazão de água doce para diluição. CONTROLE DE TEMPERATURA NO DILUIDOR Esse controle consiste em medir a temperatura da calda no diluidor, e controlar a vazão de vapor para o diluidor. CONTROLE DE VAZÃO DA CALDA PARA O CLARIFICADOR, EM CASCATA COM CONTROLE DE NÍVEL Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de calda para o clarificador, em cascata com controle de nível da caixa pulmão de calda diluída. Se o nível estiver dentro de uma faixa pré-estabelecida, a vazão de calda terá um set-point local com a vazão desejada de trabalho. Caso ocorra um nível crítico (muito baixo ou muito alto), o controle de nível atuará na vazão de calda. Esse controle é muito importante para estabilizar a vazão, pois as oscilações de vazão interferem na formação dos flóculos e no processo de flotação. DOSAGEM AUTOMÁTICA DE ÁCIDO FOSFÓRICO Esse controle consiste em dosar automaticamente o ácido fosfórico, em função da vazão de calda, através de uma relação, garantindo então a dosagem correta de ácido fosfórico, evitando danos ao processo e economia de produto. DOSAGEM AUTOMÁTICA DE AEROFLOC Esse controle consiste em dosar automaticamente o aerofloc, em função da vazão de calda, através de uma relação, garantindo então a dosagem correta de aerofloc, evitando danos ao processo e economia de produto. DOSAGEM AUTOMÁTICA DE SUPERFLOC Esse controle consiste em dosar automaticamente o superfloc, em função da vazão de calda, através de uma relação, garantindo então a dosagem correta de superfloc, evitando danos ao processo e economia de produto. CONTROLE DE TEMPERATURA DA CALDA Esse controle consiste em medir a temperatura da calda, e controlar a vazão de vapor para o aquecedor, garantindo a temperatura ideal para a Flotação. CONTROLE DE PH DA CALDA Esse controle consiste em medir o pH da calda, e controlar a vazão de leite de cal, garantindo a neutralização da calda. CONTROLE DE NÍVEL DO AERADOR Esse controle consiste em medir o nível de calda no aerador, através de uma válvula na saída de calda do aerador. CONTROLE DE BRIX DA ÁGUA DOS RECUPERADORES DE ESPUMA Esse controle consiste em medir o brix da água doce na saída do último recuperador de espuma, e controlar a vazão de água para o segundo recuperador. CONTROLE DE BRIX DA CALDA FINA Esse controle consiste em medir o brix da calda fina, e controlar a vazão de vapor para o concentrador de calda.
A Usina de Açúcar e sua Automação CONTROLE DOS COZEDORES À VÁCUO DE REFINO GRANULADO A filosofia de controle dos cozedores de refino granulado é igual aos cozedores de açúcar cristal. Os cozedores de refino normalmente possuem agitadores mecânicos para circulação da massa. CONTROLE DAS CENTRÍFUGAS AUTOMÁTICAS A filosofia de controle é igual das centrífugas de açúcar cristal, somente com ajustes diferentes, próprios para o a açúcar refinado. CONTROLE DE NÍVEL DO TANQUE MEDIDOR DE CALDA PARA AMORFO Esse controle consiste em medir e monitorar o nível do tanque medidor, fechando a válvula de entrada de caldo quando encher o tanque. CONTROLE DE TEMPERATURA DO TACHO DE COZIMENTO DO AMORFO Esse controle consiste em medir a temperatura da calda no tacho de cozimento, controlando a vazão de vapor de aquecimento. CONTROLE DA BATEDEIRA DE AMORFO Esse controle consiste em medir e monitorar a corrente do motor da batedeira de amorfo, durante o tempo ajustado. COMANDO DO PROCESSO DE AMORFO Esse sistema permite comandar a operação da planta de amorfo, comandar as válvulas on/off conforme a seqüência lógica programada. COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação da refinaria. SISTEMA DE SUPERVISÃO Software de supervisão para operação, arquivo de dados em histórico e emissão de relatórios, e interligado a uma rede Ethernet para comunicação com os outros setores da Usina.
A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico da Diluição de Açúcar Tela de Sinótico da Dosagem e Clarificação da Calda
A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico da Filtragem da Calda
A Usina de Açúcar e sua Automação DESTILAÇÃO DE ÁLCOOL O mel final, mas conhecido como melaço, que sobrou do processo de produção do açúcar, será utilizado para a produção de álcool. Da fermentação do melaço resulta uma grande porcentagem do álcool feito no Brasil. A pureza do melaço depende da quantidade de esgotamento feita na fabrica de açúcar, normalmente de 58o a 60 O , com uma concentração média de 75 o a 80 O brix. Destilaria de Álcool - Cocamar Chegando na fermentação, o melaço é diluído com água ou com caldo, para uma concentração em média de 18o à 22o brix, originando o Mosto. o brix ideal do mosto depende do tipo de levedura utilizada e do processo de condução da fermentação. Quando se trabalha com um mosto diluído, a fermentação é mais fácil, rápida e completa, a multiplicação é favorecida pela transferência de oxigênio, os problemas de limpeza dos aparelhos são menores, porém exige maior volume de dornas e diminui a capacidade dos aparelhos, exigindo mais vapor e água. Quando se trabalha com um mosto muito concentrado, a fermentação é mais lenta e incompleta (açúcar residual alto), exigindo mais limpeza nos aparelhos e menor rendimento da fermentação. O mosto preparado é enviado para as dornas de fermentação, onde é adicionado o levedo (fermento), iniciando a fermentação alcoólica. A fermentação alcoólica é composta por 3 fases: fermentação preliminar, fermentação principal e fermentação complementar.
A Usina de Açúcar e sua Automação Fermentação Preliminar Esta fase tem início, quando o fermento é adicionado e termina quando o desprendimento de gás carbônico CO2 se torna evidente. Nesta fase, apesar do fermento estar consumindo sacarose do mosto, praticamente não há produção de álcool, por este motivo deseja-se que a duração desta fase seja a menor possível. Atualmente existem métodos de fermentação que se elimina esta fase. Fermentação Principal Esta fase tem início, quando é caracterizado o desprendimento do gás carbônico CO2. A produção de CO2 vai aumentando progressivamente e com rapidez, dando a impressão que o mosto está em plena ebulição, por este motivo há um aumento de 20% do volume e na temperatura. Então se torna necessário à verificação constante da densidade (brix) e da temperatura do mosto. As dornas possuem um sistema de resfriamento do mosto. Nesta fase a formação de álcool é máxima e rápida, diminuindo o brix do mosto até o ponto da fermentação complementar. Fermentação Complementar Esta fase tem início, quando é caracterizada a queda de desprendimento do gás carbônico CO2 e com a diminuição da temperatura do mosto. Esta fase é muito delicada, pois é nela que pode aparecer infeções e formação dos álcoois superiores, devido ao óleo da cana. Isto quer dizer que a maior rapidez desta fase, resultará em um álcool de melhor qualidade, mais fino. Esta fase é controlada pelas medições de brix, até o ponto favorável para a destilação. O brix final varia de 3o à 8o , dependendo da concentração inicial do mosto e outros fatores. Quando termina a fermentação alcoólica, o mosto torna-se vinho, pois não possui mais sacarose. A fermentação alcoólica pode ser feita com processo contínuo ou em batelada. O vinho será centrifugado, para a separação do fermento. O vinho centrifugado é enviado para a dorna volante que alimenta os aparelhos de destilação, e o fermento é enviado para as Cubas, aonde o fermento será tratado, para ser reutilizado nas próximas fermentações. O tratamento do fermento consiste na diluição com água e diminuição do pH. O fermento deixa a fermentação com uma concentração média de 10 a 12 O brix e será diluído com água até 5 o brix. Depois de diluído, será tratado o pH do fermento, adicionando ácido sulfúrico para baixar o pH até 2.5. Dornas de Fermentação Alcoólica DESTILAÇÃO DE ÁLCOOL O vinho centrifugado é bombeado da dorna volante para caixa de vinho no topo da destilaria, ou diretamente para o Condensador E, onde sofre aquecimento com os vapores da Coluna Retificadora B. O vinho praticamente desagasado é aquecido até 70 à 75o C, passando a seguir ao conjunto de recuperadores ou Trocador K, aonde é aquecido com a vinhaça que sai da base da Coluna Epuradora A, alcançando uma temperatura de 90 à 94o C, entrando na Coluna A1, aonde sofre uma epuração a baixo grau. Na Coluna A1, o vinho é aquecido com os vapores que sobem da calandra, entrando em ebulição, perdendo maior parte das impurezas, principalmente os produtos leves ou produtos de cabeça que sobem para a Coluna D, sobreposta a Coluna A1. Da base da coluna A1, o vinho passa para a coluna A, aonde o vinho vai descendo e se empobrecendo em álcool até chegar na base da coluna A, originando a vinhaça. O vapor injetado na base da coluna A, vai subindo, tendo contato com o vinho que está descendo, chegando na coluna A16, aonde é retirada da coluna A, originando a Flegma.
A Usina de Açúcar e sua Automação Colunas de Destilação O flegma que sai da coluna A16, entra na base da coluna B (que está em cima da coluna B1) e vai subindo pela coluna B, até chegar em seu topo com 96 o GL, originando o álcool hidratado. Na coluna B1 (coluna de esgotamento), o flegma vindo da coluna A, vai se esgotando gradativamente até a sua base, aonde está a entrada de vapor. Na base da coluna B sai o álcool fraco que retorna para a coluna A. O álcool hidratado que sai da coluna B, vai para a coluna C (desidratadora), aonde o álcool alcançará 99 a 99,8o GL originando o álcool anidro, através da extração da água pelo benzol ou ciclo-hexano. O álcool hidratado entra no topo da coluna C, juntamente com o benzol ou ciclo-hexano. No pé da coluna entra o vapor, que vai subindo, tendo contato com álcool hidrato e benzol. O benzol ou ciclo-hexano vai extrair a molécula de água contida no álcool hidratado, deixando-o mais concentrado. O benzol e água formam uma mistura ternária (água + benzol + álcool fraco), que será enviada para a coluna P (recuperadora). O álcool anidro sai no pé da coluna C. A mistura ternária entra na coluna P, entrando em contato com o vapor injetado no pé da coluna, extraindo a água da mistura ternária. O recuperado da coluna P (benzol + álcool) vai para o condensador I, e retorna para coluna C. Teoricamente a coluna P tem que eliminar a mesma quantidade de água que foi extraída da coluna C. A coluna A possui condensadores R, para recuperação dos gases incondensáveis da cabeça coluna D e retornam para a coluna A. A coluna B possui condensadores E, para recuperação dos gases incondensáveis da cabeça da coluna. A coluna C possui condensadores H, para recuperação dos gases incondensáveis da cabeça da coluna. Tanto o álcool hidratado, como o álcool anidro é resfriado na saída das colunas, e são enviados para o tanque de medição e posteriormente bombeados para os tanques de armazenamento.
A Usina de Açúcar e sua Automação Condensadores Automação da área de Fermentação: CONTROLE DE BRIX DO MOSTO Esse controle consiste em medir o brix do mosto, e controlar a vazão de melaço, através de uma válvula de controle ou de uma bomba com inversor de freqüência. CONTROLE DE VAZÃO DO MOSTO Esse controle consiste em medir a vazão de mosto para a fermentação, e controlar a vazão de água para o diluidor de melaço. CONTROLE DE NÍVEL DAS DORNAS CONTÍNUAS DE FERMENTAÇÃO Esse controle consiste em medir o nível das dornas contínuas, e controlar a saída do mosto para a próxima dorna. CONTROLE DE PRESSÃO DA DORNA CONTÍNUA Esse controle consiste em medir a pressão da primeira dorna contínua, e controlar a extração do gás carbônico (CO2 ) da dorna volante. CONTROLE DE TEMPERATURA DAS DORNAS DE FERMENTAÇÃO Esse controle consiste em medir a temperatura do mosto na dorna, e controlar a vazão de água para o resfriador. CONTROLE DE VAZÃO DE ÁGUA PARA A CUBA Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de água para diluição do fermento. CONTROLE DE pH DO FERMENTO Esse controle consiste em medir o pH do fermento, e controlar a vazão de ácido sulfúrico, através de uma bomba dosadora com inversor de freqüência. CONTROLE DE VAZÃO DE FERMENTO PARA FERMENTAÇÃO Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de fermento para as dornas de fermentação. Podem ser feitos uma cascata com controle de nível da última cuba.
A Usina de Açúcar e sua Automação MONITORAÇÃO E ALARMES DE VARIÁVEIS AUXILIARES - Medição de corrente dos motores das centrífugas de vinho - Medição de nível da dorna volante - Medição de nível da caixa de melaço - Medição de temperatura do melaço - Medição de temperatura do mosto - Medição de temperatura do caldo - Medição de temperatura do mosto antes e depois dos resfriadores - Medição de temperatura da água de refrigeração dos resfriadores FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA FERMENTAÇÃO BATELADA
A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA FERMENTAÇÃO CONTÍNUA Tela de Sinótico do Preparo do Mosto
A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico da Fermentação Alcoólica Automação da área de Destilação: CONTROLE DE PRESSÃO DAS COLUNAS A, B, C e P Esse controle consiste em medir a pressão das colunas, e controlar a vazão de vapor. CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE VINHO PARA A COLUNA A Esse controle consiste em medir a temperatura da bandeja A16, e controlar a vazão de vinho para a coluna A. CONTROLE DE NÍVEL DA CALANDRA DA COLUNA A Esse controle consiste em medir o nível da coluna A, e controlar a vazão de vinhaça na saída da coluna A. CONTROLE DE RETIRADA DE ÁLCOOL HIDRATADO ATRAVÉS DA TEMPERATURA DA BANDEJA B4 Esse controle consiste em medir a temperatura da bandeja B4, e controlar a retirada de álcool hidratado da coluna B. CONTROLE DE RETIRADA DE ÁLCOOL HIDRATADO ATRAVÉS DO DIFERENCIAL DE TEMPERATURA, ENTRE A BANDEJA B4 E O TOPO DA COLUNA B Esse controle consiste em medir a temperatura da bandeja B4 e do topo da coluna B. Como a temperatura do topo da cabeça da coluna está estável, controla-se a retirada de álcool hidratado, mantendo um diferencial entre a temperatura da bandeja B4 e o topo da coluna. CONTROLE DE RETIRADA DE ÁLCOOL HIDRATADO ATRAVÉS DO GRAU ALCOÓLICO Esse controle consiste em medir a temperatura da bandeja B4, a vazão e grau alcoólico do álcool hidratado, e controlar a retirada de álcool hidratado da coluna B. CONTROLE DE NÍVEL DO TANQUE DE REFLUXO DA COLUNA B Alguns aparelhos de destilação, possuem um tanque acumulador de refluxo dos condensadores E/E1/E2, que entram na coluna B. Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de refluxo para a coluna B, em cascata com o nível do tanque acumulador.
A Usina de Açúcar e sua Automação CONTROLE DE pH DO ÁLCOOL HIDRATADO Esse controle consiste em medir o pH do álcool hidratado na saída da coluna B, e controlar a vazão de soda para a coluna B, através de uma bomba dosadora com inversor de freqüência. CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE BENZOL OU CILHO-HEXANO PARA A COLUNA C, EM FUNÇÃO DA VAZÃO DE ÁLCOOL HIDRATADO Esse controle é feito através da vazão de álcool hidratado que entra na coluna C, mantendo uma relação e controlando a dosagem de benzol ou ciclo-hexano. CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE CICLO-HEXANO PARA A COLUNA C, EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA DA COLUNA C Esse controle consiste em medir a temperatura da bandeja C-38 e do topo da coluna C. Como a temperatura do topo da cabeça da coluna está estável, controla-se a reposição de ciclo-hexano, mantendo um diferencial entre a temperatura da bandeja C-38 e o topo da coluna. CONTROLE DE NÍVEL DA COLUNA C Esse controle consiste em medir o nível da calandra da coluna C, e controlar a retirada de álcool anidro na saída da coluna C. CONTROLE DE EXTRAÇÃO DO TERNÁRIO DA COLUNA C Esse controle consiste em medir a temperatura da bandeja C33, e controlar a vazão do ternário da coluna C. CONTROLE DE VAZÃO DE TERNÁRIO P/ DECANTADOR DE CICLO Esse controle consiste em medir a vazão do ternário, e controlar a vazão do ternário para o decantador de ciclo- hexano. CONTROLE DE NÍVEL DE INTERFACE DO DECANTADOR DE CICLO-HEXANO Esse controle consiste em medir o nível de interface do decantador, e controlar a retirada da camada pesada que será enviada para a coluna P. CONTROLE DE EXTRAÇÃO DO RECUPERADO DA COLUNA P Esse controle consiste em medir a temperatura da bandeja P19, e controlar a extração do recuperado que retornará para a coluna C. CONTROLE DE TEMPERATURA DOS CONDENSADORES Esse controle consiste em medir a temperatura na saída dos condensadores, e controlar a vazão de água de resfriamento. MONITORAÇÃO E ALARMES DE VARIÁVEIS AUXILIARES - Temperatura dos condensadores (E, E1, E2, R, R1, H, H1, H2, I, I1, I2) - Temperatura do vinho antes do condensador E e após o trocador K - Temperatura da Coluna A (pé da coluna A1 e entrada de vinho A16) - Temperatura da Coluna B (pé da coluna B1, entrada de flegma B4 e topo da coluna) - Temperatura da Coluna C (pé da coluna C4, bandeja C14, bandeja C33 e topo da coluna) - Temperatura da Coluna P (pé da coluna P3, bandeja P19 e topo da coluna) - Temperatura do decantador de ciclo-hexano - Temperatura da água industrial para os condensadores e da água servida na saída dos condensadores - Temperatura do vapor - Pressão do vapor - Pressão do vinho - Vazão de vinho para a coluna A - Vazão de vapor para a coluna A - Vazão de vapor para a coluna B - Vazão de vapor para a coluna C - Vazão de vapor para a coluna P - Vazão de refluxo do ternário da coluna C COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação da destilaria.
A Usina de Açúcar e sua Automação SISTEMA DE SUPERVISÃO Software de supervisão para operação, arquivo de dados em histórico e emissão de relatórios, e interligado a uma rede Ethernet para comunicação com os outros setores da Usina. Usina São Luiz de Ourinhos RESULTADOS OBTIDOS COM A AUTOMAÇÃO DA DESTILARIA: Aumento de produção dos aparelhos, média de 5 a 10% Diminuição de perdas na vinhaça Melhor recuperação do benzol ou ciclo-hexano Melhora no produto final (pH, grau alcoólico) Uniformidade e padronização do produto final Economia de vapor
A Usina de Açúcar e sua Automação Sistema de Supervisão da Cocamar Tela de Sinótico para Álcool Anidro
A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico para Álcool Neutro Tela de Sinótico da Desidratação do Álcool Hidratado
A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA DESTILARIA FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA COLUNA A
A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA COLUNA B FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA COLUNA C
A Usina de Açúcar e sua Automação GERAÇÃO DE VAPOR Uma Usina de Açúcar é praticamente auto-suficiente em energia, obtendo a potência e calor necessário pela queima de seu próprio combustível, o bagaço. As caldeiras são responsáveis pela geração de vapor que alimentam as turbinas a vapor, que movimentam as moendas para a extração do caldo ou os geradores de energia elétrica. O Vapor Direto é produzido a alta pressão, em média a 21 kgf/cm². O bagaço sai das moendas com umidade de 48% aproximadamente, e é transportado até as caldeiras através de esteiras, que alimentam os dosadores de bagaço. A alimentação da caldeira normalmente é do tipo spreader- stoker, que consiste numa alimentação bagaço e ar, através do ventilador espargidor, que permite a maior queima do bagaço em suspensão. Alimentadores de Bagaço Grelhas rotativas asseguram a queima do restante do bagaço, mostrando muita eficiência na remoção das cinzas. A queima em suspensão também dá uma resposta mais rápida a variações de cargas.
A Usina de Açúcar e sua Automação O Uso de pré-aquecedores de ar e economizador permitem uma melhor eficiência da caldeira, aproveitando os gases de saída da fornalha. O pré-aquecedor aquece o ar de combustão e o economizador aquece a água de alimentação. O uso de sopradores de fuligens em pontos estratégico da caldeira, permite a eficiência total do feixe tubular, evitando a permanência de fuligens entre os tubos do feixe tubular, pois causaria perda de calor. O lavador de gases na saída da fornalha, permite que o gás da chaminé seja mais limpo, evitando que o bagacinho fino seja jogado para a atmosfera. Pré-Aquecedor de Ar e Economizador ( Em fase de montagem ) A água de alimentação das caldeiras, não deve causar incrustações ou corrosão ao tubulão e feixe tubular da caldeira, e deve fornecer um vapor livre de contaminantes. A melhor fonte de água capaz de satisfazer esta necessidade é a água da condensação do próprio vapor. Assim, o condensado do vapor constitui na principal fonte de suprimento de água. Como a quantidade de condensado não é suficiente, devido às perdas, é necessário o complemento com água fria tratada. O tratamento da água de alimentação das caldeiras, requer o seguinte: - desaeração para remoção do oxigênio por flasheamento - aquecimento, através do próprio desaerador e economizador - tratamento químico, para evitar incrustações e prevenir corrosões. - purgas nos tubulões, para reduzir a acumulação de sólidos, instalando válvulas de descarga de fundo.
A Usina de Açúcar e sua Automação Uma operação constante e uniforme é vital para manter a eficiência da caldeira. Desaerador Térmico
A Usina de Açúcar e sua Automação
A Usina de Açúcar e sua Automação Automação da área de Geração de Vapor: CONTROLE DE NÍVEL A 2 ELEMENTOS Esse controle consiste em medir o nível do tubulão superior e a vazão de vapor gerada pela caldeira, e controlar a vazão de água de alimentação. CONTROLE DE NÍVEL A 3 ELEMENTOS Esse controle é idêntico ao 2 elementos, incluindo o terceiro elemento que será a medição de vazão de água de alimentação. O controle será feito com blocos PID, um para o controle de nível e outro para o controle de vazão de água de alimentação. CONTROLE DE PRESSÃO DO VAPOR Esse controle consiste em medir a pressão do vapor na saída da caldeira, e controlar a vazão de ar de combustão e bagaço combustível, mantendo uma relação ar/bagaço. CONTROLE DE MASTER DE PRESSÃO Esse controle é utilizado para um conjunto de caldeiras, que consiste em medir a pressão de vapor no coletor, e controlar a combustão de cada caldeira (vazão de ar e bagaço), mediante a um ajuste de carga para cada caldeira. CONTROLE DE PRESSÃO DA FORNALHA Esse controle consiste em medir a pressão da fornalha da caldeira, e controlar a vazão de gás na saída para a chaminé. CONTROLE DE TEMPERATURA DO VAPOR SUPERAQUECIDO Esse controle consiste em medir a temperatura do vapor após o superaquecedor, e controlar vazão de água através de um dessuperaquecedor, diminuindo a temperatura do vapor. CONTROLE DE NÍVEL DO DESAERADOR Esse controle consiste em medir o nível do desaerador, e controlar a vazão de água na entrada do desaerador. CONTROLE DE PRESSÃO DO DESAERADOR Esse controle consiste em medir a pressão do desaerador, e controlar a vazão de vapor para o desaerador. CONTROLE DA REDUTORA DE PRESSÃO DE VAPOR DIRETO P/ ESCAPE Esse controle consiste em medir a pressão da linha de vapor de escape, e controlar a válvula redutora do vapor direto para complementação do vapor de escape. Por segurança, será medida a pressão da linha de vapor direto, que entrará como antecipação no controle, para proteger a linha de vapor direto. CONTROLE DA REDUTORA DE PRESSÃO DE ESCAPE P/ VAPOR VEGETAL Esse controle consiste em medir a pressão da linha de vapor vegetal, e controlar a válvula redutora do vapor de escape para complementação do vapor vegetal. Por segurança, será medida a pressão da linha de vapor de escape, que entrará como antecipação no controle, para proteger a linha de vapor de escape. CONTROLE DE DESCARGA DE FUNDO AUTOMÁTICA Esse controle consiste em estabelecer o tempo entre as purgas e abertura automática da válvula de descarga para retirada do lodo e sólidos do tubulão de vapor. CONTROLE DE SOPRAGEM DE FULIGEM AUTOMÁTICA Esse controle consiste em estabelecer o tempo entre as sopragens e o comando automático dos sopradores de fuligens, válvulas de vapor e válvula de dreno. CONTROLE DE LIMPEZA AUTOMÁTICA DAS GRELHAS Esse controle consiste em estabelecer o tempo entre as limpezas e o comando automático das grelhas e válvula de dreno para remoção das cinzas.
A Usina de Açúcar e sua Automação SISTEMA DE SEGURANÇA DA CALDEIRA Esse sistema permite a proteção e segurança de uma operação, evitando riscos aos equipamentos, evitando possíveis prejuízos, causados por eventuais falhas de operação, como: - desarme de motores (ventiladores forçados e induzidos) - desarme de turbina do ventilador induzido - desarme dos dosadores de bagaço - queda na pressão do ar das válvulas pneumáticas. - queda na pressão de água de alimentação - eventual emergência na operação - nível muito baixo do tubulão de vapor - pressão muito baixa do vapor - etc. MONITORAÇÃO E ALARMES DE VARIÁVEIS AUXILIARES - Pressão do tubulão de vapor - Pressão do ar antes do pré-aquecedor - Pressão do ar após o pré-aquecedor - Pressão dos gases antes do pré-aquecedor - Pressão dos gases após o pré-aquecedor - Pressão dos gases após o economizador - Pressão da água de alimentação - Temperatura do vapor no tubulão de vapor - Temperatura da água antes do economizador - Temperatura da água após o economizador - Temperatura do ar antes do pré-aquecedor - Temperatura do ar após o pré-aquecedor - Temperatura dos gases antes do pré-aquecedor - Temperatura dos gases após o pré-aquecedor - Temperatura dos gases após o economizador - Rotação dos dosadores de bagaço - Rotação da turbina do exaustor - Rotação da turbina da bomba de água de alimentação - Corrente dos motores (ventiladores, exaustores e bombas de água) COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação da caldeira. SISTEMA DE SUPERVISÃO Software de supervisão para operação, arquivo de dados em histórico e emissão de relatórios, e interligado a uma rede Ethernet para comunicação com os outros setores da Usina.
A Usina de Açúcar e sua Automação Sala de Controle das Caldeiras - Usina Santa Elisa Painel de Controle de Caldeiras - Usina São Luiz de Ourinhos
A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico Tela de Sinótico do Tratamento de Água de Alimentação para as Caldeiras
A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico do Sistema de Sopragem de Fuligem Automática Resultados da Automação: Maior eficiência energética Controle sobre todo o processo Aumento da eficiência industrial Melhor qualidade do açúcar (menor cor, maior filtrabilidade, menor umidade, melhor fator de conservação, etc.) Diminuição das perdas industriais e maior facilidade em descobrir suas causas Elevação da observância aos padrões tecnológicos estabelecidos Maior recuperação de condensado nos equipamentos de troca de calor Elevação do nível técnico dos operadores Eliminação dos trabalhos de rotina que consomem tempo e atenção dos operadores, que podem assim dedicar mais tempo à otimização do processo
A Usina de Açúcar e sua Automação Maior facilidade de manutenção, já que cada equipamento de processo possui um registro histórico do seu funcionamento e comportamento Possibilidade de estabelecer uma estratégia de operação para cada situação operacional da fábrica, sem que exista interferência entre as áreas Otimização do pessoal de operação Centralização da operação, o qual permite a tomada de decisões operacionais com maior certeza Maior quantidade de informações sobre o processo Maior facilidade de operação Maior aproveitamento da capacidade instalada Estatística real e confiável dos dados de processo Maior proteção e segurança de operação Disponibilidade de informação entre as áreas, facilitando a operação Possibilita a implantação de Sistema de Gestão Empresarial na industria, permitindo a integração do processo industrial e da administração. Tela de Ambiente de Rede para Comunicação entre os setores da Usina
A Usina de Açúcar e sua Automação Sala de Supervisão da Gerência - Usina Santa Elisa
A Usina de Açúcar e sua Automação SISTEMA DE GESTÃO EMPRESARIAL A Smar é parceira da SAP para implementação de sistemas de integração entre processos industriais e de negócios. A Divisão Gestão Empresarial, contando com sua equipe de consultores certificados pela SAP, vem desenvolvendo aplicações de interface entre sistemas de chão de fábrica e o SAP-R/3. O conceito envolve implementações de controle de processos (chão-de-fábrica) e ERP (Enterprise Resource Planning), bem como a integração entre eles, habilitada pela nova tecnologia Smar, a EPI (Enterprise Plant Integration). Com essa ferramenta, agora, a sua empresa passa a contar com grande disponibilidade e precisão de informações. O estreitamento dessa relação permite ganhos consideráveis, como:  Redução de estoques;  Controle e integração dos processos industriais e de negócios;  Identificação e otimização de pontos críticos;  Redução do ciclo de fabricação;  Melhoria de qualidade e serviços;  Agilidade frente às variações do mercado; Através dessa tecnologia é possível acompanhar custos, produção, tecnologia adequada, qualidade total, investimentos, análise das exigências do mercado, além da utilização eficaz do tempo e simplificação das atividades para melhor rentabilidade. Field Instruments R/3-SAP ENTERPRISE PLANT INTEGRATION (EPI) Process System Database
A Usina de Açúcar e sua Automação Índice: Origem da cana-de-açúcar ............................................................................. Pág. 3 Importância histórica e dados estatísticos ...................................................... Pág. 4 Derivados da cana-de-açúcar (tipos de açúcar, álcool e subprodutos) ......... Pág. 13 Termos açucareiros ........................................................................................ Pág. 16 A importância da qualidade e composição da cana-de-açúcar ...................... Pág. 19 Processo industrial de produção de açúcar .................................................... Pág. 22 Preparo e moagem da cana-de-açúcar .......................................................... Pág. 23 Tratamento do caldo ....................................................................................... Pág. 35 Filtragem do lodo ............................................................................................ Pág. 40 Evaporação ..................................................................................................... Pág. 43 Flotador de xarope .......................................................................................... Pág. 53 Cozimento ....................................................................................................... Pág. 57 Separação do açúcar ...................................................................................... Pág. 72 Secagem do açúcar ........................................................................................ Pág. 76 Refinaria .......................................................................................................... Pág. 79 Destilação de álcool ........................................................................................ Pág. 86 Geração de vapor ........................................................................................... Pág. 100 Resultados da automação .............................................................................. Pág. 109 Sistema de gestão empresarial ...................................................................... Pág. 111 Bibliografia ...................................................................................................... Pág. 113
A Usina de Açúcar e sua Automação Bibliografia: PAYNE, John Howard, Operações Unitárias na Produção de Açúcar de Cana, Brasil (tradução para português), 1989, 246 páginas HUGOT, Emile, Manual da Engenharia Açucareira, Brasil (tradução para português), 1977, 1171 páginas HONING, Pieter, Principios de Tecnologia Azucarera, Espanha (tradução para espanhol), 1969, 3 volumes, 1663 páginas SPENCER e MEADE, Manual del Azúcar de Cana, Cuba (tradução para espanhol), 1974, 914 páginas PUERTAS, Rafael Pedrosa, Fabricación de Azúcar Crudo de Cana, Cuba, 178 páginas

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  • 1. A Usina de Açúcar e sua Automação A Usina de Açúcar e sua Automação A Usina de Açúcar e sua Automação
  • 2. A Usina de Açúcar e sua Automação A origem da cana-de-açúcar ORIGEM: Continente Asiático, trazida logo após o descobrimento do Brasil, pelos portugueses. CARACTERÍSTICAS: Planta semiperene, monocotiledônica, pertencente á família das gramíneas, gênero Sacharum officinarum. PERÍODO DE SAFRA: 150 a 180 dias nas condições brasileiras. Em outros países como a Colômbia a cana-de-açúcar é produzida em todo o ano. PRODUTIVIDADE: No Brasil a produtividade é de 60 á 100 t/ha. Os melhores rendimentos agrícolas estão na África do Sul, Austrália, Peru e Colômbia, com um rendimento de 110 á 160 t/ha, que resultará em 15 á 22 toneladas de açúcar/ha. Açúcar, fonte de energia AÇÚCAR é um adoçante extraído industrialmente de um vegetal que normalmente contém um alto teor de carboidrato na forma de Sacarose. O carboidrato é o principal constituinte de todos os seres vivos e são suas fontes de energia.
  • 3. A Usina de Açúcar e sua Automação Açúcar, a importância histórica A produção de açúcar é valorizada desde a antigüidade. Financiou as navegações e a descoberta da América no século XVI. Motivou conquistas e invasões no século XVII. Promoveu o desenvolvimento econômico do Brasil e da América Hispânica. OS ENGENHOS DE AÇÚCAR O açúcar era produzido em engenhos usando mão-de-obra escrava e caracterizou a cultura vigente do século XVI ao XVIII. O PROCESSO PRODUTIVO NOS ENGENHOS A moagem da cana-de-açúcar era feita em moendas construídas em madeira, com rolos verticais e acionados por animais ou rodas d'água. A clarificação, evaporação e a cristalização eram feitas em tanques aquecidos por fogo direto pela queima de lenha. O controle da cristalização era feito pela colocação ou retirada de lenha, ou seja, pela regulagem do aquecimento.
  • 4. A Usina de Açúcar e sua Automação O caldo evaporado contendo cristais de açúcar era colocado em formas e deixando resfriar dando origem à rapadura ou açúcar mascavo.
  • 5. A Usina de Açúcar e sua Automação Samuel Hazard, Cuba, 1865 O açúcar branco era produzido em casas de purga, onde em formas especiais eliminava-se o mel por gravidade através de um período de repouso que podia chegar a 50 dias. Henri Monceau, 1764
  • 6. A Usina de Açúcar e sua Automação Em Cuba e demais países do Caribe, o açúcar branco era embalado em caixas e o açúcar mascavo em barris para o transporte até os centros de consumo. Samuel Hazard, 1865
  • 7. A Usina de Açúcar e sua Automação Açúcar, a modernização do processo No início do século XIX vários aprimoramentos foram incorporados ao processo de produção de açúcar. Dentre todos, os mais significativos foram: - A Máquina à Vapor para acionamentos - A Evaporação Múltiplos Efeitos - O Cozedor à Vácuo - A Centrifugação do açúcar A MÁQUINA À VAPOR A máquina a vapor substituiu o trabalho braçal ou animal na moagem da cana no início do século XIX, em plena Revolução Industrial. Os países que demoraram em adotar esse avanço tecnológico perderam mercado rapidamente. A EVAPORAÇÃO MÚLTIPLOS EFEITOS O químico norte-americano Norbert Rillieux, nascido na Louisiana, foi o responsável pela invenção da evaporação de múltiplos efeitos em 1834, que revolucionou a indústria açucareira mundial e também a indústria química. O COZEDOR À VÁCUO O químico inglês Charles Edvar Howard (1774-1816) foi quem realizou em 1812 o primeiro projeto empregando Vácuo para produzir ebulição do caldo a temperaturas mais baixas. Desenvolveu também projetos para sulfitação, refino, filtragem e emprego de vapor em lugar de fogo direto nos engenhos.
  • 8. A Usina de Açúcar e sua Automação A CENTRIFUGAÇÃO DO AÇUCAR As primeiras centrífugas de açúcar surgiram por volta de 1840 e eram acionadas por energia hidráulica (roda d'água). Com o uso das centrífugas de açúcar desapareceram as 'casas de purga' na produção de açúcar branco. A produção de açúcar no século XVII
  • 9. A Usina de Açúcar e sua Automação A produção de açúcar atualmente PAÍSES MILHARES DE TONELADAS ÍNDIA 14.441 BRASIL 13.467 TAILÂNDIA 8.077 CHINA 7.347 USA. 6.658 AUSTRÁLIA 5.578 MÉXICO 4.879 FRANÇA 4.572 ALEMANHA 4.564 CUBA 4.260 UCRÂNIA 2.935 ÁFRICA DO SUL 2.514 POLÔNIA 2.496 INDONÉSIA 2.279 FILIPINAS 1.863 DADOS DA SAFRA 96/97 1760 PAÍS ton HAITI 56646 BRASIL 34000 JAMAICA 29841 MARTINICA 17000 ST. KITTS 9220 GUIANA 8300 CUBA 5500 OUTROS 44827 TOTAL 205334 PAÍS ton JAMAICA 55464 BRASIL 21000 CUBA 14455 MARTINICA 12120 GRANADA 9432 ST. KITTS 7062 GUIANA 6700 OUTROS 58114 TOTAL 184347 1792
  • 10. A Usina de Açúcar e sua Automação Consumo mundial de açúcar (fonte: F.O.Licht) Produção de açúcar no Brasil (fonte: ÚNICA) 107172 107027 109552 110376 111061 111851 112199 114025 117340 120460 100000 105000 110000 115000 120000 125000 87/88 88/89 89/90 90/91 91/92 92/93 93/94 94/95 95/96 96/97 ( 1000 t) 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 PRODUÇÃO 8000 8952 9510 11104 10534 12714 15190 13467 CONSUMO 7281 6924 7399 7460 7761 8032 8318 8784 EXPORTAÇÃO 1421 1409 1771 2837 3727 4987 5502 5390 89/90 90/91 91/92 92/93 93/94 94/95 95/96 96/97
  • 11. A Usina de Açúcar e sua Automação Usinas de açúcar e álcool no Brasil: 218 Usinas de Açúcar 208 Destilarias anexas 119 Destilarias autônomas 337 Unidades industriais no total Área colhida de cana-de-açúcar no Brasil (fonte: ÚNICA) Distribuição por região (fonte: ÚNICA) 1992 1993 1994 1995 1996 Norte Centro Oeste Nordeste Sudeste 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 Hectares Centro- Oeste 7% Sul 7% Nordeste 18% Sudeste 68%
  • 12. A Usina de Açúcar e sua Automação Açúcar, a importância para o Brasil - FATURAMENTO ANUAL DE 7,1 BILHÕES - PROPORCIONA EMPREGOS DIRETOS E INDIRETOS A 1.000.000 DE TRABALHAORES - É O PRODUTO QUE MAIS CONTRIBUIU PARA O AUMENTO DA BALANÇA COMERCIAL (EXPORTAÇÕES) NO PERÍODO DE 1992 Á 1998. - PROPORCIONOU AO PAÍS UMA ECONOMIA DE DIVISAS SUPERIOR A 30 BILHÕES COM O PROÁLCOOL. Tipos de Açúcar 1- Demerara (RAW SUGAR) E V.H.P. (VERY HIGH POL SUGAR) 2- Cristal Branco 3- Refinado Granulado Fino 4- Refinado Amorfo 5- Açúcar Líquido 6- Açúcar Invertido AÇÚCAR DEMERARA Açúcar produzido naturalmente, sem adicionar produtos químicos na sulfitação. A produção desse açúcar é muito grande, pois é destinado para a produção dos açúcares de melhor qualidade, através da sua diluição. CRISTAL BRANCO Açúcar produzido através de 3 processos de purificação: Sulfitação, Carbonatação ou Fosfatação. O processo mais utilizado é a Sulfitação. A Sulfitação é aplicado ao caldo, e seus principais efeitos são: efeito purificante, efeito descolorante, efeito fluidificante, efeito precipitante. O açúcar cristal branco é qualificado de acordo com um padrão estabelecido: Tipo Mínimo Pol. Máxima cor Máx. % Cinzas Máx. Umidade Standard 99.3 760 0.15 > 0.05 Superior 99.5 480 0.10 < 0.04 Especial 99.7 230 0.07 < 0.04 Especial Extra 99.8 150 0.05 < 0.04 Com a crescente melhoria da qualidade do açúcar, atualmente existem outros padrões: - Açúcar Especial Extra A, com a máxima cor de 100 - Açúcar G.C. com granulometria controlada - Açúcar Orgânico
  • 13. A Usina de Açúcar e sua Automação AÇUCAR REFINADO GRANULADO FINO Açúcar obtido através da diluição do açúcar demerara ou V.H.P. recebendo um tratamento de purificação para eliminação de impurezas e adicionamento de produtos químicos. O açúcar refinado granulado fino é cristalizado em um Cozedor à Vácuo. AÇÚCAR REFINADO AMORFO Açúcar obtido através da diluição do açúcar demerara ou V.H.P. recebendo um tratamento de purificação para eliminação de impurezas e adicionamento de produtos químicos. O açúcar refinado amorfo é cristalizado através de um choque térmico. Esse tipo de açúcar é menos valorizado que o Refinado Granulado Fino, pois o mel também está contido no produto. AÇÚCAR LÍQUIDO Açúcar obtido através da diluição do açúcar demerara ou V.H.P. recebendo um tratamento de purificação para eliminação de impurezas, adicionamento de produtos químicos, filtragem em tanques de resina ou carvão e concentração até aproximadamente 65o Brix. O poder adoçante desse açúcar é menor devido à quantidade de água adicionada. Esse açúcar é consumido pelas fabricas de refrigerantes e alimentos. Sua principal desvantagem é o baixo tempo de armazenamento, devido aos ataques de microorganismos, principalmente os fungos. AÇÚCAR INVERTIDO Açúcar obtido através da diluição do açúcar demerara ou V.H.P. O Açúcar Invertido é obtido através da reação de hidrólise total ou parcial da sacarose. Essa reação é denominada Inversão, uma vez que ocorre mudança no sentido de rotação no plano de luz polarizada. O produto final contém sacarose, glicose e frutose, a concentração de cada um desses açucares muda em função do nível de inversão. O açúcar invertido é encontrado em diferentes graus de hidrólise. A açúcar invertido mais produzido é o parcialmente invertido, com 50% de inversão, onde o poder adoçante é de 85% do valor do açúcar cristal. A vantagem do Açúcar Invertido é o menor volume e maior tempo de armazenamento, pois é mais resistente ao ataque de microorganismos. Tipos de Álcool 1- ÁLCOOL HIDRATADO CARBURANTE É o álcool a 92o GL (92% de álcool + 8% de água) utilizado como combustível direto nos veículos com motores movidos a álcool. 2- ÁLCOOL ANIDRO É o álcool a 99.6o GL (99.6% de álcool + 0.4% de água) utilizado como aditivo aos combustíveis. Atualmente a gasolina brasileira possui 24% de álcool anidro. 3- ÁLCOOL ANIDRO ESPECIAL É o mesmo álcool do item anterior, porem isento de contaminantes (benzeno e ciclo-hexano), produzido através do processo de peneira molecular. 4- ÁLCOOL REFINADO E NEUTRO É o álcool neutro de impurezas, com pouco odor. Por ser mais barato que o álcool extra neutro, é utilizado pelas indústrias de bebidas e cosméticos populares. 5- ÁLCOOL EXTRA NEUTRO É o mais puro álcool, não interfere em aromas ou sabores, é utilizado na elaboração de bebidas, cosméticas e produtos farmacêuticos.
  • 14. A Usina de Açúcar e sua Automação Outros subprodutos da Cana-de-açúcar BAGAÇO DE CANA Resíduo fibroso resultante da moagem da cana-de-açúcar. É utilizado como combustível nas caldeiras para geração de energia elétrica e calor. Pode ser utilizado na fabricação de papeis e como ração animal se for hidrolizado. VINHAÇA Resíduo resultante da destilação do álcool, é utilizado como fertilizante na lavoura. Pode ser utilizada na fabricação de adubos. ÓLEO FUSEL Resultante da destilação de álcool, é constituído de álcoois superiores. É extraído em pequena quantidade e utilizado na indústria química e de cosméticos. MELAÇO Resultante da centrifugação do açúcar, contendo açúcares redutores e parte de sacarose não cristalizada. É utilizado na fermentação para produção de álcool e como matéria-prima para fabricação de cachaça e rum. Termos açucareiros FIBRA EM CANA É a matéria seca e insolúvel em água que compõe a cana, que posteriormente dará origem ao bagaço. EMBEBIÇÃO É o processo que embebe água ou caldo ao bagaço já esmagado, para que se misture com o caldo existente no bagaço e o dilua no próximo terno. MACERAÇÃO É o processo no qual o bagaço é saturado de água ou caldo, geralmente a alta temperatura. A maceração é uma classe especial de embebição. CALDO RICO OU PRIMÁRIO É o caldo de cana extraído no primeiro terno da moenda no qual estava contido na cana-de-açúcar. CALDO POBRE OU SECUNDÁRIO É o caldo de cana extraída no segundo terno da moenda, que sofreu embebição desde o último terno. É mais diluído do que o caldo rico, pois está contida a água de embebição. CALDO MISTO É a mistura do caldo rico e do caldo pobre (caldo do primeiro e do segundo terno), contendo o caldo que veio da cana e a água de embebição. CALDO SULFITADO É o caldo que passou pelo processo de sulfitação. Contém dioxido de enxofre para redução de cor e eliminação de colóides. CALDO CALEADO É o caldo que passou pelo processo de alcalinização (caleação) para neutralizar o pH do caldo, após a sulfitação.
  • 15. A Usina de Açúcar e sua Automação LEITE DE CAL É a mistura da cal virgem com água, utilizado para neutralização do caldo ou do xarope. SACARATO É a mistura da cal virgem com caldo ou xarope de cana, utilizado para neutralização do caldo ou do xarope. CALDO CLARIFICADO OU DECANTADO É o caldo que saiu do decantador para eliminação das impurezas contidas no caldo. LODO São as impurezas retiradas do caldo durante o processo de decantação. CALDO FILTRADO É o caldo que passou pelo processo de filtragem, para retirada da sacarose contida no lodo. TORTA DE FILTRO É a mistura do lodo com bagacinho de cana que saíram do processo de filtragem. A sacarose contida na torta é dada como perda, pois não será mais processada. A torta é devolvida para a lavoura como fertilizante. POLÍMERO Composto químico misturado ao caldo ou xarope, com efeito de decantação ou flotação das impurezas. BRIX São os sólidos solúveis na cana ou na solução açucarada, dos quais uma parte é a sacarose. É expressa como percentagem de peso de sólidos. POL É o valor obtido pela polarização simples e direta em um sacarímetro de uma solução de peso normal. É expressa como se fosse um valor real. PUREZA É a quantidade de sacarose contida em 100 partes de sólidos totais. Pureza = pol x 100 brix SACAROSE É o açúcar contido nos vegetais, encontrado em maior volume na cana-de-açúcar ou na beterraba. A Sacarose é um dissacárideo produzido pela condensação de glicose e frutose, e sua fórmula química é C12 H22 O11 (peso molecular 342,30). Pode ser determinada por meio de um sacarímetro, utilizando métodos analíticos ou pela polarização direta, já que a diferença entre pol e sacarose não se tem em conta. Estrutura e configuração da sacarose: INVERSÃO Glicose Frutose
  • 16. A Usina de Açúcar e sua Automação A sacarose hidrolisa-se com facilidade em soluções ácidas a velocidades que aumentam notavelmente com o aumento da temperatura e diminuição do pH. Esta reação hidrolítica é denominada de Inversão, e causa perda de sacarose. POLISSACARÍDEOS Este nome é dado a todos os sacarídeos com cadeia de mais de 12 monossacarídeos. O mais fundamental presente na cana-de-açúcar é a dextrana e o almidom. São muitos prejudiciais nos processos de moagem, clarificação, cristalização e centrifugação do açúcar. XAROPE É o caldo de cana concentrado nos evaporadores, antes de realizar alguma operação de extração de açúcar. MASSA COZIDA É a mistura de cristais e licor-mãe descarregado dos Cozedores a vácuo. A massa cozida é classificada de acordo com sua pureza (Primeira, Segunda ou Terceira). MAGMA É a mistura de cristais de açúcar do Cozedor de Granagem com caldo de cana, xarope ou água. É utilizada como pé dos cozimentos de primeira e de segunda. MEL É o licor-mãe separado dos cristais de açúcar através da centrifugação. O mel é classificado de acordo com o tipo de massa cozida (Mel Rico para massa de primeira, Mel Pobre para massa de segunda e Mel Final para massa de terceira). MOSTO Mosto é o termo empregado em tecnologia, para definir todo o líquido açucarado susceptível de sofrer fermentação. Na prática é a mistura de melaço (mel final) com água ou caldo de cana, que é devidamente preparado para sofrer a fermentação alcoólica. LEVEDURA (LEVEDO OU FERMENTO) Para o mosto desenvolver o processo fermentativo, ele deve ser inoculado com a levedura, que são os microorganismos responsáveis pela fermentação alcoólica. VINHO É o produto resultante da fermentação alcoólica. O vinho é centrifugado para separação da levedura e enviado para as colunas de destilação. A importância da matéria prima A matéria prima tem que satisfazer um conjunto de requisitos de qualidade para que a indústria ao processá-la seja capaz de obter uma produção estável na qualidade e eficiência. A qualidade da cana-de-açúcar se resume nos seguintes aspectos: - Conteúdo de sacarose - Presença de matérias estranhas - Tempo de corte - Tempo de queima
  • 17. A Usina de Açúcar e sua Automação QUALIDADES DE UMA BOA VARIEDADE DE CANA-DE-AÇÚCAR - Bom rendimento por hectare - Alta riqueza de sacarose - Conteúdo de fibra entre 12 a 14% - Brix maior de 16 o - Boa e rápida germinação - Resistência às enfermidades e pragas - Escassa ou nenhuma floração - Facilidade para a mecanização da colheita - Mínimas dificuldades na fábrica Composição tecnológica da cana-de-açúcar
  • 18. A Usina de Açúcar e sua Automação A colheita da cana-de-açúcar Após atingir o ponto adequado de maturação, a cana-de-açúcar é colhida manualmente ou mecanicamente. No corte mecânico, dispensa-se a queima das palhas antes da colheita. Celulose Pentosanas Lignina Água 75 - 82% Sólidos Solúveis 18-25% açúcares 15,5 - 24% não-açúcares 1,0 - 2,5% sacarose 14,5 - 24,0% glicose 0,2 - 1,0% frutose 0,0 - 0,5% orgânicos inorgânicos aminoácidos gorduras ceras corantes ácidos, etc. SiO 2 K2O P 2O 5 CaO MgO Na 2 O Fe 2 O 3 SO 3 Cl Fibra 8,0 - 14,0% Caldo 86,0 - 92,0% CANA-DE- AÇÚCAR
  • 19. A Usina de Açúcar e sua Automação Rendimento Industrial na Usina As canas velhas provocam: - Inversão da sacarose do caldo - Aumento do conteúdo de polissacárideos nos caldos, principalmente a dextrana - Aumento da acidez - Diminuição da pureza do caldo O tempo de corte influi na velocidade de deterioração da cana: - A cana cortada se deteriora mais rápido do que a cana em pé. - A cana queimada se deteriora mais rápido do que a cana verde. O tempo de deterioração da cana depende da sua variedade. A dextrana e o almidom são polissacarídeos introduzidos em grandes quantidades no processo pelo atraso das canas e pelas matérias estranhas, causando dificuldades ao processo: - Aumento excessivo da viscosidade dos caldos. - Redução da velocidade de cristalização da sacarose. - Deformação dos cristais de sacarose, influenciando negativamente no esgotamento e na centrifugação. - Redução geral da eficiência econômica da Usina. O brix do caldo extraído é um indicador importante, já que: - O brix do caldo do primeiro terno é índice da tendência do rendimento. - O brix do caldo misto é índice da quantidade de água a evaporar. A diferença entre o brix do caldo do primeiro terno e do caldo misto é um índice de dissolução proporcional a quantidade de água incorporada no processo de extração, sendo que este aspecto é fundamental determinar: - A carga de trabalho dos evaporadores e cozedores. - A demanda de vapor para o processo. A pureza do caldo serve com base de cálculo aproximado das perdas. A diminuição de pureza significa aumento dos não-açúcares a separar, tendo como conseqüência: - Maior quantidade de mel final e portanto aumento das perdas de açúcar. - Aumento do consumo de vapor por unidade de açúcar produzido. - Diminuição da produtividade. A fibra da cana tem um efeito notável sobre a extração, quanto maior seja a fibra, menor será a extração. Processos que formam a produção de açúcar PROCESSO AGROQUÍMICO Decide a quantidade de açúcar produzida por tonelada de cana e a quantidade de cana por área disponível, para o começo da safra. PROCESSO COLHEITA-TRANSPORTE Decide as condições em que chegará a cana na Usina. PROCESSO INDUSTRIAL Resume os resultados finais e resultados industriais dos três processos. AÇUCAR PRODUZIDO = AC - Pct - PF Onde: AC = açúcar na cana PcT = perdas na colheita-transporte PF = perdas na fábrica
  • 20. A Usina de Açúcar e sua Automação Processo industrial de produção do açúcar PREPARO E MOAGEM DE CANA RECEPÇÃO E PREPARO DA CANA A cana que chega na Usina é pesada para controle agrícola e industrial. A cana é analisada no laboratório de sacarose para sistema de pagamento aos fornecedores de cana. A cana é descarregada e armazenada no pátio de cana. Muitas usinas não utilizam o pátio de cana para evitar inversões de sacarose. A cana é lavada nas mesas alimentadoras para eliminação de matérias estranhas. Um índice tolerável de matérias estranhas na cana é de 3%. A mesa alimentada à esteira metálica que conduz a cana para o preparo da cana (picadores e desfibradores). A função dos picadores e desfibradores é a preparação da cana mediante o quebramento da estrutura dura e ruptura das células para a moagem. A cana desfibrada é conduzida pela esteira de borracha até as unidades de moagem. Esta esteira é de borracha por que possui um eletroimã para eliminação das partes metálicas, para não danificar os rolos esmagadores. O preparo de cana define a extração e o trabalho das moendas. GGEERRAAÇÇÃÃOO DDEE EENNEERRGGIIAA EELLÉÉTTRRIICCAA PPRREEPPAARROO EE MMOOAAGGEEMM DDAA CCAANNAA EEVVAAPPOORRAAÇÇÃÃOO DDOO CCAALLDDOO GGEERRAAÇÇÃÃOO DDEE VVAAPPOORR RREECCEEPPÇÇÃÃOO DDAA CCAANNAA CCLLAARRIIFFIICCAAÇÇÃÃOO DDOO CCAALLDDOO CCOOZZIIMMEENNTTOO SSEEPPAARRAAÇÇÃÃOO DDOO AAÇÇÚÚCCAARR SSEECCAAGGEEMM DDOO AAÇÇÚÚCCAARR FFIILLTTRRAAGGEEMM DDOO LLOODDOO CCAANNAA AAÇÇUUCCAARR BAGAÇO CANA CALDO VAPOR LÔDO CALDO TURVO CALDO XAROPE MASSA COZIDA AÇÚCAR MEL MEL FINAL ( P/ DESTILARIA ) TORTA
  • 21. A Usina de Açúcar e sua Automação Vista da Recepção e Preparo da Cana-de-açúcar para Moagem UNIDADES DE MOAGEM E SEUS ACIONAMENTOS A extração do caldo pode ser feita por Moagem ou Difusão. Vista de uma Moenda PICADOR DESFIBRADOR ELETROIMÃ MESA ALIMENTADORA ESTEIRA ARÁPIDA CHUTE EEDONELLY TERN O ESTEIRA METÁLICA CANA
  • 22. A Usina de Açúcar e sua Automação Vista de um Difusor UNIDADES DE MOAGEM E SEUS ACIONAMENTOS A moenda geralmente possui de 4 a 7 unidades de moagem, que são chamados de ternos. Cada terno possui 3 massas (rolos). Incorpora-se uma quarta massa para realização da alimentação forçada. Os três rolos de um terno de moenda convencional são montados em triângulo tal que a cana desfibrada seja esmagada duas vezes: uma entre o rolo superior e o rolo de entrada, e outra entre o rolo superior e o rolo de saída. Ao passar pelo rolo superior e de entrada a cana desfibrada é conduzida por sobre uma bagaceira até o rolo de saída. Os rolos são acionados por pinhão do rolo superior, acionado por uma turbina e um sistema de engrenagens redutoras. Os rolos de entrada e de saída são fixos, enquanto o rolo superior levanta e abaixa por meio de um sistema de pressão hidráulica. A cana é conduzida de um terno a outro através de esteiras intermediárias. As esteiras geralmente são do tipo de taliscas de arraste, que conduzem a cana até o chute-donelly do próximo terno. Os ternos de moendas podem ser acionados por turbinas a vapor, motores elétricos e mais recentemente por motores hidráulicos. O acionamento dos ternos pode ser individual, duplo ou até um acionamento para todos os ternos de moendas.
  • 23. A Usina de Açúcar e sua Automação ESQUEMA DE UM TERNO DE MOENDA: EMBEBIÇÃO E MACERAÇÃO A embebição pode ser simples, composta com reciclagem de água ou mista. A mais utilizada é a composta, no qual se aplica água ao bagaço no último terno, o caldo extraído no último terno é aplicado no penúltimo terno, e assim sucessivamente até o segundo terno. No primeiro terno é extraído o caldo contido na cana. Por isso chamamos o caldo do primeiro terno de Caldo Rico ou Primário e o caldo do segundo terno de Caldo Pobre ou Secundário. A quantidade de água de embebição que se aplica varia de acordo com a região da usina, com a capacidade da moenda, com a característica da cana (sobretudo seu conteúdo de fibra). O valor de fibra é um parâmetro difícil de ser medido, por isso geralmente aplica-se de 25 a 30% de água contra o peso total da cana. A temperatura da água de embebição é um parâmetro importante para a eficiência da moagem. Enfim, há vários pontos importantes para definir o índice de eficiência da extração: Aumento da pressão hidráulica: - Aumenta o caldo expelido - Aumenta a potência necessária - Reduz a pega (capacidade de alimentação) Aumento na velocidade do rolo: - Reduz o caldo expelido - Aumenta a pega Aumento na ruptura das células (preparo): - Aumenta o caldo expelido - Aumenta a pega CABEÇOTE HIDRÁULICO CASTELO ROLO SUPERIOR ROLO DE SAÍDA ROLO DE ENTRADA ROLO DE PRESSÃO AJUSTE DA BAGACEIRA BASEMANCAL POSICIONADOR DO ROLO EIXO DE ACIONAMENTO ENTRADA DE CANA SAÍDA DE CANA PENTES BAGACEIRA
  • 24. A Usina de Açúcar e sua Automação Aumento na vazão de água de embebição: - Aumenta a extração - Reduz a pega Aumento na temperatura da água de embebição: - Aumenta a extração - Reduz a pega Redução na abertura dos rolos e da bagaceira: - Requer aumento da velocidade para manter a moagem - Aumenta a ruptura das células - Aumenta a potência necessária ESQUEMA DO CONJUNTO DE MOAGEM: ÍNDICES DE EFICIÊNCIA DA MOAGEM: - Para cada 1% de matéria estranha que entra na Usina, se perde 1,5 kg de açúcar por tonelada de cana moída. - O índice de rupturas de células define o resultado do preparo de cana. Até 90% é aceitável. - A extração no primeiro terno deve ser de 50 A 70%. CALDO PRIMÁRIO CALDO SECUNDÁRIO CALDO MISTO EMBEBIÇÃO COMPOSTA ÁGUA BAGAÇO CANA DESFIBRADA PENEIRA ROTATIVA CALDO PENEIRADO BAGAÇO
  • 25. A Usina de Açúcar e sua Automação - A umidade de o bagaço dever ser de 48 a 50%. - A pol do bagaço na saída do último terno dever ser o mais baixo possível, sem afetar outros parâmetros da fábrica. A pol do bagaço até 1,5 é aceitável. - A extração do caldo deve ser a maior possível. A média de extração para uma moenda é 96% e para um difusor somos 98%. - Limpeza das moendas, mantendo um perfeito estado de assepsia da área, fazendo desinfeção com água quente, vapor ou produtos químicos. Extração do Conjunto de Moagem: Operação da Extração de Caldo: CANA CALDO MISTO BAGAÇO ÁGUA DE EMBEBIÇÃO CONTEÚDO DE POL NA FIBRA CONTEÚDO DE POL NO CALDO PRIMEIRO TERNO ÚLTIMO TERNO 80 70 60 50 40 30 20 10 0 % E X T R A Ç Ã O 1 2 3 4 5 a 6 TERNOS
  • 26. A Usina de Açúcar e sua Automação Automação da área de Moagem: AUTOMATIZAÇÃO DA ALIMENTAÇÃO DE CANA Este controle consiste em medir e controlar o nível de cana no chute-donelly do primeiro terno da moenda, atuando na velocidade da esteira de borracha. A velocidade da esteira metálica é sincronizada com a velocidade da esteira de borracha, controlando assim as esteiras de alimentação de cana para a moenda. Também é feita a proteção das turbinas dos picadores e desfibradores, para evitar embuchamento nesses equipamentos, para isto é necessária a medição de rotação das turbinas. A proteção atua na velocidade da esteira metálica até que a turbina recupere a sua velocidade normal de trabalho. O nível do colchão de cana da esteira também pode ser medido e entrar no controle, atuando na velocidade das esteiras caso o nível do colchão de cana diminua. CONTROLE DE VELOCIDADE DAS TURBINAS DAS MOENDAS Este controle consiste em medir e controlar o nível de cana desfibrada no chute-donelly do segundo ao último terno da moenda, atuando na velocidade da turbina de acionamento do respectivo terno. CONTROLE DE VAZÃO DE ÁGUA DE EMBEBIÇÃO Este controle consiste em medir e controlar a vazão de água de embebição. Este controle pode ter um set-point local para manter uma vazão fixa ou ter um set-point remoto, através da rotação da turbina do primeiro terno. CONTROLE DE NÍVEL DA CAIXA DE CALDO Este controle consiste em medir e controlar o nível da caixa de caldo, atuando na velocidade da turbina do primeiro terno da moenda. CONTROLE DE VAZÃO OU DIVISÃO DO CALDO PARA FÁBRICA E DESTILARIA Este controle consiste em medir e controlar a vazão de caldo para a fabrica e para a destilaria. LIMPEZA AUTOMÁTICA Este controle permite efetuar a limpeza automática da peneira de caldo e dos ternos da moenda, através de válvulas on/off de vapor ou água quente. O controle consiste em efetuar limpezas automáticas temporariamente com intervalos programados. COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação da moenda. MONITORAÇÃO E ALARME DE VARIÁVEIS AUXILIARES - Medição de flutuação do rolo superior dos ternos de moenda - Medição de temperatura dos mancais das turbinas, redutores, moendas, picadores, desfibradores, volandeiras e pinhões. - Medição de temperatura da água de embebição - Medição de temperatura do vapor para as turbinas - Medição de pressão do vapor para as turbinas - Medição de pressão de óleo de lubrificação das turbinas e moendas - Medição de rotação das mesas alimentadora, esteiras e turbinas - Medição de umidade do bagaço SISTEMA DE SUPERVISÃO Software de supervisão para operação, arquivo de dados em histórico e emissão de relatórios, e interligado a uma rede Ethernet para comunicação com os outros setores da Usina.
  • 27. A Usina de Açúcar e sua Automação Usina Cidade Gaúcha - Paraná RESULTADOS OBTIDOS COM A AUTOMAÇÃO: Estabilidade de moagem Aumento da extração de caldo Proteção contra embuchamento Diminuição das perdas no bagaço (POL) Diminuição das perdas de tempo por paradas Diminuição das perdas por inversão de sacarose Melhor embebição e umidade do bagaço Economia de energia e vapor Facilidade e segurança na operação
  • 28. A Usina de Açúcar e sua Automação Mesa de Comando da Moenda Tela de Sinótico do Preparo de Cana
  • 29. A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico dos Ternos da Moenda Tela de Sinótico para Monitoração de Temperatura dos Mancais
  • 30. A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico da Moenda FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA MOENDA
  • 31. A Usina de Açúcar e sua Automação VISTA EM PLANTA DA MOENDA TRATAMENTO DO CALDO O caldo extraído na moagem chega a etapa de cristalização com uma mistura complexa, contendo os componentes integrais da cana-de-açúcar e mais as matérias estranhas incorporadas ao caldo acidentalmente, através do corte de cana, da colheita, do transporte, das operações na moagem. Por isso o caldo dever passar por um processo de Clarificação Simples, que consiste em um tratamento com cal e calor antes da etapa de evaporação. Os principais objetivos da Clarificação Simples são: - Elevar o pH do caldo a um nível onde as perdas de sacarose por inversão permaneçam num nível mínimo durante o processo subsequente de recuperação de açúcar - Incremento da pureza - Eliminação de colóides - Separação dos não-açucares - Separação de matérias estranhas como a terra, bagacinhos finos e outras substâncias solúveis que sejam prejudiciais - Produzir um caldo limpo Controlando o pH a um nível ótimo, assegura-se uma remoção satisfatória dos compostos indesejáveis no caldo e fornece uma condição adequada para a recuperação de açúcar. O pH ideal do caldo é aquele que resulta num pH do xarope de 6,5. Trata-se do valor mais ou menos ótimo para conduzir as etapas subsequentes de cristalização, fornecendo massas cozidas fáceis de cristalizar, mínimo desenvolvimento de compostos e cor indesejáveis, pequena decomposição dos açúcares redutores e perda de sacarose por inversão. A clarificação Simples é o método mais antigo de purificação do caldo. Este tratamento a base de cal e calor forma um precipitado pesado de composição complexa, no qual parte é mais leve e parte é mais pesada do que o caldo. Esse precipitado floculante leva consigo a maior parte do material fino que está no caldo e que não foi extraído pelas peneiras no setor de moagem. A separação deste precipitado é feita por sedimentação e decantação. Esse processo de Clarificação Simples é utilizado para a fabricação do açúcar demerara ou VHP, porém para a fabricação do açúcar cristal (conhecido como brando direto) é necessário melhorar a cor e o brilho do açúcar. Para produzir tal açúcar é necessário recorrer a procedimentos mais complexos do que a Clarificação Simples. Os procedimentos que usam SO2 ou CO2 com cal, processos chamados de Sulfitação e Carbonatação, respectivamente.
  • 32. A Usina de Açúcar e sua Automação O açúcar produzido pelo processo de Carbonatação é de melhor qualidade e mais uniforme do que o produzido por Sulfitação, porém seu custo é muito maior. Por este motivo a Carbonatação não é muito utilizado no hemisfério ocidental, mas é muito utilizado no hemisfério oriental (Java, Formosa, Índia, África do Sul e outros países). A Sulfitação pode ser feita a frio ou à quente, antes ou depois do tratamento com cal. A Sulfitação é feita de forma contínua, já que o caldo e os gases de SO2 passam continua e simultaneamente em contracorrente através de uma torre (Coluna de Sulfitação). O gás dióxido de enxofre (SO2) é obtido pela combustão do enxofre em fornos. O gás é resfriado para evitar a formação de SO3, pois aumentaria o consumo de enxofre. O Leite de Cal (hidróxido de cálcio) é obtido através da mistura de cal virgem com água. A cal virgem deve possuir cerca de 90% de óxido de cálcio. O leite de cal dever ser preparada com 3 a 4 graus Baume, pois este valor garante a controlabilidade do processo. A operação de Aquecimento consiste na elevação da temperatura do caldo caleado a uns graus acima de sua temperatura de ebulição (mais ou menos 105 o C). ESQUEMA DO TRATAMENTO DE CALDO: Forno de Enxofre
  • 33. A Usina de Açúcar e sua Automação Coluna de Sulfitação e Aquecedores de Caldo DECANTADORES PARA A CLARIFICAÇÃO CONTÍNUA Depois que o caldo é sulfitado, caleado e aquecido, ele é enviado para os decantadores para que seja feita a separação das impurezas (lodo). O tempo de retenção do caldo nos decantadores varia de 2 a 4 horas. ESQUEMA DE UM DECANTADOR: CAIXA DE LODO CAIXA DE CALDO CLARO ACIONAMENTO DOS RASPADORES RASPADORES BANDEJAS LODO TANQUE FLASH CALDO AQUECIDO
  • 34. A Usina de Açúcar e sua Automação Vista de área de Decantação e Filtragem Automação da área de Tratamento do Caldo: CONTROLE DE pH DO CALDO SULFITADO Esse controle consiste em medir o pH do caldo após a sulfitação e controlar a velocidade do inversor de freqüência da rosca sem fim que alimenta a vazão de enxofre para forno rotativo. CONTROLE DE pH DO CALDO CALEADO Esse controle consiste em medir o pH do caldo caleado e controlar a vazão de leite de cal para correção do pH do caldo. A dosagem de leite de cal pode ser feita através de válvula de controle ou de bomba dosadora com inversor de freqüência, sendo este último a mais recomendada. O controle de pH pode ser fracionário, com duas dosagens de leite de cal, uma dosagem na caleação em função da vazão de caldo e outra dosagem fina no balão flash, medindo o pH e controlando a dosagem de leite de cal. CONTROLE DE TEMPERATURA DO CALDO Esse controle consiste em medir a temperatura na saída dos aquecedores de caldo e controlar a vazão de vapor para os aquecedores, mantendo a temperatura ideal para a decantação. CONTROLE DE VAZÃO E DIVISÃO DO CALDO PARA OS DECANTADORES Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de caldo para os decantadores. Caso a Usina possua vários decantadores é recomendado fazer a divisão do caldo, medindo a vazão geral de caldo e distribuindo o caldo proporcionalmente para cada decantador. O nível da caixa de caldo caleado pode fazer parte do controle, alterando a vazão nos casos de níveis críticos (alto e muito baixo). CONTROLE DE DOSAGEM DE POLÍMERO PARA OS DECANTADORES Esse controle consiste em controlar a dosagem de polímero para cada decantador, em função da vazão de caldo, mantendo uma relação caldo x polímero. CONTROLE DE RETIRADA DE LODO DOS DECANTADORES Esse controle consiste em medir a densidade do lodo na saída do decantador e controlar a vazão de saída do lodo através de uma bomba dosadora ou válvula rotativa.
  • 35. A Usina de Açúcar e sua Automação RESULTADOS OBTIDOS COM A AUTOMAÇÃO: Conteúdo de SO2 do caldo (ppm) dentro dos parâmetros estabelecidos Estabilidade do pH do caldo Temperatura ótima para decantação Maior remoção do lodo Menor afetação na cor Diminuição das perdas por inversão Melhor recuperação dos filtros (pol da torta) Menor quantidade de mel na fábrica FILTRAGEM DO LODO O material sedimentado nos decantadores (lodo) é enviado para a filtragem, para ser feita a recuperação da sacarose presente no lodo. A filtragem é feita através de Filtro Rotativo à Vácuo. O filtro é um tambor rotativo, onde a parte inferior está imersa no cocho de lodo. O tambor possui três zonas de filtragens independentes (Zona de baixo vácuo, zona de alto vácuo e zona de descarga), cobertas por uma tela perfurada. O lodo é misturado com bagacinhos finos, criando uma mistura porosa (torta) que permite a pega no tambor do filtro e a filtrabilidade da torta. A zona de baixo vácuo serve para efetuar a pega da torta. Na zona de alto vácuo é feita à aplicação da água na superfície da torta por aspersão. A água passa através da torta, retirando o caldo. Na zona de descarga é feita a raspagem da tela para a retirada da torta filtrada. O caldo turvo e claro são retornados para caixa de caldo misto e a torta rejeitada é enviada para a lavoura. A pol da torta rejeitada não deve ser superior a 1,5%.
  • 36. A Usina de Açúcar e sua Automação ESQUEMA DE UM FILTRO ROTATIVO: Automação da área de Filtragem do Lodo: CONTROLE DE NÍVEL DA CAIXA DE LODO Esse controle consiste em medir o nível da caixa de lodo e controlar a velocidade do inversor de freqüência do Filtro Rotativo, com um limite máximo e mínimo. CONTROLE DE NÍVEL DO COCHO DE LODO Esse controle consiste em medir e controlar o nível do cocho de lodo. CONTROLE DE PREPARO DA TORTA Esse controle consiste em medir a densidade da torta e dosar a vazão de bagacinho para a mistura com o lodo. LÔDO + BAGACILHO LAVAGEM DA TORTA TORTA TELA CÂMARA DE FILTRAGEM VÁCUO ALTO VÁCUO BAIXO VÁLVULA DISTRIBUIDORA CAMADA DE BAGACILHO (ELEMENTO FILTRANTE) CALDO CLARO CALDO TURVO
  • 37. A Usina de Açúcar e sua Automação Vista do Filtro Rotativo à Vácuo Saída da Torta
  • 38. A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DO TRATAMENTO DO CALDO:
  • 39. A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico do Tratamento do Caldo EVAPORAÇÃO O tratamento do Caldo fornece um caldo clarificado. Este caldo é açúcar dissolvido na água, com certas impurezas. Como já se eliminou parte das impurezas, é preciso evaporar a água. Esta é a finalidade da Evaporação. Porém, à medida que a água é extraída do caldo, o açúcar fica concentrado, até aproximar do seu ponto de saturação, isto é, do ponto em que os cristais começam a aparecer na massa. A concentração é levada até seu ponto máximo, quando o licor-mãe fica apenas nos espaços livres entres os cristais (massa cozida). Evidentemente uma massa assim não pode ser manipulada como um caldo ou um xarope líquido. Por isso a concentração é separada em duas fases: - A evaporação, que concentra o caldo clarificado até formar o xarope, trabalhando apenas com um produto líquido. - O cozimento, que começa justamente antes do momento em que os cristais começam a aparecer no xarope e vai até a concentração máxima. O ponto de cristalização do caldo de cana fica nas proximidades de 78o a 80o brix. Teoricamente é possível obter a evaporação até 75o brix, porém no cozimento é preciso de um xarope ainda capaz de dissolver cristais falsos, que se formam no início do cozimento. Por isso o xarope tem em média 65o brix. Um evaporador de Usina é constituído principalmente por uma calandra tubular, a qual serve como aparelho de intercâmbio da temperatura: o vapor de aquecimento envolve os tubos externamente e o caldo a ser evaporado está no interior do tubo.
  • 40. A Usina de Açúcar e sua Automação O vapor entra na calandra com uma temperatura e pressão fixa, no qual condensa, liberando assim seu calor latente. No interior dos tubos está o caldo com uma temperatura e pressão menor que absorve o calor liberado pela condensação do vapor. A remoção inadequada dos condensados pode causar afogamento parcial dos tubos no lado da calandra, com redução da superfície efetiva de aquecimento. Os condensados contaminados são encaminhados para a fábrica, como água de diluição e o condensado bom é retornado para a geração de vapor (caldeiras) para o seu reaproveitamento. O vapor utilizado na Pré-Evaporação é o Vapor de Escape das turbinas a vapor do setor de moagem e da casa de força. O Vapor de Escape possui uma pressão média de 1,5 kgf/cm². Em média a evaporação consome entre 200 a 300 quilos de vapor para evaporar 1000 quilos de água. Enquanto o cozimento consome em média 1100 quilos de vapor para evaporar até 1000 quilos de água. A evaporação é dividida em duas partes: Pré-evaporação e Evaporação. O caldo é primeiro concentrado em um vaso de pressão (pré-evaporador), que trabalha com Vapor de Escape com pressão de 1,5 kgf/cm² na calandra. A água evaporada é extraída do corpo do pré-evaporador em forma de vapor a 0,7 kgf/cm² (Vapor Vegetal). O Vapor Vegetal gerado nos pré-evaporadores são utilizadas na Evaporação em Múltiplos Efeitos, nos Cozedores à Vácuo e nos aquecedores de caldo. O caldo pré-evaporado contém uma concentração em média de 20o brix. Esse caldo é enviado para a evaporação em múltiplos efeitos, que deverá ser concentrado até formar o xarope, que deverá conter uma concentração em média de 65o brix. Na evaporação em múltiplos efeitos, o vapor da ebulição do caldo de um corpo é usado como fonte de calor para o corpo seguinte. Isto pode ser realizado pela redução da pressão no corpo seguinte. Em um arranjo em série, ou múltiplos efeitos, o princípio de Rillieux estabelece que uma unidade de vapor evaporará tantas unidades de água quantos forem os corpos ou efeitos. Assim, em um conjunto de 4 efeitos em série ou quádruplo efeito como é conhecida, uma unidade de vapor é capaz de evaporar quatro unidades de água. No corpo do último efeito é feito vácuo para garantir a queda de pressão e temperatura de cada efeito. Esquema de Múltiplos Efeitos 1º EFEITO 2º EFEITO 3º EFEITO XAROPE ÁGUA VÁCUO 4º EFEITO 103 o º 94º 78º 55º
  • 41. A Usina de Açúcar e sua Automação Para obter um Vácuo, os vapores liberados pela evaporação devem ser condensados. O condensador é um recipiente cilíndrico e fechado, que entra água fria na parte superior, que entra em contato com os vapores quentes, que condensam aumentando sua própria temperatura. A mistura da água fria e o condensado dos vapores, saem pela parte inferior do condensador, por uma tubulação até o poço quente, que está no piso zero. Esta água é enviada para a torre de resfriamento e voltará novamente para o condensador, em um circuito fechado. Os condensadores mais utilizados são: - condensador em contracorrente, onde o vapor entra na lateral, perto do fundo. - condensador de corrente paralela, onde o vapor entra por cima. - condensador ejetor (Multijato), que é uma modificação do condensador de corrente paralela, onde a água fria entra em forma de spray, através dos bicos do multijato. CONJUNTO DE EVAPORAÇÃO: VAPOR VEGETAL PRÉ 1 º EFEITO 2 º EFEITO 3 º EFEITO CALDO CLARIFICADO XAROPE VAPOR DE ESCAPE ÁGUAVÁCUO CALANDRA SEPARADOR DE ARRASTE CORPO 15Bx 20Bx 4 º EFEITO CONDENSADO 65Bx
  • 42. A Usina de Açúcar e sua Automação Conjunto de Evaporação Convencional tipo Roberts - Usina São Luiz de Ourinhos Existe vário tipo de evaporadores: - Evaporador Roberts que é o convencional e mais utilizados pelas usinas. - Evaporador Kestner, que é muito utilizado na África do Sul. - Evaporador de película fina, que é mais utilizado na fábrica de Açúcar Invertido - Evaporador a placas, que é mais utilizado nas refinarias de açúcar para concentração da calda.
  • 43. A Usina de Açúcar e sua Automação Evaporador a placas - Cocamar
  • 44. A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DO VAPOR VEGETAL: A área de evaporação é centro do balanço energético da Usina, pois ela recebe vapores de escape de alta pressão e entrega vapores vegetais com baixa pressão aos aquecedores, aos cozedores a vácuo e em alguns casos aos aparelhos de destilação. Em alguns múltiplos efeitos é possível a sangria de vapor vegetal do 1o e 2o efeitos, utilizados para os aquecedores primários. 1,5 kgf/cm² 0,7 kgf/cm² 40 t/h 95 t/h 30 t/h COZEDORES AQUECEDORES EVAPORADOR MÚLTIPLOS EFEITOS PRÉ-EVAPORADOR 40 o C104 o C 25t/h 100t/h CALDO
  • 45. A Usina de Açúcar e sua Automação Automação da área de Evaporação: CONTROLE DE NÍVEL DA CAIXA DE CALDO CLARIFICADO Esse controle consiste em medir o nível da caixa de caldo clarificado, abrindo uma válvula on/off de água quente, se caso o nível chegar a um nível crítico muito baixo. Esse controle é importante para não faltar líquido para os evaporadores, o que poderia aquecer os tubos da calandra e parar a geração do Vapor Vegetal, que causaria falta de vapor para os cozedores e aquecedores. CONTROLE DE TEMPERATURA DO CALDO Esse controle consiste em medir a temperatura do caldo antes da entrado no pré- evaporador, e controlar a vazão de vapor para o aquecedor de caldo. Esse controle é importante, pois o caldo irá entrar no pré-evaporador perto de sua temperatura de ebulição, não prejudicando a eficiência do pré-evaporador. CONTROLE DE NÍVEL DOS PRÉ-EVAPORADORES Esse controle consiste em medir e controlar o nível de caldo para garantir a máxima eficiência do pré-evaporador. Nível alto no pré-evaporador pode contaminar o Vapor Vegetal. CONTROLE DE VAZÃO E DIVISÃO DO CALDO PARA VÁRIOS PRÉ-EVAPORADORES Esse controle consiste em medir a vazão de caldo para cada pré-evaporador, e distribuir a vazão proporcional para cada um, de modo que não falte caldo para nenhum pré- evaporador. A vazão geral de caldo é medida e feita uma relação para o controle individual de vazão para cada pré-evaporador. CONTROLE DE NÍVEL DAS CAIXAS DA EVAPORAÇÃO MÚLTIPLOS EFEITOS Esse controle consiste em medir o nível de caixa da evaporação, e controlar a vazão de entrada de caldo. Esse controle permite trabalhar com o nível ótimo para evaporação. Se o nível estiver muito baixo, a superfície de aquecimento dos tubos não será usada integralmente, e os tubos podem secar na parte superior. Se o nível estiver muito alto, a parte inferior do tubo fica afogada com caldo que se move à baixa velocidade, não obtendo por conseqüência, a máxima evaporação. O nível ótimo é aquele em que o líquido começa a ser arrastado para o topo dos tubos através das bolhas de vapor, com somente um pequeno fluxo na parte superior do espelho. Este nível varia com o tamanho dos tubos, temperatura, taxa de transferência de calor, incrustações e viscosidade do caldo. O nível ótimo está cerca de 25 a 40% da calandra. CONTROLE DE VAZÃO DE CALDO PARA A EVAPORAÇÃO MÚLTIPLOS EFEITOS Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de caldo na entrada do 1o efeito da evaporação. Esse controle pode trabalhar em cascata com o controle de nível do 1o efeito. CONTROLE DE BRIX DO XAROPE Esse controle consiste em medir o brix do xarope e controlar a vazão de xarope na saída do último efeito da evaporação. CONTROLE DE VÁCUO DO ÚLTIMO EFEITO DA EVAPORAÇÃO Esse controle consiste em medir a pressão do corpo do último efeito, e controlar a vazão de água fria para o condensador barométrico ou multijato.
  • 46. A Usina de Açúcar e sua Automação CONTROLE DE RETIRADA DOS GASES INCONDENSÁVEIS DO 3O E 4O EFEITOS Esse controle consiste em medir a temperatura do vapor na calandra e a temperatura na saída dos gases, mantendo um diferencial de temperatura, controlando a vazão de saída dos gases. CONTROLE DE NÍVEL DAS CAIXAS DE CONDENSADO Esse controle consiste em medir o nível da caixa de condensado, e controlando a vazão de condensado na saída da caixa. Esse controle garante a extração de condensado da calandra, permitindo que o evaporador trabalhe com sua máxima eficiência. MONITORAÇÃO E ALARME DE VARIÁVEIS AUXILIARES - Temperatura do caldo clarificado - Temperatura do corpo das caixas de evaporação - Temperatura da calandra das caixas de evaporação - Temperatura da água fria na entrada do multijato - Temperatura da água quente na saída do multijato - Pressão do corpo das caixas de evaporação - Pressão do Vapor de Escape - Pressão do Vapor Vegetal - Condutividade do condensado COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação da evaporação. SISTEMA DE SUPERVISÃO Software de supervisão para operação, arquivo de dados em histórico e emissão de relatórios, e interligado a uma rede Ethernet para comunicação com os outros setores da Usina. RESULTADOS OBTIDOS COM A AUTOMAÇÃO DA EVAPORAÇÃO: Estabilidade do brix do xarope Garantia da geração de vapor vegetal na falta de caldo Melhora na eficiência da evaporação Diminuição da incrustação Menor afetação na cor Melhor aproveitamento da energia Trabalho de cada efeito dentro dos parâmetros estabelecidos de pressão e temperatura
  • 47. A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA PRÉ-EVAPORAÇÃO FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA EVAPORAÇÃO MÚLTIPLO EFEITOS COM CONTROLE DE NÍVEL DAS CAIXAS Usinas que trabalham com esta filosofia: Usina Santa Elisa, Usina Santa Rita, Usina Cidade Gaúcha.
  • 48. A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA EVAPORAÇÃO MÚLTIPLO EFEITOS COM CONTROLE DE VAZÃO DE CALDO A filosofia deste modo de controle da evaporação é manter a vazão da entrada de caldo e o brix do xarope. Conhecendo a taxa de evaporação do múltiplo efeito, podemos calcular a vazão ideal de caldo para um brix desejável do xarope, teoricamente com a evaporação limpa. Então fixamos este valor como set-point para a vazão de caldo e set-point desejável para o brix do xarope (exemplo: se a evaporação estiver limpa, a evaporação deve evaporar 100 m³/hora de caldo, resultando um xarope com 65o brix). Então colocamos a evaporação em funcionamento. Com o passar do tempo, as caixas irão perder eficiência, devido às incrustações, então o controle de brix deverá segurar mais o xarope no último efeito para assegurar o valor desejável de brix, consequentemente irá subir o nível de caldo, como as caixas estão interligadas, o nível do 1o efeito também irá subir, como o controle de vazão está em cascata com o nível do 1o efeito, esse controle irá reduzir a vazão de caldo. Portanto a evaporação irá se ajustar para manter o brix desejável. Caso a nova vazão ideal de caldo for baixa, devido à caixa pulmão de caldo clarificado estiver alto, o operador poderá baixar o brix desejável do xarope. Usinas que operam com esta filosofia: Usina Maracaí, Usina Alto Alegre, Usina Santa Terezinha de Tapejara. Medidor de vazão com válvula de controle de caldo Usina Maracaí (2 linhas de evaporação)
  • 49. A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico da Evaporação Tela de Sinótico da Evaporação
  • 50. A Usina de Açúcar e sua Automação FLOTADOR DE XAROPE Querendo produzir um açúcar de melhor qualidade, se fazer uma Clarificação do Xarope através de uma operação unitária baseada na Flotação. Neste processo tecnológico se aplica um acondicionamento físico-químico das impurezas de forma que elas mesmas se agrupem em flóculos, e pela diferença de densidade com respeito ao líquido no qual se encontram em suspensão, flotem e finalmente sejam separadas do xarope. Neste processo se produz ainda uma forte descoloração do xarope. Por meio deste processo são eliminadas grandes partes das gomas, polissacarídeos, almidons. Além de diminuir a viscosidade e ganhar um incremento de pureza. Este processo consiste em aumentar a acidez do xarope, de maneira que se torne necessário utilizar mais leite de cal para atingir a neutralização novamente. O xarope recebe uma dosagem de ácido fosfórico e é aquecido com vapor, para depois receber o leite de cal para neutralização do pH. Então o xarope passa por um sistema de aeração e recebe a dosagem do polímero e do descolorante, para depois ser submetido ao Flotador. O polímero de flotação reage com o ar, com os sais e as impurezas, formando um flóculo menos denso que o xarope, subindo para a superfície superior do flotador, formando uma espuma que é separada através de um raspador, que depois é diluída é retornada para a caixa de caldo misto. Clarificador da Refinadora Catarinese (Açúcar Portobelo) - Ilhota / SC
  • 51. A Usina de Açúcar e sua Automação Automação da área de Flotação de Xarope: CONTROLE DE VAZÃO DE XAROPE EM CASCATA COM CONTROLE DE NÍVEL DA CAIXA DE XAROPE Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de xarope para o Flotador, em cascata com controle de nível da caixa pulmão de xarope. Se o nível estiver dentro de uma faixa pré- estabelecida, a vazão de xarope terá um set-point local com a vazão desejada de trabalho. Caso ocorra um nível crítico (muito baixo ou muito alto), o controle de nível atuará na vazão de xarope. Esse controle é muito importante para estabilizar a vazão, pois as oscilações de vazão interferem na formação dos flóculos e no processo de flotação. DOSAGEM AUTOMÁTICA DE ÁCIDO FOSFÓRICO Esse controle consiste em dosar automaticamente o ácido fosfórico, em função da vazão de xarope, através de uma relação, garantindo então a dosagem correta de ácido fosfórico, evitando danos ao processo e economia de ácido. DOSAGEM AUTOMÁTICA DE POLÍMERO Esse controle consiste em dosar automaticamente o polímero, em função da vazão de xarope, através de uma relação, garantindo então a dosagem correta de polímero, evitando danos ao processo e economia de polímero. DOSAGEM AUTOMÁTICA DE DESCOLORANTE Esse controle consiste em dosar automaticamente o descolorante, em função da vazão de xarope, através de uma relação, garantindo então a dosagem correta de descolorante, evitando danos ao processo e economia de descolorante. CONTROLE DE TEMPERATURA DO XAROPE Esse controle consiste em medir a temperatura do xarope, e controlar a vazão de vapor para o aquecedor, garantindo a temperatura ideal para a Flotação. CONTROLE DE PH DO XAROPE Esse controle consiste em medir o pH do xarope, e controlar a vazão de leite de cal, garantindo a neutralização do xarope e evitando danos ao processo de cristalização. CONTROLE DE NÍVEL DO AERADOR Esse controle consiste em medir o nível de xarope no aerador, através de uma válvula na saída de xarope do aerador. COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação do flotador. SISTEMA DE SUPERVISÃO Software de supervisão para operação, arquivo de dados em histórico e emissão de relatórios e interligado a uma rede Ethernet para comunicação com os outros setores da Usina.
  • 52. A Usina de Açúcar e sua Automação RESULTADOS OBTIDOS COM A AUTOMAÇÃO DO FLOTADOR DE XAROPE: FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DO FLOTADOR DE XAROPE: Usinas que possuem Automação do Flotador de Xarope: Usina Santa Elisa, Usina Alto Alegre, Usina São Luiz de Ourinhos, Usina Delta, Usina Maracaí. • Estabilidade e eficiência do flotador • Economia de produtos químicos • Melhora na qualidade do xarope • Dosagem exata de produtos químicos • Melhora na cor do xarope • Maior remoção de impurezas
  • 53. A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico do Flotador de Xarope
  • 54. A Usina de Açúcar e sua Automação COZIMENTO Quando o caldo de cana é concentrado, sua viscosidade aumenta rapidamente com o brix e quando este alcança 78 à 80o , os cristais começam a aparecer e a constituição da massa transforma-se: passa progressivamente do estado líquido a um estado meio sólido, meio líquido, perdendo cada vez mais sua fluidez, e consequentemente, sua manipulação se modifica completamente, torna-se massa cozida. A consistência da massa cozida não mais permite fervê-la em tubos estreitos e nem fazê-la circular facilmente de um corpo para ao outro. Por isso utiliza-se o Cozedor à Vácuo, que é um evaporador de simples efeito, desenhado para manipular materiais densos e viscosos. O cozedor é essencialmente um cristalizador evaporativo, isto é, um equipamento para realizar e controlar a cristalização do açúcar por meio da evaporação da água. Existem vários tipos de Cozedores: - Batelada ou Contínuo - Verticais ou Horizontais - Com calandra ou serpentinas - Com calandra fixa ou flutuante - Com calandra plana ou inclinada - Com circulação natural ou forçada (agitação mecânica) Cozedor batelada, vertical com calandra fixa Vista interna do Cozedor (calandra fixa e plana, com tubos). e plana, (para massas de baixa pureza maiores para melhor circulação da massa).
  • 55. A Usina de Açúcar e sua Automação Vácuo Contínuo DZ Langreney Vácuo Contínuo FCB - Açúcar Guarani Unidade Cruz Alta
  • 56. A Usina de Açúcar e sua Automação CONJUNTO DE UM COZEDOR À VÁCUO "CONVENCIONAL" CRISTALIZAÇÃO A cristalização é uma operação unitária do tipo de transferência de massa. A transferência de massa ocorre quando se ultrapassa um ponto crítico na atração molecular da sacarose. Para que os cristais formem-se na massa, é indispensável que haja uma supersaturação acentuada. À medida que os cristais se formam e crescem, a supersaturação do licor-mãe diminui. Para manter a supersaturação, é preciso haver evaporação de água e alimentação de produto açucarado. A velocidade de cristalização de uma massa cozida depende: - da Viscosidade - da Temperatura - da Supersaturação - da Pureza do licor-mãe XAROPE MEL ÁGUA VAPOR TOMADA DE PROVA CALANDRA CONDENSADO CONDENSADO ÁGUA MULTI-JATO VÁCUO SEPARADOR DE ARRASTE TUBO CENTRAL DESCARGA DE MASSA QUEBRA VÁCUO LUNETAS
  • 57. A Usina de Açúcar e sua Automação A velocidade de cristalização cai muito, quando a pureza do licor-mãe diminui. Por este motivo, explica-se a diferença considerável entre os tempos de cozimento necessários para os cozimentos de Massa A, B e C. SUPERSATURAÇÃO Em uma solução açucarada, não há formação e crescimento de cristais se a solução não estiver Supersaturada, isto é, a solução tem que possuir mais sólidos do que a água possa dissolver em uma determina temperatura. A supersaturação possui três zonas: Zona Metestável Nesta zona, os cristais existentes na solução crescem e não há formação de novos cristais. Zona Intermediária Esta zona está acima da Metestável. Nesta zona há formação de cristais novos na presença dos cristais existentes. Os cristais novos e existentes crescem juntos. Zona Lábil Finalmente, mais acima da zona intermediária, está a zona lábil, onde há o crescimento dos cristais existentes e há formação de cristais novos, independente da presença de cristais. Durante o cozimento, é conveniente manter a supersaturação do licor-mãe o mais próximo possível do limite superior da Zona Metestável.
  • 58. A Usina de Açúcar e sua Automação ESGOTAMENTO É a proporção de sacarose extraída de uma massa cozida. O esgotamento da sacarose é realizado em várias etapas dentro de uma fábrica de açúcar. O processo empregado com mais freqüência é o de três massas, que consiste em três tipos de cozimentos: Cozimento A: Também conhecido como cozimento de primeira, consiste em esgotar a sacarose do xarope, que contém uma pureza média de 80 a 90. Este cozimento tem início com o magma do cozimento C, que são cristais com tamanho médio de 0.3 milímetros, que ao crescerem, esgotam a sacarose do licor-mãe. Ao final do cozimento, o açúcar A deve ter um tamanho de 0.8 a 1 milímetro que está misturado com o seu licor-mãe, que deve estar com uma pureza menor, cerca de 68 a 72. Essa massa cozida A será centrifugada para separação do açúcar e seu licor-mãe (mel rico). O esgotamento deste cozimento é muito eficiente, esgotando em média de 50 a 60% da sacarose do xarope, portanto o açúcar produzido é o de melhor qualidade possível na planta (quanto à pureza, polarização, cor, cinzas, etc.) Cozimento B: Também conhecido como cozimento de segunda, consiste em esgotar a sacarose do mel rico extraído do cozimento A, que contém uma pureza média de 68 a 72. Este cozimento tem início com o magma do cozimento C e o processo é igual ao cozimento A, porém ao final do cozimento, o açúcar B deve ter um tamanho médio de 0.7 milímetros que está misturado com o seu licor-mãe, que deve estar com uma pureza menor, cerca de 56 a 60. Essa massa cozida B será centrifugada para separação do açúcar e seu licor-mãe (mel pobre). O esgotamento deste cozimento é menor, devido a maior viscosidade da massa B, esgotando em média de 40 a 50% da sacarose do mel rico. O açúcar B é mais pobre, por isso normalmente não é comercializado. Normalmente é refundido para ser misturado ao xarope (aumentar a pureza) ou para fabricação do açúcar refino granulado. Cozimento C: Também conhecido como cozimento de terceira ou de granagem, consiste em esgotar a sacarose do mel pobre extraído do cozimento B, que contém uma pureza média de 60. Este cozimento tem início com mel pobre ou rico, aonde será concentrado até uma determinada supersaturação, onde será introduzida a semente (cristais preparados em laboratório com tamanho médio de 0.1 milímetro), que ao crescerem, esgotam a sacarose do licor-mãe. Ao final do cozimento, o açúcar C deve ter um tamanho médio de 0.3 milímetros que está misturado com o seu licor-mãe, que deve estar com uma menor, cerca de 35 a 40. Essas massas cozidas C serão centrifugadas em centrifuga contínua, para separação dos cristais e seu licor-mãe (mel final). Esse açúcar é utilizado como pé de cozimento para os cozimentos A e B.
  • 59. A Usina de Açúcar e sua Automação Esse processo de 3 massas é utilizado na maioria dos países que produzem açúcar. Porém no Brasil, as usinas utilizam o processo de 2 massas, que consiste nos Cozimentos A e C, que consiste em não produzir o açúcar B, devido ao seu baixo preço, dando preferência à fabricação do álcool. Porém muitas usinas já estão pensando em adotar o processo de 3 massas, devido ao baixo preço do álcool. ESQUEMA DE UM PROCESSO COM 3 MASSAS: Usina Santa Elisa COZIMENTO “A” XAROPE MEL RICO A MEL POBRE A AÇUCAR A AÇUCAR B MEL RICO B MEL POBRE B MASSA “A” MASSA “B” MASSA “C” MEL FINAL CRISTALIZADORES CENTRÍFUGA AUTOMÁTICA COZIMENTO “B” COZIMENTO “C” CENTRÍFUGA CONTÍNUA MAGMA DILUIDOR
  • 60. A Usina de Açúcar e sua Automação Funcionamento de um Cozedor: Primeiramente o operador deve efetuar a formação de vácuo, que compreende abrir a válvula de água para o multijato, para conseguir o vácuo desejável (média de 24 polegadas de mercúrio). Para formar o vácuo rapidamente, o operador abriu a válvula de vapor de limpeza. Com o vácuo formado, o operador faz o carregamento de pé, que compreende abrir a válvula de produto açucarado (xarope, mel rico, mel pobre, ou uma mistura desses produtos) com uma pureza média de 78 a 82 (para granagem). A quantidade de pé deve ser o mínimo possível, mas deverá ser suficiente para cobrir a calandra, para evitar a formação de pequenas ondas ou respingos, caindo sobres às partes descobertas dos tubos de aquecimento, que provocaria a caramelização. Com o pé carregado, o operador faz a concentração, que compreende abrir a válvula de vapor vegetal para a calandra, para poder concentrar o produto açucarado. À medida que o produto açucarado se concentra, ele torna-se mais viscoso. Quando a supersaturação alcançar o ponto desejado, procede-se a semeação (granagem). O ponto de semeação corresponde a um brix de 80o em média. O operador reconhece este momento pela viscosidade do produto, cujos respingos escorrem cada vez mais lentos sobres os visores. Outro meio é a prova do fio. O operador retira uma pequena amostra do produto, colocando entre os dedos polegar e indicador e os separa rapidamente: o momento certo corresponde a um fio que se rompe com um comprimento de 2 a 3 centímetros. Efetuando esta prova cedo demais, o fio rompe-se assim que se separam os dados, tarde demais, não há rompimento.
  • 61. A Usina de Açúcar e sua Automação A granagem é efetuado na zona metaestável. Assim que o momento é alcançado (ponto de semente 1), o operador diminui o vácuo, esperando a concentração adequada para esta nova temperatura. Assim que o momento é alcançado (ponto de semente 2), os operadores abriram a válvula de injeção de semente. Uma vez a semente introduzida, o operador aguarda o tempo de estabelecimento dos grãos, abrindo a válvula de água para manter uma taxa de evaporação alta e uma circulação perfeita, permanecendo cerca de 10 a 20 minutos, até que os cristais tornem-se visíveis a olho nu. Assim impede-se um aumento da supersaturação, que causaria a formação de cristais falsos. Após o tempo de estabelecimento dos grãos, o operador começa a alimentação, restabelecendo o vácuo normal, e abrindo a válvula de alimentação de produto açucarado. Todo o restante do cozimento consiste no crescimento dos cristais existentes, sem formar cristais falsos (novos cristais que se formam de tamanhos diferentes, dificultando a centrifugação, ou formando uma poeira que passa pela tela das centrífugas, enriquecendo e contaminando os méis). Para isto não ocorrer, deve-se manter a maior regularidade do cozimento, mantendo o vácuo e a pressão da calandra constante. Qualquer aumento no vácuo ou queda de pressão da calandra, pode ocasionar uma formação secundária de cristais pela diminuição da temperatura do cozedor (passagem rápida na zona lábil ou intermediária). Além destas duas causas freqüentes, os cristais falsos também podem ser produzidos, devido a: - uma evaporação rápida demais. - introdução de produto açucarado frio demais. - entrada de ar pelas válvulas secundárias (descarga, corte, quebra-vácuo) que não estão seladas hermeticamente. Assim que se contata que os cristais ocupam todo o espaço disponível e que o licor-mãe está somente nos espaços livres entre os cristais, é alcançado o nível final, devendo o operador efetuar a descarga de massa para os cristalizadores ou sementeiras. Automação da área de Cozimento: CONTROLE DE VÁCUO DO CORPO DO COZEDOR Este controle consiste em medir o vácuo do corpo do cozedor, e controlar a vazão de água para o multijato. Este controle juntamente com o controle de pressão da calandra, será responsável para manter a temperatura (uma das variáveis que afetam a supersaturação). CONTROLE DE PRESSÃO DA CALANDRA Esse controle consiste em medir a pressão da calandra do cozedor, e controlar a vazão de vapor vegetal. CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO Esse controle consiste em medir a concentração da massa cozida, através de um sonda de radiofreqüência, refratômetro, condutivimento, etc., e controlar a alimentação de produto açucarado. Este controle permite manter a supersaturação.
  • 62. A Usina de Açúcar e sua Automação CONTROLE DE ESTABELECIMENTO DOS GRÃOS APÓS GRANAGEM Este controle consiste em medir a concentração da massa cozida, e controlar a vazão de água para o cozedor. Este controle permite manter a supersaturação e a taxa evaporativa após a semeação. CONTROLE DE RETIRADA DOS GASES INCONDENSÁVEIS DA CALANDRA Esse controle consiste em medir a temperatura do vapor na calandra e a temperatura na saída dos gases, mantendo um diferencial de temperatura, controlando a vazão de saída dos gases. CONTROLE DE NÍVEL DA CAIXA DE CONDENSADO Esse controle consiste em medir o nível da caixa de condensado, e controlar a vazão de condensado na saída da caixa. Esse controle garante a extração de condensado da calandra, permitindo que o cozedor trabalhe com sua máxima eficiência. Sonda de Radiofreqüência MEDIÇÕES E ALARMES DE VARIÁVEIS AUXILIARES - Medição de nível do cozedor - Medição de temperatura da massa cozida - Medição de temperatura do produto de alimentação - Medição da corrente do motor do agitador mecânico - Medição de temperatura da água na entrada e saída do multijato - Medição de nível dos cristalizadores de massa cozida - Medição de nível das caixas de xarope, méis, magma e sementeira. - Medição de pressão do coletor de vapor vegetal
  • 63. A Usina de Açúcar e sua Automação COMANDO DAS VÁLVULAS ON/OFF Este sistema permite o comando e sequenciamento automático do cozimento, comandando as válvulas on/off: - válvula de descarga de massa - válvula de corte de massa - válvula de quebra-vácuo - válvula de vapor de limpeza - válvula de semente - válvula de água de limpeza - válvula de limpeza dos visores - válvula de liquidação COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação dos cozedores. SISTEMA DE SUPERVISÃO Software de supervisão para operação, arquivo de dados em histórico e emissão de relatórios, e interligado a uma rede Ethernet para comunicação com os outros setores da Usina. Sala de operação dos Cozedores - Usina Santa Elisa
  • 64. A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico dos Cozedores (Batelada) Tela de Sinótico do Cozedor Contínuo FCB
  • 65. A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico do Cozedor Batelada Tela de Sinótico do Cozedor Contínuo - DZ Langreney
  • 66. A Usina de Açúcar e sua Automação RESULTADOS OBTIDOS COM A AUTOMAÇÃO DOS COZEDORES: Diminuição do tempo de duração do cozimento: 20 a 30% Uniformidade e repetibilidade dos cozimentos, independente do operador que realiza o cozimento Economia de vapor, água e potência da fábrica Eliminação de formação de cristais falsos e grãos conglomerados Melhor esgotamento da massa cozida Padronização do tamanho e cor dos cristais Melhora no rendimento em cristais Gráfico de um cozimento em Manual na Usina Santa Elisa Gráfico de um cozimento em Automático na Usina Santa Elisa
  • 67. A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DO SETOR DE COZIMENTO Automação de um Cozedor de Granagem - Usina Maracaí
  • 68. A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DE COZIMENTO DE GRANAGEM FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DE COZIMENTOS A e B
  • 69. A Usina de Açúcar e sua Automação SEPARAÇÃO DO AÇÚCAR A massa cozida descarregada de um cozedor apresenta uma supersaturação acentuada. Deixando-a em repouso nos cristalizadores, a sacarose ainda contido no licor-mãe continua a depositar-se sobre os cristais. Porém, após pouco tempo em repouso, a cristalização será interrompida, por isso é preciso agitar esta massa, para modificar constantemente as posições relativas de todas as partículas do licor-mãe e dos cristais. Portanto, a finalidade dos cristalizadores é completar a formação dos cristais e aumentar o esgotamento do licor-mãe. Conjunto de Cristalizadores e Centrifugas Contínua - Usina Maracaí Quando o licor-mãe está praticamente esgotado, é preciso somente separá-lo dos cristais, para obter o açúcar comercial. Esta operação é realizada em turbinas centrifugas de secagem, que são chamadas de turbinas ou centrifugas. Existem dois tipos de centrífugas: contínua e batelada. A centrífuga contínua é utilizada para a separação dos cristais do açúcar C, para a formação do magma, que será utilizado como pé dos cozimentos A e B. As centrífugas bateladas são utilizadas para separação dos cristais do açúcar A e B. A centrífuga batelada é constituída de um motor, situado na parte superior, o qual aciona um eixo vertical que sustenta uma cesta cilíndrica, na qual coloca-se a massa cozida a ser turbinada. Esta cesta é perfurada, para deixar passar o licor-mãe (mel), reforçada com anéis, para resistir a força centrífuga, e guarnecida com telas metálicas, para reter o açúcar, e ao mesmo tempo deixando passar o mel. É aberta na parte superior, para a introdução da massa cozida e na parte inferior, para descarga do açúcar. O motor utilizado é de pólos comutáveis ou acionado por inversor de freqüência, para a comutação da velocidade (600 e 1200 rpm).
  • 70. A Usina de Açúcar e sua Automação A operação completamente automática requer apenas ajustes de tempo para as etapas sucessivas de aceleração inicial, carga, aceleração em baixa velocidade, lavagem, aceleração para alta velocidade, frenagem e descarga do açúcar. Tais ajustes são determinados pelas características da massa cozida e da qualidade do açúcar desejado. Um ciclo completo leva normalmente cerca de 2 a 3 minutos. Centrífugas Automáticas para Açúcar A e B Usina Cidade Gaúcha Centrífugas Contínuas para Açúcar C
  • 71. A Usina de Açúcar e sua Automação Automação da área de Separação de Açúcar: CONTROLE DE TEMPERATURA DOS CRISTALIZADORES Esse controle consiste em medir a temperatura da massa cozida, e controlar a vazão de vapor para a serpentina do cristalizador. Esse controle é utilizado nos cristalizadores de massa C, onde o tempo de cristalização é muito grande. MONITORAÇÃO DO NÍVEL DOS CRISTALIZADORES Permite monitorar o nível de massa nos cristalizadores, e intertravar com a descarga dos cozedores para evitar enchimento e transbordo de massa cozida. CONTROLE DE VELOCIDADE DA CENTRÍFUGA BATELADA Esse controle consiste em medir a rotação da centrifuga, e controlar a velocidade do inversor de freqüência do motor da centrifuga, intertravada com o sequenciamento lógico e sistema de segurança configurado no CLP para comando da centrifuga automática. Toda a operação é automática, desde o carregamento de massa até a descarga do açúcar. CONTROLE DE CORRENTE DA CENTRIFUGA CONTÍNUA Esse controle consiste em medir a corrente do motor da centrífuga, e controlar a vazão de alimentação de massa cozida. CONTROLE DE VAZÃO DE ÁGUA PARA CENTRÍFUGA CONTÍNUA Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de água de diluição para a centrífuga contínua. SISTEMA DE INTERTRAVAMENTO DA CENTRIFUGA CONTÍNUA Esse sistema consiste no intertravamento de partida da máquina, sistema de lubrificação e sistema de limpeza. CONTROLE DE NÍVEL DO CAIXA DE MEL RICO, MEL POBRE E MEL FINAL Esse controle consiste em medir o nível das caixas de méis, e controlar a vazão de saída das caixas, para não encher e causar perda de méis, e também para não cavitar a bomba, no caso de falta de mel. CONTROLE DE BRIX DO MEL RICO E MEL POBRE Esse controle consiste em medir o brix do mel, e controlar a vazão de água de diluição, para garantir a diluição dos possíveis cristais falsos contidos no mel. CONTROLE DE NÍVEL DE MAGMA Esse controle consiste em medir o nível de magma na rosca , e controlador a velocidade do inversor de freqüência da bomba de magma. CONTROLE DE VAZÃO DE ÁGUA PARA PREPARO DO MAGMA Esse controle consiste em medir a rotação da bomba de magma, e controlar a vazão de água para diluição do açúcar para preparo do magma. COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação dos cristalizadores, melaceiros, centrífugas contínuas e automáticas.
  • 72. A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico da Centrífuga Contínua Tela de Sinótico da Centrífuga Auto
  • 73. A Usina de Açúcar e sua Automação SECAGEM DO AÇÚCAR O açúcar comercial saindo das centrífugas contém em média, uma umidade de 0.5 a 2%. Esta umidade representa grave inconveniente à conservação do açúcar, quando passa de um certo limite (acima de 1%). Com um secador de açúcar é possível diminuir a umidade para 0.1 a 0.2%, obtendo uma melhor conservação do açúcar, além de aumentar a polarização e a titulação proporcionalmente à água extraída. O rendimento financeiro é muito superior à perda de peso ocasionada pela água evaporada. Um secador compreende um aquecedor de ar com ventilador e é dividido em uma parte de secagem e outra de esfriamento. A secagem por insuflação de ar quente consiste no aquecimento de ar para aumentar sua capacidade de absorção de água e em projetá-lo sobre o açúcar, o que provoca a evaporação da umidade. Existe secador vertical e horizontal. O secador horizontal é formado por um tambor rotativo, com uma inclinação de 5 a 7%, que facilita a progressão do açúcar. O ar quente que saí através do secador contém uma poeira muito fina de açúcar, por isso é enviado para uma coluna de lavagem para recuperação do açúcar. CONJUNTO DE UM SECADOR HORIZONTAL ROTATIVO: COLUNA DE LAVAGEM AR AMBIENTE VAPOR VIVO RADIADOR DAMPER ENTRADA DE AÇÚCAR VÁLVULA ROTATIVA DAMPER VAZÃO GASES EXAUSTOR DAMPER ACIONAMENTO AÇÚCAR PARA ENSAQUE AR AMBIENTE ÁGUA
  • 74. A Usina de Açúcar e sua Automação Automação da área de Secagem de Açúcar: CONTROLE DE TEMPERATURA DO AÇÚCAR Esse controle consiste em medir a temperatura do açúcar quente, e controlar a vazão de vapor de aquecimento. CONTROLE DE NÍVEL DO LAVADOR Esse controle consiste em medir o nível de água doce no lavador, e controlar a recirculação da água doce. CONTROLE DE BRIX DA ÁGUA DOCE Esse controle consiste em medir o brix da água doce do lavador, e controlar a vazão do retorno de água doce para a fabricação. ABERTURA DOS DAMPER DE AR QUENTE, AR FRIO E EXAUSTOR Consiste na abertura à distância dos atuadores de damper de ar quente, ar frio e exaustor. MONITORAÇÃO E ALARME DE VARIÁVEIS AUXILIARES - Temperatura do açúcar frio - Temperatura do vapor - Rotação do secador Secador Horizontal Rotativo, descarregando açúcar seco para o armazenamento .
  • 75. A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico do Secador de Açúcar REFINARIA A fim de produzir um açúcar comercial com melhor preço e mais aceitação do mercado, é produzida o Açúcar Refinado, que é um produto mais puro, com mais sacarose e com melhor aspecto (polarização, cor, tamanho, etc.). A produção do açúcar refinado requer a dissolução do açúcar cristal (demerara, VHP ou açúcar B). O processo de refinação possui várias etapas. O esquema abaixo, mostra um processo clássico de refinação.
  • 76. A Usina de Açúcar e sua Automação A afinação consiste na extração da película de mel que envolve a superfície do cristal. O cristal em si consiste em uma sacarose quase pura (maior de 99,5%), porem a película de mel pode apresentar uma pureza muito baixa (60 o ). O açúcar cristal é misturado com um xarope denso (75 o brix), para depois ser separado nas centrifugas, uma vez eliminado este xarope na afinação, o cristal é lavado com água quente. O açúcar lavado que saí da centrifuga de afinação é dissolvido em um derretidor, onde o açúcar é diluído com água e vapor, dando origem a calda com um brix médio de 65 o , que passará por um processo de clarificação. Normalmente a Clarificação é feita pelo processo de adição de cal e ácido fosfórico, que permite uma excelente clarificação de boa supressão de cor, porém o precipitado de fosfato é de difícil filtragem, por isso são utilizados os clarificadores de espuma. O princípio básico dos clarificadores de espuma é a aeração da calda, para que contenha bolhas de ar finamente separadas, e após o aquecimento da calda, o ar possa sair da solução. As bolhas de ar arrastam consigo o precipitado floculante para formar uma nata em forma de espuma, que são separadas pelos raspadores do clarificador. A calda limpa é retirada da parte inferior do clarificador, para seguir para o processo de filtragem. A calda que saí do clarificador possui uma cor clara brilhante, mas com grande parte da cor do açúcar cristal. A cor se suprime pela ação de meio de descoloração: carvão de osso animal, resinas químicas, etc. Estas substâncias extraem a cor e parte das cinzas, com muita eficiência. SEPARAÇÃO DO REFINADO CENTRIFUGAS DE AFINAÇÃO TRATAMENTO DA CALDA MISTURADOR AÇÚCAR E MEL DERRETIDOR CLARIFICAÇÃO DA CALDA CLARIFIDORES DE ESPUMA FILTRAGEM DA CALDA REFINADO AMORFO MASSA MEL CALDA DILUÍDA VAPOR AÇÚCAR LAVADO CALDA TRATADA ESPUMA AÇÚCAR TORTA AÇUCAR CRISTAL VAPOR REFINARIA DE AMORFO COZIMENTO DE REFINO REFINADO GRANULADO ÁGUA DOCE AÇÚCAR MEL ÁGUA
  • 77. A Usina de Açúcar e sua Automação Clarificador e Recuperadores de Espuma - Refinadora Catarinense Depois do processo de descoloração, a calda está praticamente incolor e passa para os concentradores. A concentração da calda, consiste em aumentar o brix até 75 o , através de concentradores à placa ou através da evaporação da água em um múltiplo efeito (tríplice efeito). A calda concentrada já está pronta para a cristalização, podendo ser utilizado para a produção do Açúcar Refinado Granulado ou do Açúcar Amorfo. O açúcar refinado granulado é cristalizado em Cozedores à Vácuo, idênticos aos do açúcar cristal, porém com algumas modificações para manejar massas com maior pureza e viscosidade. A massa cozida de refino será centrifugada em centrífugas automáticas, para separação dos méis.
  • 78. A Usina de Açúcar e sua Automação Cozedores à Vácuo para Açúcar Refinado Granulado - Refinadora Catarinense O açúcar amorfo é concentrado em Tachos com aquecimento e vácuo, porém imediatamente após a cristalização é descarregado para uma batedeira para afinação do açúcar, evitando a formação de grãos grandes e empedrados. Tacho de Cozimento p/ Açúcar Amorfo Vista Interna da Batedeira de Açúcar Amorfo
  • 79. A Usina de Açúcar e sua Automação Automação da área de Refinaria: CONTROLE DE BRIX DA CALDA NO DILUIDOR Esse controle consiste em medir o brix da calda na saída do diluidor, e controlar a vazão de água doce para diluição. CONTROLE DE TEMPERATURA NO DILUIDOR Esse controle consiste em medir a temperatura da calda no diluidor, e controlar a vazão de vapor para o diluidor. CONTROLE DE VAZÃO DA CALDA PARA O CLARIFICADOR, EM CASCATA COM CONTROLE DE NÍVEL Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de calda para o clarificador, em cascata com controle de nível da caixa pulmão de calda diluída. Se o nível estiver dentro de uma faixa pré-estabelecida, a vazão de calda terá um set-point local com a vazão desejada de trabalho. Caso ocorra um nível crítico (muito baixo ou muito alto), o controle de nível atuará na vazão de calda. Esse controle é muito importante para estabilizar a vazão, pois as oscilações de vazão interferem na formação dos flóculos e no processo de flotação. DOSAGEM AUTOMÁTICA DE ÁCIDO FOSFÓRICO Esse controle consiste em dosar automaticamente o ácido fosfórico, em função da vazão de calda, através de uma relação, garantindo então a dosagem correta de ácido fosfórico, evitando danos ao processo e economia de produto. DOSAGEM AUTOMÁTICA DE AEROFLOC Esse controle consiste em dosar automaticamente o aerofloc, em função da vazão de calda, através de uma relação, garantindo então a dosagem correta de aerofloc, evitando danos ao processo e economia de produto. DOSAGEM AUTOMÁTICA DE SUPERFLOC Esse controle consiste em dosar automaticamente o superfloc, em função da vazão de calda, através de uma relação, garantindo então a dosagem correta de superfloc, evitando danos ao processo e economia de produto. CONTROLE DE TEMPERATURA DA CALDA Esse controle consiste em medir a temperatura da calda, e controlar a vazão de vapor para o aquecedor, garantindo a temperatura ideal para a Flotação. CONTROLE DE PH DA CALDA Esse controle consiste em medir o pH da calda, e controlar a vazão de leite de cal, garantindo a neutralização da calda. CONTROLE DE NÍVEL DO AERADOR Esse controle consiste em medir o nível de calda no aerador, através de uma válvula na saída de calda do aerador. CONTROLE DE BRIX DA ÁGUA DOS RECUPERADORES DE ESPUMA Esse controle consiste em medir o brix da água doce na saída do último recuperador de espuma, e controlar a vazão de água para o segundo recuperador. CONTROLE DE BRIX DA CALDA FINA Esse controle consiste em medir o brix da calda fina, e controlar a vazão de vapor para o concentrador de calda.
  • 80. A Usina de Açúcar e sua Automação CONTROLE DOS COZEDORES À VÁCUO DE REFINO GRANULADO A filosofia de controle dos cozedores de refino granulado é igual aos cozedores de açúcar cristal. Os cozedores de refino normalmente possuem agitadores mecânicos para circulação da massa. CONTROLE DAS CENTRÍFUGAS AUTOMÁTICAS A filosofia de controle é igual das centrífugas de açúcar cristal, somente com ajustes diferentes, próprios para o a açúcar refinado. CONTROLE DE NÍVEL DO TANQUE MEDIDOR DE CALDA PARA AMORFO Esse controle consiste em medir e monitorar o nível do tanque medidor, fechando a válvula de entrada de caldo quando encher o tanque. CONTROLE DE TEMPERATURA DO TACHO DE COZIMENTO DO AMORFO Esse controle consiste em medir a temperatura da calda no tacho de cozimento, controlando a vazão de vapor de aquecimento. CONTROLE DA BATEDEIRA DE AMORFO Esse controle consiste em medir e monitorar a corrente do motor da batedeira de amorfo, durante o tempo ajustado. COMANDO DO PROCESSO DE AMORFO Esse sistema permite comandar a operação da planta de amorfo, comandar as válvulas on/off conforme a seqüência lógica programada. COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação da refinaria. SISTEMA DE SUPERVISÃO Software de supervisão para operação, arquivo de dados em histórico e emissão de relatórios, e interligado a uma rede Ethernet para comunicação com os outros setores da Usina.
  • 81. A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico da Diluição de Açúcar Tela de Sinótico da Dosagem e Clarificação da Calda
  • 82. A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico da Filtragem da Calda
  • 83. A Usina de Açúcar e sua Automação DESTILAÇÃO DE ÁLCOOL O mel final, mas conhecido como melaço, que sobrou do processo de produção do açúcar, será utilizado para a produção de álcool. Da fermentação do melaço resulta uma grande porcentagem do álcool feito no Brasil. A pureza do melaço depende da quantidade de esgotamento feita na fabrica de açúcar, normalmente de 58o a 60 O , com uma concentração média de 75 o a 80 O brix. Destilaria de Álcool - Cocamar Chegando na fermentação, o melaço é diluído com água ou com caldo, para uma concentração em média de 18o à 22o brix, originando o Mosto. o brix ideal do mosto depende do tipo de levedura utilizada e do processo de condução da fermentação. Quando se trabalha com um mosto diluído, a fermentação é mais fácil, rápida e completa, a multiplicação é favorecida pela transferência de oxigênio, os problemas de limpeza dos aparelhos são menores, porém exige maior volume de dornas e diminui a capacidade dos aparelhos, exigindo mais vapor e água. Quando se trabalha com um mosto muito concentrado, a fermentação é mais lenta e incompleta (açúcar residual alto), exigindo mais limpeza nos aparelhos e menor rendimento da fermentação. O mosto preparado é enviado para as dornas de fermentação, onde é adicionado o levedo (fermento), iniciando a fermentação alcoólica. A fermentação alcoólica é composta por 3 fases: fermentação preliminar, fermentação principal e fermentação complementar.
  • 84. A Usina de Açúcar e sua Automação Fermentação Preliminar Esta fase tem início, quando o fermento é adicionado e termina quando o desprendimento de gás carbônico CO2 se torna evidente. Nesta fase, apesar do fermento estar consumindo sacarose do mosto, praticamente não há produção de álcool, por este motivo deseja-se que a duração desta fase seja a menor possível. Atualmente existem métodos de fermentação que se elimina esta fase. Fermentação Principal Esta fase tem início, quando é caracterizado o desprendimento do gás carbônico CO2. A produção de CO2 vai aumentando progressivamente e com rapidez, dando a impressão que o mosto está em plena ebulição, por este motivo há um aumento de 20% do volume e na temperatura. Então se torna necessário à verificação constante da densidade (brix) e da temperatura do mosto. As dornas possuem um sistema de resfriamento do mosto. Nesta fase a formação de álcool é máxima e rápida, diminuindo o brix do mosto até o ponto da fermentação complementar. Fermentação Complementar Esta fase tem início, quando é caracterizada a queda de desprendimento do gás carbônico CO2 e com a diminuição da temperatura do mosto. Esta fase é muito delicada, pois é nela que pode aparecer infeções e formação dos álcoois superiores, devido ao óleo da cana. Isto quer dizer que a maior rapidez desta fase, resultará em um álcool de melhor qualidade, mais fino. Esta fase é controlada pelas medições de brix, até o ponto favorável para a destilação. O brix final varia de 3o à 8o , dependendo da concentração inicial do mosto e outros fatores. Quando termina a fermentação alcoólica, o mosto torna-se vinho, pois não possui mais sacarose. A fermentação alcoólica pode ser feita com processo contínuo ou em batelada. O vinho será centrifugado, para a separação do fermento. O vinho centrifugado é enviado para a dorna volante que alimenta os aparelhos de destilação, e o fermento é enviado para as Cubas, aonde o fermento será tratado, para ser reutilizado nas próximas fermentações. O tratamento do fermento consiste na diluição com água e diminuição do pH. O fermento deixa a fermentação com uma concentração média de 10 a 12 O brix e será diluído com água até 5 o brix. Depois de diluído, será tratado o pH do fermento, adicionando ácido sulfúrico para baixar o pH até 2.5. Dornas de Fermentação Alcoólica DESTILAÇÃO DE ÁLCOOL O vinho centrifugado é bombeado da dorna volante para caixa de vinho no topo da destilaria, ou diretamente para o Condensador E, onde sofre aquecimento com os vapores da Coluna Retificadora B. O vinho praticamente desagasado é aquecido até 70 à 75o C, passando a seguir ao conjunto de recuperadores ou Trocador K, aonde é aquecido com a vinhaça que sai da base da Coluna Epuradora A, alcançando uma temperatura de 90 à 94o C, entrando na Coluna A1, aonde sofre uma epuração a baixo grau. Na Coluna A1, o vinho é aquecido com os vapores que sobem da calandra, entrando em ebulição, perdendo maior parte das impurezas, principalmente os produtos leves ou produtos de cabeça que sobem para a Coluna D, sobreposta a Coluna A1. Da base da coluna A1, o vinho passa para a coluna A, aonde o vinho vai descendo e se empobrecendo em álcool até chegar na base da coluna A, originando a vinhaça. O vapor injetado na base da coluna A, vai subindo, tendo contato com o vinho que está descendo, chegando na coluna A16, aonde é retirada da coluna A, originando a Flegma.
  • 85. A Usina de Açúcar e sua Automação Colunas de Destilação O flegma que sai da coluna A16, entra na base da coluna B (que está em cima da coluna B1) e vai subindo pela coluna B, até chegar em seu topo com 96 o GL, originando o álcool hidratado. Na coluna B1 (coluna de esgotamento), o flegma vindo da coluna A, vai se esgotando gradativamente até a sua base, aonde está a entrada de vapor. Na base da coluna B sai o álcool fraco que retorna para a coluna A. O álcool hidratado que sai da coluna B, vai para a coluna C (desidratadora), aonde o álcool alcançará 99 a 99,8o GL originando o álcool anidro, através da extração da água pelo benzol ou ciclo-hexano. O álcool hidratado entra no topo da coluna C, juntamente com o benzol ou ciclo-hexano. No pé da coluna entra o vapor, que vai subindo, tendo contato com álcool hidrato e benzol. O benzol ou ciclo-hexano vai extrair a molécula de água contida no álcool hidratado, deixando-o mais concentrado. O benzol e água formam uma mistura ternária (água + benzol + álcool fraco), que será enviada para a coluna P (recuperadora). O álcool anidro sai no pé da coluna C. A mistura ternária entra na coluna P, entrando em contato com o vapor injetado no pé da coluna, extraindo a água da mistura ternária. O recuperado da coluna P (benzol + álcool) vai para o condensador I, e retorna para coluna C. Teoricamente a coluna P tem que eliminar a mesma quantidade de água que foi extraída da coluna C. A coluna A possui condensadores R, para recuperação dos gases incondensáveis da cabeça coluna D e retornam para a coluna A. A coluna B possui condensadores E, para recuperação dos gases incondensáveis da cabeça da coluna. A coluna C possui condensadores H, para recuperação dos gases incondensáveis da cabeça da coluna. Tanto o álcool hidratado, como o álcool anidro é resfriado na saída das colunas, e são enviados para o tanque de medição e posteriormente bombeados para os tanques de armazenamento.
  • 86. A Usina de Açúcar e sua Automação Condensadores Automação da área de Fermentação: CONTROLE DE BRIX DO MOSTO Esse controle consiste em medir o brix do mosto, e controlar a vazão de melaço, através de uma válvula de controle ou de uma bomba com inversor de freqüência. CONTROLE DE VAZÃO DO MOSTO Esse controle consiste em medir a vazão de mosto para a fermentação, e controlar a vazão de água para o diluidor de melaço. CONTROLE DE NÍVEL DAS DORNAS CONTÍNUAS DE FERMENTAÇÃO Esse controle consiste em medir o nível das dornas contínuas, e controlar a saída do mosto para a próxima dorna. CONTROLE DE PRESSÃO DA DORNA CONTÍNUA Esse controle consiste em medir a pressão da primeira dorna contínua, e controlar a extração do gás carbônico (CO2 ) da dorna volante. CONTROLE DE TEMPERATURA DAS DORNAS DE FERMENTAÇÃO Esse controle consiste em medir a temperatura do mosto na dorna, e controlar a vazão de água para o resfriador. CONTROLE DE VAZÃO DE ÁGUA PARA A CUBA Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de água para diluição do fermento. CONTROLE DE pH DO FERMENTO Esse controle consiste em medir o pH do fermento, e controlar a vazão de ácido sulfúrico, através de uma bomba dosadora com inversor de freqüência. CONTROLE DE VAZÃO DE FERMENTO PARA FERMENTAÇÃO Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de fermento para as dornas de fermentação. Podem ser feitos uma cascata com controle de nível da última cuba.
  • 87. A Usina de Açúcar e sua Automação MONITORAÇÃO E ALARMES DE VARIÁVEIS AUXILIARES - Medição de corrente dos motores das centrífugas de vinho - Medição de nível da dorna volante - Medição de nível da caixa de melaço - Medição de temperatura do melaço - Medição de temperatura do mosto - Medição de temperatura do caldo - Medição de temperatura do mosto antes e depois dos resfriadores - Medição de temperatura da água de refrigeração dos resfriadores FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA FERMENTAÇÃO BATELADA
  • 88. A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA FERMENTAÇÃO CONTÍNUA Tela de Sinótico do Preparo do Mosto
  • 89. A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico da Fermentação Alcoólica Automação da área de Destilação: CONTROLE DE PRESSÃO DAS COLUNAS A, B, C e P Esse controle consiste em medir a pressão das colunas, e controlar a vazão de vapor. CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE VINHO PARA A COLUNA A Esse controle consiste em medir a temperatura da bandeja A16, e controlar a vazão de vinho para a coluna A. CONTROLE DE NÍVEL DA CALANDRA DA COLUNA A Esse controle consiste em medir o nível da coluna A, e controlar a vazão de vinhaça na saída da coluna A. CONTROLE DE RETIRADA DE ÁLCOOL HIDRATADO ATRAVÉS DA TEMPERATURA DA BANDEJA B4 Esse controle consiste em medir a temperatura da bandeja B4, e controlar a retirada de álcool hidratado da coluna B. CONTROLE DE RETIRADA DE ÁLCOOL HIDRATADO ATRAVÉS DO DIFERENCIAL DE TEMPERATURA, ENTRE A BANDEJA B4 E O TOPO DA COLUNA B Esse controle consiste em medir a temperatura da bandeja B4 e do topo da coluna B. Como a temperatura do topo da cabeça da coluna está estável, controla-se a retirada de álcool hidratado, mantendo um diferencial entre a temperatura da bandeja B4 e o topo da coluna. CONTROLE DE RETIRADA DE ÁLCOOL HIDRATADO ATRAVÉS DO GRAU ALCOÓLICO Esse controle consiste em medir a temperatura da bandeja B4, a vazão e grau alcoólico do álcool hidratado, e controlar a retirada de álcool hidratado da coluna B. CONTROLE DE NÍVEL DO TANQUE DE REFLUXO DA COLUNA B Alguns aparelhos de destilação, possuem um tanque acumulador de refluxo dos condensadores E/E1/E2, que entram na coluna B. Esse controle consiste em medir e controlar a vazão de refluxo para a coluna B, em cascata com o nível do tanque acumulador.
  • 90. A Usina de Açúcar e sua Automação CONTROLE DE pH DO ÁLCOOL HIDRATADO Esse controle consiste em medir o pH do álcool hidratado na saída da coluna B, e controlar a vazão de soda para a coluna B, através de uma bomba dosadora com inversor de freqüência. CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE BENZOL OU CILHO-HEXANO PARA A COLUNA C, EM FUNÇÃO DA VAZÃO DE ÁLCOOL HIDRATADO Esse controle é feito através da vazão de álcool hidratado que entra na coluna C, mantendo uma relação e controlando a dosagem de benzol ou ciclo-hexano. CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE CICLO-HEXANO PARA A COLUNA C, EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA DA COLUNA C Esse controle consiste em medir a temperatura da bandeja C-38 e do topo da coluna C. Como a temperatura do topo da cabeça da coluna está estável, controla-se a reposição de ciclo-hexano, mantendo um diferencial entre a temperatura da bandeja C-38 e o topo da coluna. CONTROLE DE NÍVEL DA COLUNA C Esse controle consiste em medir o nível da calandra da coluna C, e controlar a retirada de álcool anidro na saída da coluna C. CONTROLE DE EXTRAÇÃO DO TERNÁRIO DA COLUNA C Esse controle consiste em medir a temperatura da bandeja C33, e controlar a vazão do ternário da coluna C. CONTROLE DE VAZÃO DE TERNÁRIO P/ DECANTADOR DE CICLO Esse controle consiste em medir a vazão do ternário, e controlar a vazão do ternário para o decantador de ciclo- hexano. CONTROLE DE NÍVEL DE INTERFACE DO DECANTADOR DE CICLO-HEXANO Esse controle consiste em medir o nível de interface do decantador, e controlar a retirada da camada pesada que será enviada para a coluna P. CONTROLE DE EXTRAÇÃO DO RECUPERADO DA COLUNA P Esse controle consiste em medir a temperatura da bandeja P19, e controlar a extração do recuperado que retornará para a coluna C. CONTROLE DE TEMPERATURA DOS CONDENSADORES Esse controle consiste em medir a temperatura na saída dos condensadores, e controlar a vazão de água de resfriamento. MONITORAÇÃO E ALARMES DE VARIÁVEIS AUXILIARES - Temperatura dos condensadores (E, E1, E2, R, R1, H, H1, H2, I, I1, I2) - Temperatura do vinho antes do condensador E e após o trocador K - Temperatura da Coluna A (pé da coluna A1 e entrada de vinho A16) - Temperatura da Coluna B (pé da coluna B1, entrada de flegma B4 e topo da coluna) - Temperatura da Coluna C (pé da coluna C4, bandeja C14, bandeja C33 e topo da coluna) - Temperatura da Coluna P (pé da coluna P3, bandeja P19 e topo da coluna) - Temperatura do decantador de ciclo-hexano - Temperatura da água industrial para os condensadores e da água servida na saída dos condensadores - Temperatura do vapor - Pressão do vapor - Pressão do vinho - Vazão de vinho para a coluna A - Vazão de vapor para a coluna A - Vazão de vapor para a coluna B - Vazão de vapor para a coluna C - Vazão de vapor para a coluna P - Vazão de refluxo do ternário da coluna C COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação da destilaria.
  • 91. A Usina de Açúcar e sua Automação SISTEMA DE SUPERVISÃO Software de supervisão para operação, arquivo de dados em histórico e emissão de relatórios, e interligado a uma rede Ethernet para comunicação com os outros setores da Usina. Usina São Luiz de Ourinhos RESULTADOS OBTIDOS COM A AUTOMAÇÃO DA DESTILARIA: Aumento de produção dos aparelhos, média de 5 a 10% Diminuição de perdas na vinhaça Melhor recuperação do benzol ou ciclo-hexano Melhora no produto final (pH, grau alcoólico) Uniformidade e padronização do produto final Economia de vapor
  • 92. A Usina de Açúcar e sua Automação Sistema de Supervisão da Cocamar Tela de Sinótico para Álcool Anidro
  • 93. A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico para Álcool Neutro Tela de Sinótico da Desidratação do Álcool Hidratado
  • 94. A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA DESTILARIA FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA COLUNA A
  • 95. A Usina de Açúcar e sua Automação FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA COLUNA B FLUXOGRAMA DE INSTRUMENTAÇÃO DA COLUNA C
  • 96. A Usina de Açúcar e sua Automação GERAÇÃO DE VAPOR Uma Usina de Açúcar é praticamente auto-suficiente em energia, obtendo a potência e calor necessário pela queima de seu próprio combustível, o bagaço. As caldeiras são responsáveis pela geração de vapor que alimentam as turbinas a vapor, que movimentam as moendas para a extração do caldo ou os geradores de energia elétrica. O Vapor Direto é produzido a alta pressão, em média a 21 kgf/cm². O bagaço sai das moendas com umidade de 48% aproximadamente, e é transportado até as caldeiras através de esteiras, que alimentam os dosadores de bagaço. A alimentação da caldeira normalmente é do tipo spreader- stoker, que consiste numa alimentação bagaço e ar, através do ventilador espargidor, que permite a maior queima do bagaço em suspensão. Alimentadores de Bagaço Grelhas rotativas asseguram a queima do restante do bagaço, mostrando muita eficiência na remoção das cinzas. A queima em suspensão também dá uma resposta mais rápida a variações de cargas.
  • 97. A Usina de Açúcar e sua Automação O Uso de pré-aquecedores de ar e economizador permitem uma melhor eficiência da caldeira, aproveitando os gases de saída da fornalha. O pré-aquecedor aquece o ar de combustão e o economizador aquece a água de alimentação. O uso de sopradores de fuligens em pontos estratégico da caldeira, permite a eficiência total do feixe tubular, evitando a permanência de fuligens entre os tubos do feixe tubular, pois causaria perda de calor. O lavador de gases na saída da fornalha, permite que o gás da chaminé seja mais limpo, evitando que o bagacinho fino seja jogado para a atmosfera. Pré-Aquecedor de Ar e Economizador ( Em fase de montagem ) A água de alimentação das caldeiras, não deve causar incrustações ou corrosão ao tubulão e feixe tubular da caldeira, e deve fornecer um vapor livre de contaminantes. A melhor fonte de água capaz de satisfazer esta necessidade é a água da condensação do próprio vapor. Assim, o condensado do vapor constitui na principal fonte de suprimento de água. Como a quantidade de condensado não é suficiente, devido às perdas, é necessário o complemento com água fria tratada. O tratamento da água de alimentação das caldeiras, requer o seguinte: - desaeração para remoção do oxigênio por flasheamento - aquecimento, através do próprio desaerador e economizador - tratamento químico, para evitar incrustações e prevenir corrosões. - purgas nos tubulões, para reduzir a acumulação de sólidos, instalando válvulas de descarga de fundo.
  • 98. A Usina de Açúcar e sua Automação Uma operação constante e uniforme é vital para manter a eficiência da caldeira. Desaerador Térmico
  • 99. A Usina de Açúcar e sua Automação
  • 100. A Usina de Açúcar e sua Automação Automação da área de Geração de Vapor: CONTROLE DE NÍVEL A 2 ELEMENTOS Esse controle consiste em medir o nível do tubulão superior e a vazão de vapor gerada pela caldeira, e controlar a vazão de água de alimentação. CONTROLE DE NÍVEL A 3 ELEMENTOS Esse controle é idêntico ao 2 elementos, incluindo o terceiro elemento que será a medição de vazão de água de alimentação. O controle será feito com blocos PID, um para o controle de nível e outro para o controle de vazão de água de alimentação. CONTROLE DE PRESSÃO DO VAPOR Esse controle consiste em medir a pressão do vapor na saída da caldeira, e controlar a vazão de ar de combustão e bagaço combustível, mantendo uma relação ar/bagaço. CONTROLE DE MASTER DE PRESSÃO Esse controle é utilizado para um conjunto de caldeiras, que consiste em medir a pressão de vapor no coletor, e controlar a combustão de cada caldeira (vazão de ar e bagaço), mediante a um ajuste de carga para cada caldeira. CONTROLE DE PRESSÃO DA FORNALHA Esse controle consiste em medir a pressão da fornalha da caldeira, e controlar a vazão de gás na saída para a chaminé. CONTROLE DE TEMPERATURA DO VAPOR SUPERAQUECIDO Esse controle consiste em medir a temperatura do vapor após o superaquecedor, e controlar vazão de água através de um dessuperaquecedor, diminuindo a temperatura do vapor. CONTROLE DE NÍVEL DO DESAERADOR Esse controle consiste em medir o nível do desaerador, e controlar a vazão de água na entrada do desaerador. CONTROLE DE PRESSÃO DO DESAERADOR Esse controle consiste em medir a pressão do desaerador, e controlar a vazão de vapor para o desaerador. CONTROLE DA REDUTORA DE PRESSÃO DE VAPOR DIRETO P/ ESCAPE Esse controle consiste em medir a pressão da linha de vapor de escape, e controlar a válvula redutora do vapor direto para complementação do vapor de escape. Por segurança, será medida a pressão da linha de vapor direto, que entrará como antecipação no controle, para proteger a linha de vapor direto. CONTROLE DA REDUTORA DE PRESSÃO DE ESCAPE P/ VAPOR VEGETAL Esse controle consiste em medir a pressão da linha de vapor vegetal, e controlar a válvula redutora do vapor de escape para complementação do vapor vegetal. Por segurança, será medida a pressão da linha de vapor de escape, que entrará como antecipação no controle, para proteger a linha de vapor de escape. CONTROLE DE DESCARGA DE FUNDO AUTOMÁTICA Esse controle consiste em estabelecer o tempo entre as purgas e abertura automática da válvula de descarga para retirada do lodo e sólidos do tubulão de vapor. CONTROLE DE SOPRAGEM DE FULIGEM AUTOMÁTICA Esse controle consiste em estabelecer o tempo entre as sopragens e o comando automático dos sopradores de fuligens, válvulas de vapor e válvula de dreno. CONTROLE DE LIMPEZA AUTOMÁTICA DAS GRELHAS Esse controle consiste em estabelecer o tempo entre as limpezas e o comando automático das grelhas e válvula de dreno para remoção das cinzas.
  • 101. A Usina de Açúcar e sua Automação SISTEMA DE SEGURANÇA DA CALDEIRA Esse sistema permite a proteção e segurança de uma operação, evitando riscos aos equipamentos, evitando possíveis prejuízos, causados por eventuais falhas de operação, como: - desarme de motores (ventiladores forçados e induzidos) - desarme de turbina do ventilador induzido - desarme dos dosadores de bagaço - queda na pressão do ar das válvulas pneumáticas. - queda na pressão de água de alimentação - eventual emergência na operação - nível muito baixo do tubulão de vapor - pressão muito baixa do vapor - etc. MONITORAÇÃO E ALARMES DE VARIÁVEIS AUXILIARES - Pressão do tubulão de vapor - Pressão do ar antes do pré-aquecedor - Pressão do ar após o pré-aquecedor - Pressão dos gases antes do pré-aquecedor - Pressão dos gases após o pré-aquecedor - Pressão dos gases após o economizador - Pressão da água de alimentação - Temperatura do vapor no tubulão de vapor - Temperatura da água antes do economizador - Temperatura da água após o economizador - Temperatura do ar antes do pré-aquecedor - Temperatura do ar após o pré-aquecedor - Temperatura dos gases antes do pré-aquecedor - Temperatura dos gases após o pré-aquecedor - Temperatura dos gases após o economizador - Rotação dos dosadores de bagaço - Rotação da turbina do exaustor - Rotação da turbina da bomba de água de alimentação - Corrente dos motores (ventiladores, exaustores e bombas de água) COMANDO E INTERTRAVAMENTO DE MOTORES Este sistema permite uma operação segura no comando liga/desliga de motores, pois é feita uma seqüência de partida e intertravamento para desarme da planta, caso ocorra algum problema de segurança ou desarme algum motor que ponha em risco a operação da caldeira. SISTEMA DE SUPERVISÃO Software de supervisão para operação, arquivo de dados em histórico e emissão de relatórios, e interligado a uma rede Ethernet para comunicação com os outros setores da Usina.
  • 102. A Usina de Açúcar e sua Automação Sala de Controle das Caldeiras - Usina Santa Elisa Painel de Controle de Caldeiras - Usina São Luiz de Ourinhos
  • 103. A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico Tela de Sinótico do Tratamento de Água de Alimentação para as Caldeiras
  • 104. A Usina de Açúcar e sua Automação Tela de Sinótico do Sistema de Sopragem de Fuligem Automática Resultados da Automação: Maior eficiência energética Controle sobre todo o processo Aumento da eficiência industrial Melhor qualidade do açúcar (menor cor, maior filtrabilidade, menor umidade, melhor fator de conservação, etc.) Diminuição das perdas industriais e maior facilidade em descobrir suas causas Elevação da observância aos padrões tecnológicos estabelecidos Maior recuperação de condensado nos equipamentos de troca de calor Elevação do nível técnico dos operadores Eliminação dos trabalhos de rotina que consomem tempo e atenção dos operadores, que podem assim dedicar mais tempo à otimização do processo
  • 105. A Usina de Açúcar e sua Automação Maior facilidade de manutenção, já que cada equipamento de processo possui um registro histórico do seu funcionamento e comportamento Possibilidade de estabelecer uma estratégia de operação para cada situação operacional da fábrica, sem que exista interferência entre as áreas Otimização do pessoal de operação Centralização da operação, o qual permite a tomada de decisões operacionais com maior certeza Maior quantidade de informações sobre o processo Maior facilidade de operação Maior aproveitamento da capacidade instalada Estatística real e confiável dos dados de processo Maior proteção e segurança de operação Disponibilidade de informação entre as áreas, facilitando a operação Possibilita a implantação de Sistema de Gestão Empresarial na industria, permitindo a integração do processo industrial e da administração. Tela de Ambiente de Rede para Comunicação entre os setores da Usina
  • 106. A Usina de Açúcar e sua Automação Sala de Supervisão da Gerência - Usina Santa Elisa
  • 107. A Usina de Açúcar e sua Automação SISTEMA DE GESTÃO EMPRESARIAL A Smar é parceira da SAP para implementação de sistemas de integração entre processos industriais e de negócios. A Divisão Gestão Empresarial, contando com sua equipe de consultores certificados pela SAP, vem desenvolvendo aplicações de interface entre sistemas de chão de fábrica e o SAP-R/3. O conceito envolve implementações de controle de processos (chão-de-fábrica) e ERP (Enterprise Resource Planning), bem como a integração entre eles, habilitada pela nova tecnologia Smar, a EPI (Enterprise Plant Integration). Com essa ferramenta, agora, a sua empresa passa a contar com grande disponibilidade e precisão de informações. O estreitamento dessa relação permite ganhos consideráveis, como:  Redução de estoques;  Controle e integração dos processos industriais e de negócios;  Identificação e otimização de pontos críticos;  Redução do ciclo de fabricação;  Melhoria de qualidade e serviços;  Agilidade frente às variações do mercado; Através dessa tecnologia é possível acompanhar custos, produção, tecnologia adequada, qualidade total, investimentos, análise das exigências do mercado, além da utilização eficaz do tempo e simplificação das atividades para melhor rentabilidade. Field Instruments R/3-SAP ENTERPRISE PLANT INTEGRATION (EPI) Process System Database
  • 108. A Usina de Açúcar e sua Automação Índice: Origem da cana-de-açúcar ............................................................................. Pág. 3 Importância histórica e dados estatísticos ...................................................... Pág. 4 Derivados da cana-de-açúcar (tipos de açúcar, álcool e subprodutos) ......... Pág. 13 Termos açucareiros ........................................................................................ Pág. 16 A importância da qualidade e composição da cana-de-açúcar ...................... Pág. 19 Processo industrial de produção de açúcar .................................................... Pág. 22 Preparo e moagem da cana-de-açúcar .......................................................... Pág. 23 Tratamento do caldo ....................................................................................... Pág. 35 Filtragem do lodo ............................................................................................ Pág. 40 Evaporação ..................................................................................................... Pág. 43 Flotador de xarope .......................................................................................... Pág. 53 Cozimento ....................................................................................................... Pág. 57 Separação do açúcar ...................................................................................... Pág. 72 Secagem do açúcar ........................................................................................ Pág. 76 Refinaria .......................................................................................................... Pág. 79 Destilação de álcool ........................................................................................ Pág. 86 Geração de vapor ........................................................................................... Pág. 100 Resultados da automação .............................................................................. Pág. 109 Sistema de gestão empresarial ...................................................................... Pág. 111 Bibliografia ...................................................................................................... Pág. 113
  • 109. A Usina de Açúcar e sua Automação Bibliografia: PAYNE, John Howard, Operações Unitárias na Produção de Açúcar de Cana, Brasil (tradução para português), 1989, 246 páginas HUGOT, Emile, Manual da Engenharia Açucareira, Brasil (tradução para português), 1977, 1171 páginas HONING, Pieter, Principios de Tecnologia Azucarera, Espanha (tradução para espanhol), 1969, 3 volumes, 1663 páginas SPENCER e MEADE, Manual del Azúcar de Cana, Cuba (tradução para espanhol), 1974, 914 páginas PUERTAS, Rafael Pedrosa, Fabricación de Azúcar Crudo de Cana, Cuba, 178 páginas