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 A origem provável da cana-de-açúcar data
de 6 mil anos AC em regiões próximas à
Índia. Durante a Antigüidade, porém, o açúcar
não passava de uma especiaria exótica, sendo utilizada
apenas como tempero ou remédio. O preparo de alimentos
adocicados era feito com mel de abelhas.
O termo sânscrito sarkara deu origem a todas
as versões da palavra açúcar nas línguas
indo-européias: sukkar em árabe, saccharum
em latim, zucchero em italiano, seker em turco,
zucker em alemão, sugar em inglês.
No século 12, o açúcar chegou à
Europa. Importantes regiões produtoras surgiram nos séculos
seguintes, especialmente no Extremo Oriente. O interesse pela
especiaria foi crescente depois do século 15, quando
novas bebidas, como o café, o chá e o chocolate
eram adoçados com açúcar. Em 1493, Cristóvão
Colombo iniciou o cultivo da cana-de-açúcar nas
Antilhas. A partir daí, a história do açúcar
no mundo ganhou novas dimensões.
"Esta planta brotou do mel; com mel a arrancamos; nasceu
a doçura. Eu te enlaço com uma grinalda de cana-de-açúcar,
para que me não sejas esquiva, para que te enamores de
mim, para que não me sejas infiel."
Atharva-Veda, 4º. Livro dos Vedas, livro sagrado dos hindus.
No Brasil, o açúcar é produzido a partir
da cana, enquanto na Europa é quase totalmente fabricado
a partir da beterraba. Hoje, a cana também é utilizada
para produção de álcool.
Basicamente, a sacarose é o principal componente da cana-de-açúcar
(sólido).
Tabela 1
| Composição
média da cana-de-açúcar |
| Composição |
Teor |
| Água |
65 - 75 |
| Açúcares |
11 - 18 |
| Fibras |
8 - 14 |
| Sólidos solúveis |
12 - 23 |
|
Tabela 2
| Principais constituintes
da cana-de-açúcar |
| Constituintes |
Sólidos
solúveis (%) |
| Açúcares |
75 a 93 |
| Sacarose |
70 a 91 |
| Glicose |
2 a 4 |
| Frutose |
2 a 4 |
| |
|
| Sais |
3,0 a 5,0 |
| De ácidos inorgânicos |
1,5 a 4,5 |
| De ácidos orgânicos |
1,0 a 3,0 |
| |
|
| Proteínas |
0,5 a 0,6 |
| Amido |
0,001 a 0,05 |
| Gomas |
0,3 a 0,6 |
| Ceras e graxas |
0,05 a 0,15 |
| Corantes |
3 a 5 |
|
Variedades de Cana-de-Açúcar
SP89-1115 (CP73-1547)
 É
conhecida tanto pela sua alta produtividade e ótima brotação
de soqueira (inclusive sob a palha), como pela sua precocidade
e alto teor de sacarose. É recomendada para colheita
até o meio da safra, respondendo positivamente à
melhoria dos ambientes de produção. Apresenta
hábito semi-ereto e baixa fibra, floresce freqüentemente,
porém com pouca isoporização. É
resistente ao carvão, mosaico, ferrugem e escaldadura, sendo suscetível à broca.
SP90-3414 (SP80-1079 x SP82-3544)
Destaca-se pelo seu porte ereto, por não florescer, isoporizar
pouco e pela sua alta produção, sendo recomendada
para colheita do meio para o final da safra. Nos ambientes de
alto potencial de produção, responde positivamente
à melhoria deles e apresenta teor de sacarose e de fibra
médios. Com relação às doenças
e pragas, é suscetível à escaldadura e
intermediária ao carvão e broca.
SP91-1049
(SP80-3328 x SP81-3250)
Seu diferencial é a precocidade e alto teor de sacarose,
sendo recomendada para colheita no início da safra. Foi
mais produtiva que a RB72454 nos ambientes de produção
desfavoráveis. Apresenta hábito semi-ereto, médio
teor de fibra; floresce pouco, mas isoporiza. Características:
resistente às principais doenças e pragas, sendo
considerada de suscetibilidade intermediária ao carvão
e à cigarrinha.
SP90-1638
(SP78-4601 x ?)
É conhecida pelo ótimo
perfilhamento e brotação de soqueira (inclusive
sob a palha), por não florescer, isoporizar pouco e pela
sua alta produção, sendo recomendada para colheita
do meio para o final da safra, nos ambientes com alto potencial
de produção. Apresenta hábito semi-ereto
e baixa fibra, teor de sacarose e precocidade médios.
Nos testes de doenças e nas avaliações
às pragas, apresentou suscetibilidade apenas à
escaldadura.
SP80-185
Destaca-se pela produtividade agrícola e sanidade, além
do porte ereto que lhe confere boa adaptabilidade ao corte mecanizado;
o teor de fibra é alto, com florescimento médio
e pouca isoporização; responde bem à maturadores
químicos e reguladores de crescimento; a exigência
em fertilidade do solo é média e a brotação
de soqueira é ótima; possui desenvolvimento inicial
lento e hábito foliar ereto que prejudicam o fechamento
de entrelinha no início do ciclo; é resistente
à ferrugem, mosaico e escaldadura, e tem reação
intermediária ao carvão; não apresenta
sintomas de amarelecimento; possui reação intermediária
para suscetível à broca.
SP80-1816
Se diferencia pela brotação de soqueira, rápido
desenvolvimento vegetativo e porte ereto, sendo excelente opção
para o corte mecanizado de cana crua; apresenta boa resposta
na aplicação de maturadores químicos; o
perfilhamento é excelente, assim como o fechamento de
entrelinhas; não floresce, o teor de fibra é alto,
não apresenta tombamento e a exigência em fertilidade
do solo é média; possui sensibilidade média
a herbicidas; a maturação é semi-precoce
na cana-planta e um pouco mais precoce na soca, atingindo altos
teores de sacarose; tem resistência intermediária
à broca e boa sanidade às outras principais doenças;
não tem mostrado os sintomas de amarelecimento.
SP80-3280
É reconhecida
pelo alto teor de sacarose e produtividade em soqueira; o seu
perfilhamento é intermediário e o fechamento das
entrelinhas é bom, devido ao crescimento inicial vigoroso;
floresce, no entanto apresenta pouca isoporização;
seu teor de fibra é alto, o tombamento é regular
e a exigência em fertilidade do solo é média;
tem boa brotação de soqueira; apresenta sensibilidade
média a herbicidas e resistência ao carvão,
mosaico e ferrugem e é tolerante à escaldadura;
não tem mostrado sintomas da síndrome do amarelecimento;
apresenta suscetibilidade à broca.
SP83-5073
Caracteriza-se principalmente pela alto teor de sacarose e precocidade; apresenta boa brotação de soqueira com perfilhamento médio, exigência média em fertilidade do solo, sendo que não floresce e não isoporiza; seu teor de fibra é alto; não apresenta sensibilidade a herbicidas; apresenta respostas significativas em acréscimos de pol % cana à aplicação de maturadores químicos; é resistente à broca dos colmos, ao mosaico e à escaldadura, sendo intermediária ao carvão e à ferrugem; tem apresentado sintomas de amarelecimento no início e final do ciclo em condições de estresse hídrico. .
Transporte,
pesagem, descarregamento e estocagem
O transporte da cana até a usina, no Brasil, é
predominantemente do tipo rodoviário, com o emprego de
caminhões que carregam cana inteira (colheita manual)
ou picada em toletes de 20 cm a 25 cm (colheita mecânica).
Os caminhões são pesados antes e após o
descarregamento, obtendo-se o peso real da cana pela diferença
entre as duas medidas. Algumas cargas são aleatoriamente
selecionadas e amostradas, para posterior determinação,
em laboratório, do teor de sacarose na matéria-prima.
O objetivo da pesagem é possibilitar o controle agrícola,
o pagamento do transporte, o controle de moagem, o cálculo
do rendimento industrial e, juntamente com o teor de sacarose
na cana, efetuar o pagamento da mesma.
A cana estocada em pátio é normalmente descarregada
nas mesas alimentadoras por tratores com rastelos, enquanto
a cana estocada no barracão é descarregada nas
mesas, através de pontes rolantes, equipadas com garras
hidráulicas. Prevendo-se eventuais falhas no sistema
de transporte e a interrupção do mesmo durante
o período da noite, procura-se manter certa quantidade
de cana em estoque em barracões cobertos ou em pátios
abertos.
A cana estocada deve ser renovada em curtos espaços de
tempo, visando à redução de perdas de açúcar
por decomposição bacteriológica. A cana
picada, que não deve ser estocada, é descarregada
diretamente nas esteiras. O descarregamento direto pode ser
feito com o uso de pontes rolantes equipadas com garras hidráulicas,
guindastes do tipo hillo e, no caso de cana picada, através
de um tombador hidráulico para basculamento lateral dos
caminhões.
Extração
do caldo, alimentação e lavagem de cana
O primeiro equipamento - a mesa alimentadora
- recebe as cargas de cana do estoque, ou diretamente dos caminhões,
transferindo-as a uma ou mais esteiras metálicas que
conduzem a cana até as moendas, passando pelo sistema
de preparo. Apresenta uma parte rodante, formada por eixos,
correntes e taliscas, que, conforme a sua inclinação,
pode ser classificada como:
· Convencional: inclinação
de 5º a 17º
· De grande inclinação:
45º
As mesas convencionais, embora possuam grande
capacidade de alimentação, tornam a mesma irregular,
pois a camada de cana é muito alta, dificultando a alimentação
e diminuindo a eficiência da lavagem da cana.
As mesas de 45º, por sua vez, trabalham
numa velocidade maior, com uma camada bem baixa, o que propicia
uma alimentação muito mais regular e de fácil
controle e aumenta sensivelmente a eficiência da lavagem
da cana.
A lavagem - efetuada sobre as mesas alimentadoras - visa à
retirada de matérias estranhas como terra, areia, etc.,
com a finalidade de obtenção de um caldo de melhor
qualidade e aumento da vida útil dos equipamentos pela
redução do desgaste. Esta lavagem nunca é
feita na cana picada, pois isto provocaria um arraste muito
grande de sacarose pela água.
Preparo
da cana
A mesa alimentadora controla a quantidade de cana sobre uma
esteira metálica que a transfere ao setor de preparo.
O objetivo básico do preparo da cana é aumentar
a sua densidade e, conseqüentemente, a capacidade de moagem,
bem como realizar o máximo rompimento das células
para liberação do caldo nelas contido, obtendo-se,
portanto, uma maior extração.
O sistema de preparo é constituído por um ou dois
jogos de facas - dos quais o primeiro é apenas nivelador
- que prepara a cana a ser enviada ao desfibrador.
O jogo de facas é um equipamento rotativo de facas fixas,
que opera a uma velocidade periférica de 60m/s, e tem
por finalidade aumentar a densidade da cana, cortando-a em pedaços
menores, preparando-a para o trabalho do desfibrador.
O desfibrador, por sua vez, é formado por um tambor alimentador
que compacta a cana à sua entrada, precedendo um rotor
constituído por um conjunto de martelos oscilantes que
gira em sentido contrário à esteira, forçando
a passagem da cana por uma pequena abertura (1 cm) ao longo
de uma placa desfibradora.
A velocidade periférica dos desfibradores, de 60 a 90m/s,
chega a fornecer índices de preparo de 80% a 92%. Este
índice seria uma relação entre o açúcar
das células que foram rompidas pelo desfibrador e o açúcar
da cana.
Alimentação
da moenda
Após o sistema de preparo, a altura do colchão
de cana é uniformizada por um equipamento chamado espalhador,
que se localiza no ponto de descarga da esteira metálica
para uma correia transportadora de borracha. Esta correia trabalha
em alta velocidade (90m/min), com a finalidade de reduzir a
espessura da camada de cana e facilitar o trabalho do eletroímã.
Este realiza a operação de remoção
de materiais ferrosos, protegendo os equipamentos de extração,
mais especificamente os rolos da moenda.
Em seguida é realizada a alimentação da
moenda por um dispositivo denominado chute Donnelly ou calha de alimentação
forçada. Dentro desta calha, a cana preparada
forma uma coluna com maior densidade, favorecendo a alimentação
e capacidade da moenda. O nível da cana dentro da calha
é utilizado para controlar a velocidade da esteira de
borracha e, conseqüentemente, a alimentação
da moenda.
Moagem
A cana é constituída basicamente de caldo e fibra.
O açúcar, que é o produto que realmente
nos interessa, está dissolvido no caldo; portanto, nosso
objetivo principal é extrair a maior parte possível
deste caldo.
Em escala industrial existem dois processos de extração:
a moagem e a difusão.
A moagem é um processo estritamente volumétrico
e consiste em deslocar o caldo contido na cana. Este deslocamento
é conseguido fazendo a cana passar entre dois rolos,
submetidos à determinada pressão e rotação,
sendo o volume gerado menor que o volume da cana. O excesso
volumétrico, desprezando-se o volume de caldo reabsorvido
pelo bagaço, deve ser deslocado, correspondendo, portanto,
a um volume de caldo extraído.
Um objetivo secundário da moagem, porém importantíssimo,
é a produção de um bagaço final
em condições de propiciar uma queima rápida
nas caldeiras.
Na primeira unidade de moagem ocorre a maior parte da extração
global, simplesmente pelo deslocamento do caldo. A cana tem
aproximadamente sete partes de caldo para cada parte de fibra;
já no primeiro bagaço essa proporção
cai para duas a duas vezes e meia e fica fácil de perceber
que, se não utilizarmos algum artifício, logo
as moendas posteriores não terão condições
de deslocar caldo algum, mesmo que se aumente a pressão
na camada de bagaço. O artifício utilizado é
a embebição, que será explicada a seguir.
Cada conjunto de rolos de moenda, montados numa estrutura denominada
"castelo", constitui um terno de moenda. O número
de ternos utilizados no processo de moagem varia de quatro a
sete e cada um deles é formado por três rolos principais
denominados: rolo de entrada, rolo superior e rolo de saída.
Normalmente as moendas contam com um quarto rolo, denominado
rolo de pressão, que melhora a eficiência de alimentação.
A carga que atua na camada de bagaço é transmitida
por um sistema hidráulico que atua no rolo superior.
Embebição
A cana, ao passar sucessivamente pelos vários ternos
da moenda, tem o seu caldo removido ou extraído. O artifício
de adicionar água ao bagaço é denominado
embebição e tem como finalidade diluir o caldo
remanescente no bagaço, aumentando a extração
de sacarose.
A embebição pode ser:
· simples
· composta
· com recirculação
A eficiência aumenta da primeira para a última,
porém a mais utilizada é a composta, já
que a terceira pode causar sérios problemas de alimentação
nas moendas.
O processo mais generalizado é a embebição
composta, que consiste em adicionar água entre os dois
últimos ternos e fazer retornar o caldo extraído
deste último para o anterior e assim sucessivamente até
o segundo terno.
Normalmente os caldos provenientes dos dois primeiros ternos
são misturados e constituem o denominado caldo misto.
Com este sistema, consegue-se extração de 92%
a 96%, e umidade final do bagaço de aproximadamente 50%.
Durante a passagem da cana pelas moendas ocorre uma queda de
fragmentos de cana ou bagaço, denominados bagacilho.
A quantidade de bagacilho deve ser controlada periodicamente,
uma vez que a queda excessiva indica deficiência no ajuste
das moendas.
O bagacilho que deixa as moendas junto com o caldo misto deve
ser peneirado e retornar ao sistema de moagem, enquanto o caldo
misto, já livre do bagacilho, é enviado para o
setor de fabricação.
Difusão
Outro processo de extração da sacarose da cana
é a difusão, processo ainda pouco utilizado no
Brasil, cuja tecnologia aproveita parte das etapas do processo
de moagem:
Difusão: preparo da cana ->
difusão -> remoção de água
A diferença básica entre os dois processos reside
na maneira de separar o caldo da fibra. Nesta separação,
o difusor realiza duas operações:
·
Difusão: separação por osmose, relativa
apenas às células não - rompidas da cana,
aproximadamente 3%;
· Lixiviação: arraste
sucessivo pela água da sacarose e das impurezas contidas
nas células abertas.
A remoção de água ou desaguamento do bagaço
após a etapa de difusão é realizada através
de rolos, como no processo de moagem.
Geração
de energia
 Após
a extração do caldo, obtém-se o material
denominado bagaço, constituído de fibra (46%),
água (50%) e sólidos dissolvidos (4%). A quantidade
de bagaço obtida varia de 240 kg a 280 kg de bagaço
por tonelada de cana, e o açúcar nele contido
representa uma das perdas do processo.
O bagaço alimentará as caldeiras, onde é
queimado, e a energia liberada transforma água em vapor.
O vapor gerado nesses equipamentos, com pressão média
de 18-21kgf/cm² (Caldeiras modernas já operam com pressões entre 40 e 100 kgf/cm²), é utilizado no acionamento das
turbinas a vapor onde ocorrerá a transformação
da energia térmica em energia mecânica.
Estas turbinas são responsáveis pelo acionamento
dos picadores, desfibradores, moendas e etc., bem como pelo
acionamento dos geradores para a produção da energia
elétrica necessária nos vários setores
da indústria.
O vapor liberado por estas turbinas é de baixa pressão
(1,3 - 1,7 kgf/cm²) denominado vapor de escape, que é
reaproveitado como a energia básica necessária
no processo de fabricação de açúcar
e de álcool.
Tratamento
primário do caldo
O caldo de cana obtido no processo de extração
apresenta uma quantidade e qualidade variável de impurezas,
que podem ser solúveis ou insolúveis. O tratamento
primário objetiva a máxima eliminação
das impurezas insolúveis (areia, argila, bagacilho, etc.),
cujos teores variam de 0,1% a 1%. A eliminação
deste material beneficia o processo e aumenta a eficiência
e a vida útil dos equipamentos instalados, contribuindo
também para a obtenção de produtos finais
de melhor qualidade. O equipamento básico utilizado neste
tratamento é formado por:
Cush-cush
O cush-cush é constituído por peneiras fixas com
aberturas de 0,5 mm a 2 mm, localizado bem próximo da
moenda, e tem por objetivo eliminar o material mais grosseiro
em suspensão (bagacilho). O material retido, constituído
principalmente de caldo e bagacilho, retorna por meio de raspas
entre o primeiro e o segundo terno da moenda, ou mesmo antes
do primeiro terno.
Peneiras
Atualmente, o peneiramento do caldo é realizado por diferentes
tipos de peneiras (DSM, rotativa, vibratória), que utilizam
telas de vários modelos e aberturas (0,2mm a 0,7mm),
com uma eficiência da ordem de 60% a 80%.Também
retorna à moenda o material retido.
Hidrociclones
O princípio de funcionamento deste equipamento baseia-se
na diferença de densidades sólido/líquido:
ao ser aplicada, a força centrífuga separa a areia
e a argila do caldo. Em alguns casos, consegue-se obter uma
eficiência de separação acima de 90% para
partículas de até 40µ.
Pesagem
do caldo
Após o tratamento primário, a massa de caldo a
ser enviada ao processo é quantificada através
de medidores de vazão ou balanças de caldo, permitindo
um melhor controle químico do processo.
Tratamento
químico do caldo
 Apesar
do tratamento preliminar citado, o caldo de cana contém,
ainda, impurezas menores, que podem ser solúveis, coloidais
ou insolúveis.
Assim, o tratamento químico visa principalmente à
coagulação, à floculação
e à precipitação destas impurezas, que
são eliminadas por sedimentação. É
necessário, ainda, fazer a correção do
pH para evitar inversão e decomposição
da sacarose.
O caldo tratado pode ser enviado à fabricação
de açúcar ou de álcool. No segundo caso,
a etapa de sulfitação, descrita a seguir, não
é obrigatória.
Sulfitação
do caldo
Consiste na absorção do SO2 (anidrido
sulfuroso), pelo caldo, baixando o seu pH original a 4,0-4,5.
A sulfitação é realizada usualmente em
uma coluna de absorção que possui, em seu interior,
pratos perfurados. O caldo é bombeado na parte superior
da torre e desce por gravidade através dos pratos em
contracorrente com o SO2 gasoso, aspirado por um
exaustor ou ejetor instalado no topo da coluna. Devido à
grande solubilidade do SO2 na água, pode
se obter uma absorção de até 99,5% com
este equipamento.
O SO2 gasoso é produzido na usina através da queima
do enxofre na presença de ar, em fornos especiais,
segundo a reação:
S + O2
-> SO2
A sulfitação tem como objetivos principais:
· Inibir reações que causam formação
de cor;
· A coagulação de colóides
solúveis;
· A formação de precipitado
CaSO3 (sulfito de cálcio);
· Diminuir a viscosidade do caldo e, conseqüentemente,
do xarope, massas cozidas e méis, facilitando as operações
de evaporação e cozimento.
O consumo médio de enxofre pode ser estimado em 250 a
500 g/TC.
Calagem
Trata-se do processo de adição do leite de cal
(Ca [OH]2) ao caldo, elevando seu pH a valores
da ordem de 6,8 a 7,2. A calagem é realizada em tanques,
em processo contínuo ou descontínuo, objetivando
o controle do pH final.
O leite de cal também é produzido na própria
usina através da "queima" da cal virgem (CaO)
em tanques apropriados (piscinas de cal) ou hidratadores de cal segundo a reação:
CaO + H2O -> Ca (OH)2
+ calor
O Ca(OH)2 produzido apresenta uma concentração
de 3º - 6º "Beaume" antes de ser adicionado
ao caldo.
Esta neutralização tem por objetivo a eliminação
de corantes do caldo, a neutralização de ácidos
orgânicos e a formação de sulfito e fosfato
de cálcio, produtos que, ao sedimentar, arrastam consigo
impurezas presentes no líquido. O consumo da cal (CaO)
varia de 500 a 1.000g/TC, segundo o rigor do tratamento exigido.
Aquecimento
O aquecimento do caldo é realizado em equipamentos denominados
trocadores de calor, constituídos por um feixe tubular,
no qual passa o caldo, localizado no interior de um cilindro
por onde circula vapor de água saturado.
O caldo é aquecido a aproximadamente 105ºC, com
a finalidade de acelerar e facilitar a coagulação
e floculação de colóides e não-açúcares
protéicos, emulsificar graxas e ceras, ou seja, acelerar
o processo químico, aumentando a eficiência da
decantação, além de possibilitar a degasagem
do caldo.
Sedimentação
É a etapa de purificação do caldo, pela
remoção das impurezas floculadas nos tratamentos
anteriores. Este processo é realizado de forma contínua
em um equipamento denominado clarificador ou decantador, que
possui vários compartimentos (bandejas), com a finalidade
de aumentar a superfície de decantação.
O caldo decantado é retirado da parte superior de cada
compartimento e enviado ao setor de evaporação
para concentração. As impurezas sedimentadas,
com uma concentração de sólidos de aproximadamente
10º Bé, constituem o lodo que normalmente é
retirado do decantador pelo fundo e enviado ao setor de filtração
para recuperação do açúcar nele
contido.
O tempo de residência do caldo no decantador, dependendo
do tipo de equipamento empregado, varia de 15 minutos a 4 horas,
e a quantidade de lodo retirada representa de 15% a 20% do peso
do caldo que entra no decantador.
Filtração
Antes de ser enviado aos filtros rotativos, o lodo retirado
do decantador recebe a adição de, aproximadamente,
3 Kg a 5 Kg de bagacilho/TC, que irão agir como auxiliar
de filtração.
Esta filtração objetiva recuperar o açúcar
contido no lodo, fazendo com que este retorne ao processo na
forma de caldo filtrado. O material retido no filtro recebe
o nome de torta e é enviado à lavoura para ser
utilizado como adubo. É importantíssimo controlar
a perda de açúcar na torta, pois seu valor não
deveria ser superior a 1%.
Evaporação
O caldo clarificado obtido nos decantadores é submetido
a um processo de concentração através da
eliminação da água presente.
A primeira etapa da concentração é realizada
no equipamento chamado evaporador, que opera de forma contínua.
O evaporador é formado por caixas, normalmente em número
de quatro ou cinco, ligadas em série, de maneira que
o caldo sofra uma concentração progressiva da
primeira à última. Para isto, é necessário
injetar vapor somente na primeira caixa, pois a própria
água evaporada irá aquecer o caldo nas caixas
seguintes. Este procedimento, obtido devido à diferença
de pressão existente entre os corpos, é mantido
por um sistema gerador de vácuo ligado à última
caixa. O caldo apresenta, inicialmente, uma concentração
de 14 - 16º Brix chegando, no final, a 55º - 65º
Brix, quando recebe a denominação de xarope.
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