MODELAGEM E SIMULAÇÃO PARA O PROCESSO …

1 Minerva, 3(1): 33-46 MODELAGEM E SIMULA O PARA O PROCESSO 33 MODELAGEM E SIMULA O PARA OPROCESSO INDUSTRIAL DE FABRICA O DEA CAR E LCOOLA rmando Jos Dal Bem Gilberto H. A. KoikeVirgolino de Oliveira S/A A car e lcoolLu s Carlos PassariniEESC-USPR esumoApresenta um modelo de simulador baseado em planilha eletr nica acess vel e simplificada, no caso o Excel, quefornece uma previs o de produ o, mostrando a combina o mais econ mica, entre a car e lcool, em fun o decustos de produ o, efici ncias e demais vari veis que se tenha por hist rico, ou estimada, de uma planta industrialqualquer, j existente, ou de par metros t cnicos : fabrica o de lcool, fabrica o de a car, simula o para produ o de lcool e a car, fermenta oalco lica, extra o de a car, destila o alco oO PROCESSO de fabrica o de a car e lcool visa,sinteticamente, extra o do caldo contido na cana, seupreparo e concentra o , culminando nos v rios tiposde a cares conhecidos, como: demerara, mascavo, cristal,refinado, l quido, VHP, etc.

2 O mesmo caldo, preparadode forma espec fica, resulta, atrav s da fermenta omicrobiol gica, com posterior destila o, no lcool et lico,fornecido nas op es: anidro ou desse PROCESSO de fabrica o, podemosclassificar uma usina de a car como uma ind stria deextra o, uma vez que o a car j produzido pela natureza,atrav s da cana, sendo ele somente concentrado no PROCESSO ,nas suas v rias modalidades. J a ind stria do lcool, peloprocesso que passa, podemos classific -la como uma ind striade transforma o, cabendo esse papel fermenta o biol gicaalco lica. O fluxograma da Figura 1 mostra, sucintamente,as fases de fabrica o do a car e do produ o est inserida em rea agr cola e industrial,estando sujeita s condi es, primeiro, ambientais, queinfluenciam de forma dram tica a qualidade da mat ria-prima, provocando ampla varia o de seus par metrost cnicos e de fornecimento.

3 Em segundo, a produ o apresentaelevado grau de complexidade, pois envolve equipamentosdos mais variados tipos e tamanho, gera o de energia eprocessos qu mico, f sico e biol ambiente, somado varia o do mercado, exigedos profissionais constantes a es de interfer ncia noprocesso que, n o tendo o conhecimento r pido e precisodo seu efeito nos produtos finais, incorrem em subapro-veitamento de equipamentos, perda de efici ncia esubfaturamento. Al m dos efeitos pontuais na produ o,o planejamento da safra como um todo carece de umaferramenta que auxilie de forma eficaz. Assim, o desenvol-vimento dessa ferramenta a proposta deste e defini esAlguns conceitos e defini es b sicos s o necess riospara homogeneizar a linguagem deste trabalho. Entre elesdestacam-se: Glucose e frutose: s o os a cares que comp em acana em menor quantidade.

4 A partir delas s poss vela fabrica o do lcool, uma vez que elas n o sofrem oprocesso de cristaliza o. Sacarose: o a car mais importante e sintetizado emmaior quantidade pela cana. A partir dela poss vel fabrica ode a car em forma de cristais, assim como , 3(1): 33-4634 DAL BEM et al. Fibra: a parte s lida da cana formada pela celulose,lignina, vasos lenhosos, etc. POL: definida como a quantidade de sacarose, emporcentagem, presente na cana ou no caldo da cana. A cares redutores (AR): a quantidade de massa deglucose e frutose presente na cana, em porcentagem. A car Redutor Total (ART): fornece a quantidade dea car total: sacarose, frutose e glucose existentes nacana, em porcentagem. S lidos sol veis: s o todos os s lidos que se encontramdissolvidos no caldo da cana. Entre eles est o os a cares,ac.

5 Org nicos, amidas, sais, gomas, pectinas, ceras,prote nas, etc. Brix: fornece a quantidade de s lidos sol veis contidosno caldo em porcentagem. Pureza: definida como a quantidade de sacarose presenteno caldo em rela o ao total de s lidos sol veis. Impurezas minerais: s o os detritos minerais carregadoscom a cana, na opera o de corte e carregamento,provenientes do solo. Impurezas vegetais: s o as impurezas de origem vegetal,provenientes da pr pria cana e de outras culturas quecompetem com ela. Recupera o: fornece a quantidade de sacarose que extra da do caldo. O subproduto do PROCESSO de fabrica ode a car o mel, cujos componentes principais s oos a cares redutores (glucose e frutose) e uma quantidaderemanescente de sacarose. Uma alta recupera o significaextrair grande quantidade dessa sacarose.

6 Viabilidade: uma medida da quantidade de levedura(microrganismo que promove a fermenta o) viva nomeio do caldo. Teor alco lico: indica a quantidade de lcool presentenuma solu o. Essa medida expressa em graus GL. Laborat rio PCTS: laborat rio para an lise qu mico-f sica da cana. Perdas indeterminadas: perdas de ART de dif cildetermina o e localiza o, mas que, segundo Bayma(1974), podem ser medidas de maneira global, peladiferen a entre o ART que entrou na usina, os produtose as perdas cujos valores e localiza o s o mica da montagem do simuladorA constru o do simulador deve calcular o fluxode massa e o volume ao longo das fases do PROCESSO . Ofluxo de massa est vinculado principalmente ao a care chamado de balan o de ART, j o volume est vinculado capacidade dos do balan o de ART est o embutidas as perdasde a car em cada fase do PROCESSO .

7 Elas s o medidasem porcentagem, em rela o ao total de a car que 1 Fluxograma de fabrica o de a car e qu micoAquecimentoCaldo clarificadoDecanta oEvapora oXaropeCozimentoMassaCristalizadorCentri fuga oSecagemEnsaqueRecep o de extra doGer. vaporBaga oLodoFiltroTorta gua stria de extra oTratamento qu micoDecanta oCaldo clarificadoAquecimentoMostoFermenta oVinhoCentr fuga o lcoolLodoFiltroTortaMel aInd stria de transforma oMinerva, 3(1): 33-46 MODELAGEM E SIMULA O PARA O PROCESSO 35 Para o entendimento do balan o de ART, ser utilizadoo conceito de volume de controle da termodin mica cl ssica(Wilen & Sonntag, 1976), que descreve o cruzamento demassa e energia em uma fronteira imagin ria ao redor deum aplica o desse conceito, neste trabalho, ser feitaem toda fase do PROCESSO que houver entrada ou sa da dealguma esp cie de massa e, principalmente, onde houverperda de ART que seja poss vel determinar, agrupandoas fases em que esses fatores n o a fronteira imagin ria ao redor de umaind stria sucroalcooleira, o fluxo de massa e energia quecruza o volume de controle mostrado, qualitativamente,na Figura da maioria das ind strias sucroalcooleira produzida, ainda, atrav s da queima do baga o da cana,energia na forma de vapor, e esta utilizada para movimentarturbinas, realizar aquecimentos e produzir energia el do consumo e da produ o, a energia el tricapode cruzar a fronteira, sendo vendida ou cruzamento da fronteira imagin ria.

8 Que surgiurecentemente, a produ o de levedura (microrganismoutilizado na fermenta o alco lica). Ela pode ser produzidaem quantidades maiores que o necess rio ao PROCESSO e,assim, abastecer a ind stria aliment cia, como fermentoe alimenta o este trabalho, n o tem significado o cruzamentoda fronteira por energia e por massas que n o estejamrelacionadas com o ART, ou ao volume do fluxo utilizadopara a capacidade dos equipamentos. Apesar disto, ser feita uma an lise qualitativa/gr fica da massa, ou volume,dos componentes da cana, mesmo que n o interfiram nobalan o de o objetivo de rastrear o ART e os volume dofluxo, o trabalho apresentar as equa es matem ticasdeduzidas, ao longo do PROCESSO , relacionando suas varia es,sempre que poss vel, aos dados originais da cana e aospar metros t cnicos de cada o de ART e perdas no PROCESSO defabrica o de a carRecep o de canaA quantidade de cana pesada e o ART medido s oas vari veis que fornecem a quantidade de a car queentrou na a descarga, incidem como perda indeterminadaaquelas derivadas da queda de cana e pisoteio por caminh ese m quinas que operam no p tio de descarregamento.

9 Esmagamento em garras e cabos dos equipamentos dedescarga e perda por decomposi o da sacarose devidoao tempo de perda significativa e conhecida nessa fase aquelaque ocorre no PROCESSO de limpeza da cana, PROCESSO estenecess rio quando a quantidade de impurezas mineraiscarregadas junto com a cana atinge valor prejudicial aoprocesso de fabrica volume de controle na fase de recep o de cana esquematizado na Figura que a massa de cana est explodida noscomponentes que a comp e, sendo a massa de s lidosinsol veis partida em massa de ART e s lidos sol veisparciais, representando os 2 Esquema simplificado do fluxo de massa e energia de PROCESSO STRIAMP:AT RIA- RIMA Cana Impurezas minerais Impurezas vegetaisP:RODUTOS A car lc. anidro e hidrat. Energia el trica LeveduraI:NSUMOS cido sulf rico Enxofre Cal Antibi tico Antiespumante Etileno glicol Fermento (levedura) Materiais diversos, etc.

10 GUA: Lavagem de cana Usos do PROCESSO Outros usosE:NERGIA El trica Qu mica, :ES DUOASOSO Gases de combust o Vapor d gua Vapores diversos Particulados, :ES DUO LIDO Baga o Torta de filtro Impurezas minerais Cinzas Sucatas Perdas de a car, :ES DUO QUIDO guas residuais Vinha a/flegma a Perdas de a car, , 3(1): 33-4636 DAL BEM et resultado do balan o de sacarose nesta fase dado pela equa o:mART2 = ART . mcpcts . (1 Pir /100 PL/100)/1000em que:mART2= fluxo de massa de ART que sai da fase de recep o[t / h];Pir= perda indeterminada na recep o;PL= perda na oNa extra o importante destacar a embebi o e adiferen a entre os tipos de caldos extra dos pela moenda(espargimento de gua sobre a cana mo da). Para issoobserve a Figura caldo prim rio, como pode ser visualizado pelafigura, aquele extra do do primeiro terno isoladamentee o secund rio, aquele extra do do segundo, sendo acumuladoa ele o caldo dos demais ternos, mais a embebi o.