O papel da Instrumentação no processo fermentativo da usina sucroalcooleira

Com a preocupação acerca da escassez e dependência de energias não renováveis, diversas potências mundiais começaram suas buscas para obtenção de matérias primas abundantes, renováveis e de baixo custo para fabricação de biocombustíveis. O papel da Instrumentação em diversos processos, como no processo fermentativo da usina sucroalcooleira, é fundamental!

O Brasil destaca-se por produzir etanol a partir da cana-de-açúcar e biodiesel a partir da mamona e da soja.

Estudos indicam que, para a safra de 2018/2019, a maioria das indústrias sucroalcooleiras deverão ter sua produção voltada para fabricação de álcool, produto mais bem remunerado do setor.

Usinas de alta eficiência conseguem produzir aproximadamente 71 kg de açúcar e 42 litros de etanol para cada tonelada de cana processada.

Para esta safra de 2018/2019 foi estimada a moagem de quase 600 milhões de toneladas de cana-de-açúcar

No Brasil, a cana-de-açúcar se destaca por ser a matéria prima com maior rendimento para produção de açúcar e etanol, sendo responsável por 43% da exportação de açúcar mundial.

fluxo de fermentação da cana e produção do açúcar e álcool

O processo de fabricação de açúcar e etanol é simples, porém possui etapas críticas. O caldo proveniente do início do processo é divido e então parte segue para o restante das etapas que resultaram no açúcar e outra parte do caldo será destinada para fermentação e então fabricação do etanol. Assim, a última etapa que sucede o início do processo de fabricação do etanol é a Centrifugação.  Esse seria o esquema de fabricação de uma usina para produção de ambos os produtos, porém existem empresas com produção dedicada ao açúcar e ao etanol.

O processo fermentativo da usina sucroalcooleira é a Fermentação Alcoólica, quando há a transformação dos açúcares em etanol e dióxido de carbono. Esta transformação ocorre devido a produção de energia a partir das células de levedo para sua sobrevivência.

A Fermentação ocorre nas dornas de fermentação, que são tanques geralmente de aço carbono com capacidade variável de acordo com o volume de produção da usina. Estes, na maioria das vezes, são fechados para evitar a perda do álcool por arraste pelo CO₂.

Conforme o porte e o processo da destilaria, a fermentação pode ser feita de forma contínua ou por batelada, que são processos distintos e de susceptibilidade variável em relação à contaminação bacteriana.

Assim, a fermentação por batelada é menos sujeita à contaminação e, quando isso ocorre, o tratamento do mosto é mais simples.

Para os sistemas contínuos, sua vulnerabilidade a contaminação é maior e consequentemente seu tratamento requer alguns cuidados adicionais.

Fermentação Contínua: utiliza dornas de grandes dimensões com um processo ininterrupto onde o mosto é misturado a levedura na primeira dorna em seguida este mosto passará de uma dorna para outra até que sua concentração de açúcar esteja menor.

Fermentação por batelada: o mosto é inoculado nas dornas com microrganismos. Neste processo nada é adicionado exceto oxigênio em forma de ar. Ao final deste processo deve-se lavar a dorna e esterilizá-la antes da próxima fermentação.

A fermentação do mosto pode ser dividida em três fases:

  • Pré-fermentação
  • Fermentação
  • Pós-fermentação

Após 5 ou 6 horas, é finalizado o processo de fermentação principal.

Neste momento, há pouca espuma, queda de densidade, pouca elevação de temperatura, desaparecimento dos açúcares, e, consequentemente, a formação de álcool.

Assim, após 9 ou 10 horas de fermentação, a espuma formada não existe mais.

A pós-fermentação é caracterizada pela diminuição lenta e gradativa da temperatura do mosto, diminuição do desprendimento de gás carbônico. Além disso, já não há formação da espuma.

A cana de açúcar apresenta alto conteúdo do açúcar sacarose. Este é hidrolisado, produzindo glicose e frutose pela enzima invertase.

Um dos grandes problemas de qualquer tipo de fermentação é a produção de espuma.

Ela gera grandes perdas para a produção e está diretamente ligada a presença de microrganismos contaminantes no mosto que atuam contra as leveduras produtoras de etanol, aumentando diretamente o custo e disponibilidade de tempo de produção.

A qualidade da cana-de-açúcar é um dos fatores principais que devem ser considerados quando estamos falamos em desempenho da fermentação.

Usinas de todos os portes cada vez mais dão importância às influências sofridas pelo plantio e colheita da cana, como: terra, resto de culturas, plantas invasoras, pragas, chuva, umidade, temperatura e etc.

Infelizmente, a maioria deles não são controlados de maneira direta!

O controle de redução de custos de produção deve então estar direcionado para otimização dos processos internos de produção.

Falando de fermentação, podemos relacionar essa melhoria principalmente na redução do uso de antiespumantes nas dornas de fermentação.

Os antiespumantes utilizados para este processo são demasiadamente caros e, quando usados de maneira incorreta, afetam diretamente a qualidade de produção da Usina.

E isso acontece exatamente pela especificação errada de instrumentos de Medição de Nível pontual nas dornas de fermentação.

A detecção do nível alto nas dornas de fermentação é imprescindível, uma vez que as dornas são totalmente fechadas.

Daí a importância da Instrumentação nesse processo fermentativo da usina sucroalcooleira!

A maioria das chaves tendem a não fornecer valores corretos após um tempo de uso exatamente pela incrustação gerada pela espuma no elemento sensor da chave, que fica diretamente em contato com o mosto.

O ideal para esse este processo é o uso de chaves que sejam imunes a esse tipo de incrustação, pois toda vez que a chave é alarmada, um sistema automático de pulverização de antiespumante é acionado.

Então, se seu sistema está emitindo alarmes falsos, seu processo pode estar sendo sub ou hiper dimensionado.

Mas como assim a formação de espuma pode estar interferindo na produtividade do meu processo?

Os antiespumantes usados nesses processos são comercializados com valores na faixa de R$15,00 a R$20,00 por litro. Um valor irrisório se pensado isoladamente, mas se falarmos de uma produção diária com um gasto diário de 1 tonelada deste mesmo antiespumante, talvez o cenário mude um pouco, certo?

Esses erros de medição consequentemente interferem no planejamento de manutenção do processo.

Existe uma grande perda de HxH para limpeza de instrumentos de medição que não são imunes a incrustação, além de paradas de planta não programadas que vêm com os alarmes falsos.

Prezar pela boa qualidade da matéria-prima na área agrícola pode refletir em diversos pontos positivos para sua produção, porém, esta depende diretamente de fatores não controláveis.

Ou seja, fica claro que os processos internos de melhorias precisam estar alinhados, principalmente no setor sucroenergético, do plantio até o produto final.

Você sabe dos desafios e problemas diários que enfrenta com a sua instrumentação.

E agora também já sabe como resolver isso!

Só depende de você! A otimização de custos em função da produtividade está fazendo todas as indústrias de pequeno, médio e grande porte aderirem aos instrumentos que utilizam tecnologias de Automação e Instrumentação Industrial em seus instrumentos.

Chegou o momento de dar um upgrade na operação em que você trabalha!

O próximo passo é buscar um fabricante que realmente esteja comprometido em ajudar vocês a enfrentarem os seus problemas com uma Instrumentação de má qualidade.

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FONTES

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  • Mais de 13 mil horas de engenharia de aplicação on-site
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