Apresenta-se abaixo uma descrição resumida do processo industrial de produção de açúcar e álcool. Referida descrição pode variar de indústria para indústria conforme a sua capacidade produtiva de açúcar e álcool.
Fase 1 - Preparo do Solo
A ocorrência em Goianésia de déficit hídrico entre os meses de maio a setembro faz com que todas as operações de preparo de solo sejam realizadas com o objetivo de permitir um desenvolvimento profundo do sistema radicular da cana-de-açúcar.
O preparo de solo é profundo, com uso de arado de aiveca e subsolador, visando à incorporação profunda dos corretivos. A retirada de amostra de solos é georeferenciada com o auxilio de um aparelho do Sistema de Posicionamento Global (GPS). As análises de solos são realizadas em laboratório localizado na Jalles Machado. A calagem e fosfatagem são realizadas em taxa variável, utilizando os princípios de agricultura de precisão.
Rotação de Culturas
Após o preparo do solo é realizada a rotação de culturas com soja ou crotalária. Os principais benefícios são:
a) Conservação dos solos: Manutenção do solo com cobertura verde, reduzindo os riscos de erosão;
b) Agronômico: Fixação biológica de Nitrogênio aumenta matéria orgânica e redução de pragas e patógenos do solo;
c) Socioeconômico: Utilização do solo o ano todo, mesmo no período de reforma do canavial. Permite a utilização de mão-de-obra no período de entre-safra.
Plantio da cana-de-açúcar
A equipe técnica focaliza como meta a melhor relação solo-planta, visando a adequar as melhores variedades para cada ambiente de produção. Todas as práticas realizadas no plantio buscam dar condições para a colheita mecânica.
As mudas utilizadas passam por um rigoroso controle fitossanitário, sendo provenientes de tratamento térmico de mini-toletes. Os viveiros são constantemente inspecionados por uma equipe treinada para identificação de pragas e doenças.
Sulcação e adubação
A sulcação e adubação são realizadas conjuntamente e busca-se um perfeito paralelismo entre sulcos com objetivo de favorecer as operações posteriores: cultivo, colheita mecânica etc. A adubação visa a fornecer os nutrientes em quantidades adequadas para obtenção do melhor desenvolvimento da cultura. Distribuição de mudas: Utiliza-se o sistema de banquetas com caminhão.
Cobrição e aplicação de inseticidas
A cobrição é realizada conjuntamente com a aplicação do cupinicida. Previamente, é realizado o monitoramento de cupins e somente aplica-se o cupinicida em áreas que possuam a praga. Anualmente, realiza-se o controle em 50% (cinquenta por cento) das áreas.
O fechamento do sulco ou cobrição é feito com implemento que possibilita regulagem de altura e profundidade com agilidade e rapidez.
Tratos culturais
Toda a cana-planta recebe adubação química ou orgânica, os tratos culturais são realizados com o objetivo de permitir melhores condições para o desenvolvimento da cultura.
Na cana-planta, a empresa tem como particularidade a realização da operação de nivelamento do sulco em 100% (cem por cento) da área plantada, efetuando a adubação complementar em conjunto com esta operação.
Toda a cana-planta recebe adubação química ou orgânica, operação realizada com equipamentos adequados para cana colhida com ou sem queima.
No controle de pragas, é priorizado o controle biológico. Para isso, a empresa dispõe de um laboratório de controle biológico de pragas onde produz a vespa Cotesia flavipes, agente controlador da broca da cana (Diatraea saccharalis). O controle de doenças é realizado por meio do roguing (eliminação de plantas indesejáveis).
Os prejuízos indiretos causados pela praga também são consideráveis. Por meio dos orifícios abertos pelas lagartas, penetram fungos causadores da podridão vermelha do colmo. Esses seres invertem a sacarose, diminuindo a pureza do caldo e dando menor rendimento de açúcar e álcool. Além disso, influenciam na coloração do açúcar, que é um fator importante no controle de qualidade do produto.
Aproximadamente 60% (sessenta por cento) da área são irrigados visando a o salvamento da cana. Utiliza-se a prática de fornecimento de Cálcio e Magnésio em áreas com deficiência nestes nutrientes.
Fase 2 - Processamento
A colheita mecanizada representa cerca de 90% (noventa por cento) da cana-de-açúcar colhida, sendo de forma manual ou por máquinas, é cortada e transportada para a Usina. O produto é lavado para retirar impurezas e enviado para a moagem, onde é prensado. O caldo é extraído e segue para as peneiras.
Já o bagaço, após o processo de secagem, é encaminhado até as caldeiras e será queimado para gerar energia, hidrolisado para consumo animal, o excesso é vendido para transformação em papel, plástico biodegradável ou prensados para fins de confecção de mobiliário.
Sendo a cana-de-açúcar orgânica, essa etapa não é concluída, uma vez que o açúcar orgânico não recebe nenhum tipo de produto químico. Assim, o caldo não é clarificado, mas as impurezas são retiradas nas fases seguintes do processo.
Um sistema automático controla a vazão de caldo destinado à fabricação do açúcar e também o seu pH, é levado a aquecimento lento para evaporação da água e concentração do açúcar. O xarope resultante, rico em sacarose, é cozido e ocorre a cristalização. Após o cozimento, restam uma mistura de cristais de sacarose e a parte não cristalizada, denominada mel.
Por meio do controle e planejamento dos canaviais, é montado um programa de corte baseado na maturação da cana-de-açúcar. Dessa forma, têm-se áreas com o plantio que estará próprio para o corte em momentos diferentes, que permite seu manejo, o seu processamento e utilização dos insumos secundários.
Transporte
O transporte da lavoura de cana-de-açúcar até a unidade industrial é feito por caminhões adaptados para o serviço. Cada carga transportada pesa aproximadamente de 16 a 25 toneladas. Hoje, há caminhões com capacidade de até três ou quatro carrocerias em conjunto, aumentando muito a capacidade do transporte.
Os caminhões são pesados antes e após o descarregamento para se obtiver o peso de cana-de-açúcar recebida. O objetivo de se pesar é permitir o controle agrícola, o controle da moagem e o cálculo de rendimento industrial. Além de pesada, a cana-de-açúcar é também analisada para que se possam definir características como a quantidade de açúcares, de água e de fibra nela contida.
Fase 3 - Moagem
Depois de cortada e transportada para a usina, a cana-de-açúcar é enviada para a moagem na “Dorna”, onde se inicia o processo de fabricação do açúcar e do álcool. A cana- de-açúcar, que chega à unidade industrial, é processada o mais rápido possível. O sincronismo entre o corte, transporte e moagem são muito importantes, pois é uma matéria prima sujeita a contaminações e, consequentemente, de fácil deterioração.
O descarregamento da cana-de-açúcar pode ser feito diretamente nas mesas alimentadoras da moenda por meio de guindastes do tipo hilo ou no pátio de estocagem para posterior alimentação no caso de falhas de transporte ou como “pulmão” para moagem no período noturno. A cana-de-açúcar colhida mecanicamente não deve ser estocada, sendo assim alimentada de forma direta.
De maneira a evitar a decomposição bacteriológica, é recomendada a renovação diária do estoque. O tempo médio, após a queima da cana até seu descarregamento, é de aproximadamente 40 horas.
A cana-de-açúcar descarregada nas mesas alimentadoras da moagem, depois é lavada nas mesas alimentadoras para retirar parte de matérias estranhas e toda terra e areia proveniente da lavoura. Após a lavagem, a cana-de-açúcar passa por picadores que trituram os colmos, preparando-a para a moagem, de modo a obter um caldo de melhor qualidade. Nesse processo, as células da cana-de-açúcar são abertas sem perda do caldo.
Logo após a lavagem, a cana-de-açúcar é conduzida por meio de esteiras rolantes para um jogo de facas niveladoras, seguido do picador, do desfibrador e do eletroímã. Após a lavagem, é desfibrada sendo enviada à moenda para ser moída e extraído o caldo. Na moenda, após ser desfibrada, é exposta entre rolos submetidos a uma pressão de aproximadamente 250 kg/cm², expulsando o caldo do interior das células. Esse processo é repetido por seis vezes continuamente.
O nivelador proporciona uma alimentação uniforme. O picador e o desfibrador têm como objetivo aumentar a densidade, aumentando a capacidade de moagem e rompendo ao máximo as células para forçar uma maior eficiência de extração do açúcar. Já o eletroímã visa a retirar possíveis materiais ferrosos que possam vir com a cana-de-açúcar para evitar a quebra dos rolos das moendas.
Adiciona-se água numa proporção de 30% (trinta por cento). A isso se chama embebição composta, cuja função é embeber o interior das células da cana diluindo o açúcar ali existente e, com isso, aumentando a eficiência da extração, conseguindo-se, assim, extrair cerca de 96% (noventa e seis por cento) do açúcar contido na cana-de-açúcar. O caldo extraído vai para o processo de tratamento e o bagaço para secagem e depois para as caldeiras. A extração dos sólidos da cana é feita pelo esmagamento nos rolos das moendas que exercem forte pressão na Dorna. As moendas separam água e sólidos da fibra que formará o bagaço. A sacarose está dissolvida no caldo, portanto, o objetivo da moagem é extrair a maior quantidade possível de sólidos da cana-de-açúcar. Na prática, extrai-se de 94% a 96% (noventa e quatro a noventa e seis por cento) do caldo, que é utilizado para produzir açúcar ou álcool.
Um segundo objetivo da moagem, porém de extrema importância, é a produção de um bagaço final com baixa umidade para ser queimado nas caldeiras, visando à produção de energia mecânica na forma de vapor de água a alta pressão.
Embebição
No intuito de diluir os sólidos remanescentes no bagaço para aumentar a extração, adiciona-se água ao bagaço, antes de passar pelos últimos rolos, constituindo o processo denominado embebição.
A embebição utilizada é do tipo composta, que consiste em adicionar água entre os últimos ternos e fazer retornar o caldo extraído deste último para o anterior e, assim, sucessivamente até o segundo terno (conjunto de três rolos da moenda).
Sulfitação
A sulfitação consiste na absorção de SO2 pelo caldo, inibindo reações que causam a formação de cor, coagulando matérias coloidais, auxiliando na formação de precipitados que farão o arraste de impurezas durante a sedimentação, diminuindo a viscosidade do caldo e desinfetando o meio.
Caleagem
A caleagem é feita por intermédio da adição de leite de cal (Ca(OH) 2), que também coagula material coloidal, auxilia na precipitação e arraste de impurezas solúveis e insolúveis e eleva o pH para valores neutros.
Aquecimento
O caldo é, então, aquecido até aproximadamente 105ºC para acelerar e facilitar as reações de coagulação e floculação dos coloides e não-açúcares proteicos e emulsificar graxas e ceras. O aquecimento, nessa etapa do processo, visa a essencialmente aumentar a eficiência do processo de decantação e promover a posterior retirada de ar.
Flasheamento
No balão de flash, uma diminuição brusca de pressão provoca uma ebulição espontânea do caldo eliminando, assim, o ar nele dissolvido que, quando presente, dificulta a decantação das impurezas mais leves.
Decantação
A decantação, também chamada de clarificação, é a etapa de purificação do caldo pela remoção das impurezas floculadas nos tratamentos anteriores. O caldo, livre das impurezas, é chamado caldo decantado e segue para a etapa de evaporação. As impurezas constituem o que é chamado de lodo. O lodo é enviado à etapa de filtragem, descrita a seguir.
Geração de vapor
O bagaço que sai da moenda com muito pouco açúcar e com umidade de 50% (cinquenta por cento), é transportado para as caldeiras, onde é queimado para gerar vapor, que se destina a todas as necessidades que envolvem o acionamento das máquinas pesadas, na cogeração de energia elétrica e o processo de fabricação de açúcar e álcool.
Como citado anteriormente, a moagem separa o caldo do bagaço. O bagaço é conduzido, pelas de esteiras, à caldeira, onde são queimados para a produção de vapor d’água, com pressão média de 21 kgf/cm2 e temperatura de 300ºC.
A sobra de bagaço é vendida como insumo secundário para outras indústrias. O bagaço é muito importante na unidade industrial, porque é o combustível para todo o processo produtivo. Um bom sistema térmico é fundamental, utiliza-se o processo vapor direto, vapor de escape e vapor vegetal.
Geração de energia elétrica
Parte do vapor gerado é enviada aos tubos geradores que produzirão energia elétrica suficiente para movimentar todos os acionamentos elétricos e a iluminação.
Esse vapor é utilizado no acionamento de turbinas a vapor, transformando energia térmica em energia mecânica. Essas turbinas movimentam os picadores, os desfibradores, as moendas etc., bem como geradores de energia elétrica, necessária em vários setores da usina. O vapor liberado nas turbinas, denominado vapor de escape, é um vapor de baixa pressão (1,5 kgf/cm2) e é utilizado como fonte básica de energia ao longo do processo de fabricação do açúcar e do álcool. Além da venda do excedente de energia.
Fase 4 - Fabricação de açúcar
O caldo extraído na moenda, chamado de caldo misto, é um caldo impuro, sendo necessário passar por um processo de clarificação para retirada de sólidos em suspensão. O caldo resultante da extração pelas moendas passa por algumas etapas de tratamento antes de ser encaminhado à produção de açúcar e/ou álcool. Esse caldo é peneirado para remoção das impurezas mais grosseiras. No entanto, impurezas menores (solúveis, insolúveis ou coloidais) não são removidas apenas com a utilização de peneiras.
No caso desse tipo de impurezas, uma sequência de procedimentos é adotada no intuito de coagulá-las, de maneira que a decantação possa separá-las. Assim, o caldo é sulfitado e caleado. Esse processo é chamado de dosagem. A adição de enxofre e cal facilita a floculação das substâncias coloidais.
Após essa sequência de tratamento, o caldo é enviado à produção de açúcar e/ou álcool, sendo que, para o caso da produção de álcool, o procedimento de sulfitação não é necessário. Na dosagem, o caldo é aquecido em aquecedores verticais e enviado aos clarificadores que retêm o caldo por aproximadamente 3 horas em regime contínuo.
Nesse tempo de retenção, ocorrem reações de floculação e precipitação do material em suspensão que é retirado na forma de lodo. O caldo clarificado e limpo segue no processo para evaporação e o lodo irá para filtração a vácuo, momento em que é recuperada a sacarose ainda existente.
Evaporação
Constitui o primeiro estágio de concentração do caldo proveniente da etapa de tratamento. O caldo clarificado contém cerca de 85% (oitenta e cinco por cento) de água. A evaporação tem como objetivo reduzir essa porcentagem para aproximadamente 40% (quarenta por cento). O caldo concentrado é chamado de xarope.
A evaporação é feita em evaporadores de múltiplo efeito concorrente, isto é, o vapor gerado pela evaporação da água do caldo (vapor vegetal) presente na caixa de evaporação anterior é utilizado como fonte de aquecimento para a caixa posterior.
Cozimento
Saindo da etapa de evaporação, o xarope é enviado ao cozimento, que é uma nova etapa de concentração, só que agora com a formação de cristais em virtude da precipitação da sacarose dissolvida na água.
Os cozedores são equipamentos semelhantes aos evaporadores e, seu produto final, cristais de açúcar envolvidos em mel (solução açucarada), é chamado de massa cozida. Nessa etapa, atinge-se uma concentração entre 90º e 95º (noventa a noventa e cinco por cento) de Brix (porcentagem em peso de sólidos) à temperatura entre 58º a 65ºC.
Cristalização
A massa cozida é então enviada a cristalizadores que a resfriam lentamente com o auxílio de água. Dessa maneira, consegue-se recuperar parte da sacarose que ainda estava contida no mel por sua deposição nos cristais já existentes gerando o consequente aumento dos mesmos.
Centrifugação
Dos cristalizadores, a massa cozida segue às centrifugas. A força centrífuga promove a separação do açúcar. O mel removido é coletado e retorna aos cozedores para um maior esgotamento. O açúcar descarregado das centrífugas apresenta alto teor de umidade 0,5% a 2% (meio a dois por cento) e temperatura elevada (65º a 95ºC).
Secagem
Por meio de um elevador de canecas, os cristais de açúcar seguem para a secagem em tambores rotativos, levemente inclinados em relação à horizontal, usando ar quente em contracorrente com o açúcar a ser seco.
O açúcar pode ser comercializado desta forma como açúcar cristal, ou então, utilizado para a fabricação de outros produtos, como o açúcar invertido, o açúcar refinado ou o açúcar líquido.
Armazenagem
Atualmente, dois tipos de armazenagem e manipulação de açúcar apresentam aceitação generalizada: armazenagem em sacaria e a granel. O sistema de armazenagem em sacaria, predominante até alguns anos atrás, vem lentamente cedendo lugar ao sistema a granel.
A armazenagem a granel traz uma série de vantagens econômica, sendo a principal delas o fato de assegurar uma deterioração mais lenta que a do açúcar ensacado, podendo ocorrer o fenômeno ou a umidificação, porém, restringindo-se à superfície da pilha de estocagem sem maiores consequências em seu interior.
Filtração do lodo
Como o lodo ainda é rico em sacarose é, feita uma filtração nos filtros rotativos a vácuo para succionar o material líquido, chamado de caldo filtrado, que sofrerá novo tratamento de clarificação, para recuperar o açúcar contido no lodo, procede-se com a sua filtragem.
Dessa forma, separa-se o caldo filtrado do que é retido no filtro: a torta, formada basicamente pelos resíduos retirados na decantação. O material sólido retido nas telas dos filtros é denominado de torta de filtro, essa torta é enviada à lavoura, sendo utilizada como adubo ou ração animal, pois é rica em sacarose. O caldo retorna ao processo e a torta é utilizada como adubo na lavoura.
Caldo clarificado
O caldo clarificado obtido da decantação do caldo é enviado para a evaporação. Evaporação
O caldo clarificado entra em um conjunto de evaporadores de múltiplo efeito para a retirada de maior parte da água tomando consistência de um xarope. O xarope é bombeado aos tachos de cozimento para a cristalização do açúcar.
Cozimento A
Os tachos de cozimento são equipamentos que continuam a evaporação do xarope, tornando o meio supersaturado, dando as condições necessárias à cristalização da sacarose. O produto obtido neste cozimento é a massa A. A massa A é uma mistura de cristais de açúcar e o seu correspondente licor-mãe (mel), de onde foi obtida a cristalização do açúcar.
Cozimento B
No cozimento B é onde formamos os cristais para o cozimento A. Os tachos de cozimento B recebem o mel A e por um processo de nucleação, produzem-se os pequenos cristais, de modo controlado e padronizado. Referido processo é fundamental na qualidade do produto final, onde todos os cristais são induzidos a uma formação conjunta e uniforme, chamado de semeamento total.
A massa B, da mesma forma que a massa A, é uma mistura de cristais de açúcar e o seu correspondente licor mãe (mel) de onde foram obtidos os cristais.
Centrifugação da massa A
A massa A é um produto que contém cristais de aproximadamente 0,5mm envolvidos numa película de mel.
Na centrifugação, ocorre a separação do mel, denominado mel A, que irá para os tachos de cozimento B, e açúcar propriamente dito, que é enviado ao secador de açúcar.
Centrifugação da massa B
A massa B é um produto que contém cristais de aproximadamente 0,2mm e melaço. Na centrifugação, os cristais são separados do mel B (ou melaço), onde o magma (cristais de açúcar B) seja utilizado como núcleo para o cozimento A, o melaço é enviado para a fabricação do álcool.
Secagem do açúcar
Nesta etapa, o açúcar passa no secador para a retirada da umidade contida nos cristais. Na saída do secador, o açúcar é enviado por esteiras sanitárias até a moega de açúcar (reservatório próprio para açúcar), de onde é feito o ensacamento.
Fase 5 - Fabricação de álcool
A partir da cana-de-açúcar, pode-se também produzir álcool. O álcool é obtido por meio de um processo bioquímico chamado fermentação.
De maneira semelhante à produção de açúcar, para a obtenção do álcool é necessário que o caldo receba um tratamento de purificação.
Tratamento do caldo para a destilaria
O tratamento do caldo destinado à produção de álcool é o mesmo tratamento realizado com o caldo destinado à produção de açúcar, excetuando-se a etapa de sulfitação.
Resfriamento do caldo
Ao contrário do que ocorre na fabricação do açúcar, o caldo que servirá como matéria- prima na produção de álcool deve ser resfriado. É comum fazer com que o caldo quente troque calor com o caldo frio, sendo este aquecido e aquele resfriado.
Não sendo suficiente, o caldo que vai para a destilaria deve passar em um trocador de calor, no qual trocará calor com água fria até atingir a temperatura de aproximadamente 30ºC.
Parte do caldo é desviada para tratamento específico para fabricação do álcool. Esse tratamento consiste em aquecer o caldo aproximadamente a 105ºC sem adição de produtos químicos e, após isto, decantá-lo.
Após a decantação, o caldo clarificado irá para a pré-evaporação e o lodo para novo tratamento, semelhante ao lodo do açúcar.
Pré-evaporação
Na pré-evaporação, o caldo é aquecido a 115ºC, evapora água e é concentrado. O aquecimento favorece a fermentação por fazer uma "esterilização" das bactérias e leveduras selvagens que concorreriam com a levedura do processo de fermentação.
Preparo do mosto
O mosto é uma solução de açúcar cuja concentração foi ajustada de maneira a tornar a