Os desafios da limpeza a seco

Natália Cherubin

O aumento do percentual da colheita mecânica na década de 80 culminou na criação dos primeiros sistemas limpeza de cana a seco. Isto porque a cana picada, quando lavada com água – técnica até então utilizada para a limpeza da cana que vinha do campo inteira e queimada – perdia quase quatro vezes da sua sacarose no processo, elevando a perda média de açúcares de 1,7 kg por t na cana inteira, para 6,7 kg por t na cana picada.

Não bastasse isto, os sistemas de tratamento de águas residuais utilizados nas usinas, normalmente lagoas de estabilização, também não suportavam o aumento da carga orgânica, o que fazia com que as usinas realizassem despejos, desrespeitando a legislação, ou elevando (triplicando) o consumo de cal, no caso das usinas que utilizavam os chamados “sistemas fechados”.

Além da sacarose e da questão do uso da água, outro problema que surgiu com a cana picada foi o aumento de impurezas vegetais e minerais, que se não removidas, afetam o desempenho das moendas – eficiência de extração, capacidade de processamento, desgaste nos rolos – e também o processo produtivo, reduzindo a pureza do caldo e aumentando o teor de não açúcares e de terra, o que pode comprometer a qualidade do açúcar produzido e também a fermentação do caldo e do melaço na fabricação do etanol. Diante deste cenário, o setor viu necessidade em estudar e desenvolver sistemas de limpeza a seco (SLS) que, em primeiro estágio, permitissem a separação das impurezas vegetais e minerais e, em um segundo estágio, a separação da terra da palha, para uso na cogeração de energia.

TECNOLOGIAS DE LIMPEZA A SECO

Além de eliminarem o gasto de água e reduzirem as perdas de sacarose da cana, os sistemas de limpeza de cana a seco trazem ganhos na eficiência de moagem, na extração de sacarose em moendas e difusores, na qualidade do caldo extraído e redução das perdas na torta e da manutenção nas moendas, bombas, transportadores e caldeiras.

Hoje existem basicamente dois sistemas de limpeza a seco distintos. Antonio Marcos Furco, diretor técnico da MFurco Engenharia, explica que um deles limpa por peneiramento em tubulões perfurados ou grelhados. Já o outro faz a limpeza por um sistema de ar que sopra a cana, normalmente em posição transversal e no momento de uma queda, quando o lençol da matéria-prima se torna disperso.

O segundo sistema, que faz a sopragem de ar, é o mais utilizado e tem apresentado um melhor desempenho. “Este sistema possui inúmeras variáveis, quer seja quanto ao ponto, sentido ou ângulo de sopragem. Visando aumentar a eficiência, temos projetos que realizam duas sopragens, assim como temos aqueles que sopram a palha contra a queda da cana, tendo que vencer a força da gravidade e ainda gastar energia para mudar o sentido de queda da mesma. Este segundo tem apresentado um melhor desempenho”, observa Furco.

É na etapa de preparo da palha que ocorrem as maiores diferenças entre os projetos. Enquanto alguns realizam a picagem da palha, gerando pedaços de tamanhos bastante uniformes, outros realizam o desfibramento da palha, onde há um princípio de esfacelamento da matéria-prima, gerando muitos “fios” alongados, o que faz com que seja preciso estar atento ao sistema de alimentadores das caldeiras para que eles não se enrolem nos tambores alimentadores.

Atualmente, os sistemas mais avançados possuem eficiências de limpeza (Mineral+Vegetal) superiores a 60%. O grande desafio, contam especialistas, ainda é o espaço ocupado pelos sistemas mais eficientes, que nem sempre existe em usinas que foram concebidas para operar com lavagem de cana, o que exige modificações na planta.

Filipe Montebello, supervisor de Engenharia da Simisa, empresa que iniciou o desenvolvimento dos seus sistemas de limpeza a seco há 9 anos, conta que hoje a tecnologia já está em sua 4ª geração com 15 sistemas em plena operação. Na tecnologia oferecida pela empresa, a separação de impurezas por efeitos aerodinâmicos se dá pela incidência de jatos de ar em uma “cortina de cana” formada pela queda gravitacional na descarga de um transportador de correia. Após a separação, o escoamento de ar deve ser amortecido e as impurezas decantadas dentro de uma câmara, que deve ser corretamente projetada para que o ar possa ser liberado limpo ao ambiente, sem causar sujidades nos arredores do sistema.

“Os ganhos obtidos com a instalação deste sistema nas usinas são nitidamente observados. O aumento da capacidade de moagem em uma das plantas onde foi instalado o nosso sistema chegou a 12,9%, considerando a média da safra. Além disso, são notados diversos outros impactos positivos como, por exemplo, a redução de desgaste nas peças consumíveis do preparo de cana e moenda, redução do desgaste nas partes que estão em contato com os gases de combustão das caldeiras, melhora no consumo específico de energia da moagem, melhoras no tratamento de caldo e no consumo de insumos”, adiciona Montebello.

Com o intuito de trazer maior eficiência a operação, o CTC (Centro de Tecnologia Canavieira) desenvolveu, patenteou e instalou seu sistema de limpeza a seco em usinas dos grupos Renuka, Raízen, Adecoagro, Odebrecht e Alta Mogiana. Os sistemas se baseiam no uso de ventilação forçada para a limpeza da cana com fluxos de ar. A combinação da vazão e pressão de ar com a trajetórias das partículas e as câmaras de expansão determinam as eficiências dos processos.

De acordo com Viler Janeiro, diretor de Assuntos Corporativos do CTC, medições realizadas nos sistemas desenvolvidos e implantados pelo CTC atingiram índices de eficiência da ordem de 70% para impurezas vegetais e minerais. Nas unidades que comercializam energia elétrica, a palha separada pelos SLS é extraída com umidade inferior a do bagaço de cana na saída das moendas e difusores, proporcionando um ganho energético na queima deste material em caldeiras.

“A eficiência obtida atualmente no SLS do CTC é considerada satisfatória e, considerando o uso intensivo destas tecnologias, é possível obter ainda mais ganhos de eficiência com os aprimoramentos que venham a ser feitos nas novas instalações”, explica.

DEFICIÊNCIAS DO SISTEMA

Muitas usinas não tiveram boas experiências com o SLS devido ao modo como o desenvolvimento deste sistema era tratado. Só para se ter uma ideia, de acordo com Janeiro, atualmente, apenas 14% das unidades possuem sistemas de limpeza a seco de cana completos (separação mineral e vegetal). Algumas unidades fazem pequenas modificações em mesas e/ou tombadores para separar apenas a parte das impurezas minerais do fluxo de cana.

Muitas se arriscaram em ter seus equipamentos sofrendo por desgaste e simplesmente deixaram de lavar cana, principalmente porque o investimento neste tipo sistema é muito elevado. De acordo com Furco, um sistema de limpeza pode custar cerca de R$10 milhões por moenda. “Ainda há usinas com os sistemas de lavagem ativados, mas que só são utilizados após as chuvas, quando o percentual de terra na cana está mais elevado”, adiciona.

De acordo com Paulo Eduardo Mantelatto, engenheiro de Processos do CTBE (Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol), o sistema todo de separação de palha a seco ainda precisa ser melhorado com relação à eficiência de separação de palha e terra dos colmos, potência instalada, desgastes nos picadores, granulometria da palha picada, entre outros.

“Também se observa que a quantidade de palha picada e misturada ao bagaço é limitada pelos efeitos que esta provoca na caldeira de biomassa, a qual foi projetada para operar principalmente com bagaço. Dentre os problemas relatados é possível destacar casos de incrustação e corrosão pelos componentes presentes na palha como cloro, potássio, enxofre e sílica. Também são relatados problemas de erosão causado pelas impurezas minerais (areia e terra), carregados juntamente com a palha em todo o processo de fabricação de açúcar, etanol e cogeração de energia”, adiciona o engenheiro de Processos do CTBE.

Já Montebello avalia que alguns sistemas evoluíram muito. “Podemos facilmente constatar essa evolução ao visitar as três plantas na qual temos nossos equipamentos instalados. Conseguimos hoje fornecer sistemas de limpeza com baixo custo de instalação, alta eficiência de separação, alta disponibilidade, ou seja, funcionando sem parar e sem causar sujidades nos arredores. Já superamos esse gargalo. Na medida em que este projeto se alastrar para mais usinas, a má impressão que o mercado tem hoje pelo SLS se extinguirá”, garante o supervisor de Engenharia da Simisa.

Como toda tecnologia, as grandes diferenças estão nos pequenos detalhes, pois aqueles genéricos, de fácil percepção e visualização são dominados por todos, em pouco espaço de tempo. Assim, de acordo com Furco, muitas diferenças que influem nos resultados só são percebidas por aqueles que dominam conceitualmente o sistema. Estas diferenças estão nos pontos de sopragem, nas câmaras inerciais de separação e no preparo da palha.

Outro ponto que, segundo Furco, não tem a merecida atenção na maioria dos projetos está nos sistemas de vedação que, em muitos casos, criam um ambiente totalmente sujo ou até insalubre em toda área de recepção da cana.

“O sistema de preparo ou picagem da palha, apesar das melhorias, ainda é um ponto de preocupação e de grande consumo de energia para as usinas. Entendo que os sistemas podem evoluir dentro das próprias usinas, usando das observações e particularidades de cada unidade. Assim, se ainda não temos um sistema de limpeza seco melhor, ao menos temos um caminho a seguir”, conclui Furco.

PROJETO ESTUDA MELHORIAS

As equipes dos subsistemas Indústria e Recolhimento do Projeto Sucre, desenvolvido pelo CTBE, vem coletando e analisando, desde 2016, amostras da cana-de-açúcar que entra e sai dos sistemas de limpeza a seco de usinas como, Alta Mogiana, Pedra Agroindustrial, Quatá, do grupo Zilor, e usinas da Raízen, para avaliar a sua eficiência.

Além disso, também foram coletadas amostras de palha dos fardos, utilizados para complementar a geração de energia elétrica destas unidades. Todas as amostras estão sendo analisadas pelo CTBE. A intenção é identificar os gargalos do sistema e propor novos equipamentos e novos processos para aprimorar os procedimentos. O Projeto Sucre (Sugarcane Renewable Electricity) tem como objetivo principal aumentar significativamente a produção de eletricidade com baixa emissão de gases de efeito estufa (GEE) na indústria de cana-de-açúcar por meio do uso da palha produzida durante a colheita.

Assim que a cana entra na indústria, junto de folhas verdes, folhas secas, ponteiros, raízes e terra, a equipe separa todos os elementos que não fazem parte do colmo. Na própria usina são pesadas a cana e as impurezas para determinar o quanto de impureza chegou na indústria junto com a cana colhida. O mesmo procedimento é realizado na saída do sistema de limpeza. Amostras de cana e dos resíduos foram levados para o CTBE para que sejam realizadas análises de umidade e do nível de impurezas minerais e vegetais com equipamentos de precisão. Dessa forma, é possível identificar o quanto de impureza mineral e vegetal tem sido retirado através do sistema.

Segundo Mantelatto, o grupo vem avaliando diferentes alternativas tanto para o sistema de limpeza a seco, como condicionamento de palha antes da sua queima na caldeira, e também no seu processamento, como sistema de separação de terra da palha, picadores e trituradores da matéria e possíveis modificações das caldeiras de biomassa, que foram dimensionadas para operar prioritariamente com bagaço.

“Também estamos trabalhando em conjunto com os fabricantes de caldeiras de biomassa no sentido de propor alternativas para as caldeiras já instaladas e novos projetos, no sentido de solucionar os problemas apontados com a operação com palha”, completa o engenheiro de Processos no CTBE e líder do subsistema Indústria do Projeto Sucre.

Quem deu início as pesquisas na área de limpeza de cana a seco, ainda na década de 80, foi a Copersucar, que reuniu um grupo com usinas participantes para pesquisar alternativas para a limpeza da cana. As unidades mais avançadas em colheita mecanizada – Grupo Zilor e São Martinho – juntaram-se então para estudar um método de limpeza de cana no campo, que funcionava em usinas de Cuba.

Este sistema chamava-se “Centros de Acopio”, onde a palha e parte dos palmitos eram coletados para alimentação de gado e a cana, parcialmente limpa, era carregada em vagões de trem ou em caminhões. O engenheiro Antonio Marcos Furco, diretor técnico da Mfurco Engenharia, conta que esta técnica levou o CTC a criar um sistema móvel, que tomava a cana dos transbordos, peneirava em um sistema semelhante as mesas, de fundo perfurado, e carregava nos caminhões. No entanto, o método ficou só no protótipo, pois mostrou-se muito caro e de pouca mobilidade.

Decidiu-se então desenvolver um novo sistema para ser instalado nas mesas de alimentação da indústria. O primeiro foi montado na Usina Quatá e a experiência com esta tecnologia permitiu algumas evoluções. No entanto, por necessidade de contenção de despesas, o projeto foi revisto pelo CTC, que reduziu os incentivos à pesquisa porque o sistema não atendia as usinas que ainda não colhiam cana mecanicamente. Mas como o setor já havia desenvolvido muitos conhecimentos, alguns técnicos migraram para o estudo e desenvolvimento da tecnologia. A São Martinho continuou com alguns ensaios e chegou a testar outros sistemas como a limpeza utilizando tubulões vazados, o qual copiava as descascadeiras de madeiras das fábricas de celulose.  A partir daí o setor começava a criar os sistemas de limpeza a seco com os conhecimentos adquiridos, levados pelos técnicos ao mercado e hoje melhorados por empresas.