Tecnologia Industrial – Cozedores: fundamental no aumento da produção de açúcar

Alisson Henrique

De uma forma simplificada, o cozedor é o equipamento responsável pela operação de cristalização do açúcar. Nele, a massa pré-evaporada é cozida a cerca de 60ºC, resultando numa massa final de cerca de 50% de cristais de açúcar, que serão centrifugados, e 50% de mel, que retornará ao processo. Os cozedores entram no processo industrial, segundo, Marcos Antonio Piassa, supervisor de Processos da Planusi, quando o caldo da cana, após o tratamento físico-químico, é concentrado nos evaporadores até a fase de xarope, e juntamente com os méis recebidos no processo, são enviados ao setor de cozimento, onde ocorre o fenômeno de formação e crescimento de cristais de sacarose por evapocristalização.

Segundo Dalla Vecchia, da Reunion Engenharia, o cozimento pode ser contínuo ou descontínuo, sendo que o primeiro modo leva a um melhor controle operacional e, portanto, melhor qualidade do produto final

O cozimento consiste na concentração do xarope (ou méis) até uma leve supersaturação da solução. Neste ponto é introduzida a semente (cristais microscópicos de sacarose). Os pequenos cristais começam a crescer devido a deposição da sacarose sobre eles e podem atingir até o tamanho comercial, através de cortes ou execução do cozimento em várias etapas (duas ou três massas). “O cozimento pode ser contínuo ou descontínuo. O primeiro modo leva a um melhor controle operacional e, portanto, melhor qualidade do produto final. O segundo já é mais estável do ponto de vista energético e de consumo de água. No entanto, a preferência deve se dar em função da qualidade do açúcar que se pretende produzir”, detalha Tercio Marques Dalla Vecchia, engenheiro e CEO da Reunion Engenharia.

“Apesar de termos os dois métodos de cozimento – a batelada e continuo – o melhor, na minha visão seria o sistema continuo. No entanto, como a automação desse sistema é muito caro, inviabiliza a instalação dos instrumentos de monitoramento que auxiliam a condução do cozimento, fazendo com que as unidades açucareiras não invistam de maneira significativa para obter bons resultados no setor de cozimento”, explica Piassa. Gunnar Johansen, gerente Comercial de Equipamentos para Usinas de Açúcar da WSC Service Center, afirma que o cozedor de batelada ainda é o mais comum dentro das unidades sucroalcooleiras, mas destaca que cada unidade tem sua preferência pelos mais diversos motivos.

AUTOMAÇÃO: ASSUNTO EM PAUTA

Apesar do mercado não estar dos melhores para o açúcar, já que tivemos na safra 2018/19 a menor produção de açúcar no Brasil dos últimos anos, o assunto automação de cozedores de açúcar tem entrado nas discussões das usinas, pois sua correta operação aumenta a performance dos cozedores, gerando um melhor aproveitamento de tempo e na própria condução do equipamento, fazendo com que se garanta um aumento na eficiência da produção de açúcar. “As usinas mais modernas ou as que estão investindo em modernização tem como pauta a automação dos cozedores de açúcar a serem controlados a partir de um supervisório”, explica o gerente Comercial da WSC Service Center.

Segundo Dalla Vecchia, o assunto é extremamente importante. “A automação permite uma operação otimizada. Ela depende dos tipos de analisadores de concentração, de sua instalação para que a amostragem seja adequada e da correta utilização das curvas de correlação entre a saturação e a pureza das soluções de sacarose. A automação é muito mais simples no cozimento contínuo do que na batelada, onde se exige uma ‘receita’ para a operação.”

A automação tem sido algo cada vez mais importante para a indústria e, de acordo com Piassa, a maioria das empresas tem tido interesse em melhorar não só o setor de cozimento, mas toda a planta, atingindo alta performance e rendimentos. No entanto, o investimento tem sido aquém por conta dos baixos preços do açúcar.

COZEDORES SÃO ANTIGOS

Poucas unidades se atentam ao detalhe eficiência quando se trata do processo de cozimento. De acordo com o supervisor de Processos da Planusi, na maioria das vezes, os equipamentos empregados nos setores de cozimento estão ultrapassados. “Hoje os cozedores são modernos, facilitando a operação e, juntamente com a automação, consegue-se uma boa eficiência de cozimento. Mas, ainda assim, tem-se uma baixa eficiência de cozimento devido ao alto número de cozedores antigos, o que dificulta a operação e recuperação dos cozimentos. ”

Johansen também destaca que a eficiência atual não é ideal devido ao fato de que os cozedores de açúcar de grande parte das usinas brasileiras são antigos e, em alguns casos, com manutenção prejudicada. Segundo ele, tratam-se de cozedores, de certa forma, de projetos primitivos em relação às tecnologias existentes na Europa. “Existe uma desconfiança muito grande por parte das usinas nacionais pela adoção de novas e inovadoras tecnologias, que poderiam reduzir o gap tecnológico entre o que se encontra no Brasil e o que se utiliza na Europa.”

Dalla Vecchia opina que o termo eficiência é inapropriado para este processo. Segundo ele, os indicadores mais utilizados são o teor de cristal na massa cozida (35% a 50%), o esgotamento da massa, que é o quanto de sacarose presente no licor mãe foi cristalizado e retirado na forma de cristal e, ainda, a queda de pureza entre a massa cozida e o mel por ela gerado.

Segundo Johansen, o Brasil conta com soluções nacionais para automação de ótima qualidade e eficiência, e as usinas mais inovadoras não estão ficando de fora destas tendências em seus projetos de investimentos. “As usinas brasileiras deveriam buscar modernizar os projetos de seus cozedores. Existem tecnologias na concepção do cozedor que permitem um aumento que varia de 20% a 25% na eficiência de cozimento, seja na direção da economia de vapor (importante para as usinas que investem em cogeração de energia elétrica), seja pelo tempo de cozimento. Sem falar na melhora significativa do açúcar produzido, extrema facilidade na limpeza do cozedor entre uma batelada e outra e a inexistência de problemas de manutenção anual. Desde 2009 nossa empresa tem ajudado as usinas nacionais na implementação destas tecnologias inovadoras, que são de origem alemã”, conta.

COZIMENTO CONTINUO X BATELADA

Quando o assunto é o consumo de vapor e de água, teoricamente, o cozimento contínuo não deveria consumir menos vapor, mas na prática, consome. Segundo Celso Procknor, presidente da Procknor Engenharia, se o objetivo é produzir certa quantidade de massa cozida, com certo brix e a partir de certo xarope ou mel, pode-se calcular a quantidade de água a ser evaporada. Com este valor determina-se a quantidade de vapor necessária para evaporar a água. Por consequência, define-se quantidade de água de resfriamento necessária nos condensadores e tanto faz se o cozimento é em bateladas ou contínuo. “Na prática, o cozimento contínuo evita picos de consumo de vapor nos tachos em bateladas, os quais afetam os níveis de sangria da evaporação, que por sua vez afetam o consumo de vapor de escape e fazem variar o brix do xarope produzido na evaporação. ”

O tacho em bateladas é vaporizado de quatro a seis vezes por dia (dependendo da massa cozida), e esta operação gera água doce que significa diluição no processo, além do esquentar e esfriar sistematicamente o equipamento, o que também significa consumo de vapor. “Um tacho contínuo pode operar sem parar por até oito semanas para massa C, por quatro semanas para massa B e por duas semanas para massa A, dependendo da pureza das massas cozidas processadas. Os tachos em bateladas também perdem muito tempo para formação do vácuo no início de cada ciclo. Se você quiser formar o vácuo rapidamente, necessita de bomba de vácuo de partida, cuja potência instalada é alta. São problemas que não ocorrem com o cozimento contínuo”, detalha.

Segundo Procknor, para uma comparação definitiva – entre sistema contínuo e batelada – é necessário fazer um balanço de massa e de energia específico e comparar as respectivas produções e graus de esgotamento da massa cozida

Outro aspecto importante é a comparação de capacidades entre os dois sistemas. Tachos em bateladas têm relação S/V (superfície/volume) na faixa de 0,65 a 0,75 m2/hl, e tachos contínuos tem relação S/V na faixa de 1,0 a 1,1 m2/hl. “Portanto, como é a superfície de troca térmica que determina a capacidade evaporativa do equipamento, a comparação correta é entre as respectivas áreas de troca térmica. Normalmente tachos contínuos têm cerca de 35% a mais de superfície de troca térmica para um mesmo volume nominal de massa cozida. Por outro lado, os tempos mortos em tachos contínuos são muito menores do que os tempos mortos em tachos em bateladas”, explica Procknor.

Desta maneira, grosso modo, admite-se na prática que um tacho contínuo tem cerca de 40% a mais de capacidade do que um tacho em bateladas de mesmo volume. Por exemplo, um tacho contínuo de 1100 hl corresponde a aproximadamente três tachos em bateladas de 500 hl cada um. Outros fatores importantes, como a temperatura do vapor de aquecimento, podem alterar esta comparação em favor do tacho contínuo, o qual utiliza normalmente vapor V2 ou V3.

Segundo Procknor, para uma comparação definitiva é necessário fazer um balanço de massa e de energia específico e comparar as respectivas produções e graus de esgotamento da massa cozida. O ganho energético com o cozimento contínuo é maior quanto maior for a quantidade de massa correspondente processada.

Com relação ao custo inicial da instalação, uma comparação correta entre cozimento em bateladas e contínuo deve levar em conta os seguintes fatores:

1) Superfície de troca térmica instalada;

2) Materiais dos espelhos e dos tubos;

3) Nível de automação dos tachos.

Quando comparado em igualdade de condições, um tacho contínuo costuma ser mais barato do que os tachos em bateladas com capacidade equivalente. “O preconceito de que cozimento contínuo é caro surgiu numa época em que os fabricantes de tachos em bateladas induziam os potenciais compradores a comparar apenas as respectivas capacidades volumétricas dos equipamentos”, acrescenta Procknor.

DESAFIOS

De acordo com Piassa, hoje o maior desafio do processo é fazer com que as pessoas envolvidas com esse equipamento entendam a real necessidade e tenham conhecimento sobre a sua especifica função, proporcionando assim ganho operacional. Segundo ele, quando houver esse entendimento e conhecimento o processo avançará consideravelmente.

Gunnar Johansen retoma que existem cozedores bastante antigos no mercado e estes demandariam reforma ou substituição. No entanto, os baixos preços do açúcar no mercado mundial, altos estoques existentes e certa capacidade ociosa de produção, fizeram com que os projetos de investimentos em melhorias, substituições ou ampliações fossem postergados. “

Piassa acrescenta que no processo de cristalização duas questões precisam receber mais atenção por parte das usinas. “A primeira consiste em obter dos cozimentos comerciais a máxima recuperação possível e um número mínimo de etapas de cristalização para alcançar o produto final. A segunda consiste em que os subprodutos dos cozimentos da fabricação do açúcar, os méis, sejam descartados com uma quantidade mínima de açúcar recuperável, pois cada parte de açúcar nos méis finais que poderia ter sido cristalizado é uma perda econômica”, finaliza.