Relatório de Estágio - LIRA, A. B.

UNIVERSIDADE FERDERAL DE ALAGOAS
PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO
CENTRO DE TECNOLOGIA
ENGENHARIA QUÍMICA
ARTHUR BARBOSA DE LIRA
Processo de Produção de Açúcar e Etanol da
Usina Santa Clotilde S/A
Maceió-AL
2016

ARTHUR BARBOSA DE LIRA
Relatório de Estágio curricular em
Engenharia Química
Relatório de estágio submetido ao corpo
docente do curso de Engenharia Química,
do Centro de Tecnologia da Universidade
Federal de Alagoas, como parte dos
requisitos necessários para a obtenção do
grau de Engenheiro Químico.
Orientador: Prof. Dr. João Nunes de Vasconcelos
Maceió - AL
2016

Processo de Produção de Açúcar e Etanol da
Aprovado em: Maceió, ______ de _______________ de 2016
Banca examinadora
_________________________________________________________
Prof. Dr. João Nunes de Vasconcelos - Orientador
Universidade Federal de Alagoas
_________________________________________________________
Prof. Dr. Jorge José de Brito Silva
_________________________________________________________
Prof. Dr. José Edmundo Accioly de Souza

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO
Relatório de Estágio curricular em
Engenharia Química
Dados do Estagiário
Nome: Arthur Barbosa de Lira
Registro Acadêmico: 10110101
Curso e Período: Engenharia Química - 10º Período
Dados do Local de Estágio
Empresa: Usina Santa Clotilde S/A
Supervisor: David Antônio da Silva
CNPJ:12.607.842/0001-95
Período de Estágio
Início: 14/03/2016 Término: 10/06/2016
Jornadas de trabalho: 30 horas semanais.
Total de horas: 360 horas em três meses
Maceió - AL
2016

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RESUMO
Esse relatório é referente ao estágio curricular obrigatório desenvolvido na
Usina Santa Clotilde S/A, localizada em Rio Largo – AL, no período de março a
junho de 2016. Durante o período de atividades, foi possível observar na
prática, a riqueza de operações e atividades que uma usina sucroenergética
oferece. Além disso, a maior parte do estágio se desenvolveu no período de
entressafra, oportunidade de conhecer de forma mais íntima os equipamentos,
como é feita a manutenção e vários aspectos ligados ao planejamento de
funcionamento da fábrica.

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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Usina Santa Clotilde....................................................................... ..10
Figura 2 – Fuxograma da produção de açúcar e etanol....................................12
Figura 3 - Tombador tipo Hilo............................................................................13
Figura 4 – Passagem da mesa para a esteira...................................................14
Figura 5 – Picotador na esteira demontado para manutenção..........................15
Figura 6 – Ternos de moenda............................................................................16
Figura 7 – Tanques de recolhimento de caldo da usina Santa Clotilde.............17
Figura 8 – Interior da peneira rotativa................................................................17
Figura 9 – Trocadores de calor casca e tubo, balão flash e tanque de
decantação........................................................................................................19
Figura 10 – Peneiras fixas para o caldo clarificado...........................................20
Figura 11 – Caixas de evaporação....................................................................21
Figura 12 – Conjunto de dornas de fermentação da Usina Santa Clotilde........26
Figura 13 – Dornas de Fermentação e trocador de calor de placas..................27
Figura 14 – Centrífuga de vinho da Usina Santa Clotilde..................................28
Figura 15 – Colunas de destilação (esquerda) e retificação (direita) da Usina
Santa Clotilde.....................................................................................................30
Figura 16 – Colunas de recuperação (esquerda) e desidratação (direita)........31
Figura 17 – Terno de moenda desmontado para manutenção..........................34
Figura 18 – Treinamento de rapel da equipe de segurança..............................35
Figura 19 – Prato da coluna de destilação........................................................36
Figura 20 - Limpeza dos aquecedores na produção de açúcar.........................36

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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 08
2. OBJETIVOS 11
2.1 Objetivos Gerais 11
2.2 Objetivos Específicos 11
3. PRODUÇÃO DE AÇÚCAR E ETANOL 12
3.1 Extração do Caldo 12
3.1.1 – Recepção da matéria prima 13
3.1.2 – Moagem 14
3.1.3 – Peneiramento 17
3.2 Produção de Açúcar VHP 18
3.2.1 – Pré-tratamento 18
3.2.2 – Evaporação 20
3.2.3 – Cozimento 22
3.2.4 – Cristalização 24
3.2.5 – Centrifugação 24
3.2.5 – Secagem 24
3.2.6 – Expedição do açúcar 25
3.3 Produção de Etanol 25
3.3.1 – Preparo do mosto 25
3.3.2 – Fermentação 25
3.3.3 – Centrifugação 27
3.3.4 – Regeneração das leveduras 28
3.3.5 – Destilação 29
3.3.6 – Expedição do etanol 32
3.4 Período de Entressafra 33
4. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS 37
5. CONCLUSÕES 38
6. REFERÊNCIAS 39
7. ANEXOS 40

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1.INTRODUÇÃO
O Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar do mundo, com cerca de
630 milhões de toneladas de cana processadas na safra de 2014/2015. Desse
total, 90% é proveniente das regiões Sul, Sudeste e Centro-Oeste e 10%
proveniente da região Norte-Nordeste. O Brasil também é o maior produtor e
exportador de açúcar, com 20% da produção e 40% da exportação total. Na
produção de etanol, entretanto, ocupa o segundo lugar, atrás dos EUA (UNICA
2015).
A cana-de-açúcar é a principal matéria prima para a produção de açúcar
no Brasil. De acordo com o tipo de processo ao qual é submetido, o açúcar
produzido tem características diferentes e pode ser classificado em várias
formas, segundo Mezaroba (2010):
 Açúcar branco para exportação – açúcar sem refino, que pode ser
para consumo direto humano, com baixa cor, ou para reprocessamento,
que possui uma cor mais elevada;
 Açúcar cristal – tem como características cristais grandes e
transparentes, difíceis de serem dissolvidos na água;
 Açúcar demerara – não recebe aditivos químicos e por isso seus grãos
tem coloração marrom-claro e alto valor nutricional;
 Açúcar mascavo – açúcar bruto, escuro e úmido. Não passa pelo
processo de cristalização ou refino e conserva cálcio, ferro e sais
minerais;
 Açúcar refinado – açúcar que é dissolvido em água e recristalizado. O
açúcar desse tipo mais fino é chamdo açúcar de confeiteiro. O que
possui cristais bem definidos e granulometria homogênea é chamado
açúcar refinado granulado, e os grãos mais finos, mas maiores que o de
confeiteiro, é chamado açúcar refinado amorfo;
 Açúcar VHP (Very High Polarization) – apresenta cristais amarelados
de cor menor que o açúcar demerara. É o tipo mais exportado pelo
Brasil;
 Açúcar VVHP (Very Very High Polarization) – possui pol acima de
99,5°, e é um intermediário entre o açúcar bruto e o açúcar refinado.

9
Outros produtos da indústria sucroenergética no Brasil são o etanol
hidratado e anidro e a bioeletricidade. O etanol a partir da cana é um
combustível renovável, e sua utilização como combustível em automóveis
minimiza impactos ambientais. O consumo de etanol hidratado pelos
automóveis, somado com a mistura atual obrigatória de etanol na gasolina, de
27%, reduziu a emissão de GEE (gases de efeito estufa) em mais de 300
milhões de toneladas de CO2eq de março de 2003 a maio de 2015. (UNICA,
2015).
O etanol é produzido por fermentação, processo anaeróbio onde ocorre
a transformação de açúcares em etanol e CO2 por leveduras. Portanto,
qualquer produto que contenha açúcar contitui-se de matéria prima para o
etanol (SANTOS, 2008). Na indústria pode ser utilizado o caldo de cana, o mel
final, esgotado após a produção de açúcar ou qualquer intermediário, como
caldo clarificado, xarope mel rico ou mistura desses, devido a problemas no
processo de açúcar ou de acordo com a demanda do mercado por mais ou
menos etanol.
Por se tratar de um processo biológico, a fermentação deve atender a
necessidade da levedura, com relação a temperatura, pH, assepsia e presença
de nutrientes. Por isso, um controle ótimo de cada uma dessas variáveis deve
ser realizado para obter-se um produto final de qualidade (SANTOS, 2008).
A destlação é a etapa de separação do etanol após a fermentação, mas
devido à formação de um azeótropo na mistura etanol e água em torno de
96%, o método convencional de destilação não é capaz de obter graduações
mais altas. Para isso faz-se necessário o uso de artifícios como a utilização de
um componente de arraste. No caso da destilaria anexa à Santa Clotilde, o
componente utilizado é o ciclohexano. Com a adição do novo componente,
forma-se um novo azeótropo, ternário, com ponto de ebulição mais baixo que o
do etanol. Esse azeótropo é então retirado no topo da coluna (azeótropo de
mínimo).
A usina Santa Clotilde S.A. localiza-se em Rio Largo, na Fazenda Pau
Amarelo s/n. Foi fundada por Alfredo Oiticica, com origem na Cooperativa dos
Plantadores de Cana do Vale do Mundaú. As edificações do que hoje é a Usina

10
Santa Clotilde foram iniciadas em 1950, e sua primeira moagem se deu em
1952, embora a destilaria de álcool só tenha sido implementada na safra de
81/82.
Sua área industrial, Mostrada na Figura 1, é formada pelos setores de
produção de açúcar, destilaria e laboratório de análises e apresenta grande
área de plantio: 60% da cana moída é proveniente de suas próprias
plantações. A usina possui capacidade de moagem de aproximadamente 7 mil
toneladas de cana / dia e seus produtos são o açúcar VHP, álcool hidratado e
ácool anidro.
Figura 1 – Usina Santa Clotilde.
Fonte: Usina Santa Clotilde, 2016

11
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Vivenciar uma experiência de fábrica real, observando e pondo em
prática os conceitos teóricos aprendidos durante o curso de Engenharia
Química.
2.2 Objetivos específicos
 Compreender e vivenciar o processo de produção de açúcar em uma
usina;
 Compreender e vivenciar a fermentação e destilação para a
produção de etanol na usina;
 Compreender e vivenciar as atividades no laboratório de análise da
usina;
 Acompanhar as atividades realizadas no período da entressafra da
usina;
 Observar aspectos da vivência de fábrica, como solução de
problemas e trabalho em equipe.

12
3 PRODUÇÃO DE AÇÚCAR E ETANOL
A produão de açucar e etanol começa com a recepção da matéria prima,
após o qua é feita a extração do caldo, que pode ser enviado para a produção
de açúcar ou etanol. O fluxograma geral da produção de açúcar e etanol está
representado na Figura 2.
Figura 2 – Fuxograma da produção de açúcar e etanol
Fonte: Elaborado pelo autor, 2016

13
3.1 Extração do Caldo
3.1.1 – Recepção da matéria prima
A matéria prima de toda a operação da usina é a cana-de-açúcar. Ela
chega à fábrica em caminhões articulados, que passam por uma balança assim
que entram na área industrial (após a descarga o caminhão passa novamente
por uma balança e assim determina-se a massa da cana adquirida pela
fábrica). Durante essa pesagem inicial, uma sonda lateral recolhe amostras da
carga dos caminhões. Essa amostra é enviada ao laboratório para análises de
quantidade de fibras, impurezas, Brix e Pol. É determinado então o PCTS
(Pagamento de Cana pelo Teor de Sacarose) de acordo com essas análises.
Após as análises e liberação do laboratório, a cana é tombada dos
caminhões diretamente na mesa de alimentação do processo por tombadores
do tipo Hilo (como mostra a Figura 3) ou armazenda em estoque.
Figura 3 – Tombador do tipo Hilo.
Fonte: Acervo do autor, 2016.
Esse estoque serve para suprir o processo quando não há caminhõe
suficientes. Entretanto, a cana não pode ser armazenada por longos períodos,
devido à sua degradação (perda de sacarose por inversão e desenvolvimento

14
de microrganismos). A mesa de alimentação é do tipo mista, contendo uma
parte com inclinação de 30° e outra com inclinação de 45°. Essa inclinação é
feita para reduzir a espessura do colchão de cana e aumentar a eficiência do
processo de lavagem.
3.1.2 – Moagem
A cana chega à usina diretamente do campo e possui uma quantidade
de matéria estranha que pode chegar a 20% em dias chuvosos. Essa matéria
estranha é tudo o que não seja água, material solúvel ou fibra, como palha e
terra arenosa. Esse tipo de material pode causar grandes problemas na fábrica,
que vão desde dano físico aos equipamentos à redução de eficiência direta das
etapas (MEDEIROS, 2011). A cana, portanto, é lavada com água na mesa
alimentadora, e após é derrubada numa esteira metálica para realizar a sua
preparação. A Figura 4 ilustra a passagem da cana da mesa para a esteira.
Figura 4 – Passagem da mesa para a esteira.
O objetivo da preparação da cana é romper as células vegetais,
melhorando a extração mecânica nas moendas. Esse rompimento é realizado
por um conjunto de facas e martelos rotativos, que picotam e quebram as fibras
ao longo de uma esteira. A Figura 5 mostra um pedaço interno da esteira de
preparação.

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Figura 5 – Picotador na esteira, desmontado, para manutenção.
O índice de preparo, ou seja, o valor de pol relativo das células rompidas
da cana, deve ser em torno de 90% a 95%. O desgaste físico dos martelos faz
com que esse índice vá reduzindo ao longo do tempo. Na Usina Santa Clotilde,
a manutenção é realizada a cada quinze dias nesses equipamentos. Na última
etapa dessa preparação, a cana picotada e desfibrada é transferida a uma
esteira de borracha, onde passa por um eletroímã, que retira resíduos de
materiais metálicos que possam porventura estar presentes.
A cana então é transferida da esteira para os ternos de moenda. A Usina
Santa Clotilde possui um sistema com 5 conjuntos de quatro rolos cada para a
compressão, denominados de ternos de moenda (Figura 6). O primeiro terno é
o responsável pela maior parte da extração, obtendo valores em torno de 70%
de todo o caldo contido na cana. Os ternos seguintes maximizam a extração,
utilizando o sistema de embebição composta, onde o bagaço no último terno é
embebido com água, e o caldo resultante é enviado para embebição do terno
anterior, progressivamente, com exceção do primeiro terno, que não recebe
embebição.

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Figura 6 – Terno de moenda.
Embaixo de cada conjunto de ternos, calhas recolhem o caldo extraído e
os enviam para um dos quatro tanques presentes. O último tanque recebe o
caldo residual proveniente da prensa no quinto terno, que é enviado por uma
bomba para o quarto terno. Outro tanque recebe o caldo extraído na quarta
prensa, que analogamente é bombeado para o terceiro terno. O próximo
tanque recebe o caldo extraído da terceira prensa, que embebe o segundo
terno e o maior tanque, o tanque de caldo misto, que recebe os caldos da
extração da primeira prensa, da segunda prensa e o que transborda dos outros
três tanques, como mostra a Figura 7.

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Figura 7 – Tanques de recolhimento de caldo da usina Santa Clotilde.
Após a extração, o bagaço é enviado por outra esteira para a
alimentação das fornalhas das caldeiras, que fornecem vapor para o
funcionamento de toda a usina.
3.1.3 – Peneiramento
Logo após a extração nas moendas, o caldo misto é bombeado a uma
peneira rotativa (Figura 8) para eliminar restos de bagaço e outros materiais
sólidos que porventura tenha passado pelo processo até esta etapa.
Figura 8 – Interior da peneira rotativa.

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A partir do peneiramento, o caldo pode ser enviado para a fabricação de
açúcar ou para a produção de etanol. O destino do caldo depende da
capacidade de produção da usina ou da exigência do mercado por um ou outro
produto.
3.2 Produção de Açúcar VHP
3.2.1 Pré tratamento
A etapa de pré-tratamento envolve um pré-aquecimento, a caleação,
aquecimento, e decantação. Esse tratamento visa a retirada de impurezas que
possam atrapalhar a recuperação de açúcar, além de regular o aparecimento
da cor nos grãos finais e eliminar microrganismos.
Pré-aquecimento – O caldo segue para a etapa de pré-aquecimento, elevando
sua temperatura até cerca de 70°. Os benefícios do pré aquecimento são o
aumento das reações de caleação, etapa seguinte, além de diminuir a
viscosidade, eliminando alguns microrganismos e remover gases (PAYNE
1989)
Caleação – O caldo recebe cal hidratada no tanque de caleação. Ao ser
aquecido, o caldo já apresenta precipitação de proteínas causadoras de cor,
mas a adição dessa cal incremeta ainda mais o tratamento de várias formas: a
cal precipita outras substâncias indesejadas, neutraliza ácidos orgânicos,
aumenta o pH do caldo até 6,5 a 7,0, impedindo a progressão da inversão da
sacarose. Em outras palavras, fornece um tratamento satisfatório para a
produção de açúcar VHP com baixo custo.
Aquecimento – Depois da caleagem, o caldo é aquecido a 105°C em
trocadores de calor de casco e tubo, com vapor vegetal proveniente do
processo de evaporação. Esse aquecimento tem como função diminuir ainda
mais a viscosidade do caldo, aumentando a velocidade de decantação dos
flocos formados. A atenção à limpeza nos trocadores de calor nessa etapa é

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alta, visto que a presença de partículas coaguladas causa grande incrustração
nos tubos dos mesmos.
Decantação – O caldo aquecido passa então por um balão flash, onde são
separadas as bolhas de gás, formadas pela diminuição da solubilidade das
mesmas, e onde é adicionado um polímero como floculante. O balão flash fica
logo acima dos tanques de decantação (Figura 9), para onde o caldo flui de
forma contínua.
Figura 9 – Trocadores de calor casco e tubo, balão flash e tanque de decantação.
A usina trabalha com dois decantadores, operados de forma contínua,
com tempo de retenção de duas horas e meia a três horas. O lodo é retirado no
fundo dos decantadores e enviado para um filtro prensa, onde é recuperado
parte do caldo retido nos resíduos sólido, e enviado para o tanque de caldo
misto, retornando ao processo. Para essa filtração, mistura-se bagacilho ao
lodo, visto que sua consistência na saída do decantador é problemática. Já a
torta, resíduo sólido da filtração, é enviada para as lavouras e utilizada como
fertilizante.
O caldo clarificado, retirado na parte superior do tanque por meio de
calhas, passa ainda por peneiras, que retém as partículas sólidas não
decantadas (Figura 10).

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Figura 10 – Peneiras fixas para o caldo clarificado.
O caldo finalmente tratado é enviado para a produção dos cristais de açúcar.
3.2.2 – Evaporação
A evaporação é a etapa em que a maior parte da água é retirada. Na
evaporação em múltiplos efeitos, o vapor gerado em cada caixa é utilizado para
a evaporação na caixa seguinte. Então, é utilizado um vácuo na última caixa,
que reduz a pressão em cada efeito anterior, para que a temperatura, que se
torna progressivamente menor, seja capaz de evaporar mais solvente. Em
geral, admite-se que uma unidade de vapor evapora tantas unidades de
solvente quanto for o número de efeitos, no que é chamado princípio de Rillieux
(PAYNE, 1989). Na usina Santa Clotilde são utilizados dois conjuntos de
evaporadores em série, um com três e outro com quatro efeitos.
É possível nesse processo concentrar o caldo para valores até 75 °Brix,
embora para o início do processo de cozimento seja interessante que o
material tenha um pouco mais de água para ser capaz de dissolver falsos
cristais de açúcar. Sendo assim, geralmente o caldo é concentrado a um Brix
de 60 a 65 g/100g, sendo chamado então de xarope, depois do processo de
concentração. A Figura 11 mostra as caixas de evaporação pelo lado externo.

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Figura 11 – Caixas de evaporação.
A operação das caixas de evaporação necessita de cuidados e atenção
em alguns detalhes. O vapor que alimenta a primeira caixa é vapor servido, ou
seja, o vapor saturado já passado pelas turbinas de geração de energia, com
pressão de 1,5 kgf/cm². Não é utilizado vapor superaquecido pois, embora sua
temperatura seja maior, o calor latente, resultado da mudança de fase, é muito
maior que o chamado calor sensível, e assim a eficiência da utilização do
mesmo é maior. O condensado nas caixas de evaporação deve ser retirado,
pois seu acúmulo pode reduzir a área de troca térmica, reduzindo a eficiência
das caixas. A água retirada dos segundo e terceiro efeitos, em geral, não é
utilizada na geração de vapor na caldeira, por possuir compostos orgânicos
voláteis presentes no caldo do efeito anterior. De todo modo, análises de
condutividade e presença de açúcar são realizadas diariamente para verificar a
qualidade desses condensados. Gases incondensáveis (como ar) podem entrar
no sistema ou serem gerados. Seu acúmulo causa o chamado
“embuchamento” das caixas e, portanto, sua remoção se faz necessária. Além
disso, o aumento da concentração do caldo provoca precipitação de materiais
que antes estavam solúveis, como o cálcio adicionado na caleagem. A
progressiva incrustração dos tubos faz com que os evaporadores diminuam a
eficiência ao longo do tempo e necessitem ser limpos. Essa limpeza ocorre a
cada quinze dias na Usina Santa Clotilde.

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3.2.3 – Cozimento
Embora sejam semelhantes estruturalmente e em seu objetivo,
evaporadores e cozedores possuem diferenças, devido ao material que é
trabalhado em cada um. Nos cozedores é feita uma utilização maior de vácuos
e a operação é feita manualmente em bateladas, devido à alta viscosidade do
material, com Brix elevado, chamado “massa cozida” (HUGOT 1969, ALLES,
2013) e com efeito simples.
É nos cozedores onde ocorre a supersaturação do xarope. Essa
supersaturação pode ser divida em três fases, ou zonas: Zona Metaestável,
Zona intermediária e Zona Lábil.
Na zona metaestável, não ocorre formação de novos cristais. Há apenas
o crescimento dos cristais já existentes.
Na zona Intermediária, há a formação de cristais novos, mas apenas se
já existem cristais no sistema, além do crescimento dos mesmos.
Na zona lábil, há a geração espontânea de cristais novos, independente
da prévia existência de cristais ou não, além do crescimento desses.
A usina Santa Clotilde trabalha a produção de açúcar com semeadura
de grãos em xarope na zona metaestável. Com isso, obtém-se um bom
controle dos grãos, já que as sementes são preparadas previamente em
ambiente que pode ser melhor controlado. O controle da supersaturação é
então importante para a qualidade do produto, visto que se a massa cozida
chegar às zonas intermediária ou lábil, há formação de novos cristais, que
acarretam alguns problemas: O primeiro é a diminuição da qualidade do
produto, pela não homogeneidade dos grãos. Depois, o aumento na
quantidade de grãos resulta na diminuição do tamanho dos mesmos, o que
pode complicar o processo de recuperação na centrífuga, entupindo os orifícios
para a separação. E mesmo que os grãos não sejam exatamente muito
pequenos, a heterogeneidade faz com que os grãos pequenos se arranjem

23
entre os grãos maiores, formando blocos incrivelmente difíceis de se separar
na centrífuga. Tais complicações podem comprometer os equipamentos ou
atrapalhar o processo de produção por horas.
O cozimento é realizado num processo com 3 massas, A, B e C. Nesse
processo, o xarope é cozido, se tornando a massa cozida A, que é semeado e
cristalizado, sendo separado no produto, o açúcar VHP, e o mel A, também
chamado mel de primeira ou mel rico, com um °Brix em torno de 80. Esse mel
segue então para o tacho ou vácuo de cozimento B, que analogamente é
separado no chamado magma B (cristais de açúcar com traços de mel) e o mel
B, também chamado de mel de segunda, com °Brix em torno de 70. O mel B é
então enviado ao tacho de cozimento C, que, após o processo, é separado em
magma C e mel C, com °Brix em torno de 60, também chamado de mel de
terceira ou mel final, pois não se consegue mais recuperar nenhum açúcar a
partir daí.
A semeadura dos cristais é feita em sentido oposto. A semente para o
cozimento C é preparada a partir de açúcar pronto, quebrado em um moinho
de bolas, da forma mais homogênea possível em solução com álcool anidro. O
açúcar esgotado então, magma C, serve de semente para o cozimento B, e o
magma B serve de semente para o cozimento A.
Entretanto, a etapa de cozimento, por ser feita de forma manual na
Santa Clotilde, admite muita flexibilidade, tornando-se a operação mais
complexa e mais variada. Sendo o magma C bem formado, pode ser utilizado
como semente do cozimento A, e o açúcar B redissolvido como xarope e
reenviado para o cozimento A. Dependendo das características do xarope ou
mel que entra em cada cozimento, o operador pode adicionar, por exemplo,
mel pobre ao cozimento A, da mesma forma que pode adicionar mel rico ao
cozimento C, ou adicionar do próprio xarope onde julgar necessário. É o
operador também que decide quando a massa cozida está no ponto de
supersaturação correto para ser adicionada a semente. Essa decisão é feita ao
toque da massa cozida que, quando manipulada entre os dedos, forma um fio
de até uma polegada quando no ponto correto. É do operador também a

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decisão de quando terminar o cozimento, ao aparecimento de cristais visíveis
na massa, cortar do cozedor para as sementeiras e repetir o processo ou
quando matar o cozimento utilizando água quente.
3.2.4 – Cristalização
A massa cozida é então enviada aos cristalizadores. Os cristalizadores,
metálicos e em forma de U, mantém a massa em movimento e resfriando
gradativamente, complementando desse modo a formação dos cristais de
açúcar.
3.2.5 – Centrifugação
. As centrífugas são cilindros furados que, rotacionados com a massa
cozida em seu interior, fazem escorrer o mel, retendo os cristais de açúcar. A
usina possui 13 centrífugas, sendo sete delas em batelada e 5 delas contínuas.
O açúcar VHP, produto desejado, é separado nas turbinas em batelada, visto
que as centrífugas contínuas tendem a quebrar os cristais formados, sendo
então reservadas à separação das massas B e C.
3.2.6 – Secagem
Após centrifugado, o açúcar é levado por uma esteira vibratória até o
secador/resfriador de tambor rotativo. Na parte interna deste equipamento,
existem aletas em espirais, que distribuem e elevam o açúcar, enquanto o
tambor roda, despejando-o cada vez mais em direção à descarga. O ar passa
axialmente pela cortina de açúcar em queda, permitindo então a troca térmica
(REIN, 2013).

25
3.2.7 – Expedição do açúcar
O açúcar VHP é então armazenado em silos, de onde é retirado por
caminhões e enviado ao porto, onde a EMPAT, Empresa Alagoana de
Terminais, fiscaliza a qualidade do produto final com análises e o encaminha
para exportação em navios.
3.3 Produção de Etanol
A produção de etanol hidratado e anidro tem como etapas o preparo do
mosto, a fermentação, a centrifugação do vinho, regeneração das leveduras e
a destilação, com a expedição do produto realizado pela usina.
3.3.1 – Preparo do mosto
O mosto, mistura açucarada que irá sofrer a fermentação, pode ser
preparado de várias formas. A principal é a diluição do mel final até o Brix
desejado (trabalhado na usina em torno de 18 °Brix), tirando-se assim o
máximo proveito de todo o açúcar que não pôde ser extraído na forma de
cristais.
Caso haja qualquer problema na produção de açúcar, o mosto pode ser
preparado a partir de qualquer intermediário da produção de açúcar, como
caldo misto, primário, caldo decantado, o caldo recuperado do lodo, xarope e
méis. A água utilizada no preparo do mosto tem grande importância na
qualidade da fermentação, sendo utilizada assim uma água mineral de fonte
natural.
3.3.2 – Fermentação
A fermentação é conduzida em tanques denominados dornas. A Usina
Santa Clotilde possui 9 dornas, com volume de 200 m³ cada, sendo o volume
útil 180 m³, sendo 7 utilizadas para fermentação, uma reserva e uma utilizada

26
como dorna volante. Uma dorna menor, de 100m³, chamada dorna pulmão,
recebe o vinho após o final do processo em cada dorna (Figura 12). Há
também 3 pequenos tanques de 60m³, com volume útil de 50m³, que são os
pré-fermentadores, que recebem o fermento ao fim de cada processo de
centrifugação, para tratamento e reutilização em novo ciclo de fermentação. As
dornas utilizadas são abertas, o que ocasiona uma perda e álcool por
evaporação e arraste de 1% a 2%.
Figura 12 – Conjunto de dornas de fermentação da Usina Santa Clotilde.
A operação é realizada em batelada, e o processo de fermentação dura
de 6 a 8 horas. São alimentadas com o mosto e fermento, simultaneamente,
num processo que dura em torno de 3 horas. Após isso, o Brix nas dornas é
medido de hora em hora e ao apresentar valor constante por duas medidas
consecutivas é finalizado o processo.
O desprendimento de gás carbônico proveniente da fermentação, aliado
a outros fatores como presença de material orgânico, microrganismos
contaminantes, viscosidade do meio, dentre outros, leva à formação de
espuma. Se não evitada, a espuma pode fazer a dorna transbordar, diminuindo
o volume útil da mesma. Por isso são usados anti-espumantes e dispersantes,
de forma intermitente, de acordo com o julgamento do operador. A espuma em

27
excesso é indício de problemas, e o operador experiente só pelo aspecto da
mesma consegue direcionar que tipo de desvio pode estar ocorrendo, ou até
mesmo dizer com precisão o problema a ser solucionado.
Por se tratar de um processo exotérmico, a temperatura das dornas
deve ser regulada. Isso é feito através de trocadores de calor de placas, nos
quais circula água em temperatura ambiente para manter a dorna na faixa
térmica ideal para o trabalho da levedura, que é em torno de 34°C, como
mostra a Figura 13. A temperatura também é medida conjuntamente com o Brix
durante toda a fermentação.
Figura 13 – Dornas de Fermentação e trocador de calor de placas.
Após o fim do processo, o mosto fermentado é bombeado para a dorna
pulmão, que deve estar sempre cheia pois, a partir desse ponto, o processo é
todo contínuo.
3.3.3 - Centrifugação
O mosto fermentado (vinho) é bombeado continuamente para as
centrífugas (Figura 14), a partir da dorna pulmão. Nas centrífugas, o vinho é
separado em duas fases: O vinho delevurado, fase mais leve, que é bombeado

28
à dorna volante, para alimentar a destilação, e o creme ou leite de leveduras,
fase pesada contendo as leveduras, que são enviadas aos pré-fermentadores
para tratamento e reutilização em novo ciclo de fermentação.
Figura 14 – Centrífuga de vinho da Usina Santa Clotilde.
A concentração de leveduras e material úmido, no creme ou leite de
leveduras resultante de centrifugação adequada, fica em torno de 70% em
volume. Isso é obtido alterando o diâmetro das boquilhas da centrífuga,
aumentando o mesmo para diminuir a concentração de leveduras, ou
diminuindo o diâmetro para aumentar a concentração.
3.3.4 – Regeneração das leveduras
O creme de leveduras retirado nas centrífugas é enviado aos pré-
fermentadores, onde é diluído com água. Nesses tanques, as leveduras são
tratadas com ácido sulfúrico, até pH de cerca de 3, que tornam o meio
impróprio para bactérias contaminantes e desfazendo flocos formados com as
leveduras, e recebem nutrientes, tornando-as aptas à reutilização. Os 3 pré-
fermentadores contém o fermento necessário para manter as 7 dornas
funcionando. No início da operação da usina, na primeira fermentação
realizada, o fermento é multiplicado a partir de uma cultura selecionada em
laboratório e a partir de então é sempre recirculada ao processo. Caso haja

29
uma contaminação e total inviabilização do fermento utilizado, uma nova
cultura pode ser obtida, a partir da levedura selecionada.
3.2.4 – Destilação
A destilação é a etapa final da produção de etanol, onde são obtidos o
etanol hidratado e o etanol anidro, e para isso é utilizado um sistema com 4
colunas, denominadas: destilação, retificação, desidratação e recuperação.
A coluna de destilação é subdividida em três partes: colunas A, A1 e D.
Cada uma dessas divisões possui diâmetro e número de bandejas diferentes.
Antes de entrar no topo das colunas A e A1, o vinho passa por um pré
aquecimento, reduzindo assim a carga térmica necessária dentro da coluna. Na
base da coluna A, é retirada a vinhaça, e é onde vapor servido é injetado
diretamente na mesma através de uma tubulação com pequenos furos,
gerando os vapores para o funcionamento da coluna. No topo da coluna A, é
retirada a flegma, com graduação em torno de 45°GL, que é injetada na base
da coluna de retificação.
Na coluna A1, ocorre a retirada de compostos mais leves, como ésteres
e aldeídos. Os vapores gerados nessa coluna são enviados por uma tubulação
externa, com controle de válvula, para a coluna D, onde ocorre a concentração
do etanol. Após passar por dois condensadores, o etanol concentrado a
aproximadamente 92°GL, chamado álcool de segunda, é parcialmente
recirculado na coluna e parte reenviado à dorna volante para redestilação.
A coluna de retificação, onde é formado finalmente o etanol hidratado, é
subdividida em duas colunas, B e B1. Essas colunas não recebem calor por
vapor, sendo a flegma retirada da coluna de destilação a fonte de todo o calor
utilizado para a operação das mesmas. Por isso um controle da temperatura
pode ser feito através da retirada de etanol no final da coluna. Quanto maior a
saída do etanol hidratado, maior a temperatura do conjunto. Na base dessas
colunas é acumulada a flegmaça, que é nada mais que água ácida com baixa
graduação alcoólica. Essa flegmaça é bombeada de volta à coluna de

30
destilação e entra junto com o vinho no topo das colunas A e A1. As colunas de
destilação e retificação estão ilustradas na Figura 15.
Figura 15 – Colunas de destilação (esquerda) e retificação (direita) da Usina Santa Clotilde.
Nessa coluna também é retirado o chamado óleo fúsel em vários pontos.
O óleo fúsel é formado em sua maioria por álcoois isoamílico e isobutílico
(FERREIRA, 2013). Esses álcoois possuem baixo valor comercial e são
vendidos para a indústria de cosméticos. Se não retirado, esse óleo acumulado
altera a pressão na coluna, comprometendo seu funcionamento e a qualidade
do etanol hidratado. Quando retirado, o óleo é lavado com água, para
recuperar parte do etanol ainda misturado ao mesmo. Essa água é misturada
junto ao álcool de segunda, e reenviada à dorna volante.
A coluna B conta também com dois condensadores, onde é utilizada
água para resfriamento dos vapores e eliminação de impurezas voláteis, além
de um terceiro trocador de calor logo na saída da coluna, usado para fazer o
pré-aquecimento do vinho que vem da dorna volante, com os vapores quentes

31
que saem da coluna. O etanol hidratado é retirado no topo da coluna B. Este
pode então ser comercializado, ou então enviado à coluna de desidratação
(coluna C) para obtenção do álcool anidro.
Devido à formação de um azeótropo na mistura etanol e água em torno
de 96%, o método convencional de destilação não é capaz de obter
graduações mais altas. Para isso faz-se necessário o uso de artifícios como a
utilização de um componente de arraste, normalmente o benzeno. Entretanto,
devido ao benzeno ser carcinogênico, este componente vem sendo substituído
por outros menos tóxicos (GOMIS, V., 2007). No caso da Santa Clotilde, utiliza-
se o ciclohexano. Com a adição do novo componente, forma-se um novo
azeótropo, ternário, com ponto de ebulição mais baixo que o etanol. Esse
azeótropo é então retirado no topo da coluna (azeótropo de mínimo), enquanto
o etanol é obtido em sua forma anidra na base da coluna, com 99,9 INPM.
(%p/p). A Figura 16 mostra as colunas de desidratação e recuperação.
Figura 16 – Colunas de recuperação (esquerda) e desidratação (direita)

32
A coluna C é aquecida com vapor servido, mas diferentemente da
coluna de destilação, o aquecimento não é direto, mas feito em um trocador
casco e tubo, com vapor passando pelo lado externo dos tubos. Essa coluna é
servida de dois condensadores, semelhantes aos das colunas anteriores. No
topo da coluna C sai o novo azeótropo, ternário, que é enviado à coluna P, ou
coluna de recuperação.
A base da coluna de recuperação recebe vapor servido em aquecimento
direto. Essa nova adição quebra o azeótropo, que agora é separado ao longo
da coluna. Os vapores no topo são basicamente ciclohexano, que é
condensado e parte reciclado à coluna P e parte enviado para reutilização no
topo da coluna C. A base é praticamente uma mistura binária de etanol e água,
que é reenviado à coluna B1 para recuperação do etanol.
3.3.4 – Expedição do etanol
Após a saída da coluna B, se o etanol hidratado for comercializado e não
enviado para a produção de etanol anidro, ele é resfriado e enviado a um
tanque intermediário. O etanol hidratado é então analisado pelo laboratório e
verificado se está dentro das especificações de 92,5 a 94,6 INPM (ANP, 2015).
Caso não esteja, podem ser tomadas algumas medidas: adição de etanol
anidro para aumento da graduação, diluição com água para diminuir a
graduação, adição de neutralizante de álcool para correção do pH. O etanol é
então enviado aos tanques de armazenamento. A Santa Clotilde possui dois
tanques de armazenamento de etanol hidratado, com capacidade de 2.500 m³
cada. O etanol anidro também é analisado e deve estar dentro da
especificação, de 99,3 INPM. Para o armazenamento deste, a usina conta com
3 tanques de capacidade 3.000.000 L cada. Os dois tipos de etanol são
armazenados com graduação acima do mínimo especificado, porque ocorre
diminuição da graduação por evaporação no armazenamento. Todo dia são
realizadas medições dos níveis dos tanques e graduação do etanol
armazenado. O etanol é vendido em caminhões tanque, e cada saída é
analisada novamente no laboratório, garantindo a qualidade do produto que sai
da fábrica.

33
3.4 Período de entressafra
O período de entressafra é de extrema importância na vida da usina,
embora não haja produção. Mesmo com paradas programadas a cada quinze
dias, na usina Santa Clotilde, para limpeza e manutenção de equipamentos
como as caixas de evaporação, moendas e desfibriladores e alguns trocadores
de calor, é nesse período maior sem produção onde a manutenção em peso é
realizada. Todos os equipamentos são limpos. Equipamentos como bombas
tem suas partes móveis desmontadas e inspecionadas, as válvulas
automáticas são também inspecionadas e recalibradas, os diâmetros das
tubulações são verificados, e partes e peças com defeito são revigorados ou
trocados, a depender da necessidade. A usina possui uma oficina para realizar
reparos.
Por se tratar de uma verificação exaustiva, detalhes podem passar
despercebidos, por isso antes mesmo do início do período é importante ter
registros de defeitos em equipamentos, vazamento em tubulações e qualquer
ocorrência fora da normalidade, que possa direcionar e agilizar a identificação
e o trabalho de manutenção (SIFAEG, 2016). Qualquer falha nesse processo
pode acarretar sérios problemas na produção durante a próxima safra. A Figura
17 mostra um terno de moenda, desmontado parta manutenção.

34
Figura 17 – Terno de moenda desmontado para manutenção.
Esse período é marcado pela necessidade de atenção especial com a
segurança. Peças estão sempre em movimento, equipamentos desmontados,
partes perigosas expostas e, às vezes, não sinalizadas. Água de lavagem
caindo de lugares incomuns e limpeza em espaços confinados são alguns dos
perigos constantes aos transeuntes da área industrial. A falta do calor do
processo e a corriqueira correria da produção podem induzir a uma falsa
sensação de segurança. No entanto, a atenção deve ser redobrada.
A equipe de segurança da fábrica trabalha realizando treinamentos,
como de rapel para salvamento em alturas, como representado na Figura 18.

35
Figura 18 – Treinamento de rapel da equipe de segurança.
Do ponto de vista da aprendizagem, o período de entressafra é o
momento perfeito para o conhecimento dos equipamentos em si. Estando
todos desmontados é possível observar seus detalhes internos e entender
melhor o seu funcionamento, como os pratos da coluna de destilação,
mostrados na Figura 19 e como são dispostos os tubos nos trocadores de calor
(Figura 20).

36
Figura 19 – Prato da coluna de destilação.
Figura 20 - Limpeza dos aquecedores na produção de açúcar.

37
4. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS
Durante o estágio realizado na Usina Santa Clotilde, foram realizadas as
seguintes atividades:
 Acompanhamento da extração do caldo, envolvendo recepção da cana-
de-açúcar, a lavagem, o preparo da cana, a moagem e o peneiramento;
 Acompanhamento do processo de produção do açúcar VHP, com
entendimento do motivo do tratamento do caldo, a operação da
evaporação, cozimento e cristalização, secagem, armazenamento e
expedição do produto;
 Acompanhamento do processo de produção do etanol hidratado e
anidro, rendendo aprendizado da operação das dornas de fermentação,
regeneração do fermento, o funcionamento das quatro colunas para
produção de etanol, armazenamento e expedição;
 Ajuste do aparato para testes de complementação de nutrientes em
dornas piloto, onde foi montado todo o conjunto com válvulas, bombas,
trocadores de calor de placas, planejamento da operação do
equipamento piloto, com testes de vazão para simular a operação das
dornas de fermentação da própria usina;
 Aprendizado de análises diversas realizadas no laboratório, como as
análises de PCTS, Brix, pol, AR, ART, condutividade, acidez, contagem
de microrganismos e preparo de reagentes;
 Exploração da fábrica no período da entressafra, onde foi possível
observar a desmontagem dos equipamentos de toda a fábrica, observar
suas características e partes internas, acompanhar a limpeza e
manutenção dos mesmos.

38
5. CONCLUSÕES
A produção de açúcar e etanol são operações complexas, atividades
realizadas pela usina. Sua condução correta se deve a um número enorme de
fatores a serem observados que podem complicar em cada estágio. O
acompanhamento desde a chegada da matéria prima até a expedição do
açúcar e do etanol deve ser então minucioso.
A indústria de cana de açúcar apresentou uma ótima experiência de
aprendizado por sua riqueza de operações e detalhes. Separações mecânicas,
extrações químicas, separações baseadas em equilíbrio, reações bioquímicas,
transferência de momento, transferência de calor, análises de laboratório, todas
estudadas em cinco anos de curso, se apresentam na prática, cada uma com
sua particularidade e ao mesmo tempo trabalhando em conjunto.
Planejamento e estratégias devem sempre ser prioridade e até mesmo
momentos em que não há produção nenhuma são importantes para o
funcionamento de uma indústria.
Pôde-se ter noção do risco real que os processos industriais envolvem, e
segurança deve sempre também ser observada.
Também foi observado a importância que uma indústria pode ter
economicamente e socialmente para uma região. Além de aspectos sociais,
pôde-se ver a importância de se levar em conta a responsabilidade ambiental.
O processo de aprendizagem tornou-se mais completo com a
observação na prática, não apenas do aspecto técnico, mas do modo de
condução, convivência e relações de trabalho, flexibilidade para tomada de
decisões e valorização de cada etapa para a construção de um grande
objetivo.

39
6. REFERÊNCIAS
Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis, Resolução ANP n° 19,
de 15.4.2015, 2015, acessado em 29/09/2016, disponível em <
http://nxt.anp.gov.br/NXT/gateway.dll/leg/resolucoes_anp/2015/abril/ranp%2019%20-
%202015.xml#art4 >
ALLES, C. J. B. Teconologia no Tratamento e Clarificação de Caldo na
Produção Sucroalcooleira, Marília, 2013.
FERREIRA, M. C., MEIRELLES, A. J. A., BATISTA, E. A. C., Study of the Fusel Oil
Distillation Process, Industrial & Engineering Chemistry Research, 2013.
GOMIS, V., FONT, A., PEDRAZA, R., SAQUETE, M. D., Isobaric vapor-liquid-liquid
equilibrium data for the water-ethanol-hexane system, Fluid Phase Equilibria, 2007.
HUGOT. E. Manual da Engenharia Açucareira. São Paulo: Mestre Jou, 1969.
Volumes I e II.
MEDEIROS, F. A. Processo de Fabricação do Açúcar. 3ª edição, Recife,
Editora Universitária - UFPE, 2011.
MEZAROBA, S., MENEGHETTI, C. C., GROFF, A. M. Processos de
produção do açúcar de cana e os possíveis reaproveitamentos dos
subprodutos e resíduos resultantes do sistema. IV Enconto de Engenharia
de Produção Agroindustrial, Campo Mourão, Paraná, 2010.
PAYNE J. H. Operação unitária na produção de açúcar de cana. 1ª edição,
São Paulo : Nobel : STAB, 1989.
REIN, P. Engenharia do Açúcar da Cana, 878p., Ed: Bartens-Berlim,
Alemanha, 2003.

40
SANTOS, A. M. Estudo da Influência da Complementação de Nutrientes
no Mosto Sobre o Processo de Fermentação Alcoólica em Batelada,
Dissertação (Mestrado em Engenharia Química), Universidade Federal de
Alagoas, Maceió, Alagoas, 2008.
SIFAEG, Entressafra – Hora de Fazer Manutenção nas Usinas. Disponível
em < http://www.sifaeg.com.br/noticias/entressafra/> acessado em 17/08/2016.
ÚNICA. Principais Números e Crise no Setor, 2015. Disponível em <
http://www.unica.com.br/documentos/documentos/cana-de-acucar/>, acessado
em 30/08/2016.

41
7. ANEXOS
Anexo I – Declaração de realização do estágio emitido pela usina Santa Clotilde S.A.

42
Anexo II – Termo de Compromisso do estágio realizado.

45
Anexo III – Fichas de Avaliação bimestrais do estágio.

47
8. DE ACORDO
________________________________ e ________________________________
David Antônio da Silva Arthur Barbosa de Lira

Relatório de Estágio - LIRA, A. B.

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