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Viabilidade da implantação de decanter centrífugo para redução de consumo de água em linha de produção de
batata frita julho de 2013
ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 5ª Edição nº 005 Vol.01/2013 – julho/2013
Viabilidade da implantação de decanter centrífugo para redução de
consumo de água em linha de produção de batata frita
Lindomar de Souza Moura - [email protected]
MBA -Gestão da Qualidade e Engenharia de Produção
Instituto de Pós-Graduação e Graduação – IPOG
Goiânia, GO, 16/08/2012
Resumo
O Brasil vem cada vez mais se destacando no mercado mundial através de seu potencial produtivo.
Este avanço faz com que as indústrias brasileiras busquem desenvolvimento através de projetos
viáveis em tecnologia, econômia e sustentabilidade. Em decorrência da necessidade de diminuir
custos de produção e melhorar tecnicamente a linha de processo que este trabalho foi desenvolvido
com o objetivo de avaliar a viabilidade da implantação de um decanter centrífugo em linha de
processamento de batata frita para redução do consumo de água e recuperação do subproduto
amido de batata obtido na etapa de lavagem das batatas após o corte. A empresa entendeu a
necessidade da implantação desta nova tecnologia devido ao alto consumo de água no
processamento da batata frita (14 m³/h) e a possibilidade de recuperar o amido de batata como
subproduto com possibilidade de agregação de valor. Os resultados mostraram que com a
implantação do decanter centrífugo, será retirado o amido do da água de lavagem de batatas e esta
água será reutilizada na linha de processo, representando uma redução de 67% no consumo de
água e a recuperação de 600 toneladas de amido por mês, que vendido renderá para a empresa R$
90.000,00 mensalmente. O payback do sistema será de 6 meses, sendo portanto uma alternativa
viável em economia e sustentabilidade.
Palavras-chave: Água. Redução. Decanter centrífugo. Batata. Amido.
1. Introdução
O crescente desenvolvimento e inserção do Brasil como economia globalizada implica na
conscientização da indústria quanto a uma mudança nos processos de transformação, pela
incorporação de práticas de produção mais limpa. No que se refere ao uso racional da água nas
plantas industriais, tem-se investido em pesquisa e desenvolvimento tecnológico, na implantação de
sistemas de tratamento avançado de efluentes, em sistemas de conservação, em redução de perdas e
no reúso da água. Isto proporciona significativos ganhos ambientais, sociais e econômicos (FIESP
2005).
As agroindústrias são empresas que processam matérias-primas de origem vegetal ou animal em
primeira ou segunda transformação para utilização intermediária ou final. Nos últimos anos, o setor
de agroindústrias tem se desenvolvido, representando importante papel na geração de empregos e
no desenvolvimento da economia (MATOS, 2005). Entretanto, com o avanço industrial e
desenvolvimento econômico, a quantidade de resíduos agroindustriais também cresce.
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Os resíduos agroindustriais são materiais sólidos ou líquidos resultantes de atividades de
processamento ou transformação de matéria-prima que não são utilizados na cadeia produtiva
(PELIZER; PONTIERI; MORAES, 2007). Estes resíduos, quando não tratados de forma correta,
podem causar sérios problemas de poluição do solo, águas superficiais e subterrâneas.
A preocupação com o meio ambiente leva à viabilização de projetos que ressaltam a
sustentabilidade nos sistemas de produção industrial. Nessa vertente, observa-se que a indústria de
alimentos produz uma série de resíduos com alto valor de (re)utilização, além de grande
desperdícios de água nas diversas operações industriais. Inúmeros estudos utilizando resíduos
industriais do processamento de alimentos têm sido realizados, tais como na elaboração de biscoitos
e farinhas, entre outros. Com isso, minimiza-se o impacto ambiental das indústrias nas regiões onde
estão situadas e ainda agrega-se valor aos produtos de mercado (PELIZER; PONTIERI; MORAES,
2007; FERNANDES et al., 2008; PEREIRA et al. 2005).
Em decorrência de uma relativa abundância de água, nunca houve uma grande preocupação do setor
industrial com este insumo, com exceção dos setores que se utilizam de água como matéria-prima
ou com influência direta sobre o produto final. Atualmente, com o surgimento de problemas
relacionados à escassez e poluição deágua nos grandes centros urbanos, começa haver um maior
interesse por parte de vários setores econômicos pelas atividades nas quais a água é utilizada, o que
também é motivado pelas recentes políticas federais e estaduais sobre o gerenciamento dos recursos
hídricos (FIESP 2005).
A crescente preocupação com os impactos ambientais e o elevado índice de desperdício causado
pelas indústrias de alimentos tem levado a busca de alternativas viáveis de aproveitamento desses
resíduos para geração de novos produtos para consumo humano. O aparecimento de resíduos, não
só ocorre durante a escolha e seleção da matéria-prima cogitada, como também nas diversas fases
da fabricação. Os elementos residuais, constituídos por cascas, sementes, ramas, bagaços etc., são
fontes de proteínas, fibras, óleos e enzimas e podem ser empregados para utilização humana na
elaboração de produtos com maior valor agregado, reservando-se os detritos para o fabrico de ração
animal e adubos. O aproveitamento dos subprodutos da agroindústria diminui os custos da produção
e aumenta o aproveitamento do alimento, além de reduzir o impacto que esses subprodutos podem
causar ao serem descartados no ambiente (GARMUS et al., 2009). Portanto, considerando o atual
mercado, faz-se necessário o desenvolvimento de projetos visando a sustentabilidade e
responsabilidade social.
Segundo Brigham e Houston (1999), no desenvolvimento de novos produtos e implantação de
novos processos produtivos, fazem-se necessários a realização de estudos para se conhecer a
viabilidade econômica da implantação deste tipo de projeto nas indústrias. O estudo econômico
mostra a viabilidade da implantação destes projetos, aliado aos processos tecnológicos, tais como
tempo de pagamento do investimento e diminuição ou aumento de custos de produção, entre outros.
Estes resultados, juntamente com os resultados tecnológicos mostram a viabilidade econômica da
implantação de novos projetos industriais.
A empresa em questão possui uma linha de processamento de batata frita, onde o consumo de água
é elevado (14 m3/h) além de gerar alguns resíduos tais como cascas e amido de batata. As cascas e o
amido de batata é atualmente destinado a compostagem. Devido a necessidade de reduzir custos
com o alto consumo de água e a oportunidade de agregar valor ao amido de batata (venda ou
consumo interno), a empresa tem buscado alternativas para solucionar estes problemas.
O objetivo deste trabalho é fazer um estudo da viabilidade econômica da implantação de decanter
centrífugo em uma linha de processamento de batata frita. A implantação do decanter centrífugo
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busca reduzir o consumo de água no processo, através de reaproveitamento da água de lavagem das
batatas, e recuperar o amido batata existente em suspensão nesta água.
Levando em conta que a quantidade de amido existente na água, na linha de processamento em
questão, é de aproximadamente de 3%. Retirando-se este amido da água através do decanter
centrífugo, a água poderá ser reutilizada por até cinco vezes, sempre adicionando 20% de água
nova. O amido recuperado poderá ser recuperado e vendido para outras empresas. Este projeto
busca avaliar a viabilidade econômica e tecnológica da implantação deste sistema visto a
possibilidade de reduzir o consumo de água na linha e a utilização do amido como subproduto
(venda ou uso interno).
2. Consumo de água nas indústrias alimentícias
A água é um recurso natural fundamental para a manutenção da vida no planeta Terra e para o
funcionamento dos demais ciclos e funções naturais. Os seres humanos são diretamente afetados
quando a sua disponibilidade é de alguma forma comprometida. Com o crescimento exponencial da
população, a demanda por este recurso vem aumentando, seja na produção de alimentos, na
produção de energia, na saúde humana, nas atividades industriais e outros (DELGADO, 2003).
Segundo Casaniet al., (2005), na indústria de alimentos, a água é usada em diversas operações de
processo como lavagem, escaldagem, imersão, enxágüe, branqueamento, aquecimento,
pasteurização, resfriamento, produção de vapor, assim como ingrediente e para limpeza geral, com
o propósito de sanitização e desinfecção. De acordo com este mesmo autor, na Holanda a indústria
de alimentos é a segunda maior consumidora de água (247 milhões de m3 por ano), perdendo
apenas para a indústria química.
A água é um dos principais componentes de diversas operações em indústrias de alimentos. É usada
como veículo para aquecimento e resfriamento, assim como para limpeza e sanificação de
equipamentos. A água ainda é usada como um ingrediente ou veículo para incorporar ingredientes a
alimentos (LEITE et al., 2003).
De acordo com o Manual de Conservação e Reuso da Água elaborado pela FIESP (2005) os
principais usos da água nas indústrias são:
a) Consumo humano: água utilizada em ambientes sanitários, vestiários, cozinhas, refeitórios,
bebedouros, equipamentos de segurança (hidrante, lava-olhos,) ou em qualquer atividade doméstica
com contato humano direto;
b) Matéria Prima: incorporação da água ao produto final;
c) Fluído auxiliar na preparação de suspensões, soluções químicas, reagentes químicos, veículo, ou
ainda, para as operações de lavagem; d) Geração de energia: a água pode ser utilizada por meio da transformaçãoda energia cinética,
potencial ou térmica, em energia mecânica e posteriormente emenergia elétrica;
e) Fluído de aquecimento e/ou resfriamento: a água pode ser utilizada comofluido de transporte de
calor para remoção do calor de misturas reativas ou outros dispositivos que necessitem de
resfriamento
3. Processamento da batata frita
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A indústria de processamento de batata vem ganhando espaço no cenário brasileiro nos últimos
anos, abastecendo, principalmente, o mercado de fast food e produzindo alguns tipos de batatas
prontas para o consumo, como por exemplo, as batatas palha e chips. No processamento industrial
de tais batatas, existe grande consum de água além de produzir resíduos nas operações de escolha,
seleção e lavagem da matéria-prima.
Na figura 1 pode – se observar o fluxograma do processamento da batata frita. No processamento
de batata frita, a água é largamente utilizada na lavagem dos tubérculos desde o início do processo
até momentos antes da batata ser enviada para a fritura. Ao longo de todo o processo usa-se muita
água mas a etapa de lavagem após o corte é a mais importante, onde as fatias de batatas são lavadas
com jatos d’água ou por imersão para remoção do amido liberado na superfície, de modo a evitar
que elas grudem umas as outras durante o processo de fritura. No caso da batata palha, o processo
de lavagem deve ser mais cuidadoso, porque há maior liberação de amido e os pedaços são mais
frágeis e mais susceptíveis à quebra (TFOUNI et al., 2003). Esta é uma das etapas mais críticas no
consumo de água no processamento de batata frita.
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Figura 1 – Fluxograma de Processamento da batata frita. Fonte: TFOUNI et al. (2003)
Na linha de processamento de batatas fritas da empresa em estudo, uma série de resíduos são
gerados, entre eles o amido de batata. O amido de batata é obtido após a etapa de fatiamento das
batatas, durante o processo de lavagem. Parte deste amido é enviado diretamente para a Estação de
Tratamento de Efluentes (ETE) da empresa e a outra parte passa por um pré-processamento
(peneiramento e concentração) e posteriormente é acondicionado em bigbags onde este é decantado
e a água filtrada.
O amido obtido na etapa de lavagem do processamento da batata frita, é um resíduo agroindustrial
com potencial valor comercial, nutricional e tecnológico, que pode ser utilizado, assim como o
amido de batata, em diversos seguimentos na indústria alimentícia
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(como agente espessante, produtos pré-gelatinizados, extrusados etc.), na indústria têxtil (na etapa
da engomação de tecidos), na indústria de papel (para a cobertura de papéis) e na indústria química
(como adesivos) (LEONEL, 2005).
Segundo Pires e Mattiazzo (2009), a partir da água residuária do processamento de batata (água de
lavagem), pode-se ainda, separar o amido e reaproveitá-lo. Existem muitos processos de separação
do amido da água, sendo que a maioria utiliza a centrifugação como método de separação. A
escolha do método vai depender do capital disponível para investir na compra do equipamento
necessário, assim como para o destino do amido após sua separação. Conforme o tipo de uso do
amido escolhido, é necessária implantação de métodos específicos de separação. Por exemplo, para
uso de amido na alimentação animal não é necessária uma alta eficiência do método de separação,
necessitando de um menor investimento na implantação do sistema. Os usos mais comuns do amido
separado da água de lavagem são alimentação animal, alimentação humana, cola industrial, papel
reciclado, entre outros. O mais importante ao escolher o tipo de uso a ser dado à água e ao amido é
o custo de implantação em relação aos ganhos com a reciclagem. Para isso, é fundamental um
estudo de demanda, demonstrando se o resíduo tem mercado garantido, ou se este pode ser
reutilizado dentro do próprio estabelecimento processador da batata melhorando ainda mais o custo
de investimento..
No processamento industrial de batata, a polpa de batata é simultaneamente extraída, atingindo 10%
do material cru. Polpa de batata possui em sua constituição amido, celulose, hemicelulose, e
pectina. A polpa de batata geralmente é utilizada como um fertilizante orgânico apesar de seu valor
nutricional relativamente elevado (NODA et al., 2006).
4. Decanter centrífugo
Utilizado como um eficaz separador de sólidos e líquidos, O Decanter Centrifugo permite a
recuperação e reaproveitamento de substâncias, gerando novas matérias primas. Aplicável em
inúmeros processos, possui vantagens práticas de produção que beneficiam a diverssos segmentos,
como a industria de alimentos, quimicas e farmacêutica, bio – tecnológica, de subprodutos, de
refinamento de óleo, entre outras. O Decanter Centrifugo é também, uma opção ecológica e
necessária no tratamento resíduo industriais e de saneamento (LINDNER, 2012).
A função deste equipamento é a separação de sólidos e líquidos. A separação de sólidos e líquidos é
feita dentro de um tambor de aço inoxidável sob uma elevada rotação.O produto a ser processado é
introduzido no equipamento através de um tubo de alimentação. Devido a ação da força centrifuga,
o produto divide-se em fases, de acordo com as diferenças de pesos especificos. As partes mais
densas são projetadas em direção as paredes do tambor rotativo e transportado por meio de uma
rosca helicoidal até a extremidade cônica do conjunto, onde ocorre a decarga dos sólidos
desidratados. A fase liquida deixa o interior do equipamento no sentido oposto, através de tubo de
descarga (LINDNER, 2012).
O Decanter Centrífugo separa duas fases de diferentes pesos específicos, principalmente na
clarificação de um líquido contendo sólidos em suspensão. A Separação de um Sólido-Líquido
acontece no interior de um tambor rotativo com formato tronco-cônico, cuja superfície deposita-se a
fase sólida, que é descarregada continuamente pela rosca. O produto entra pelo tubo de alimentação
e chega à parte central da rosca, onde é descarregado, este gira com uma rotação inferior à do
tambor. Com a força centrífuga, as partículas sólidas vão se agrupando na parede do tambor, e são
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transportadas em direção à extremidade mais estreita. No extremo do tambor, os sólidos são
centrifugados para a calha de retenção. As partículas líquidas escoam por entre as espirais da rosca
em direção a terminação cilíndrica do tambor. A fase líquida purificada e clarificada sai por via de
orifícios sem exercício de pressão. Na figura 2 é possível observar o esquema de funcionamento do
decanter centrífugo.
Figura 2 – Esquema de funcionamento decanter centrígugo. Fonte: LINDNER, 2012.
A aplicação do decanter na retirada do amido da água de lavagem do corte da batata é relativamente
simples. A água que é retirada da máquina de lavagem/corte da batata é bombeada para o decanter
por meio de uma bomba helicoidal, sem a necessidade de adição de polieletrólitos como ocorre com
o lodo de ETE. Em aluguns casos dependendo da quantidade de amido é necessário apenas a adição
de um antiespumante. O amido desidratado, com cerca de 45 a 50% de umidade residual, sai do
decanter diretamente para sacas ou bags, a água clarificada pode seguir para a ETE ou voltar para a
máquina de batata, como já ocorre em algumas plantas de produção, reduzindo-se assim o consumo
de água (LINDNER, 2012).
As Vantagens do Processo são:
- Recuperação do amido;
- Reuso da água de lavagem (fechamento do circuito);
- Remoção de sólidos em até 80% da DBO da água enviada para as lagoas de
tratamento na ETE;
- Eliminação de odores;
- Preservação do meio-ambiente;
- Dimensões reduzidas, demandando pouco espaço para instalação;
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- Diminuição da mão-de-obra;
- Manutenção simples;
- Operação segura;
- Baixo Consumo de energia;
- Excelente relação custo/benefício.
A implantação de decanter centrífugo em linha de processamento de batata frita em questão é uma
ferramenta importante na separação do amido existente na água de lavagem das batatas. A água
obtida nesta etapa do processo é eliminada contando grande quantidade de amido em suspenção.
Esta água geralmente é enviada para tratamento concencional em estações de tratamento de
efluentes, no entanto, com a utilização do decanter centrífugo o amido pode ser separado desta água
se transformando em um sub-produto e a água reutilizada na própria linha de produção.
5. Redução de água em linha de processamento de batata frita
A linha de processamento de batata frita em estudo tem capacidade de produção de 600 kg/h de
batata frita e consome atualmente em média 14 m³/h de água, ou seja, utiliza-se 23 l de água para
produzir 1 kg de batata frita. Desta água utilizada, cerca de 70% (10 m3/h) é utilizada na etapa de
lavagem das batatas após o fatiamento com o objetivo de retirar o amido existente nos tubérculos.
O processo atual de utilização e disposição da água na linha de processamento de batata frita está
esquematizado na figura 2. Toda a água retirada do processo, tanto a da etapa de lavagem de batata
após o corte quanto nas demais etapas, são direcionadas diretamente para a ETE – Estação de
Tratamento de Efluentes. Esta água que da lavagem das batatas é eliminada com o amido de batata
em suspensão numa quantidade muito pequena (5%). A água é tratada antes de ser liberada em um
afluente e o amido recuperado em decantadores é destinado à compostagem.
Figura 2 – Esquema atual da água no processamento de batata frita
No processo atual, não é possível reutilizar essa água na linha de processo devido ao amido
eliminado durante a lavagem das batatas. O excesso deste amido pode ocasionar alterações
microbiológicas e químicas no produto final, além de ocasionar problemas durante a fritura da
batata (TFOUNI et al., 2003).
Linha de produção:
etapa de lavagem das
batatas após o corte
Estação de
Tratamento de
Efluentes
10 m3/h
de água
nova
(limpa)
Disposição
após
tratamento
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O processo de captação do amido e redução do consumo de água será implantado conforme mostra
o esquema descrito na figura 3.
Figura 3 – Esquema do processo de redução de água na linha de processamento de batata frita
Com a implantação do decanter na linha de processamento de batata fritas, esta água obtida na etapa
de lavagem das batatas após o corte será totalmente direcionada para o decanter a fim de separar a
água e o amido. O decanter separa o amido com uma umidade em torno de 30-40% (LINDER,
2012) que será acondicionado em big-bags e a água é acondicionada em um tanque pulmão para
posteriormente ser retornada para a linha de processo. O amido recuperado poderá ser destinado à
venda indústrias têxteis e química onde este subproduto é largamente utilizado.
Conforme pode ser observado na figura 2, a água é constantemente reutilizada em um circuito
fechado, sendo reposta 20% de água nova para que esta possa ser renovada, além disto, a água será
trocada totalmente por água nova a cada 6h de produção. A razão desta renovação da água é feita
para evitar problemas de contaminação e alterações bioquímicas na batata que podem comprometer
a qualidade do produto final, que é a batata frita.
6. Viabilidade da implantação do projeto
Na implantação de novos projetos industriais é necessária uma avaliação da viabilidade economia
dos produtos. De acordo com Brigham e Houston (1999), as decisões de negócios não são tomadas
em um vácuo, os tomadores de decisão têm em vista objetivos específicos, sendo o mais importante
a maximização da riqueza dos proprietários do empreendimento.
Para Gitman (2001), na análise de qualquer projeto se faz necessário uma abordagem de viabilidade
econômico-financeira. Para isso, se faz importante o entendimento do tempo de retorno do
investimento, assim como os custos e ganhos financeiros decorrentes da implantação do projeto.
Linha de produção:
etapa de lavagem das
batatas após o corte Decanter
centrífugo
8m3/h de água
recuperada
2 m3/h
de água
nova
(Limpa)
Amido (30-
40% de
umidade)
Água
recuperad
a
Subproduto
para venda
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O projeto de implantação do decanter centrífugo tem como objetivo principal reduzir a quantidade
de água utilizada no processamento de batata frita e recuperar o amido obtido na lavagem da batata.
O consumo atual de água na linha de processo é de 10 m³/h, ou seja, 240 m³/ dia. Com a redução do
consumo de água, utilizando a água que é purificada no decanter centrífugo, o consumo de água
passará para 80 m³/dia. Esta redução de água considera a adição de 20% de água nova por hora no
processo e a troca total da água a cada 6 h de produção com o objetivo de não alterar a qualidade do
produto. Portanto, a redução no consumo de água na linha da batata será de 67%.
O amido recuperado do decanter, sabendo-se que a água de lavagem de batata possui 5% de amido
em suspensão, será recuperado em big-bags e vendido para uma indústria de cola a R$ 0,20. Como
a vazão da água de lavagem de batatas é 10m³/h, com 5% de amido, a quantidade final de amido
recuperado será de 1250 kg/h, correspondendo no final do mês uma quantidade de 600 toneladas,
trabalhando 20 dias 24 h. Este amido será vendido para uma indústria de cola a R$ 0,15/kg de
amido recuperado, o que representa um rendimento mensal de R$ 90.000,00 para a empresa.
O valor do investimento do decanter centrífugo e da construção civil para sua implantação está
avaliado em R$ 500.000,00. Levando em consideração apenas o valor do rendimento obtido com a
venda do amido de batata, o payback simples do sistema de reutilização da água e da recuperação
do amido será de aproximadamente 6 meses, ou seja, este será o tempo para pagar todo
investimento aplicado pela empresa.
Sendo assim, a implantação deste projeto proporcionará a indústria em questão uma série de
benefícios:
a) Redução do lançamento de efluentes industriais em cursos d´água, possibilitando
melhorar a qualidade das águas;
b) Redução da captação de águas superficiais e subterrâneas, possibilitando uma situaçãoecológica
mais equilibrada;
c) Aumento da disponibilidade de água para demais usos;
d) Conformidade ambiental em relação a padrões e normas ambientais estabelecidos;
e) Mudanças nos padrões de produção e consumo;
f) Redução dos custos de produção;
g) Aumento da competitividade do setor;
Portanto, a implantação do decanter centrífugo é viável tanto do ponto de vista sócio-ambiental
quanto econômico dado que o payback do investimento é rápido.
Laponi (1996) afirma que para poder aplicar o método do payback simples, é necessário que o fluxo
de caixa seja do tipo simples, com apenas mudança de sinal e que o prazo máximo tolerado para
recuperação do capital investido seja definido pela empresa. As recomendações gerais para os
resultados do payback são que se o mesmo for menor que o payback determinado pela empresa, a
recomendação é a aceitação do projeto. Se o payback for igual ao determinado pela empresa, é
indiferente aceitar ou rejeitar o projeto e se o payback for maior que o determinado pela empresa, a
recomendação é rejeitar o projeto.
Na empresa em questão, não existe definido um payback máximo. Entretanto, levando em
consideração ao curto prazo de pagamento do investimento aplicado, a redução significativa no
consumo de água na linha de processo e a quantidade de amido de batata recuperado mensalmente é
viável a implantação do projeto em tecnologia, economia e sustentabilidade. .
7. Conclusão
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Os resultados deste projeto são satisfatórios para a empresa avaliada visto que o projeto de
implantação do decanter centrífugo para redução do consumo de água na linha de processamento de
batata frita e recuperação do amido de batata é viável tanto em economia (diminuição do custo de
produção e agregação de valor ao subproduto amido de batata) quanto em sustentabilidade. O
projeto proporcionará redução de 67% no consumo de água na linha de produção e a recuperação
mensal de 600 toneladas de amido, que poderá ser vendido, resultado num montante de R$
90.000,00.
Além destes resultados econômicos este projeto proporcionará benefícios sustentáveis tais como
redução do tratamento dos efluentes industriais, redução da captação de águas superficiais e
subterrâneas e aumento da competitividade da empresa. Todos estes resultados refletem no atual
cenário mundial onde se busca redução de custos e sustentabilidade.
Referências
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