viabilidade econômico-financeira da substituição do dióxido de

Universidade de São Paulo

Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”

Viabilidade econômico-financeira da substituição do dióxido de enxofre

pelo peróxido de hidrogênio na cadeia produtiva do açúcar

Cecília Higa Gonzales Morilla

Dissertação apresentada para obtenção do título de

Mestra em Ciências. Área de concentração: Ciência e

Tecnologia de Alimentos

Piracicaba

2015

Cecília Higa Gonzales Morilla

Bacharel em Engenharia Agrônoma

Viabilidade econômico-financeira da substituição do dióxido de enxofre pelo peróxido de

hidrogênio, na cadeia produtiva do açúcar versão revisada de acordo com a resolução CoPGr 6018 de 2011

Orientador:

Prof. Dr. CLAUDIO LIMA DE AGUIAR

Dissertação apresentada para obtenção do título de

Mestra em Ciências. Área de concentração: Ciência e

Tecnologia de Alimentos

Piracicaba

2015

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação

DIVISÃO DE BIBLIOTECA - DIBD/ESALQ/USP

Gonzales Morilla, Cecília Higa Viabilidade econômico-financeira da substituição do dióxido de enxofre pelo peróxido

de hidrogênio na cadeia produtiva do açúcar / Cecília Higa Gonzales Morilla. - - versão revisada de acordo com a resolução CoPGr 6018 de 2011. - - Piracicaba, 2015.

105 p. : il.

Dissertação (Mestrado) - - Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”.

1. Açúcar 2. Peróxido de hidrogênio 3. Dióxido de enxofre 4. Clarificação I. Título

CDD 664.1 G643v

“Permitida a cópia total ou parcial deste documento, desde que citada a fonte – O autor”

3

AGRADECIMENTOS

Ao meu orientador Prof. Dr. Cláudio Lima de Aguiar, pelo incentivo, paciência e

orientação embasada em grande conhecimento técnico e científico; pela oportunidade de fazer

parte do grupo de Pesquisa Hugot Bioenergia.

Ao Prof. Dr. Lucílio Rogério Aparecido Alves, pela colaboração e apoio embasado em

grande conhecimento técnico e científico.

Aos demais professores, funcionários e colegas do Departamento de Agroindústria,

Alimentos e Nutrição da ESALQ/USP, do CEPEA – Centro de Estudos Avançados em

Economia Aplicada da ESALQ/USP e do IE – Instituto de Economia da UNICAMP –

Universidade Estadual de Campinas, pela substancial contribuição para a execução desta

dissertação.

Aos colegas do Grupo de Pesquisa Hugot Bioenergia, pelo trabalho em equipe, pelo

convívio, pela dedicação e determinação de cada um dos membros.

Ao CNPQ, à FAPESP e a CAPES pelo apoio financeiro durante o desenvolvimento

deste trabalho.

A colaboração e solicitude da Usina Alta Mogiana e das empresas MVC Montagens e

Gama Gases.

A Imi Lichtenfeld (in memorian), a Kobi Lichenstein, a Avigdor Zalmon, pelas vidas

que salvaram e que ainda salvarão por meio do ensino e difusão do Krav Maga no mundo.

A minha família (especialmente a meus pais) e aos meus amigos que contribuem em

minha formação e em minha vida, muito.

5

BIOGRAFIA

Artigo aceito para publicação: MORILLA, C.H.G.; ALVES, L.R.A.; AGUIAR, C.L.

Economic and financial feasibility analysis of sugarcane juice clarification: a case study of

sulfur dioxide replaced by hydrogen peroxide. ESALQ/USP, 2012 (Sugar Journal, ago, 2015).

Artigo submetido: MORILLA, C.H.G.; ALVES, L.R.A.; AGUIAR, C.L. Regulamentação e

impactos econômicos do uso de dióxido de enxofre na produção de açúcar, ESALQ/USP,

2014 (AERE - A Economia em Revista).

Artigo pré-selecionado para coletânea de artigos da América Latina na Atual Conjuntura

Internacional: MORILLA, C.H.G. Análise da agroindústria açucareira latino-americana

entremeada pelas crises econômicas mundiais e inserida na competitividade internacional,

2014 (IRI/USP, Cátedra José Bonifácio, 2014).

Trabalho publicado em anal de evento (resumo), no XXIV Congresso Brasileiro de Ciência e

Tecnologia de Alimentos: MORILLA, C.H.G.; ALVES, L.R.A.; AGUIAR, C.L Análise de

Viabilidade Econômico-Financeira de Clarificação do caldo de cana-de-açúcar: estudo de

caso da substituição da sulfitação pela peroxidação, Aracaju, 2014;

Estagiária do Programa de Aperfeiçoamento – PAE da disciplina LAN 0653 – Tecnologia do

Açúcar, com supervisão do Professor Claudio Lima de Aguiar.

Trabalho publicado em anal de evento (resumo), no 17º Simpósio Internacional de Iniciação

Científica; MORILLA, C.H.G.; IUGAS. L.; OZAKI, V.A. Influência do seguro rural na

produção de uva no Rio Grande do Sul, no período de 2005-2008, Ribeirão Preto, 2009.

7

Faça, mas faça certo

Imi Lichtenfeld

9

SUMÁRIO

RESUMO..................................................................................................................................11

ABSTRACT .............................................................................................................................13

RÉSUMÉ..................................................................................................................................15

LISTA DE FIGURAS ..............................................................................................................17

LISTA DE GRÁFICOS ...........................................................................................................19

LISTA DE TABELAS .............................................................................................................21

1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................23

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................................27

2.1 Matéria-prima cana-de-açúcar e Posição no Mercado........................................................27

2.2 Clarificação do caldo de cana-de-açúcar.............................................................................28

2.3 Uso de dióxido de enxofre na clarificação do caldo de cana-de-açúcar.............................30

2.4 Processos Oxidantes Avançados – POA na Clarificação de Caldo de cana-de-

açúcar........................................................................................................................................33

2.5 Uso de peróxido de hidrogênio na clarificação do caldo de cana-de-açúcar .....................34

3 METODOLOGIA .................................................................................................................37

3.1 Estudo de viabilidade econômica do processo alternativo de oxidação ............................37

3.2 Uso de dióxido de enxofre – etapa inicial (lavagem, preparo e moagem) .........................37

3.2.1 Uso de dióxido de enxofre – tratamento do caldo ..........................................................44

3.2.2 Aplicação Numérica – etapa inicial (lavagem, preparo e moagem) ...............................54

3.2.3 Aplicação numérica – tratamento do caldo com dióxido de enxofre ..............................55

3.2.4 Sistema de alimentação de enxofre .................................................................................57

3.2.5 Coluna de Sulfitação .......................................................................................................57

3.3 Uso de Peróxido de Hidrogênio .........................................................................................60

3.3.1 Reator CSTR ...................................................................................................................60

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ..........................................................................................63

4.1 Análise da agroindústria açucareira latino-americana entremeada pelas crises econômicas

mundiais e inserida na competitividade internacional .............................................................63

4.1.1 Produção açucareira na América Latina em período anterior a depressão de

1929...........................................................................................................................................64

4.1.2 Produção açucareira na América Latina entremeada pelas crises econômicas ...............66

4.1.3 Produção açucareira na América Latina e a competitividade internacional ...................68

4.2 Regulamentação e impactos econômicos referentes ao uso de dióxido de enxofre ...........69

10

4.2.1 Regulamentação do uso de dióxido de enxofre nos Estados Unidos ..............................71

4.2.2 Regulamentação do Uso de dióxido de enxofre na União Europeia ...............................72

4.2.3 Regulamentação do uso de dióxido de enxofre no Brasil e impactos econômicos

correlacionados ........................................................................................................................73

4.3 Uso de dióxido de enxofre no tratamento do caldo ...........................................................75

4.4 Uso de peróxido de hidrogênio no tratamento do caldo ....................................................83

4.4.1 Cenário 1: Aplicação de peróxido de hidrogênio na proporção de 600 ppm ..................84

4.4.2 Cenário 2: Aplicação de peróxido de hidrogênio na proporção de 1.000 ppm ...............87

4.4.3 Cenário 3: Aplicação de peróxido de hidrogênio na proporção de 5.000 ppm ...............90

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................95

REFERÊNCIAS .......................................................................................................................99

11

RESUMO

Viabilidade Econômico-financeira da Substituição do Dióxido de Enxofre pelo Peróxido

de Hidrogênio na Cadeia Produtiva do Açúcar

Do competitivo mercado de produção de açúcar demanda-se um produto detentor de

maior qualidade e menor custo. A qualidade do açúcar relaciona-se com o estudo das

propriedades físico-químicas da sacarose durante o processo de clarificação. Na produção de

açúcar branco utiliza-se o dióxido de enxofre em operação unitária de clarificação. No

entanto, o uso desse reagente encontra restrições na indústria alimentícia e nos sistemas

agroindustriais, em consequência de suas emissões na atmosfera, assim como, de reações

alergênicas possivelmente relacionadas à exposição de resíduos de dióxido de enxofre em

alimentos, em indivíduos sensíveis. Tecnologias alternativas, como o uso de peróxido de

hidrogênio e de ozônio têm sido propostas. Do uso do peróxido de hidrogênio, de acordo com

a literatura consultada, tem-se a diminuição de viscosidade, em conjunto com o aumento de

pureza do xarope, pela remoção de compostos não açúcares. Dessa forma, o peróxido de

hidrogênio é um eficiente agente oxidante de moléculas produtoras de cor, levando-as a

parcial ou total degradação, com destruição permanente de substâncias corantes. A aplicação

de peróxido de hidrogênio, no tratamento do caldo de cana-de-açúcar, foi considerada, no

presente estudo, em três cenários distintos - com peróxido de hidrogênio na proporção 0,6

gH2O2/kgcaldo, na proporção de 1 gH2O2/kgcaldo e na proporção de 5 gH2O2/kgcaldo em

substituição ao dióxido de enxofre – utilizado em método corrente, nas usinas. O escopo deste

estudo, pois, constitui a análise de viabilidade econômico-financeira do peróxido de

hidrogênio como agente de redução de cor de caldo, em operação unitária de clarificação, em

substituição total ao uso de dióxido de enxofre. De fato, foram considerados os valores de

investimento da proposta com uso de peróxido de hidrogênio em relação à estrutura padrão,

com os insumos relativos a cada situação, pois a adequação da etapa de clarificação pode ser

utilizada em lugar da implantação de uma nova unidade produtiva. Os valores encontrados

para a clarificação de açúcar, com uso de peróxido de hidrogênio em substituição à sulfitação,

considerando a descrição operacional com ganhos técnicos e insumos necessários, foram

maiores, pois o investimento imobilizado em equipamentos foi maior, assim como o preço

dos insumos. Das situações consideradas, houve aumento de R$ 0,16/saca50kg açúcar, em relação

ao peróxido de hidrogênio utilizado em proporção 0,6 gH2O2/kgcaldo; de R$ 0,30 /saca50kg açúcar,

em relação ao peroxido de hidrogênio na proporção de 1 gH2O2/kgcaldo e R$ 1,66 /saca50kg

açúcar, em relação ao peroxido de hidrogênio na proporção de 5 gH2O2/kgcaldo. Percebe-se,

dessa forma, a possibilidade de substituição do reagente majoritariamente utilizado, pelo

proposto; considerando, ainda, a parceria entre setores privado e público, em consequência de

demanda da sociedade por produtos alimentícios isentos de resíduos de enxofre, e do repasse

de custos não demasiadamente oneroso para as usinas açucareiras. Todavia, fatores outros,

concernentes à qualidade do produto final, como a tendência de degradação de sacarose, as

questões ambientais e de saúde pública, assim como os ganhos energéticos devem ser

analisados.

Palavras-chave: Açúcar; Peróxido de hidrogênio; Dióxido de enxofre; Clarificação

13

ABSTRACT

Economic and Financial Viability of Sulfite Replacement by Hydrogen Peroxide in

Sugar Production Chain

The competitive market of sugar production demands a better product with higher

quality and lower cost. Sugar quality involves the physical-chemical properties of sucrose

during the clarifying process. In white sugar production, sulfur dioxide is used in the

clarifying process. However, this reagent has restrictions in food industry and agribusiness

systems due to, sulfur dioxide emissions to the atmosphere, as well as its potentially

allergenic reactions, concerning exposure to sulfur dioxide residues in foods, in sensitive

individuals. Alternative technologies, using hydrogen peroxide and ozone have been

proposed. The use of hydrogen peroxide, according to literature, promotes viscosity reduction

and syrup purity increase, through the removal of non-sugar compounds. Therefore, hydrogen

peroxide is a powerful oxidizing agent that causes partial or total color molecules degradation,

causing permanent destruction. The application of hydrogen peroxide, in sugarcane juice,

considered in this study has three distinct situations: 0.6 gH2O2/kgsugarcane juice proportion, 1

gH2O2/kgsugarcane juice proportion and 5 gH2O2/kgsugarcane juice proportion, replacing sulfur dioxide

– used in the current method. This study scope is the economic viability of hydrogen

peroxide, replacing sulfur dioxide in clarifying operation. The investment values using

hydrogen peroxide in relation to standard structure were considered rather than the

implementation of a new production unit. The hydrogen peroxide values, in clarifying process

were higher, considering operational description by technical profits and necessary inputs,

because the investment in equipment and input prices were higher. There was an increase of

R$ 0.16 bag 50kg sugar using 0.6 gH2O2/kgsyrup; R$ 0.30 /bag 50kg sugar when the proportion was 1

gH2O2/kgsyrup and R$ 1.66/ bag 50kg sugar when the proportion was 5 gH2O2/kgsyrup. Therefore,

there is a great possibility of replacing the main reagent used as alternative, including the

partnership between private and public sectors the society demands for food products free of

sulfur residue presenting production costs less expensive for the sugar industry. However,

other factors, related to final product quality, such as sucrose degradation tendency,

environmental and public health issues, as well as the energy gains should be analized.

Keywords: Sugar; Hydrogen peroxide; Sulfur dioxide; Clarification

15

RÉSUMÉ

Viabilité économique-financière de la substitution du dioxyde de soufre pour

le peroxyde d’hydrogène dans la chaîne de la production du sucre

Le compétitif marchet de la production de sucre a besoin d’un produit avec plus de

qualité et un prix plus bas. La qualité du sucre est relacionée avec les études des propriétés

physique-chimique du saccharose pendant le processus de blanchissement. Dans la production

du sucre blanc est utilisé le dioxyde de soufre dans l’opération unitaire du blanchissement.

Toutefois, l’utilisation de ce réactif a des restrictions dans l’industrie alimentaire et dans les

systèmes agroindustriels, en cause de ses émissions dans l’atmosphère, mais aussi, des

réactions allergiques probablement relacionées à l’exposition de déchets de dioxyde de soufre

dans les aliments, en individus sensibles. Technologies alternatives, comme l’utilisation du

peroxyde d’hydrogène et d’ozone on été proposés. Par rapport la bibliographie consultée, a

partir de l’utilisation du peroxyde d’hydrogène, il y a une diminuition de la viscosité, au

même moment que il y a l’accroissement de la purité du sirop pour la rémotion de liaisons

sans sucres. Alors, le peroxyde d’hydrogène a l’efficace d’un agent oxidant des molécules

producteurs de la couleur qui les dégrade partial ou complètement, et faire la déstruction

permanent des substances colorantes. Dans cette recherche, l’application de peroxyde

d’hydrogène, dans le traitement du jus de canne à sucre (cana-de-açúcar) a été considerée

dans trois différents expériences– avec le peroxyde d’hydrogène dans la proportion 0,6

gH2O2/kgjus, dans la proportion de 1 gH2O2/kgjus et dans la proportion 5 gH2O2/kgjus pour

substituer le dioxyde de soufre – utilisé dans le méthode courant, dans les usines. L’objectif

de cette recherche, c’est l’analyse de la viabilité économique-financière du peroxyde

d’hydrogène comme l’agent de la réduction de la couleur du jus brut, dans l’opération unitaire

de blanchissement, en substitution à l’utilisation de dioxyde de soufre. En fait, il a été

considéré les valeurs d’investissement du propos avec l’utilisation de peroxyde d’hydrogène

en rélation à la structure standard, avec les substances nécessaires pour chaque situation, parce

que l’adéquation de chaque étape de blanchissement peut être utilisée au lieu de

l’implantation de une nouvelle unité productive. Les valeurs rencontrés pour le

blanchissement du sucre, avec l’utilisation de peroxyde d’hydrogène au lieu de la sulfuration,

en tenant compte de la description opérationnel avec les gains téchniques et les substances

nécessaires, ont été plus élevés, parce que l’investissement pour les equipements a été plus

cher, comme aussi le prix des substances nécessaires. Dans les situations considérées, il y a eu

une augmentation de R$ 0,16/sac50kg sucre, par rapport le peroxyde d’hydrogène utilisé dans la

proportion 0,6 gH2O2/kgsucre; de R$ 0,30 /sac50kg sucre, par rapport le peroxyde d’hydrogène

dans la proportion de 1 gH2O2/kgjus et R$ 1,66 /sac50kg sucre, par rapport au peroxyde

d’hydrogène dans la proportion de 5 gH2O2/kgjus. Alors, c’est rencontré dans la recherche que

il y a la possibilité de la substitution du réactif plusieurs fois utilisé, pour le propos; encore

avec la considération du partenariat entre le secteur privé et publique, en conséquence du

besoin de la société par produits alimentaires sans les déchets de soufre et sans l’augmentation

des coûts très cher pour les usines de sucre. Toutefois, autres facteurs, concernants à la qualité

du produit final, comme la tendence à la dégradation de saccharose, les question

environnementales et de santé publique, ainsi que les gains d´énergie devraient être analysés.

Mots-clés: Sucre; Peroxyde d’hidrogène; Dioxyde de soufre; Blanchissement

17

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Sistema de sulfitação para caldo de cana-de-açúcar................................................31

Figura 2 - Coluna de Sulfitação ...............................................................................................59

Figura 3 - Tanque de mistura CSTR (Stirred-tank reactor model)...........................................60

19

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1 - Custo adicional relativo ao peróxido de hidrogênio de 600 ppm ..........................86

Gráfico 2 - Custo adicional relativo ao peróxido de hidrogênio de 1.000 ppm .......................89

Gráfico 3 - Custo adicional relativo ao peróxido de hidrogênio de 5.000 ppm .......................92

21

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Informações sobre a toxidez de peróxido de hidrogênio em diferentes

concentrações............................................................................................................................35

Tabela 2 - Aplicação numérica da etapa inicial – lavagem, preparo e moagem.......................54

Tabela 3 - Aplicação numérica do tratamento de caldo com dióxido de enxofre.....................56

Tabela 4 - Exportações anuais de açúcar brasileiro..................................................................74

Tabela 5 - Importações anuais de açúcar brasileiro..................................................................75

Tabela 6 - Lavagem de cana-de-açúcar (aplicação numérica da etapa inicial).........................75

Tabela 7 - Moagem (aplicação numérica de etapa inicial).......................................................76

Tabela 8 - Vazão (aplicação numérica de etapa inicial)...........................................................77

Tabela 9 - Índice de extração dos ternos e demais valores da Aplicação Numérica da etapa

inicial.........................................................................................................................................78

Tabela 10 - Vapor (Aplicação Numérica da etapa inicial)........................................................78

Tabela 11 - Perda de Açúcar no tratamento preliminar (desaerador + peneira).......................79

Tabela 12 - Porcentagem de sólidos insolúveis retirados com tratamento preliminar..............79

Tabela 13 - Consumo Específico de Enxofre............................................................................80

Tabela 14 - Consumo de cal na caleagem (kg cal/t caldo misto)..............................................81

Tabela 15 - Consumo de ácido fosfórico (kg ácido/t caldo misto)...........................................81

22

Tabela 16 - Produção específica de caldo tratado para açúcar..................................................81

Tabela 17 - Consumo específico de vapor com relação ao caldo misto que entra

(Aquecimento)..........................................................................................................................81

Tabela 18 - Consumo específico de vapor com relação ao caldo misto que sai

(Aquecimento)..........................................................................................................................81

Tabela 19 - Perda de açúcar na torta (Decantação/Filtro rotativo)...........................................82

Tabela 20 - Porcentagem de açúcar recuperado com o filtro (Decantação/Filtro rotativo)......82

Tabela 21 - Resultados da aplicação numérica do tratamento de caldo com dióxido de enxofre

e investimento em equipamentos..............................................................................................83

Tabela 22 - Custo de tratamento com peróxido de hidrogênio 600 ppm..................................85

Tabela 23 - Custo de tratamento com peróxido de hidrogênio 1000 ppm................................88

Tabela 24 - Custo de tratamento com peróxido de hidrogênio 5.000 ppm...............................91

23

1 INTRODUÇÃO

O entendimento da dinâmica agroindustrial sucroalcooleira é fundamental. Desde o

período em que engenhos coloniais constituíam a unidade produtiva que abastecia metrópoles,

em sistema de monocultura; até o momento, no qual as tendências fragmentadoras da

economia e do comércio mundial fazem-se presentes, em que açúcar e etanol tornaram-se

importantes commodities (CRESPO, 2006).

A cana-de-açúcar (Saccarum spp.) constitui o suporte da maior indústria agrícola

mundial em consequência de seu valor econômico e difusão geográfica (VILA, 2006). De

acordo com dados da União da Indústria de Cana-de-açúcar – UNICA (2014), o Brasil dispôs

de produção de 653.444 mil toneladas de cana-de-açúcar na safra 2013-2014. A maior parte

foi produzida na região Centro-Sul com 597.061 mil toneladas. A produção de açúcar foi de

37.709 mil toneladas, também, com a região Centro-Sul destacada com 34.295 mil toneladas.

Em razão do elevado teor de sacarose em sua constituição, dentre outros fatores; a

cana-de-açúcar é utilizada como matéria-prima para produção de açúcar. A cadeia produtiva

do açúcar é composta por uma série de etapas, nas quais se efetua a extração do caldo contido

na cana-de-açúcar. A clarificação do caldo de cana-de-açúcar é uma das principais etapas de

produção de açúcar, na qual, objetiva-se um caldo livre de impurezas, com etapas de

peneiragem, tratamento químico, aquecimento, decantação e filtragem do caldo (DAL-BEM

et al., 2006).

A eficiência da clarificação do caldo de cana-de-açúcar encontra-se diretamente

associada com a qualidade do produto final – açúcar, sendo essa etapa, pois, um ponto crítico

ao processo. Da ausência de um tratamento eficaz de caldo ter-se-á um produto final de menor

qualidade, com presença de coloração mais escura além de impurezas e pontos pretos

(Engenho Novo, 2014a).

No Brasil, a clarificação dispõe de duas formas para ser efetuada. A defecação simples

utiliza-se apenas de cal e de aquecimento para obtenção de açúcar bruto. A sulfo-defecação,

por sua vez, utiliza-se de tratamento com cal e aquecimento, e, em adição, utiliza-se também

de dióxido de enxofre no caldo para fabricação de açúcar cristal branco, de acordo com

Koblitz (1998).

O dióxido de enxofre é utilizado, na etapa de clarificação do caldo de cana-de-açúcar,

em grande parte dos países produtores de açúcar, como o Brasil. A clarificação do caldo

envolve etapas de sulfitação – contato contracorrente de caldo e de dióxido de enxofre,

24

calagem – recebimento de leite de cal no caldo, e adição de compostos poliméricos de cadeia

longa. Quando o caldo é aquecido, de acordo com Tfouni et al. (2007) há decantação e

decorrente formação de caldo clarificado que seguirá, pois, para etapa que o tornará mais

concentrado.

Todavia, de acordo com Fabre (1971), a toxicidade do enxofre e de seus derivados

prejudica o meio-ambiente pela ação do dióxido de enxofre, liberado pela combustão nas

câmaras de enxofre e nas torres de sulfitação. Ainda, a toxicidade do dióxido de enxofre tem

sido considerada, também, em decorrência de reações alergênicas relatadas por pequena

parcela da população hipersensível (indivíduos asmáticos) a teores residuais de enxofre

encontrados em alimentos (LESTER, 1995; KNODEL, 1997).

Todavia, em relação aos Processos Oxidantes Avançados - POA, os pigmentos

constituintes do caldo, e consequentemente do açúcar final, podem, ser oxidados, de modo a

reduzirem a cor do açúcar cristal requerido com uso de peróxido de hidrogênio; o qual dispõe

de aplicação que abrange a oxidação seletiva e manufatura de compostos orgânicos,

branqueamento de polpa na indústria de papel e tratamento de efluentes aquosos, sendo,

ainda, responsável pela mineralização de compostos orgânicos (DODSON, 1990;

SHEARMAN, 1992).

Do uso de agentes oxidantes como peróxido de hidrogênio, em geral, não decorre

formação de compostos residuais que necessitem de neutralização ou remoção, pois os

produtos de decomposição consequentes do uso desses agentes ocasionam a formação de

contaminantes menos poluentes, e com concentração menor, como compostos orgânicos

oxigenados e de baixo peso molecular (BRITTO e RANGEL, 2008).

Das características físicas e químicas, assim como, da aplicabilidade, o uso de

peróxido de hidrogênio tem grande possibilidade de aceitação na indústria açucareira.

Todavia, devido a possíveis questionamentos durante o processo, assim como, alteração da

qualidade final do açúcar, observa-se a necessidade de estudos referentes à aplicação, à

eficiência, à qualidade nutricional dos alimentos e aos efeitos adversos, que podem ocorrer.

Relatos na literatura acerca de uso de peróxido de hidrogênio na descoloração do caldo

de cana-de-açúcar, a fim de produção de açúcar branco são escassos; especialmente em

relação à viabilidade econômico-financeira. No presente estudo, buscou-se a análise da

viabilidade econômica da implantação de projeto de substituição de dióxido de enxofre por

peróxido de hidrogênio, em produção de açúcar. Estudos referentes à análise econômica de

implantação de processos tecnológicos são fundamentais, embora, por vezes, escassos. A

25

situação de exequibilidade de uma mudança tecnológica deve ser corroborada pela análise de

viabilidade econômica, a fim de aumentar a eficácia dos critérios decisórios dos stakeholders.

Dessa forma, o presente estudo dispõe do escopo de análise de viabilidade econômico-

financeira do peróxido de hidrogênio utilizado em substituição ao método corrente de

clarificação de caldo de cana-de-açúcar, com uso de sulfitação, por meio de adequação de

infraestrutura instalada. Assim, alterações referentes ao tratamento do caldo, a fim de

considerar situação de modificação de infraestrutura instalada, em consequência do uso de

dióxido de enxofre apresentar restrições decorrentes de aspectos de segurança alimentar, de

meio-ambiente e de condições operacionais dentre outros aspectos que podem ser

enumerados, serão apresentadas. Do uso de peróxido de hidrogênio tem-se expressiva

possibilidade de aceitação, em consequência de características físico-químicas e de

aplicabilidade, embora a necessidade de estudos referentes à eficiência, à viabilidade

operacional e econômica, como é o caso desse estudo, tenham de ser consideradas

(HAMERSKI, 2009).

27

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Matéria-prima cana-de-açúcar e Posição no Mercado

A cana-de-açúcar é uma planta perene pertencente à família Poaceae e ao gênero

Saccharum. A propagação dessa gramínea é realizada por meio de colmos que tem 2-3 gemas.

O colmo é cilíndrico, fibroso, dispondo de teores substanciais de sacarose - característica essa

que depende da variedade utilizada (VILA, 2006).

A cana-de-açúcar é a principal matéria-prima para obtenção de açúcar, por meio do

beneficiamento dos açúcares cristalizáveis. Outras matérias-primas, como a beterraba sacarina

são utilizadas, embora em menor proporção. A produção e a qualidade de açúcar encontram-

se, no momento presente, em ascensão (FERNANDES et al., 2004).

O processo de fabricação do açúcar, em seus variados tipos, dentre eles: demerara,

mascavo, cristal, refinado, líquido e VHP (very high polarization), tem o escopo de extrair o

caldo contido na cana-de-açúcar, com o preparo e concentração adequados, resultando num

produto detentor de qualidade. Essa qualidade relaciona-se com a diminuição de perdas no

processo, com novas variedades de cana-de-açúcar – mais produtivas, e com a eficiência da

etapa de clarificação; a qual não dispõe de modificações substanciais há tempos. Da

continuidade do uso de dióxido de enxofre como agente oxidante decorrem barreiras

comercias da União Europeia, respaldada pela legitimidade da questão de saúde pública e de

segurança alimentar - relacionando teor residual de enxofre no produto final e o

desencadeamento de reações alergênicas em indivíduos sensíveis (Dal-Bem et al., 2006).

Todavia, parcela expressiva da produção nacional de açúcar utiliza o dióxido de

enxofre no branqueamento. Assim, ocorre exportação majoritária de açúcar VHP, não

refinado, utilizado, em geral, como matéria-prima para outros produtos, apresentando cristais

amarelados em sua composição, resultado de processamento de caldo no qual a massa cozida

é submetida a lavagens na centrífuga. Os sistemas de clarificação de caldo são provenientes

de tecnologias eficientes, embora não suficientemente para exportação, ou seja, para aceitação

do mercado europeu e norte-americano. Tecnologias outras, pois, são buscadas a fim de

melhorar a eficiência industrial, para que se tenha um produto final detentor de qualidade,

bem como de homogeneidade e uniformidade. Assim, o uso de agentes oxidantes, assim como

de enzimas oxidativas constituem alternativas (Okuno e Tamaki, 2002).

28

De fato, o consumo de açúcar branco que não passou por sulfitação no branqueamento

constitui uma demanda do mercado consumidor. De acordo com Araújo (2007), os mercados

tendem a consumir produtos alimentícios mais saudáveis, isentos de agrotóxicos, de resíduos

tóxicos de processos de fabricação e de conservantes. Considera-se que o processo de

tratamento de caldo de cana-de-açúcar por sulfitação, a fim de produzir açúcar branco, polui o

meio-ambiente devido à toxicidade do enxofre e de seus derivados. Métodos alternativos,

assim, são propostos na tentativa de reduzir a emissão de intermediários tóxicos e de

agregados ao produto final.

Ainda, do açúcar, de acordo com Belick (2001) tem-se diversificação de produtos

finais em consequência da eliminação dos grupos econômicos mais frágeis, assim como, do

aumento da concentração de produção agrícola e industrial. O perfil do consumidor também

dispõe de contribuição substancial para a configuração desse cenário, pois novas marcas e

tipos de açúcar, no mercado paulista, não eram comuns.

Em relação à agroindústria da cana-de-açúcar tem-se uma complexidade, em causa da

dependência das usinas produtoras em relação aos fornecedores de matéria-prima, assim

como, de seus bens de capital. Ainda, o produto gerado pelas usinas é destinado aos

distribuidores de alimentos, de combustíveis, de energia elétrica e tradings; os subprodutos,

para as indústrias de ração animal; e os resíduos (vinhaça) são utilizados como

biofertilizantes. (NEVES e CONEJERO, 2007).

Em relação aos avanços tecnológicos, à produtividade e aos custos de produção,

observa-se que o Brasil encontra-se em situação vantajosa, em relação aos concorrentes

internacionais. Entretanto, sua produção é impactada pelos subsídios às exportações de açúcar

branco, praticados pela União Europeia. Para que o Brasil disponha de uma posição mundial

de fornecedor de alimentos e bioenergia, é necessário o desenvolvimento de sistemas

agroindustriais cada vez mais transnacionais e sustentáveis (NEVES e CONEJERO, 2007).

2.2 Clarificação do caldo de cana-de-açúcar

A clarificação do caldo de cana-de-açúcar para obtenção do produto final açúcar pode

ser realizada com uso de cal e aquecimento (defecação simples) e com uso de cal,

aquecimento e dióxido de enxofre (sulfo-defecação). O objetivo da clarificação do caldo de

cana-de-açúcar constitui a obtenção de um líquido com coloração amarelada, em razão da

degradação de clorofila, por meio de processo de acidificação (KOBLITZ, 1998).

29

Em relação à coloração, tem-se ainda o fato de que pigmentos presentes no caule e nas

folhas podem promover aumento na coloração do açúcar como produto final. De acordo com

Mersad et al. (2003) desses pigmentos têm-se significativos problemas durante a produção de

açúcar branco, pois as impurezas vegetais, como folhas verdes e secas, nos carregamentos de

cana-de-açúcar entregues em conjunto com a cana-de-açúcar como matéria-prima,

representam um material desprovido de valor tecnológico que, ainda, intensificam a cor do

caldo clarificado, e consequentemente, a cor do açúcar produzido.

Os pigmentos podem ser naturais, assim como podem ser formados durante o

processo. A cana-de-açúcar possui mais pigmentos em comparação com outras matérias-

primas como a beterraba sacarínea. Tais pigmentos, de acordo com Smith e Paton (1985), são

encontrados no caldo após moagem.

A cana-de-açúcar possui, em sua constituição, substâncias como clorofilas,

antocianinas, sacaretinas e polifenóis que proporcionam coloração ao caldo. O caldo bruto

dispõe de coloração escura, pois a clorofila é insolúvel em água. Reações de escurecimento

não enzimático, de acordo com Eskin et al. (1971) envolvem fatores como pH, temperatura,

umidade e presença de açúcares.

Substâncias promotoras de coloração mais escura do caldo podem originar-se,

também, nos processos operacionais. Dentre os pigmentos formados durante o processamento

de cana-de-açúcar estão as melanoidinas – substâncias poliméricas e coloridas resultantes de

reações de Maillard, as quais são responsáveis por propriedades físicas como cor e

viscosidade, bem como propriedades sensoriais, como estabilidade de substâncias aromáticas,

de acordo com Hayman (2014).

Painter (1998) considera as melanoidinas distribuídas em alimentos, em bebidas e em

produtos agroindustriais – como resultantes da indústria sucroalcooleira: melaço e açúcar. A

estrutura química das melanoidinas ainda é desconhecida, embora modelos tenham sido

propostos a fim de definir partes da estrutura dessa molécula. Esses pigmentos, de acordo com

Mersad et al. (2003), representam um grande problema para a indústria açucareira,

especialmente durante a cristalização, em virtude da perda de pureza do açúcar cristal branco.

Entretanto, de acordo com Chandra et al. (2008), pode-se considerar que melanoidinas

podem ser descoloridas pela ação de algumas espécies de oxigênio ativo, como O2- e H2O2, os

quais são produzidos por reações catalisadas por enzimas oxidativas.

As usinas produtoras de açúcar na operação unitária da clarificação, de forma geral,

utilizam-se de agentes químicos, como leite de cal e anidrido sulfuroso, e aquecimento; ainda,

30

a decantação e a filtração a vácuo referente ao resíduo decantado, como Marques et al. (2001)

pontua.

2.3 Uso de dióxido de enxofre na clarificação do caldo de cana-de-açúcar

A sulfitação ocorre na operação unitária de clarificação, em processo no qual o

dióxido de enxofre é misturado ao caldo, reagindo quimicamente com substâncias orgânicas

(dentre elas, os pigmentos), que darão coloração ao açúcar, posteriormente. Também, o

dióxido de enxofre transforma os compostos férricos coloridos em compostos ferrosos

incolores (ENGENHO NOVO, 2014a).

O anidro sulfuroso é utilizado no tratamento do caldo misto a fim de produção de

açúcar branco. A indústria açucareira faz uso da combustão do enxofre a fim de obtenção de

gás sulfuroso. Tal processo realiza-se em fornalhas, em que a combustão do enxofre ocorre

numa temperatura de 250oC, originando, pois, o dióxido de enxofre. Esse gás será resfriado

posteriormente, a fim de diminuir a possível formação do gás SO3, já que o mesmo não

apresenta consumo útil de enxofre, referente ao tratamento de caldo (CAMARGO, 1990).

O tratamento químico do caldo ocorre pela coagulação, pela floculação, pela

precipitação das impurezas, que serão, posteriormente, eliminadas por sedimentação. O

escopo da diminuição da cor do produto final, pela sulfitação, é o processo disseminado nas

usinas produtoras de açúcar cristal. Esse tratamento ocorre pela absorção do anidrido

sulfuroso pelo caldo misto, fazendo com que o pH abaixe seu valor, na faixa de 4,0 a 4,5;

considerando a faixa de uso de enxofre por tonelada de cana-de-açúcar entre 150 e 300g. Essa

absorção ocorre nas colunas de absorção, as quais dispõem de pratos perfurados, por meio dos

quais o caldo que é bombeado na parte superior da torre, desce por gravidade em

contracorrente, junto com o dióxido de enxofre gasoso, sendo, então, aspirado por um

exaustor ou por um ejetor que é instalado no topo da coluna. É importante considerar que o

caldo misto é pré-aquecido numa temperatura de 40o

C, e posteriormente, é destinado à

operação de calagem. A neutralização do caldo sulfitado resultará na formação de sulfito de

cálcio, adsorvendo compostos coloridos e demais impurezas (HONIG, 1953).

A combinação do dióxido de enxofre e dos açúcares redutores presentes no caldo, de

acordo com Honig (1953), provavelmente, promove descoloração temporária de alguns

elementos, bloqueando o grupo funcional carbonila e impedindo a formação de

oligassacarídeos coloridos – caramelos.

31

Na operação unitária de clareamento do caldo, e sulfitação ocorre por meio do gás que

é borbulhado no caldo, havendo reação com água, numa solução que contém H2SO3

molecular não dissolvido, assim como íons dissolvidos de HSO3-. Tem-se, pois, a reação

abaixo (DELGADO e CESAR, 1990).

2SO3 + 2H2O → 2H2SO3 → 2H+ + 2HSO3

-

Do dióxido de enxofre, de acordo com Hugot (1977), têm-se duas funções principais,

sendo a primeira a eliminação de materiais corantes – propriedade que é comum aos ácidos; e

a segunda, a possível transformação de sais férricos, consequência do contato direto de

equipamentos como tubulações, em compostos ferrosos incolores. Tem-se, então,

representado, o sistema de sulfitação utilizado em tratamento de caldo de cana-de-açúcar

descrito, conforme segue.

Figura 1 - Sistema de sulfitação para caldo de cana-de-açúcar (GEOCITIES, 2008)

De acordo com Hamerski (2009), do uso de dióxido de enxofre no tratamento do

caldo de cana-de-açúcar na operação unitária de clarificação, decorrem aspectos restritivos da

ordem de segurança alimentar, de tecnologia, de meio-ambiente e de operação. O dióxido de

enxofre é um aditivo alimentar com ação branqueadora de eficiência substancial e baixo

custo. Assim, apresenta disseminado uso em países produtores de açúcar branco, como Brasil

e Índia.

Todavia, em virtude da toxicidade do enxofre e de seus derivados, no presente

momento, existe uma preocupação em eliminar as emissões de SO2. De fato, há uma busca

32

por tecnologias alternativas de clarificação do caldo de cana-de-açúcar nas indústrias

sucroalcooleiras.

Os agentes sulfitantes atuam inibindo a deterioração que é provocada por bactérias,

fungos e leveduras em alimentos ácidos, bem como, inibem reações de escurecimento

enzimático e não enzimático durante o processamento e a estocagem. Ainda, são utilizados

com o papel de agentes antioxidantes e redutores em diversas aplicações tecnológicas

(TAYLOR et al., 1986; LECLERCQ et al., 2000; RIBERA et al., 2001).

Dos problemas de irregularidade, na sulfitação, considera-se a perda de sacarose em

decorrência da faixa de valores de pH poder estar entre os valores de 3,8 a 4,3. Também, a

reação de solubilização entre SO2 gasoso e o caldo não é perfeita - fato que ocasiona

variações no pH final do caldo sulfitado, assim como a decorrente inversão da sacarose. De

modo que o produto final disporá de qualidade inferior, com uma alta concentração de SO2 e

problemas de estocagem, como escurecimento com o decorrer do tempo e odor característico

(CHOU et al., 2006).

De acordo com Machado (2006), efeitos adversos à saúde humana estão relacionados

diretamente com o amplo uso de sulfitos na indústria alimentícia, havendo o relato de reações

adversas como: náusea, irritação gástrica local, urticária e broncoespasmos, em indivíduos

asmáticos sensíveis a esse componente.

O Codex Alimentarius tem estabelecido o limite de 15 mg.kg-1

para produção de

açúcar branco destinado ao consumo direto. Todavia, existe uma tendência de redução desse

limite até o valor máximo de 10 mg.kg-1

. De forma geral, observa-se em relação às normas de

segurança alimentar, tendência de redução do uso de compostos que dispõem do enxofre em

sua composição, em decorrência de possíveis efeitos adversos ao consumidor (MACHADO,

2006).

Em relação ao meio-ambiente, considera-se que o SO2 obtido pela queima de enxofre

elementar, nos fornos rotativos da indústria, provoque problemas ambientais como as chuvas

ácidas, o desconforto no ambiente de trabalho nas fábricas e a corrosão de metais nas

instalações industriais. A reação entre SO2 gasoso e caldo não é perfeita, em decorrência da

resistência do gás e do líquido a mistura, ocorrendo variações em pH final do caldo sulfitado e

perdas de sacarose por inversão (RUAS, 1993).

Ainda que a sulfitação disponha de ampla utilização nas usinas algumas

inconveniências são descritas (Engenho Novo, 2014a). Em relação ao método, nas colunas de

sulfitação, o gás sulfuroso é borbulhado no caldo da cana-de-açúcar em forma de bolhas.

Entretanto, essas bolhas são demasiadamente grandes, num meio pouco agitado, fazendo com

33

que o processo de transferência de massa entre o gás e o líquido disponha de eficiência

bastante limitada.

Dessa forma, a fim de evitar perdas de SO2 para a atmosfera, assim como, para

transferir a quantidade adequada de SO2 ao caldo de cana-de-açúcar, torna-se necessário a

composição de um grande número de pratos na coluna de sulfitação. Entretanto, esse

substancial número de pratos tem como consequência equipamentos de grande porte, com

tempo de retenção elevado e alto custo de instalação e manutenção.

Ainda, considera-se que no fundo da coluna de sulfitação em que o gás sulfuroso é

admitido e o caldo de cana-de-açúcar sulfitado retirado - o gás disponha de concentração

maior e mais ativa concomitantemente com maior acidez e pH do caldo. De modo que existe,

então, a formação de zonas de pH com valor muito baixo na parcela inferior da coluna de

sulfitação, favorecendo a inversão de sacarose, bem como a corrosão deste local (Engenho

Novo, 2014b).

Do uso das colunas de sulfitação, tem-se uma flexibilidade operacional escassa em

relação à variação da vazão, pois as colunas operam somente nas condições próximas da

vazão de projeto. Uma infraestrutura complementar com o escopo de promover a sucção de ar

para o interior das fornalhas de enxofre e, posteriormente, a promoção da exaustão dos gases

em excesso é demandada.

2.4 Processos Oxidantes Avançados - POA na Clarificação de Caldo de cana-de-açúcar

Em virtude do processo de tratamento de caldo de cana-de-açúcar por sulfitação

destinado à produção de açúcar refinado poluir o meio-ambiente pela toxicidade do enxofre e

de seus derivados, assim como, pela possível relação com reações alérgicas desencadeadas

pela exposição de resíduos de agentes sulfitantes em alimentos, métodos outros de

clarificação do caldo de cana-de-açúcar tem sido propostos, numa tentativa de diminuir a

emissão de compostos intermediários tóxicos e agregados ao produto final. O uso de O3/H2O2,

O3/UV, O3/metais tem sido desenvolvido, numa tentativa de aumento da eficiência do

processo de oxidação, sem, entretanto, reduzir a qualidade nutricional dos alimentos.

Nesses processos, ocorre formação do radical hidroxila (-OH), o qual reage com a

maioria das moléculas orgânicas que dispõem de constantes reacionais da ordem de 106 –

109mol

-1s

-1 (CANTON et al., 2003). Todavia, de acordo com Maia e Colodette (2003), no

branqueamento de polpas celulósicas com o peróxido de hidrogênio, o pH deve ser mantido

34

na faixa de 2,5 – 3,0, pois em valores acima destes ocorre uma decomposição de peróxido de

hidrogênio substancial, catalisada por íons OH-, provocando perda de eficiência e de

seletividade do reagente. Essa perda de eficiência é consequência de perdas do peróxido de

hidrogênio. A perda de eficiência, por sua vez, é decorrência da perda de seletividade, assim

como do ataque aos carboidratos, da polpa celulósica, efetuada pelos radicais livres (HOO-,

HO-) provenientes da decomposição do peróxido de hidrogênio (BOUCHARD et al. 1995;

LIEBERGOTT et al., 1992; COLODETTE et al., 1993).

Entretanto, a operação unitária de clarificação, com uso de dióxido de enxofre é

composta por uma infraestrutura complexa, envolvendo equipamentos, mão-de-obra,

insumos, dentre outros. Dessa forma, seria interessante que uma tecnologia alternativa

utilizasse ao menos parte dessa infraestrutura já instalada.

2.5 Uso de Peróxido de Hidrogênio na clarificação do caldo de cana-de-açúcar

O peróxido de hidrogênio foi relatado em 1918, por Thernand, no preparo de

tratamento ácido do peróxido de bário em solução aquosa (STOCK, STUART; 2005).

Apresenta-se, normalmente, como líquido, instável, incolor, corrosivo à pele e de sabor

amargo. É comercializado, normalmente, em soluções aquosas de 3 a 90% (p/p) (SOLVAY,

2005).

As soluções diluídas dispõem de variadas aplicações na indústria, como: branqueador

na indústria plástica, de penas, de cabelos, de pele, de palha, de marfim, de farinha, de ossos,

de óleos, em fábrica de tecidos e de gelatina; em remoção de pintura, como oxidante para

tintas, como água para desinfecção de couro, em indústria de alimentos (envelhecimento

artificial de vinhos e licores, em refinarias de óleos e gorduras, esterilização de embalagens

em sistema asséptico, branqueador para sucos e açúcar) e, por fim, em indústria farmacêutica

como branqueador para dentes (MERCK INDEX, 2001).

Na indústria de alimentos, a dosagem utilizada de peróxido de hidrogênio é controlada

com o escopo de assegurar que apenas uma quantidade mínima de peróxido de hidrogênio

permaneça; como no caso do açúcar, ao final do processo. Esse residual deverá ser

decomposto em etapas subsequentes do processamento, como a secagem. Todavia, em alguns

casos, nos quais existe excesso de residual de H2O2, depois das etapas de processamento de

um alimento, a adição de catalase pode, então, destruir esse excesso remanescente (SOLVAY,

2005). Tem-se na Tabela 1 informações acerca da toxidez de peróxido de hidrogênio em

diferentes concentrações.

35

Tabela 1 Informações sobre a toxidez de peróxido de hidrogênio em diferentes

concentrações

Concentração de H2O2 Dose que promove DL50

10 % DL50 > 5000 mg kg-1

via oral (ratos)

35 % DL50 1232 mg kg-1

via oral (ratos)

DL50 >2000 mg kg-1

via dérmica (ratos)

60 % DL50 841 mg kg

-1 via oral (ratos)

DL50 >2000 mg kg-1


70 % DL50 804 mg kg

-1 via oral (ratos)

DL50 >2000 mg kg-1


Fonte: Solvay (2005)

Na década de 90, as possibilidades de uso do peróxido de hidrogênio, na clarificação

do caldo de cana-de-açúcar, em escala industrial, para açúcar refinado, foram consideradas

por Moodley e colaboradores (2003). A aplicação do peróxido de hidrogênio foi testada em

larga escala numa refinaria de açúcar na África do Sul, demonstrando a viabilidade de

aplicação em processo de branqueamento de açúcar refinado. Então, ao peróxido de

hidrogênio foi atribuída capacidade de destruição de compostos coloridos e precursores de cor

em soluções de açúcar, em processo contínuo de clarificação de caldo de cana-de-açúcar.

Ainda, a capacidade de destruição de bactérias, de leveduras e de fungos filamentosos,

na massa cozida foi apresentada como vantagem relativa ao uso de peróxido de hidrogênio.

Porém, a inversão de açúcar foi relatada como principal desvantagem do uso de peroxido de

hidrogênio nesse processo de branqueamento.

37

3 METODOLOGIA

3.1 Estudo de viabilidade econômica do processo alternativo de oxidação

A implantação de novos projetos em indústrias é disseminada, em consequência de

novas tecnologias estarem disponíveis aos gestores atuantes desses segmentos. A alteração de

um processo tradicional, assim como a substituição de equipamentos ou de produtos para

determinado fim demanda a análise plena das atividades que serão iniciadas. Os custos de

implantação e de funcionamento são fundamentais, assim como o contraponto desses custos

com as expectativas de resultados em relação ao projeto alternativo. A substituição do dióxido

de enxofre pelo peróxido de hidrogênio, em operação unitária de clarificação de açúcar pode

diminuir os resíduos provenientes do uso de dióxido de enxofre, no produto final,

constituindo, ainda, medida adequada aos problemas ambientais e de segurança no trabalho.

De fato, os dispêndios, os riscos e os ganhos na produção de açúcar, utilizando o peróxido de

hidrogênio do material líquido, devem ser mensurados com o escopo de verificação da

exequibilidade desse processo alternativo. Nesse estudo, foi utilizado o balanço de massas

proposto por Camargo et al. (1990), a fim de comparar o custo de produção de açúcar, com

uso de dióxido de enxofre em relação ao custo de produção de açúcar com uso de peróxido de

hidrogênio, no tratamento do caldo. Algumas ressalvas, em pontos específicos da análise,

foram consideradas pela situação em momento presente ser diverso da situação em momento

no qual o balanço de massas de Camargo et al. (1990) foi constituído. No caso do peróxido de

hidrogênio três situações distintas foram consideradas, nas quais, a proporção do agente

clarificante em relação ao caldo tratado é variável. Da literatura consultada tem-se os valores

compreendidos pela faixa de utilização de 600 partes por milhão (ppm) a 1000 partes por

milhão (ppm) considerados satisfatórios (SOLVAY, 20005). Entretanto, em estudo recente o

valor de 5000 partes por milhão (ppm) foi considerado substancialmente eficaz por Sartori

(2014). Dessa forma, diferentes cenários relativos aos valores 600 ppm, 1000 ppm e 5000

ppm, compondo diferentes cenários de aplicação, foram considerados.

3.2 Uso de dióxido de enxofre – etapa inicial (lavagem, preparo e moagem)

Considerando o cenário em que se tem o método corrente, com o uso de sulfitação, foi

utilizado o balanço de massas da metodologia de cálculo proposta por Camargo et al (1990).

38

Em relação ao início do processo, quando a cana-de-açúcar chega à usina, têm-se as

etapas de lavagem, de preparo e de moagem. Nessas etapas tem-se o uso dos seguintes

equipamentos: lavador de cana, facas e desfibrador, tandem de moendas.

O tandem de moendas considerado nesse balanço de massas é amplamente utilizado,

constituído por 6 ternos acionados por 3 turbinas. O sistema de embebição é composto, tendo

adição de água nos 2 ternos finais. Há recirculação nos ternos anteriores, que retiram o caldo

misto no primeiro e no segundo ternos. O acionamento dos equipamentos ocorre por meio de

turbinas a vapor que fazem a conversão de energia térmica do fluxo de vapor para energia

mecânica que estará, então, disponível no eixo das turbinas.

De fato, a vazão total de bagaço pode ser calculada da seguinte forma:

Mb = Mc . Xf/Xfb (1)

Em que:

Mb: a vazão, da moagem, em t/h, que é calculada;

Mc: a vazão da cana processada, em t/h, que é medida;

Xf: o teor de fibra da cana processada, em tfibra/tcana, que é medida no recebimento da

matéria-prima;

Xfb: o teor de fibra do bagaço, na moagem, em tfibra/tbagaço, que é medida em laboratório

por amostragem diária.

A vazão total de caldo misto pode ser calculada da seguinte forma:

Mcm = Mc . Xp – Mb . Xpb/Xcm (2)

Em que:

Mcm: a vazão do caldo misto (saída do tandem), da moagem, em t/h, que é calculada;


Xp: o teor de sacarose da cana processada, em tsacarose/tcana, que é medida no

recebimento da matéria-prima, referentes ao teor de sacarose medidas em pol;

Mb: a vazão do bagaço (saída do tandem), da moagem, em t/h, que é calculada;

Xpb: o teor de sacarose do bagaço (saída do tandem), na moagem, em tsacarose/tfibra, que é

medida no laboratório por amostragem diária, referentes ao teor de sacarose medidas em pol;

39

Xcm: o teor de sacarose do caldo misto (saída do tandem), na moagem, em tsacarose/tcaldo

misto, que é medida no laboratório por amostragem diária, referentes ao teor de sacarose

medida em pol.

A vazão total da água de embebição pode ser calculada da seguinte forma:

Mw = Mb + Mcm – Mc (3)

Em que:

Mw: a água de embebição total, em t/h, que é calculada;


Mcm: a vazão do caldo misto (saída do tandem), da moagem, em t/h, que é calculada;

Mc: a vazão da cana processada, em t/h, que é medida.

A vazão de bagaço no terno i pode ser calculada da seguinte forma:

Mbi = Mc . Xf/Xf

i (4)

Em que:

Mbi: a vazão no terno i, da moagem, em t/h, que é calculada;



matéria-prima;

Xfi: o teor de fibra do bagaço (saída no i-ésimo terno), da moagem, em tfibra/tcana, que é

medida no laboratório para amostragem diária.

A vazão de caldo misto tanto para o terno 6, quanto para o terno 5 pode ser medida da

seguinte forma:

Mcmi = Mb

i-1. Xp

i-1 – Mb

i . Xp

i /Xcm

i (5)

Em que:

Mcmi: a vazão de caldo misto (saída do i-ésimo terno), da moagem, em t/h, que é

calculada;

40

Mbi-1

: a vazão anterior ao i-ésimo terno, em t/h;

Xpi-1

: o teor de sacarose anteior ao i-ésimo terno, em tsacarose/tbagaço;

Mbi: : a vazão no terno i, da moagem, em t/h, que é calculada;

Xpi: o teor de sacarose do bagaço (saída do i-ésimo terno), da moagem, em

tsacarose/tbagaço, que é medida no laboratório por amostragem diária, e com variáveis referentes

ao teor de sacarose medidas em pol;

Xcmi: o teor de sacarose do caldo misto (saída do i-ésimo terno), da moagem, em

tsacarose/tcaldo misto, medida no laboratório por amostragem diária, apenas para os ternos 5 e 6, e

com variáveis referentes ao teor de sacarose medidas em pol.

A vazão de caldo misto no terno 4 pode ser medida da seguinte forma:

Mcm4 = Mb

3 – Mb

4 + Mcm

5 + Mcm

6 (6)

Em que:

Mcm4: a vazão de caldo misto no terno 4 em t/h, que é calculado;

Mb3: o teor de fibra no terno 3, da moagem, em t/h, que é calculado;

Mb4: o teor de fibra no terno 4, da moagem, em t/h, que é calculado;

Mcm5: a vazão do caldo misto no terno 5, da moagem, em t/h, que é calculado;

Mcm6: a vazão do caldo misto no terno 6, da moagem, em t/h, que é calculado.

A vazão de caldo misto tanto para o terno 3, quanto para o terno 2, pode ser calculado

da seguinte forma:

Mcmi = Mb

i-1 – Mb

i + Mcm

i+1 (7)

Em que:

Mcmi: a vazão do caldo misto no terno 1, da moagem, em t/h, que é calculado.

Mbi-1


Mbi: a vazão no terno i, da moagem, em t/h, que é calculada;

Mcmi+1

: a vazão posterior ao i-ésimo terno, em t/h;

41

A vazão de caldo misto no terno 1, pode ser calculada da seguinte forma:

Mcm1 = Mc – Mb

1 (8)

Em que:

Mcm1: a vazão do caldo misto no terno 1, da moagem, em t/h, que é calculado;


Mb1: a vazão no terno i, da moagem, em t/h, que é calculada.

A vazão de água de embebição tanto para o terno 6, quanto para o terno 5, pode ser

calculada da seguinte forma:

Mwi = Mb

1- Mb

i-1 + Mcm

1 (9)

Em que:

Mwi: a água de embebição (entrada do i-ésimo terno), da moagem, em t/h, que é

calculada;

Mb1: a vazão no terno i, da moagem, em t/h, que é calculada;

Mbi-1


Mcm1: a vazão do caldo misto no terno 1, da moagem, em t/h, que é calculado.

O índice de extração pode ser medido da seguinte forma:

IEi = (1 – Xpi/Xf

i . Xf/Xp) . 100 (10)

Em que:

Xpi: o teor de sacarose do bagaço (saída do i-ésimo terno), da moagem, em

tsacarose/tbagaço, que é medida no laboratório por amostragem diária, e com variáveis referentes

ao teor de sacarose medidas em pol;

Xfi: o teor de fibra do bagaço (saída no i-ésimo terno), da moagem, em tfibra/tcana, que é

medida no laboratório para amostragem diária;


matéria-prima;

42



O índice de extração global pode ser medido da seguinte forma:

IE = (1 – Xpb/Xfb . Xf/Xp) . 100 (11)

Em que:




por amostragem diária;


matéria-prima;



O teor de umidade do bagaço pode ser calculado do seguinte modo:

a = 1 - Xfb - Xpb; (12)

Em que:


por amostragem diária;



O consumo específico de água de embebição pode ser calculado do seguinte modo:

CEw = Mw5 + Mw

6/Mc = Mw/Mc (13)

Em que:

Mw5: a água de embebição do terno 5, em t/h, que é calculada;

Mw6: a água de embebição do terno 6, em t/h, que é calculada;


43

Mw: a água de embebição total, em t/h, que é calculada.

O consumo específico de água de lavagem pode ser calculado do seguinte modo:

CEL = ML/Mc (14)

Em que:

ML: a vazão de água da lavagem, em t/h, que é medida;


O consumo específico de vapor de acionamento e ternos de caldo misto pode ser

calculado do seguinte modo:

CEcm = Mvm/Mcm (15)

Em que:

Mvm: o vapor de acionamento (total), da lavagem, em t/h, que é medido;

Mcm: a vazão do caldo misto (saída do tandem), da moagem, em t/h, que é calculada.

O consumo específico de vapor de acionamento em termos de cana pode ser calculado

da seguinte maneira 1

CEvm = Mvm/Mc (16)

Em que:

Mvm: o vapor de acionamento (total), da lavagem, em t/h, que é medido;


A produção específica de bagaço pode ser calculada da seguinte forma:

PEb = Mb/Mc (17)

1 Acerca da equação (16) referente ao consumo específico de vapor de acionamento, verifica-se a mudança na

infraestrutura das usinas e consequente não utilização de vapor de acionamento em etapa inicial.

44

Em que:



A produção específica de caldo misto pode ser calculada da seguinte forma:

PEcm = Mcm/Mc (18)

Em que:

Mcm: a vazão do caldo misto (saída do tandem), da moagem, em t/h, que é calculada.


3.2.1 Uso de dióxido de enxofre – tratamento do caldo

Na etapa seguinte - tratamento de caldo, os equipamentos utilizados, de acordo com

Camargo et al. (1990), são: desaerador e peneiras que compõem o tratamento preliminar;

fornalha de enxofre e coluna de sulfitação usados no tratamento de caldo para açúcar; além de

tanque de dosagem, decantador e filtro.

Desse modo, de acordo com a metodologia proposta, a vazão de sólidos extraídos com

o tratamento preliminar (kg/h) pode ser calculada da seguinte forma:

MSO1 = Mt

0(Xp

2 – Xp

0)/(Xp

2 – Xp

1) (19)

Em que:

MSO1: a vazão de sólidos extraídos com tratamento preliminar, em kg/h, que é

calculada;

Mt0: a vazão de caldo da moenda para tratamento, em t/h, que é medida;

Xp2: a concentração de sacarose da corrente 2, em kgsacarose/kgcorrente2, que é medida em

pol;


pol;

Xp1: a concentração de sacarose da correte 1, em kgsacarose/kgcorrente1, que é medida em

pol;

45

A vazão de caldo que sai do tratamento preliminar pode ser calculada do seguinte

modo:

Mt2 = Mt

0 - MSO

1 (20)

Em que:

Mt2:

a vazão de caldo que sai do tratamento preliminar;


MSO1: a vazão de sólidos extraídos com o tratamento preliminar (kg/h), que é

calculada.

O teor de sólidos totais da corrente de sólidos extraído com o tratamento preliminar

pode ser calculado da seguinte forma:

XSOt1 = Mt

0 . Xtt

0 – Mt

2 . Xtt

2/ MSO

1 (21)

Em que:

XSOt1: a concentração de sólidos totais, em kgsólidos totais/kgmaterial removido, que é

calculada;


Xtt0: a concentração de sólidos totais do caldo corrente 0, em kgsólidos totais/kgcorrente 1,

que é medida;

Mt2: a vazão de caldo para sulfitação, em t/h, que é calculada;


que é medida;


calculada.

O teor de sólidos solúveis da corrente de sólidos extraído com tratamento preliminar

pode ser calculado do seguinte modo:

XSO1 = Mt

0 . Xt

0 – Mt

2 . Xt

2/ MSO

1 (22)

46

Em que:

XSO1: a concentração de sólidos solúveis, em kgsólidos/kgmaterial removido, que é calculada;


Xt0: a concentração de sólidos solúveis do caldo, em kgsólido/kgcaldo, que é medida em º

Brix;

Mt2: a vazão de caldo para sulfitação, em t/h, que é calculada;

Xt2:a concentração de sólidos solúveis, em kgsólido/kgcaldo, ue é medida em º Brix;


calculada.

A vazão de caldo para evaporação pode ser calculada da seguinte forma:

Mt10

= Mt2

+ MSO23

+ Mca5 + Maf

6 – Mto

12 + Mag

14 (23)

Em que:

Mt10

: a vazão do caldo para evaporação, em t/h que é calculada;

Mt2: a vazão do caldo para sulfitação, em t/h, que é calculada;

MSO23: a vazão de SO2 para torre de sulfitação, em kg/h, que é calculada;

Mca5: a vazão de leite de cal, em kg/h, que é medida;

Maf6: a vazão de ácido fosfórico, em kg/h, que é medida;

Mto12

: a vazão da torta do filtro, em kg/h, que é medida;

Mag14

: a vazão de água de lavagem de filtro, em kg/h, que é medida.

A vazão de lodo que sai do decantador e entra no filtro pode ser calculada da seguinte

forma:

Mℓo11

= Mt10

(Xtt9 – Xtt

10)/(Xℓot

11 – Xtt

9) (24)

Em que:

Mℓo11

: a vazão do lodo do decantador, em kg/h, que é calculada;

Mt10

: a vazão do caldo para evaporação, em t/h, que é calculada;


que é medida;

47

Xtt10

: a concentração de sólidos totais do caldo corrente 10, em kgsólidos totais/kgcorrente 10,

que é medida;

Xℓot11

: o calor especifico do lodo do decantador, em kJ/kgº C, que é calculada.

A vazão de caldo retornado para taque de dosagem pode ser calculada da seguinte

forma:

Mt13

= Mℓo11

- Mto12

+ Mag14

(25)

Em que:

Mt13

: a vazão de caldo do filtro que retorna para tanque de dosagem, em kg/h, que é

calculada;

Mℓo11


Mto12


Mag14

: a vazão de água de lavagem de filtro, que é medida.

O teor de sacarose do lodo que sai do decantador pode ser calculado do seguinte

modo:

Xp11

= Mt13

. Xp13

+ Mto12

. Xp12

/ Mℓo11

(26)

Em que:

Xp11

: a concentração de sacarose da corrente 11, em kgsacarose/kgcorrente 11, que é medida

em pol;

Mt13


calculada;

Xp13

: a concentração de sacarose, em kgsacarose/kgcorrente 13, que é medida em pol;

Mto12


Xp12

: a concentração de sacarose, em kgsacarose/kgcorrente 12, que é medida em pol;

Mℓo11


48

A vazão de caldo que sai do tanque de dosagem pode ser calculada do seguinte modo:

Mt7 = MSO2

3 + Mt

2 + Mca

5 + Mt

13 + Maf

6 (27)

Em que:

Mt7: a vazão do caldo dosado, em t/h, que é calculada;

MSO23: a vazão de SO2 para torre de sulfitação, em kg/h, que é calculada;

Mt2: a vazão do caldo para sulfitação, em t/h, que é calculada;

Mca5: a vazão de leite de cal, em kg/h, que é medida;

Mt13


calculada;

Maf6: a vazão de ácido fosfórico, em kg/h, que é medida;

O vapor consumido no aquecimento pode ser calculado da seguinte forma

Mvt8 = Mt

7 . cpt

7 . (Tt

9 – Tt

7)/(hv

8 – hCO

8) + Qpt (28)

cpt7 = 4,19 . (1 – 0,6 Xt

7) (29)

Em que:

Mvt8: a vazão do vapor, em t/h, que é calculada;

Mt7: a vazão do caldo dosado, em t/h, que é calculada;

cpt7: o calor específico do caldo dosado, em kJ/kgºC, que é calculada;

Tt9: a temperatura do caldo aquecido, em º C, que é medida;

Tt7: a temperatura do caldo dosado, em º C, que é medida;

hv8: a entalpia específica do vapor, em kJ/kg, que é fornecida;

hCO8: a entalpia específica do condensado, em kJ/kg, que é fornecida;

Qpt: as perdas pelas parcelas do aquecedor, em kJ/h;

Xt7: a concentração de sólidos solúveis do caldo dosado, em kgsólidos/kgcaldo, que é

medida em ºBrix.

49

As perdas de energia no decantador, em Hp podem ser calculadas da seguinte forma:

fator de conversão diferente (dúvida)

Hp = Mt9 . ht

9 – Mt

10 . ht

10 - Mℓo

11 . hℓo

11 (30)

Em que:

Hp: perda de energia no decantador, em kJ/h;

Mt9: a vazão do caldo aquecido, em t/h, que é calculada;

ht9: a entalpia específica do caldo aquecido, em kJ/kg;

Mt10


ht10

: a entalpia específica do caldo para evaporação, em kJ/kg;

Mℓo11


hℓo11

: a entalpia específica do lodo do decantador, em kg/h;

ht9 = cpt

9 . (Tt

9 – Tr) (31)

ht9: a entalpia específica do caldo aquecido, em kJ/kg;

cpt9: o calor específico, em kJ/kgºC, que é calculada;

Tt9: a temperatura, em ºC, que é medida;

Tr: a temperatura de referência, em ºC, que é fornecida;

ht10

= cpt10

. (Tt10

– Tr) (32)

ht10

: a entalpia específica do caldo para evaporação, em kJ/kg;

cpt10

: o calor específico do caldo para evaporação, em kJ/kgºC, que é calculada;

Tt10

: a temperatura do caldo de evaporação, em º C, que é medida;


hℓo11

= cpℓo11

. (Tℓo11

– Tr) (33)

h ℓo11

: a entalpia específica do lodo do decantador, em kg/h;

cp ℓo11

: o calor específico, em kJ/kgº C, que é calculada;

T ℓo11

: a temperatura, em º C, que é medida;

50


cpt9 = 4,19 . (1 – 0,6 Xt

9) (34)

cpt9: o calor específico, em kJ/kgº C, que é calculada;

Xt9: a concentração do caldo aquecido, em kgsólidos/kgcaldo, que é medida em ºBrix

cpt10

= 4,19 . (1 – 0,6 Xt10

) (35)

cpt10: o calor específico do caldo para evaporação, em kJ/kgº C;

Xt10

: a concentração de sólidos solúveis, em kgsólidos/kgcaldo, que é medida em º Brix;

cpℓo11

= Xℓo11

. cpSO11

+ (1 - Xℓo11

) . cpag (36)

cpℓo11

: o calor específico do lodo do decantador, em kJ/kgº C, que é calculada;

Xℓo11

: a concentração de sólidos totais, em kgsólidos totais/khlodo, que é medida;

cpSO11

: o calor específico dos sólidos contidos no lodo, em kJ/kgº C, que é calculada;

cpag: calor especifico da água: 4,19kJ/kgº C

O consumo específico de enxofre, em kgenxofre/tcaldo misto, pode ser calculado do seguinte

modo:

CEs = Ms3’

/Mt0

(37)

Em que:

Ms3’

: a vazão de enxofre, em relação aos insumos de tratamento, em kg/h, que é

medida;

Mt0: a vazão de caldo da moenda para tratamento, em t/h, que é medida.

O consumo específico de cal, CEca (kgcal/tcaldo misto) pode ser calculado da seguinte

maneira:

CEca = Mca5/Mt

0 (38)

51

Em que:

Mca5: a vazão de leite de cal, em relação aos insumos de tratamento, em kg/h, que é

medida;


O consumo especifico de ácido fosfórico CEaf, (em kgácido/tcaldo misto) pode ser calculado

da seguinte forma:

CEaf = Maf6/Mt

0 (39)

Em que:

Maf6: a vazão de ácido fosfórico, em relação aos insumos do tratamento, em kg/h, que

é medida;


O consumo específico de vapor com relação ao caldo misto que entra (kgvapor/kgcaldo

misto) pode ser calculado da seguinte maneira:

CEvt = Mvt8/Mt

0 (40)

Em que:

Mvt8: a vazão de vapor, em t/h, que é calculada;


O consumo específico de vapor com relação ao caldo que sai do tratamento, em

kgvapor/kgcaldo tratado, pode ser calculado da seguinte forma:

CEvta = Mvt8/Mt

10 (41)

Em que:

Mvt8: a vazão de vapor, em t/h, que é calculada;

Mt10

: a vazão de caldo para evaporação, em t/h, que é calculada.

52

A perda de açúcar na torra, em kgsacarose/kgsacarose no caldo misto), pode ser calculada do

seguinte modo:

Pat = Mto12

. Xp12

/ Mt0

. Xp0

(42)

Em que:

Mto12

: a vazão de torta do filtro, em relação aos efluentes do filtro, em kg/h, que é

medida;

Xp12

: a concentração de sacarose da corrente 12, em kgsacarose/kgcorrente12, que é medida

em pol;



pol;

A perda de açúcar no tratamento preliminar (desaerador e peneira), em

kgsacarose/kgsacarose do caldo misto, pode ser calculada do seguinte modo:

Pap = Mso1

. Xp1/ Mt

0 . Xp

0 (43)

Em que:

Mso1: a vazão de sólidos extraídos com o tratamento preliminar (kg/h), que é

calculada;


pol;



pol;

A porcentagem de sólidos insolúveis retirados com o tratamento preliminar, em

kgsólidos insolúveis retirados/kgsólidos insolúveis no caldo misto, pode ser calculado do seguinte modo:

Ri = Msot1

. (Xsot1 - Xso

1)/Mt

o . (Xtt

o – Xt

o) (44)

53

Em que:

Msot1: a vazão de sólidos extraídos com o tratamento preliminar (kg/h), que é

calculada.

Xsot1: a concentração de sólidos totais, em kgsólidos totais/kgmaterial removido, que é calculada;

Xso1: a concentração de sólidos solúveis, em kgsólidos/kgmaterial removido, que é calculada;

Mto: a vazão de caldo da moenda para tratamento, em t/h, que é medida;

Xtto: a concentração de sólidos totais do caldo corrente 0, em kgsólidos totais/kgcorrente 0,

que é medida;

Xto: a concentração de sólidos solúveis do caldo, em kgsólido/kgcaldo, que é medida em º

Brix;

A porcentagem de açúcar recuperado com o filtro, kgsacarose recuperada/kgsacarose do lodo,

pode ser calculada do seguinte modo:

Rr = Mt13

. Xp13

/Mℓo11

. Xp11

(45)

Em que:

Mt13

: a vazão de caldo do filtro que retorna para o tanque de dosagem, em kg/h, que é

calculada;

Xp13


em pol;

M ℓo11


Xp11


em pol;

A produção específica de caldo tratado para açúcar, em kgcaldo tratado/kgcaldo misto, pode

ser calculada do seguinte modo:

PEta = Mt10

/Mto

(46)

Em que:

Mt10


Mto: a vazão de caldo da moenda para tratamento, em t/h, que é medida.

54

3.2.2 Aplicação Numérica – etapa inicial (lavagem, preparo e moagem)

Considerando uma aplicação numérica, com valores médios de usinas, de acordo com

a literatura consultada (CAMARGO et al, 1990), em relação às etapas de lavagem, preparo e

moagem, tem-se os seguintes valores iniciais, na Tabela 2:

Tabela 2: Aplicação numérica da etapa inicial – lavagem, preparo e moagem

Variável da etapa inicial Valor médio

Mc Vazão de cana processada 517,12t/h

Xf Teor de fibra 0,145tfibra/tcana

Xp Teor de sacarose 0,123tpol/tcana

ML Vazão de água de lavagem 2600,8t/h

Mvm Vapor de acionamento da moagem 136t/h

Xcm Caldo misto (teores de sacarose) 0,1133tpol/tcaldo misto

Xcm5 Caldo misto (teores de sacarose) 0,0188 tpol/tcaldo misto

Xcm6 Caldo misto (teores de sacarose) 0,00495 tpol/tcaldo misto

Xfb Bagaço (teores de fibra e sacarose) 0,490tfibra/tbagaço

Xpb Bagaço (teores de fibra e sacarose) 0,0242tpol/tbagaço

Xf1 Bagaço (teores de fibra e sacarose) 0,297tfibra/tbagaço

Xp1 Bagaço (teores de fibra e sacarose) 0,0835tpol/tbagaço











55

Do uso de peróxido de hidrogênio em início de processamento de cana-de-açúcar tem-

se a manutenção desses valores, pois não há modificações estruturais consideradas nesse

estudo, dessa etapa. Assim, os valores são semelhantes para o uso de dióxido de enxofre e

para o uso de peróxido de hidrogênio.

3.2.3 Aplicação numérica – tratamento do caldo com dióxido de enxofre

Em relação ao tratamento de caldo, etapa seguinte, de acordo com Camargo et al.

(1990), considerando aplicação numérica relativa ao tratamento do caldo tem-se os valores de

entrada relacionados na Tabela 3.

56

Tabela 3: Aplicação numérica do tratamento de caldo com dióxido de enxofre

Tratamento preliminar Insumos de tratamento

Mto 241,9t/h Ms

3’ 100kg/h

Xpo 0,1133kgsacarose/kgcaldo Mso2

3 200kg/h

Xp1 0,064kgsacarose/kgmaterial removido Mca

5 375kg/h

Xp2 0,1137kgsacarose/kgcaldo Maf

6 10kg/h

Xtto 0,153kgsólidos totais/kgcaldo

Xtt2 0,1507kgsólidos totais/kgcaldo

Xto 0,1415kgsólidos/kgcaldo

Xt2 0,1420kgsólidos/kgcaldo

Decantador Aquecedor

Xtt9 0,1519kgsólidos totais/kgcaldo Xt

7 = Xt

9 0,1418kgsólidos/kgcaldo

Xtt10

0,141kgsólidos totais/kgcaldo Tt7 30º C

Xℓot11

0,43kgsólidos totais/kgcaldo Tt9 105º C

Tℓo11

95º C Qpt 0kJ/h

cpso11

0,962kJ/kg ºC

Xt9 0,141kgsólidos/kgcaldo

Xt10

0,14kgsólidos/kgcaldo

Valores do filtro Vapor de aquecimento (vapor “vegetal”)

Mto12

7500kg/h hv8 2721kJ/kg

Xp12

0,03kgsacarose/kgtorta hco8 548,9kJ/kg

Xp13

0,987kgsacarose/kgcaldo retornado Tr 0º C

Mag14

7500kg/h Pv8 0,162Mpa

Para o presente estudo de viabilidade econômica, foi considerada a substituição do

processo de sulfitação pelo processo com uso de peróxido de hidrogênio, por meio de

adaptação do processo produtivo deste em relação àquele na cadeia produtiva de produção de

açúcar (não foi considerado o custo total de implantação da unidade produtiva por meio do

57

uso de peróxido de hidrogênio). Assim, foram diretamente reputadas as etapas do sistema de

alimentação de enxofre e da coluna de sulfitação (substituídas pelo tanque de agitação

contínua para o uso de peróxido de hidrogênio).

Desse modo, as etapas de lavagem, de preparo e de moagem continuam similares ao

utilizado em processo com uso de sulfitação, como descrito anteriormente. Em relação ao

tratamento do caldo, tem-se a continuidade do tratamento preliminar (desaerador e peneiras),

e a alteração dos equipamentos: fornalha de enxofre e coluna de sulfitação. Ainda, o tanque de

dosagem, o decantador e o filtro continuam utilizados como em processo de sulfitação.

De fato, foram consideradas: a vazão da cana processada, a vazão de caldo que sai do

tratamento preliminar e entra na torre de sulfitação, o consumo específico de enxofre.

3.2.4 Sistema de alimentação de enxofre

Da sulfitação, em relação aos fornos de enxofre utilizados têm-se o ferro fundido ou

aço carbono como material de construção. Em relação à área de combustão, tem-se o valor

médio de 0,02m2/TCH. Ainda, considera-se, de acordo com Tambellini (2008), que uma

maior eficiência esteja relacionada aos fornos compridos (o comprimento é proporcional a 3

diâmetros). Acerca da rotação, tem-se um faixa de 0,3 a 3 rotações por minuto (rpm), com

inversor de frequência. O teor de SO2 nos gases nas fornalhas de enxofre encontra-se na faixa

de 10 a 14% de SO2 (TABELLINI, 2008). Os gases envolvidos no processo devem dispor de

um resfriamento rápido entre o sublimador e a coluna por meio de camisa de água fria na

tubulação de gases. O custo aproximado de uma fornalha de enxofre tem valor de mercado 2

de R$ 90.000,00.

3.2.5 Coluna de Sulfitação

Tem-se na coluna de sulfitação o caldo de cana-de-açúcar alimentado na parte superior

do equipamento, fluindo em contracorrente. Enquanto o gás sulfuroso é alimentado na parte

inferior do equipamento. No interior da coluna têm-se pratos perfurados por meio dos quais o

gás é borbulhado (fluindo de prato em prato) no caldo de cana-de-açúcar (Engenho Novo,

2014b).

2 O referido valor de mercado foi coletado com a colaboração de usinas açucareiras.

58

O enxofre no caldo tratado dispõe de ação descorante, antisséptica, precipita coloides

orgânicos, reduz a viscosidade, dentre outras. De acordo com Tambellini (2008), a pureza do

enxofre utilizado é maior a 99,5%; a umidade, maior a 3%, a quantidade de cinzas é menor a

0,07%, a de betume, menor a 0,3%. Ainda, a acidez encontrada é menor a 0,07 e o consumo

encontra-se na faixa de 80 a 200g/s de açúcar, em geral, na forma peletizada, embalada em

saco/bag.

A combustão do enxofre ocorre na temperatura de 250oC, a ebulição na temperatura de

450oC; e a liquefação na temperatura de 120

oC. Em relação às reações químicas ocorridas na

etapa de sulfitação tem-se, de acordo com Tambellini (2008):

S + O → SO2 + calor

SO2 + H2O(caldo) → H2SO3 (anidrido de ácido sulfuroso) → (HSO-3)

H2SO3 + Ca(OH)2 → CaSO3 + 2H2O (precipitado)

Todavia, o sulfato é um composto incrustante e parcialmente solúvel, com a

capacidade de provocar corrosão nas partes em contato – como tubulações e bombas, dentre

outros. De fato, não é desejável que ocorra a reação abaixo, de acordo com Tambellini (2008):

2SO2 + O2 → 2SO3

SO3 + H2O → H2SO4

H2SO4 + Ca(OH)2 → CaSO4 (precipitado) + 2H2O

Abaixo, tem-se a representação de uma coluna de sulfitação.

59

Figura 2 - Coluna de Sulfitação (TAMBELLINI, 2008)

Dos valores de mercado 3 da coluna de sulfitação tem-se R$ 1.000.000,00 e do insumo

dióxido de enxofre R$ 120,00/kg. Acerca do material de construção da coluna de sulfitação

tem-se o de aço inox AISI 204L, com capacidade de 450 TCH. Assim, o investimento

imobilizado em equipamentos relativos à sulfitação, dispõe do valor total de R$ 1.090.000,00.

3.3 Uso de Peróxido de Hidrogênio

De acordo com a literatura consultada, têm-se a faixa de utilização compreendida por

600 partes por milhão (ppm) a 1.000 partes por milhão (ppm) considerada eficiente

(SOLVAY, 2005). Ainda, de acordo com Sartori (2014), tem-se resultados satisfatórios acima

do valor de 600 partes por milhão (ppm), e proporção expressivamente eficaz relativa ao

valor de 5.000 partes por milhão (ppm). Foram considerados, dessa forma, cenários distintos,

com os valores 600 partes por milhão (ppm), 1.000 partes por milhão (ppm) e 5.000 partes

por milhão (ppm) a fim de substituir o dióxido de enxofre pelo peróxido de hidrogênio.

Tem-se, ainda, a aplicação de peróxido de hidrogênio, em proporção de 600 partes por

milhão (ppm) na calda, após o tratamento do caldo com dióxido de enxofre, em etapa de

evaporação, na qual a concentração do xarope tem valor de 70º Brix. Nesse caso, tem-se o

3 Os referidos valores de mercado foram coletados com a colaboração de usinas e indústrias do setor.

60

peróxido de hidrogênio atuando como agente redutor de coloração auxiliar, pois o tratamento

do caldo foi efetuado anteriormente com uso de dióxido de enxofre. Dessa forma, a resina

aniônica ou catiônica, utilizada em produção de açúcar refinado, de alto valor agregado, seria

substituída pelo peróxido de hidrogênio. Posteriormente, têm-se as etapas de cozimento,

cristalização, centrifugação, secagem do açúcar e estocagem (CASTRO e ANDRADE, 2006).

Entretanto, essa situação não foi considerada no presente estudo.

3.3.1 Reator CSTR

Em relação aos cenários distintos considerados, em conjunto com as condições

operacionais de uso do peróxido de hidrogênio, utilizou-se o reator CSTR (Stirred-tank

reactor model), para os valores de 600 partes por milhão (ppm), 1.000 partes por milhão

(ppm) e 5.000 partes por milhão (ppm). Esse tipo de tanque é agitado com escoamento

contínuo, sem o acúmulo de reagentes ou de produtos, utilizado especialmente em reações de

fase líquida, quando se necessita de agitação intensa. O controle automático do processo

apresenta-se como elemento qualitativo favorável. Assim como a manutenção do controle de

temperatura. (PEREIRA, 2014).

Abaixo tem-se a representação simplificada de reator CSTR.

Figura 3 - Tanque de mistura CSTR (GONÇALVES, 2014)

De fato, o caldo que sai do tratamento preliminar entrará no tanque de mistura com

fundo e teto cônicos, constituído por chapa Inox AISI 304, e capacidade de 400 m3. O

diâmetro interno tem 10.520 mm e altura de 19.140 mm. A massa específica aproximada

61

desse tanque de mistura corresponde a 64,5 ton. O valor de mercado 4 do tanque de agitação

contínua é de aproximadamente R$ 1.800.000,00; e do peróxido de hidrogênio, de R$

500,00/kg. Os custos de equipamentos como bombas e acessórios necessários para conectar o

tanque aos demais equipamentos foram considerados equivalentes aos utilizados em coluna de

sulfitação.

4 Os valores de mercado foram coletados com a colaboração de indústrias de infraestrutura do setor

sucroenergético.

63

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 Análise da agroindústria açucareira latino-americana entremeada pelas crises

econômicas mundiais e inserida na competitividade internacional 5

Da agroindústria açucareira, tem-se o entendimento histórico-econômico de muitos

países que compõem a América Latina, pois as consequências políticas, econômicas e sociais

do estabelecimento, manutenção e desenvolvimento dos engenhos de açúcar que se

transformaram em eficientes usinas de produção de açúcar e álcool, suplantaram economias

agrárias, tornando-se componentes do jogo de forças do mercado de commodities. Ainda,

tem-se o fato da classe trabalhadora dessa agroindústria, dispor de elementos de exploração

inerentes de atividade agropecuária, embora os fatores de organização próprios da atividade

industrial estejam presentes (CRESPO, 2006).

Tem-se, desse modo, muitas peculiaridades que distinguem a produção de açúcar (e de

álcool) das demais atividades agropecuárias. Considera-se que esse fato esteja relacionado

com o curso de mudanças econômicas que marcaram o século XIX, no qual a produção de

açúcar demandada por países da Europa e EUA fora substancial. Havia, assim, o incentivo de

produção dos países tropicais - por meio da expansão de plantação canavieira, a fim de

abastecer os países desenvolvidos, de forma contínua (CRESPO, 2006).

Todavia, por meio dessa produção expressiva, com a oferta de açúcar aumentada, os

preços diminuíram, já no ano de 1880. Foram necessárias mudanças objetivando adequar

plantações, com a inserção de novas tecnologias relacionadas com o sistema de produção,

devido à mudança de cenário, em que os mercados norte-americano e europeu iniciavam as

práticas de proteção de mercado; em época na qual o fim da escravidão aparece como grande

transformação no regime de trabalho (CRESPO, 2006).

Essas práticas de proteção de mercados estiveram presentes, também, em período

próximo ao término da Primeira Grande Guerra. Porém, a economia sul-americana não sofreu

demasiadamente os impactos da desaceleração europeia, pelo fato das exportações destinadas

ao mercado norte-americano serem, em grande parcela, provenientes da América Latina

(FURTADO, 1988). De acordo com Ramos (2007), o produto açúcar, no contexto sul-

americano, foi considerado importante, em relação a questões mercadológicas, no período

5 Artigo pré-selecionado pela Cátedra José Bonifácio 2014 (coordenação de Enrique Iglesias).

64

compreendido por 1930 a 1965. No caso do Brasil, tem-se na industrialização da economia, a

expansão do complexo produtivo açucareiro como importante fator desse processo.

4.1.1 Produção açucareira na América Latina em período anterior a depressão de 1929

As economias latino-americanas, em consequência da exportação de produtos

primários, em fase final do século XIX e nos três primeiros decênios do século XX, cresceram

(FURTADO, 1988). De forma geral, os países constituintes da América Latina beneficiaram-

se da relativa integração econômica mundial. Todavia, observa-se uma situação de

dependência aos mercados norte-americano e europeu, sendo esses os principais destinos das

exportações dos produtos primários produzidos na América Latina (BÉRTOLA e OCAMPO,

2010). A demanda por produtos primários era sensível ao ciclo de negócios, encontrado nos

países produtores. Dessa forma, a instabilidade nessas regiões poderia ser entendida como

elemento constante, de acordo com Furtado (1988).

Têm-se alguns períodos nos quais o valor de exportação encontra-se baixo em

consequência da diminuição da demanda externa, pois as reservas de câmbio se esgotam com

acentuada rapidez, em conjunto com a depreciação das moedas e das receitas fiscais, tendo-se,

de fato, a contração da demanda agregada de maneira mais elevada em comparação com as

exportações. Entretanto, em outros períodos de expansão cíclica, as tendências se invertem,

levando a uma situação em que as pressões inflacionárias repercutem na balança de

pagamentos (FURTADO, 1988).

No período considerado entre 1821 a 1830, o valor das exportações de açúcar

brasileiro foi de 32,2% em relação ao volume mundial comercializado, sendo que, no ano de

1830, o mercado mundial era abastecido, então, por 15% de açúcar de proveniente do Brasil;

e 13%, de Cuba. Todavia, no ano considerado de 1880, esse mercado mundial era abastecido

com 11,2% de açúcar oriundo do Brasil e 28%, de Cuba. A produção açucareira do Brasil

perdera, na época, competitividade. Ainda, havia a concorrência externa do açúcar de

beterraba, fortemente subsidiado nos países produtores. Desses fatores, tem-se, então, a perda

de mercado externo do açúcar brasileiro no século XIX. (IAA, 1972).

No período da crise de 1929, o valor total das exportações brasileiras abastecendo o

mercado mundial de açúcar foi de 1,4%. Assim, no início do século XX uma tentativa de

modernização da produção foi considerada, com uso de “engenhos centrais”, os quais eram

fundamentados no princípio da divisão de trabalho, sendo que, o capital estrangeiro se

dedicaria à atividade industrial, e, de forma análoga, os proprietários fundiários brasileiros se

65

dedicariam ao cultivo da cana-de-açúcar. Tal iniciativa, em consequência das estruturas de

poder vigentes, nos estados de produção de açúcar, como Pernambuco, São Paulo e Rio de

Janeiro, não dispôs de êxito. Ocorreu, então, certa modernização parcial concentrada em

processamento fabril, na qual as fábricas passaram a dispor da denominação de usinas,

ampliando a capacidade quantitativa de produção em comparação aos antigos engenhos,

embora sem nenhuma outra modificação substancial (RAMOS, 1999).

Observa-se a América Latina como importante produtora de gêneros primários e

alimentos. Todavia, a demanda de alimentos (e a de matérias-primas agrícolas responsáveis

pela composição desses alimentos) declina conforme o nível de vida da população se eleva.

Assim, tem-se a elasticidade-renda da procura por produtos primários sendo baixa e, em

contrapartida, a de produtos manufaturados, alta. Dessa forma, dificilmente países da América

latina teriam vantagens, enquanto tradicionais produtores e exportadores de gêneros primários

e alimentos, especialmente em época de crise (FURTADO, 1988).

De fato, do incremento da demanda externa dos produtos agrários observou-se certa

lentidão, após a crise de 1929; em comparação a outros períodos. Na América Latina, como

em outros locais, a indústria absorveu parcela majoritária do crescimento da população na

época (PREBISH, 1998). Em relação ao açúcar, houve diminuição do consumo per capita,

com a crise de 1929. O Acordo Chadbourne 6 foi assinado em 1931, a fim de equilibrar

produção e consumo mundiais. Porém, muitos países não foram incluídos – da América

Latina, o Peru foi o único país participante (WILLCOX, 1941).

Em período anterior à crise de 1929, as vantagens comparativas eram consideradas as

bases fundamentais. As demandas de países que, no período, se industrializavam,

promoveram crescimento das economias latino-americanas, culminando numa situação

ocorrida em período próximo, na qual a industrialização latino-americana em condições

anormais foi composta, de acordo com Furtado (1988).

6 O Acordo Chadbourne foi o primeiro Acordo Internacional do Açúcar, fixando quotas de produção e

exportação entre os signatários (Cuba, Java, Alemanha, Polônia, Hungria, Bélgica, Tchecoslováquia, Iugoslávia

e Peru).

66

4.1.2 Produção açucareira na América Latina entremeada pelas crises econômicas

No período considerado, têm-se as consequências maiores da industrialização latino-

americana tomada como tentativa de minimização dos efeitos da depressão de 1929. Observa-

se, então, a inserção de tecnologia importada a fim de desenvolver economias exportadoras de

produtos primários. Entretanto, a industrialização, das formas de acesso ao desenvolvimento,

exige maior esforço de capitalização quando comparada a outras maneiras tradicionais de

crescimento, embora nessa época, a escassez de capitais fosse um dos fatores que

caracterizavam a América Latina (FURTADO, 1988).

Na Venezuela, observava-se o atraso técnico, o mercado interno reduzido, a ausência

de infraestrutura adequada e a falta de capital no decorrer do processo de transformação da

indústria açucareira da época. Tal situação tornou-se ainda mais dramática, nos anos 50, em

virtude do incentivo dado à indústria petroleira, reduzindo, ainda mais, o investimento

destinado à produção açucareira (GONZALES, 2006).

Por outro lado, a industrialização dispôs de investimentos em outros países que

compõem a América Latina, como Chile, em que o governo criou a Corporación de Fomento

de la Producción; Brasil, em que houve a instalação de um complexo siderúrgico; no México,

em que o governo foi o responsável pela criação da Nacional Financiera, e na Argentina, país

em que havia uma política de controle de câmbio na qual os recursos do setor agrícola eram,

então, transferidos para o setor industrial. Entretanto, havia dificuldade de importação de

equipamentos, numa situação em que as novas indústrias da América Latina poderiam não

sobreviver quando o comércio internacional estivesse estabilizado, com impactos menores da

depressão de 1929 (FURTADO, 1988).

Do período compreendido entre 1930 a 1960 tem-se a ocorrência dos “mercados

preferenciais” - da expansão da produção mundial açucareira, os arranjos bilaterais entre os

países desenvolvidos e os países que anteriormente foram colônias desses, e que, de alguma

forma, continuavam sob sua influência direta, foram compostos. O fracasso de acordos

internacionais, até o fim dos anos 60, a fim de estabilizar os preços podem estar relacionados

com as sinuosas relações comerciais da época (RAMOS, 2007).

O “mercado preferencial” era, pois, um arranjo no qual havia maior amplitude e

institucionalidade relativos aos tratados de reciprocidade ( RAMOS, 1999). Por outro lado, a

comercialização de açúcar entre países sul-americanos dispunha de acentuada irregularidade

(BARROS, 1968).

67

No ano de 1948, a produção de açúcar aumentava, de acordo com a demanda de países

importadores. Todavia, havia na época, de acordo com o Conselho Internacional do Açúcar,

um sistema de quotas de exportação; ainda que houvesse a possibilidade de aquisição de

oferta complementar do produto em situação de necessidade. Entretanto, torna-se interessante

o fato do abastecimento de países desenvolvidos como EUA raramente depender das ofertas

de mercado livres de políticas, como as quotas (MONT´ALEGRE, 1975).

Em 1958, outro acordo, por iniciativa de países latino-americanos, em decorrência da

nova situação em que países antes importadores se tornaram exportadores, foi considerado na

cidade de Havana, em Cuba. Países europeus, com a organização da Política Agrícola Comum

– PAC aumentaram a oferta de açúcar, tornando-se importantes produtores e exportadores de

açúcar. Entretanto, em 1960, o rompimento das relações comerciais entre Cuba e EUA afetou

a situação econômica mundial. O mercado de açúcar foi fortemente impactado, pois Cuba era

o maior exportador e EUA o maior comprador de açúcar (RAMOS, 2007).

O rompimento das relações comerciais entre EUA e Cuba possibilitou o aumento das

exportações latino-americanas, abastecendo o mercado estadunidense. O Brasil dispunha de

importante quota, em que estados do Nordeste destinavam a produção de açúcar para os EUA;

fato esse, bastante interessante para o Brasil, pois os preços dispunham de níveis maiores, em

conjunto com uma instabilidade menor (BARROS, 1968).

Ainda em relação ao Brasil, no período de 1966 até 1980, houve uma evolução da

agroindústria canavieira, a qual perpassou outros países da América Latina. Por meio do

Instituto do Açúcar e do Álcool – IAA produtores puderam expandir a capacidade produtiva

instalada, por meio de apoio dos meios financeiros necessários para tanto, no Brasil

(SZMRECSÁNYI, 1989). Esse fato torna-se importante, numa época em que os preços do

açúcar não estavam estabilizados embora os substitutos ao açúcar de cana-de-açúcar e de

beterraba, como a isoglucose de milho, tenham ganhado importância, com preços

competitivos (SZMRECSÁNYI e MOREIRA, 1991).

Porém, no período compreendido entre 1975 até 1979, houve retração da quantidade

de açúcar exportado, numa época em que a ampliação dos canaviais e da capacidade de

esmagamento de cana-de-açúcar nas usinas havia se tornado maior, principalmente no Brasil.

A capacidade ociosa não dispôs de caráter mais desastroso, em consequência da criação do

Programa Nacional de Álcool – Proálcool, no ano de 1975 (após o primeiro choque nos

preços internacionais de petróleo, em 1973), com objetivo de aumentar o mercado de álcool

carburante (RAMOS, 2007).

68

Observa-se, desse modo, a importância do mercado interno na consolidação e

expansão da agroindústria canavieira, assim como da produção de açúcar, no Brasil.

Processos de industrialização e de urbanização econômica, em processo denominado por

Celso Furtado de “deslocamento do centro dinâmico” confluíram-se, na segunda metade do

século XIX; por meio de expansão orientada em ação do estado, após impactos e

consequências da depressão de 1929. Todavia, houve certa concentração socioeconômica em

São Paulo, com exportação de açúcar relevante somente no final da década de 50, tomada

como parte desse processo. De forma geral, da produção açucareira em período compreendido

pelos efeitos imediatos da depressão de 1929 até período próximo a eventos que antecipam a

crise econômica mundial, iniciada nos EUA, em 2008, observam-se políticas de defesa de

mercados e de capitais investidos (RAMOS, 2007).

4.1.3 Produção açucareira na América Latina e a competitividade internacional

Do período entremeado pelas grandes crises econômicas mundiais, depreende-se, a

importância do mercado interno no Brasil, assim como do produto açúcar – que até então não

era considerado nem bem agrícola, nem bem de exportação. Houve um redirecionamento de

produção, com mercado interno tomado como relevante (RAMOS, 2007).

Acerca da América Latina, todavia, percebe-se a perpetuação de limitações relativas à

integração econômica; à diversificação das economias regionais; e à dependência de

tecnologia importada (PREBISH, 1998). De acordo com Zibetti (2014), há um potencial de

fortalecimento na convergência latino-americana, que poderia transformar e diversificar as

estruturas produtivas, elevando o conteúdo tecnológico das exportações, além de influenciar o

posicionamento das cadeias globais de valor.

Em relação à Europa inicia-se a importância concernente aos organismos regionais e

internacionais de normalização, em cenário próximo ao término da Segunda Grande Guerra.

A adoção de padrões técnicos em fase de reconstrução, com escopo de redução de

desperdícios, aumentando a eficiência do uso de matérias-primas e de insumos escassos, de

acordo com a literatura consultada, influenciou a construção dos reconhecidos parâmetros de

qualidade, que impactam a adoção de medidas técnicas, barreiras sanitárias e fitossanitárias,

dentre outros (ZIBETTI, 2014).

Nesse contexto, ainda, questões relacionadas aos subsídios, bem como ao

protecionismo, de forma geral tornam-se fundamentais à medida que impactam as

exportações brasileiras de açúcar, assim como de gêneros agrícolas outros. Os custos de

69

produção do açúcar de beterraba, produzido em muitos países europeus, são superiores em

comparação aos do açúcar; todavia, o preço destinado ao produtor doméstico, na União

Europeia é mantido superior em relação ao mercado mundial (BURNQUIST e BACCHI,

2002).

A União Europeia dispõe de substancial unicidade, demonstrada, especialmente, nas

relações comerciais. Situação diversa à encontrada no Mercado Comum do Cone Sul –

Mercosul em que a falta de integração regional, assim como as identidades nacionais

suplantando acordos regionais, de países periféricos industrializados, por meio de modelos

exportadores com total desintegração nacional em conjunto com a desintegração das cadeias

produtivas são apresentados (RAMOS, 2007).

Todavia, de acordo com Furtado (1988), as problemáticas e as situações complexas

comuns da América Latina, não disporão de solução oriunda do simples jogo de forças do

mercado. A integração das economias, numa região em que a estreiteza de mercados é um dos

fatores determinantes, por meio de uma logística eficiente, assim como a formação de

mercados mais amplos, com intercâmbio de produtos poderia aumentar a competitividade

regional.

Observa-se a vulnerabilidade diante de flutuações e de contingências provenientes do

centro com proporções maiores em países periféricos. A América Latina encontra-se em nova

fase politica, econômica e social, marcada por crescimento econômico, recensão de

democracia, dentre outros; todavia torna-se fundamental analisar a continuidade de políticas

não exitosas - como a assimilação de técnicas modernas, quase sempre, atrelada à importação

de tecnologia; assim como, a importância de commodities como o açúcar, em cenário mundial

(PREBISH, 1998).

4.2 Regulamentação e impactos econômicos referentes ao uso de dióxido de enxofre na

produção de açúcar 7

Sulfitos são sais inorgânicos, que dispõe de propriedades antioxidantes, bem como

preservativas, dentre outras. Agentes sulfitantes dispõem da capacidade de produzir sulfitos,

sendo utilizados como aditivos alimentares, controlando o crescimento de microrganismos,

atuando como agentes branqueadores, antioxidantes ou redutores, prevenindo escurecimento

enzimático e não enzimático, dentre outras funções (SAPERS, 1993).

7 Artigo submetido em AERE – A Economia em Revista.

70

Os agentes sulfitantes com maior utilização são: dióxido de enxofre, metabissulfito,

sulfato de sódio, bissulfito de potássio (KNODEL, 1997; PAPAZIAN, 1996). O tratamento

com sulfito é amplamente utilizado em alimentos desde o ano de 1664. A aprovação do Food

and Drug Administration – FDA, contudo, ocorreu em 1800 (LESTER, 1995).

Embora reconhecido como seguro considera-se que possa ocasionar sensibilidade em

pequena porcentagem da população – quando exposta a esse componente (agente sulfitante).

Dessa sensibilidade têm-se reações de severidade variável, que podem se desenvolver em

qualquer época, no decorre da vida de um indivíduo. Dentre as manifestações de sensibilidade

têm-se: sintomas dermatológicos, pulmonares, gastrointestinais e cardiovasculares. Indivíduos

asmáticos, dependentes de esteroides ou que disponham de nível elevado de hiperatividade

respiratória, tendem a ter o risco de reação alérgica, ao alimento que contenha o sulfito,

aumentado (LESTER, 1995).

São consideradas estimativas menores ao valor de 0,05% relativo à população de

indivíduos sensíveis à exposição de sulfito. Em relação aos indivíduos asmáticos, são

considerados valores da ordem de 4 a 8% sendo sensíveis ao sulfito. Dessa exposição, os

sintomas de intolerância podem manifestar-se em até 5 minutos, após exposição próxima; e

dentro do intervalo de 15 a 30 minutos, após exposição oral. (LESTER, 1997 e KNODEL,

1997).

A maior parcela das reações é considerada branda, todavia, sintomas não específicos e

severos podem ocorrer ocasionalmente. Os mecanismos precisos de respostas sensíveis ao

sulfito ainda não foram elucidados completamente. Considera-se que poderiam estar

diretamente relacionados com as causas apresentadas de sensibilidade, a inalação de dióxido

de enxofre (SO2) gerado em ingestão, no processo estomacal, quando da ingestão de alimento

ou de bebida que contenha parcela residual de sulfito (como o açúcar obtido por meio de

clarificação com uso de dióxido de enxofre); a deficiência em resposta mitocondrial e por fim,

a resposta imune imediata. Também é importante pontuar a condição dos agentes sulfitantes

como compostos não teratogênicos, nem mutagênicos e carcinogênicos. (LESTER, 1995).

As principais reações de indivíduos sensíveis ao dióxido de enxofre são reportadas em

conjunto com a ingestão de alimentos. Todavia, reações atribuídas à ingestão de produtos

farmacêuticos que disponham de agentes sulfitantes na composição também ocorrem

(KNODEL, 1997). Em relação aos indivíduos asmáticos sensíveis aos sulfitos,

especificamente, a exposição ao alimento que contenha o agente sulfitante pode ocasionar

broncoconstrição e broncoespasmo (TELLES FILHO, 2012).

71

Indivíduos que disponham de sintomas respiratórios decorrentes do poluente aéreo

dióxido de enxofre, também são mais suscetíveis aos sulfitos encontrados em produtos

alimentícios, e farmacêuticos. Dentre os sintomas manifestados tem-se: anafilaxia, rubor,

hipertensão e parestesias (TELLES FILHO, 2012).

O mecanismo por meio do qual os sulfitos desencadeiam broncoconstrição também

não está entendido completamente. Telles Filho (2012) considera hipótese de pacientes

asmáticos disporem de deficiência na enzima sulfito-oxidase. Então, esses pacientes seriam

capazes de oxidar a produção endógena de sulfitos, de ocorrência natural, mas não a

capacidade de metabolizar sobrecargas de sulfito presente no ar e nos alimentos.

Ainda, o indivíduo sensível poderia dispor de deficiência parcial da enzima sulfito-

oxidase, tendo, em consequência, menor capacidade para metabolizar sulfitos ingeridos. Tal

situação, em conjunto com sensibilidade colinérgica respiratória maior, poderia, então,

explicar o desencadeamento do broncoespasmo. (TELLES FILHO, 2012).

4.2.1 Regulamentação do uso de dióxido de enxofre nos Estados Unidos

Nos EUA, o Food and Drug Administration – FDA é o órgão responsável pela

regulamentação do uso de dióxido de enxofre em alimentos e produtos farmacêuticos. No ano

de 1958, esse componente, assim como outros aditivos alimentares, foi reconhecido como

seguro, pela sigla GRAS – Generally Recognized As Safe (PAPAZIAN, 1996).

Entretanto, uma possível correlação entre asma e dióxido de enxofre foi conjecturada,

no ano de 1973; quando uma criança apresentou crise asmática após ingestão de frutas secas

que apresentavam o dióxido de enxofre em sua composição. Kochen (1973), a partir do

exposto, formulou hipótese de reação asmática desencadeada pela liberação de dióxido de

enxofre, liberada após abertura da embalagem – momento em houve a exposição a esse

componente.

Prenner & Stevens (1976), descreveram o primeiro caso de anafilaxia em

consequência de ingestão de bissulfito sódico. No ano de 1982, o FDA recebeu os primeiros

relatos de reações adversas à saúde decorrentes de exposição ao dióxido de enxofre

(PAPAZIAN, 1996; SAPERS, 1993).

Então, o FDA considerou auxílio da Federação da Sociedade Americana para Biologia

Experimental - FASEB, objetivando a avaliação da possível relação direta entre o uso de

dióxido de enxofre e as alegações concernentes à saúde. Da conclusão, o agente sulfitante foi

72

considerado seguro para a maior parcela da população; embora pudesse apresentar risco de

severidade imprevisível para indivíduos asmáticos e sensíveis (PAPAZIAN, 1996).

Assim, o FDA, em 1986, apresentou ações regulatórias proibindo a utilização de

dióxido de enxofre para manutenção de cor em frutas e vegetais frescos, assim como,

exigindo das empresas uma listagem de substâncias químicas, as quais poderiam ter o sulfito

na composição final, com limite máximo de 10 partes por milhão – ppm (PAPAZIAN, 1996).

Ainda, em 1987, o FDA propôs revogação do reconhecimento dos agentes sulfitantes

utilizados em batatas frescas, as quais não continham a informação ao consumidor de conter

esse aditivo. Todavia, a regra foi assegurada como nula, sendo, então, destituída.

(PAPAZIAN, 1996). Em 1988, o FDA, novamente, propôs novas regulamentações, exigindo

a padronização e declaração em rótulo daqueles alimentos que contivessem agentes sulfitantes

em sua constituição, em nível detectável definido como 10 ppm (FDA, 1998).

4.2.2 Regulamentação do Uso de dióxido de enxofre na União Europeia

Em relação aos países que compõem a União Europeia, tem-se o Comitê Científico

Internacional de Especialistas em Aditivos Alimentares – JECFA, sendo administrado pela

Organização para Agricultura e Alimentação – FAO, e pela Organização Mundial da Saúde -

OMS. O JECFA avalia riscos associados ao consumo de aditivos alimentares, assim como de

contaminantes e de toxinas de ocorrência natural, além de resíduos de medicamentos

veterinários em alimentos (JECFA, 2013).

O JECFA auxilia o Codex alimentarius – fórum internacional de normatização do

comércio de alimentos estabelecido pela Organização das Nações Unidas – ONU, por meio de

ato da FAO e OMS. O Codex alimentarius foi criado em 1963, com o objetivo de proteger a

saúde dos consumidores, assegurar práticas e meios equitativos relativos ao comércio regional

e internacional de alimentos. As normas estabelecidas contemplam alimentos processados,

semi-processados e crus, assim como substâncias e produtos usados em elaboração de

alimentos, como os aditivos alimentares (BURNQUIST e BACCHI, 2002). O dióxido de

enxofre tem a referência INS220 do Codex alimentarius, por meio da qual, tem-se a utilização

com função de antioxidante, agente de preservação e de branqueamento ou clarificação

(JECFA, 2013).

73

4.2.3 Regulamentação do uso de dióxido de enxofre no Brasil e impactos econômicos

correlacionados

O Comitê do Codex Alimentarius no Brasil é a organização participante da defesa de

interesses nacionais nos comitês internacionais do Codex alimentarius, responsável pela

observação do cumprimento das normas estabelecidas, estas que dispõem de referência em

elaboração e atualização da legislação e regulamentação nacional de alimentos. A

regulamentação dos aditivos alimentares é efetuada pela Agência Nacional de Vigilância

Sanitária – ANVISA. No compêndio da legislação brasileira, tem-se a legislação R04\88

referente ao dióxido de enxofre – com semelhante função, descrição e valores da INS220

(MAPA, 2013).

Em relação à competitividade das exportações de açúcar tem-se a influência de

diversas variáveis, como a disponibilidade de tecnologia e a consequente eficiência de

utilização, os preços domésticos de insumos de produção (como o dióxido de enxofre), a taxa

de câmbio e a taxa de paridade entre os diferentes parceiros comerciais, a distância entre os

países competidores em relação aos mercados de exportação, os custos portuários e de

transporte – aspectos logísticos, estrutura de incentivos e subsídios à exportação, o tipo de

financiamento à produção e à comercialização, as barreiras tarifárias e não tarifárias no país

importador, a qualidade e imagem do produto, dentre outros (PINHEIRO et. al, 1992).

Ainda, em relação à competitividade, de acordo com Silveira & Burnquist (2004), os

custos de produção do açúcar proveniente de beterraba como matéria-prima são superiores

aos custos de produção de açúcar proveniente da cana-de-açúcar, corroborando evidências de

que a produção açucareira da União Europeia não poderia competir equitativamente com

produtores e exportadores mundiais. De forma que os subsídios, as políticas protecionistas,

dentre outras práticas tornariam o açúcar mais competitivo, pois o preço pago ao produtor

doméstico na União Europeia é mantido superior em comparação ao praticado pelo mercado

mundial.

A política de subsídios, assim como outras práticas de caráter protecionista, pode

dispor de motivação social de acordo com uma interpretação, enquanto que, por meio de outra

interpretação poderia dispor, também, de motivação comercial. De forma análoga, pode

ocorrer com barreiras técnicas consequentes do uso de dióxido de enxofre em processo de

clarificação de açúcar, dentre outros aditivos. Do uso desse agente sulfitante, embora

regulamentado como aditivo alimentar, observa-se certa cautela por países importadores de

74

açúcar, em consequência de possível efeito alergênico associado. (SILVEIRA &

BURNQUIST, 2004, TELLES FILHO, 2013). Todavia, observa-se a fundamental

importância da produção de açúcar no Brasil, por meio da Tabela 4, relativa às exportações

brasileiras anuais de açúcar, e Tabela 5, relativa às importações brasileiras anuais de açúcar.

Tabela 4: Exportações anuais de açúcar brasileiro

Ano US$ Milhões F.O.B. Ton. (em milhões) Preço Médio/ton

2005 3,9 18,1 215,46

2006 6,2 18,9 328,0

2007 5,1 19,4 262,89

2008 5,5 19,5 282,05

2009 8,4 24,3 345,68

2010 12,8 28,0 457,14

2011 15,0 25,4 590,05

2012 12,8 24,3 526,75

2013 12,0 27,2 441,18

2014 9,5 24,1 394,19

Fonte: SECEX – Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior

F.O.B. Free On Board

Tabela 5: Importações anuais de açúcar brasileiro

Ano US$ Milhões F.O.B. Toneladas Preço Médio US$/ton

2005 43 8 5375

2006 82 28 2928,57

2007 138 62 2123,08

2008 214 25 8560

2009 163 21 7761,90

2010 350 36 9722,22

2011 358 38 9421,05

2012 662 187 3540,11

2013 1150 605 1900,83

2014 1128 603 1870,65

Fonte: SECEX – Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior

F.O.B. Free On Board

75

4.3 Uso de dióxido de enxofre no tratamento do caldo

De acordo com metodologia descrita por Camargo et al. (1990) e com uso dos valores

de entrada da aplicação numérica anteriormente descrita, em relação às etapas de lavagem,

preparo e moagem (utilizadas no caso do dióxido de enxofre, e mantidas no caso de

substituição pelo peróxido de hidrogênio), tem-se as Tabelas 6, 7, 8, 9 e 10.

Tabela 6 - Lavagem de cana-de-açúcar (aplicação numérica da etapa inicial)

CEL (t H2O/t cana) 5,03

ṀL 2601,114

Ṁc 517,12

76

Tabela 7 - Moagem (aplicação numérica de etapa inicial)

Vazão total de bagaço

Ṁb 153,0253

Xf 0,145

Xfb 0,49

Vazão total de caldo misto

Ṁcm (t/h) 528,7074

Xp 0,123

Xpb 0,0242

Xcm 0,1133

Vazão de Bagaço no Terno 1 (t/Hh)

Ṁb 1 =

(Ṁc*Ṁf)/Xf1

252,466

Xf 1 0,297

Vazão de Bagaço no Terno 2

Ṁb 2 217,3403

Xf 2 0,345


Ṁb 3 189,3495

Xf 3 0,396


Ṁb 4 173,1695

Xf 2 0,433


Ṁb 5 161,2525

Xf 2 0,465


Ṁb 6 153,0253

Xf 2 0,49

77

Tabela 8 - Vazão (aplicação numérica de etapa inicial)

Vazão C.M. Terno 5 (t/h)

Mcm 5 = (Ṁb4*Xp4-Ṁb5*Xb5)/Xcm5 72,92255

Xp 4 0,0325

Xp 5 0,0264

Xcm 5 0,0188


Mcm 6 = (Ṁb5*Xp5-Ṁb6*Xb6)/Xcm6 111,8895

Xp 6 0,0242

Xcm 6 0,00495


Mcm 4 = (Mb3-Mb4+Mcm5+Mcm6) 200,992


Mcm 3 = (Mb2-Mb3+Mcm4) 228,9828


Mcm 2 = (Mb1-Mb2+Mcm3) 264,1085


Mcm 1 = Mc-Mb1 264,654

Vazão Água Embebição T.5 (t/h)

Mw 5 = (Mb5-Mb4+Mcm5) 61,00551

Vazão Água Embebição T.6 (t/h)

Mw 6 = (Mb6-Mb5+Mcm6) 103,6623

78

Tabela 9 - Índice de extração dos ternos e demais valores da aplicação numérica da etapa

inicial

Índice Extração Terno 1 (%) Índice Extração Terno 2 (%)

IE 1 = (1-(Xp1/Xf1)*(Xf/Xp))*100 66,85692 IE 2 = (1-(Xp2/Xf2)*(Xf/Xp))*100 77,48203

Xp 1 0,0835 Xp 2 0,0659


IE 3 = (1-(Xp3/Xf3)*(Xf/Xp))*100 85,82984315 IE 4 = (1-(Xp4/Xf4)*(Xf/Xp))*100

Xp 3 0,0476


IE 5 = (1-(Xp5/Xf5)*(Xf/Xp))*100 93,30710726 IE 6 = (1-(Xp6/Xf6)*(Xf/Xp))*100 94,17786627

Índice Extração Global (%) Teor Umidade Bagaço

IE = (1-(Xpb/Xfb)*(Xf/Xp))*100 94,17786627 a = (1-Xpb-Xfb) 0,4858

Consumo H2O Embebição t H20/t cana Produção Específica Bagaço t H2O/t cana

Cew = (Mw5+Mw6)/Mc 0,318432497 PE b = (Ṁb/Ṁc) 0,295918367

Produção Específica C.M. t C.M./t cana

PE cm = (Ṁcm/Ṁc) 1,022407551

Tabela 10 - Vapor (Aplicação Numérica da etapa inicial)

Vapor

Consumo Vapor Acionamento Termos

de Caldo Misto

Consumo Vapor Acionamento

Termos de Cana

Cecm = (Mvm/Mcm) 0,257231 CEvm = (Ṁvm/Ṁc) 0,262995

Ṁvm 136

Em relação ao tratamento do caldo com uso de dióxido de enxofre, de acordo com

balanço de massas descrito por Camargo et al. (1990) e com os valores relativos à aplicação

numérica, em relação à clarificação com uso de dióxido de enxofre, tem-se os valores das

Tabelas 11 e 12 relativas ao tratamento preliminar; a Tabela 13 é referente ao consumo

específico de enxofre; a Tabela 14 considera o consumo de cal em processo de caleagem; a

Tabela 15, o consumo de ácido fosfórico, a Tabela 16, a produção específica de caldo tratado

para açúcar, as Tabelas 17 e 18 são referentes ao aquecimento e o consumo específico de

vapor em relação ao caldo misto, a Tabela 19 considera a perda de açúcar na torta e, por fim,

a Tabela 20, a porcentagem de açúcar recuperado com o filtro.

79

Tabela 11 - Perda de Açúcar no tratamento preliminar (desaerador e peneira)

Vazão de sólidos extraídos do tratamento preliminar (kg/h) 01946,6

Concentração de sacarose da corrente 1 (kg sacarose/kg material removido) 0,064

Vazão de caldo da moenda para tratamento (t/h) 241,9

Concentração de sacarose da corrente 1 (kg sacarose/kg material removido) 0,064

Perda de açúcar no tratamento preliminar (kg de sacarose/kg sacarose caldo misto) 0,008047127

Perda de açúcar no tratamento preliminar (kg de sacarose/kg sacarose caldo misto)

DIÁRIO

0,193131046


MENSAL

5,793931377


SAFRA

38,62620918

Tabela 12 - Porcentagem de sólidos insolúveis retirados com tratamento preliminar

Vazão de sólidos extraídos do tratamento preliminar (kg/h) 1946,6

Concentração de sólidos totais (kg sólidos totais /kg mat. removido) 0,434

Concentração de sólidos solúveis (kg sólidos /kg mat. removido) 0,0799


Concentração de sólidos totais, caldo corr. 0 (kg sólidos totais /kg corrente 0) 0,153

Concentração de sólidos solúveis (kg sacarose / kg corr. 0) 0,1415

Porcentagem de sólidos ins. retirados com trat. preliminar (kg) 0,247781534

Porcentagem de sólidos ins. retirados com trat. preliminar DIÁRIO 5,946756813

Porcentagem de sólidos ins. retirados com trat. preliminar MENSAL 178,4027044

Porcentagem de sólidos ins. retirados com trat. preliminar SAFRA 1189,351363

80

Tabela 13 - Consumo Específico de Enxofre

Vazão de enxofre (kg/h) 375


Consumo específico de enxofre (kg enxofre / t caldo misto) 1,550227

Consumo específico de enxofre (kg enxofre / t caldo misto) DIÁRIO 37,20546

Consumo específico de enxofre (kg enxofre/ t caldo misto) MENSAL 1116,164

Consumo específico de enxofre (kg enxofre / t caldo misto) SAFRA 7441,091

Tabela 14 - Consumo de cal na caleagem (kg cal/t caldo misto)

Vazão de leite cal (kg/h) 375


Consumo específico de cal (kg cal / t caldo misto) 1,550227

Consumo específico de cal (kg cal / t caldo misto) DIÁRIO 37,20546

Consumo específico de cal (kg cal / t caldo misto) MENSAL 1116,164

Consumo específico de cal (kg cal / t caldo misto) SAFRA 7441,091

Tabela 15 - Consumo de ácido fosfórico (kg ácido/t caldo misto)

Vazão de ácido fosfórico (kg/h) 10


Consumo específico de ácido fosfórico (kg cal / t caldo misto) 0,041339396

Consumo específico de ácido fosfórico DIÁRIO 0,992145515

Consumo específico de ácido fosfórico MENSAL 29,76436544

Consumo específico de ácido fosfórico SAFRA 198,4291029

81

Tabela 16 - Produção específica de caldo tratado para açúcar

Vazão de caldo para evaporação (t/h) 240,5


Prod. esp. de caldo trat. para açúcar (kg caldo trat. / kg caldo misto) 0,994212

Produção específica de caldo tratado para açúcar DIÁRIO 23,8611

Produção específica de caldo tratado para açúcar MENSAL 715,833

Produção específica de caldo tratado para açúcar SAFRA 4772,22

Tabela 17 - Consumo específico de vapor com relação ao caldo misto que entra

(Aquecimento)

Vazão de vapor (t/h) 32,86


Consumo esp. de vapor com relação ao CM que entra (kg vapor / t caldo misto) 0,13584

Consumo esp. de vapor com relação ao CM que entra (kg vapor / t caldo misto) DIÁRIO 3,26019

Consumo esp. de vapor com relação ao CM que entra (kg vapor / t caldo misto) MENSAL 97,8057

Consumo esp. de vapor com relação ao CM que entra (kg vapor / t caldo misto) SAFRA 652,038

Tabela 18 - Consumo específico de vapor com relação ao caldo misto que sai (Aquecimento)

Vazão de vapor (t/h) 32,86

Vazão de caldo para evaporação (t/h) 240,5

Consumo específico de vapor com relação ao caldo misto que sai (kg vapor / t caldo

misto) 0,136632017


misto) DIÁRIO

3,279168399


misto) MENSAL

98,37505198


misto) SAFRA

655,8336798

82

Tabela 19 - Perda de açúcar na torta (Decantação/Filtro rotativo)

Vazão de torta do filtro (kg/h) 7500

Concentração de sacarose na corrente 12 0,03



Perda de açúcar na torta (kg sacarose / kg sacarose do CM) 0,00821

Perda de açúcar na torta (kg sacarose / kg sacarose do CM) DIÁRIO 0,197028

Perda de açúcar na torta (kg sacarose / kg sacarose do CM) MENSAL 5,91084

Perda de açúcar na torta (kg sacarose / kg sacarose do CM) SAFRA 39,4056

Tabela 20 - Porcentagem de açúcar recuperado com o filtro (Decantação/Filtro rotativo)

Decantação / Filtro rotativo

Porcentagem de açúcar recuperado com o filtro

Vazão de caldo que retorna para tanque de dosagem (kg/h) 9426


Vazão de lodo do decantador (kg/h) 9426


Porcentagem de açúcar recuperado com o filtro (kg Sac. rec. / Kg Sac. lodo) 0,805714286

Porcentagem de açúcar recuperado com o filtro DIÁRIO 19,33714286

Porcentagem de açúcar recuperado com o filtro MENSAL 580,1142857

Porcentagem de açúcar recuperado com o filtro SAFRA 3867,428571

No tratamento do caldo, em relação à clarificação com uso de dióxido de enxofre, tem-

se o sistema de alimentação de enxofre e a coluna de sulfitação – que serão substituídos pelo

reator CSTR no tratamento do caldo com uso de peróxido de hidrogênio.

Tem-se, o sistema de alimentação de enxofre composto pela fornalha de enxofre, com

valor de mercado aproximado de R$ 90.000,00. Da coluna de sulfitação com capacidade de

450TCH tem-se o valor de mercado aproximado de R$ 1.000.000,00. Dessa forma, o

investimento imobilizado em equipamentos relativos à sulfitação, constituído pelo sistema de

alimentação de enxofre e pela coluna de sulfitação, dispõe de valor de R$ 1.090.000,00.

83

Ainda, o valor de mercado do dióxido de enxofre é de R$ 120,00/kg. Assim, tem-se a Tabela

21, abaixo.

Tabela 21 – Resultados da aplicação numérica do tratamento de caldo com dióxido de enxofre

e investimento em equipamentos

Consumo específico de dióxido de enxofre

(kg/h)

100

Vazão de caldo da moenda para tratamento

(kg dióxido de enxofre/ton caldo misto)

241,9

Custo de dióxido de enxofre (R$/ton dióxido

de enxofre)

120.000,00

Consumo específico

de dióxido de enxofre

(kg dióxido de

enxofre/ton caldo

misto)

Consumo específico


(kg dióxido de

enxofre/ton caldo

misto) diário

Consumo específico


(kg dióxido de

enxofre/ton caldo

misto) mensal

Consumo específico


(kg dióxido de

enxofre/ton caldo

misto) safra

0,413394 9,921455 297,6437 1984,291

Custo de dióxido de

enxofre (R$/ton

dióxido de enxofre)


enxofre (R$/ton



enxofre (R$/ton



enxofre (R$/ton


R$ 49.607,28 R$ 1.190,57 R$ 35.717,24 R$ 238.114,92

Equipamentos Custo Fixo Custo Fixo total

Forno de enxofre R$ 90.000,00 R$ 1.090.000,00

Coluna de Sulfitação R$ 1.000.000,00

4.4 Uso de peróxido de hidrogênio no tratamento do caldo

Em relação ao método alternativo, com tratamento de caldo com uso de peróxido de

hidrogênio têm-se, cenários distintos considerados: nas proporções de 600 ppm, 1.000 ppm e

84

5.000 ppm, com uso de reator CSTR, em substituição à coluna de sulfitação. O valor de

mercado aproximado do reator CSTR corresponde a R$ 1.800.000,00 e o valor de mercado do

peróxido de hidrogênio é de R$ 500,00/kg.

4.4.1 Cenário 1: Aplicação de peróxido de hidrogênio na proporção de 600 ppm

Tem-se o valor de vazão que sai do tratamento preliminar de 239,93 t/h, de aplicação

numérica de tratamento de caldo com dióxido de enxofre. Ainda, tem-se a relação de

proporcionalidade de 0,6 kg H2O2/1 ton caldo. Dessa forma, ter-se-á o valor de vazão de

143,96 kg H2O2, por meio de relação direta de proporcionalidade. O valor de mercado de

peroxido de hidrogênio é de R$ 500,00/kg. De acordo com a metodologia similar à utilizada

no Consumo Específico de Dióxido de Enxofre (CAMARGO et al. 1990), para o Consumo

Específico de Peróxido de hidrogênio (kgperóxido de hidrogênio/tcaldo misto), por meio de CEPeróxido de

Hidrogênio = MPeróxido de Hidrogênio/Mt0, considerando a eficácia de 600 ppm, tem-se os valores da

Tabela 22.

85

Tabela 22 – Custo de tratamento com peróxido de hidrogênio 600 ppm

Consumo específico de peróxido de

hidrogênio (kg/h)

143,96


(kg enxofre/ton caldo misto)

241,9

Custo de Peróxido de Hidrogênio (R$/ton

peróxido de hidrogênio)

500.000,00

Consumo específico

de peróxido de

hidrogênio (kg

peróxido de

hidrogênio/ton caldo

misto)

Consumo específico

de peróxido de

hidrogênio (kg

peróxido de


misto) diário

Consumo específico

de peróxido de

hidrogênio (kg

peróxido de


misto) mensal

Consumo específico

de peróxido de

hidrogênio (kg

peróxido de


misto) safra

0,595121951 14,28292683 428,4878049 2856,585366

Custo de peróxido de

hidrogênio (R$/ton

peróxido de

hidrogênio)


hidrogênio (R$/ton

peróxido de

hidrogênio)


hidrogênio (R$/ton

peróxido de

hidrogênio)


hidrogênio (R$/ton

peróxido de

hidrogênio)

R$ 297,56 R$ 7.141,46 R$ 214.243,90 R$ 1.428.292,68

Equipamentos Custo Fixo

Reator CSTR R$ 1.800.000,00

Considera-se o custo fixo dos equipamentos, com valor de R$ 1.800.000,00. Dessa

forma, tem-se a diferença de custos referentes aos equipamentos com uso de dióxido de

enxofre e de peróxido de hidrogênio. Em adição, tem-se o custo do insumo peróxido de

hidrogênio com valor maior em comparação ao dióxido de enxofre. Dessa forma, num

primeiro momento, considera-se não compensatória a substituição do insumo dióxido de

enxofre pelo peroxido de hidrogênio, pois haverá um acréscimo de R$ 1.190.177,86 na safra.

86

Todavia, tem-se o valor de 1 tonelada de açúcar rendendo, em média, 1490 kg de

açúcar (EMBRAPA, 2014). O valor da aplicação numérica utilizado por Camargo et al.

(1990), é de 517,12 t/h. Dessa forma, numa safra de 200 dias, tem-se 347.504.640 kg açúcar.

Desse valor, têm-se 6.950.092,8 sacas de 50 kg de açúcar. Dessa forma, haverá um acréscimo

de aproximadamente R$ 0,16/saca50kg, quando do uso de peróxido de hidrogênio em

substituição ao dióxido de enxofre.

Considerando os preços à vista de açúcar do Centro de Estudos Avançados em

Economia Aplicada – CEPEA da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz da

Universidade de São Paulo – ESALQ/USP (2014), do período compreendido por maio de

2003 até setembro de 2014, deflacionados com base: Índice Geral de Preços –

Disponibilidade Interna – IGP-DI do IPEADATA, base de setembro de 2014, tem-se o

Gráfico 1.

Gráfico 1 - Custo adicional relativo ao peróxido de hidrogênio de 600 ppm

Dessa forma, percebe-se que, dado o volume de produção, o setor privado e o governo

poderiam compor situação na qual o repasse de custos por meio de pequeno esforço, como

ligeira redução de Imposto Sobre Circulação de Mercadorias e Prestação de Serviços – ICMS,

dentre outras formas, poderia viabilizar a substituição do uso de dióxido de enxofre por

87

peróxido de hidrogênio, em tratamento de clarificação de caldo, obtendo, assim, um produto

final detentor de maior qualidade.

4.4.2 Cenário 2: Aplicação de peróxido de hidrogênio na proporção de 1.000 ppm



proporcionalidade de 1kg H2O2/1 ton caldo. Dessa forma, ter-se-á o valor de vazão de 239,93

kg H2O2, por meio de relação direta de proporcionalidade. O valor de mercado de peróxido de

hidrogênio é de R$ 500,00/kg. De acordo com a metodologia similar à utilizada no Consumo

Específico de Dióxido de Enxofre (CAMARGO et al. 1990), para o Consumo Específico de

Peróxido de hidrogênio (kgperóxido de hidrogênio/tcaldo misto), por meio de CEPeróxido de Hidrogênio =

MPeróxido de Hidrogênio/Mt0, considerando a eficácia de 1.000 ppm, tem-se os valores da Tabela 23.

88

Tabela 23 – Custo de tratamento com peróxido de hidrogênio 1000 partes por milhão (ppm)


hidrogênio (kg/h)

239,93



241,9



500.000,00

Consumo específico

de peróxido de

hidrogênio (kg

peróxido de


misto)

Consumo específico

de peróxido de

hidrogênio (kg

peróxido de


misto) diário

Consumo específico

de peróxido de

hidrogênio (kg

peróxido de


misto) mensal

Consumo específico

de peróxido de

hidrogênio (kg

peróxido de


misto) safra

0,991856139 23,80454733 714,13642 4760,909467

Custo de peróxido

de hidrogênio

(R$/ton peróxido de

hidrogênio)

Custo de peróxido

de hidrogênio


hidrogênio)

Custo de peróxido

de hidrogênio


hidrogênio)

Custo de peróxido

de hidrogênio


hidrogênio)

R$ 495,93 R$ 11.902,27 R$ 357.068,21 R$ 2.380.454,73









89


açúcar (EMBRAPA, 2014). O valor da aplicação numérica de Camargo et al. (1990), é de

517,12 t/h. Dessa forma, numa safra de 200 dias, tem-se 347.504.640 kg açúcar. Desse valor,

ter-se-á 6.950.092,8 sacas de 50kg de açúcar. Dessa forma, haverá um acréscimo de

aproximadamente R$ 0,30/saca50kg, quando do uso de peróxido de hidrogênio em substituição

ao dióxido de enxofre.

Considerando os preços à vista de açúcar do CEPEA da ESALQ/USP (2014), do

período compreendido por maio de 2003 até setembro de 2014, deflacionados com a base

IGP-DI do IPEADATA, índice geral, base de setembro de 2014, tem-se o Gráfico 2.

Gráfico 2 - Custo adicional relativo ao peróxido de hidrogênio de 1.000 ppm

Dessa forma, percebe-se que, dado o volume de produção, setor privado e governo

poderiam compor situação na qual o repasse de custos ocorreria por meio de adequações

relativas a impostos, de tal forma que a ligeira redução de ICMS (Imposto sobre Circulação

de Mercadorias e Serviços) poderia viabilizar a substituição de dióxido de enxofre pelo

peróxido de hidrogênio em tratamento de clarificação de caldo de cana-de-açúcar, obtendo,

assim, produto final detentor de maior qualidade. Outra situação que poderia ser considerada

relaciona-se com a comprovação de malefício decorrente de uso de dióxido de enxofre e

posterior necessidade de adequação de infraestrutura e substituição de insumos.

90

4.4.3 Cenário 3: Aplicação de peróxido de hidrogênio na proporção de 5.000 ppm



proporcionalidade de 5 kgH2O2/1 ton caldo. Dessa forma, ter-se-á o valor de vazão de

1.199,65 kgH2O2 por meio de relação direta de proporcionalidade. O valor de mercado de

peroxido de hidrogênio é de R$ 500,00/kg. De acordo com a metodologia similar à utilizada

no Consumo Específico de Dióxido de Enxofre (CAMARGO et al. 1990), para o Consumo

Específico de Peróxido de hidrogênio (kgperóxido de hidrogênio/tcaldo misto), por meio de CEPeróxido de

Hidrogênio = MPeróxido de Hidrogênio/Mt0, considerando a eficácia de 5.000 partes por milhão (ppm),

tem-se os valores da Tabela 24.

91

Tabela 24 – Custo de tratamento com peróxido de hidrogênio 5.000 partes por milhão (ppm)


hidrogênio (kg/h)

1199,65



241,9



500.000,00

Consumo específico

de peróxido de

hidrogênio (kg

peróxido de


misto)

Consumo específico

de peróxido de

hidrogênio (kg

peróxido de


misto) diário

Consumo específico

de peróxido de

hidrogênio (kg

peróxido de


misto) mensal

Consumo específico

de peróxido de

hidrogênio (kg

peróxido de


misto) safra

4,959280695 119,0227367 3570,6821 23804,54733


hidrogênio (R$/ton

peróxido de

hidrogênio)


hidrogênio (R$/ton

peróxido de

hidrogênio)


hidrogênio (R$/ton

peróxido de

hidrogênio)


hidrogênio (R$/ton

peróxido de

hidrogênio)

R$ 2.479,64 R$ 59.511,37 R$ 1.785.341,05 R$ 11.902.273,67









92


açúcar (EMBRAPA, 2014). O valor da aplicação numérica de Camargo et al. (1990), é de

517,12 t/h. Dessa forma, numa safra de 200 dias, tem-se 347.504.640 kg açúcar. Desse valor,

ter-se-á 6.950.092,8 sacas de 50kg de açúcar. Dessa forma, haverá um acréscimo de

aproximadamente R$ 1,66/saca50kg, quando do uso de peróxido de hidrogênio em substituição

ao dióxido de enxofre.

Considerando os preços à vista de açúcar do CEPEA, da ESALQ/USP (2014), do

período compreendido por maio de 2003 até setembro de 2014, deflacionados com a base

IGP-DI do IPEADATA, índice geral, base de setembro de 2014, tem-se o Gráfico 3.

Gráfico 3 - Custo adicional relativo ao peróxido de hidrogênio de 5.000 ppm

Dessa forma, percebe-se que o setor privado e o governo, compondo situação na qual

ocorreria repasse de custos, contariam com valores mais onerosos. Todavia, a média de

aumento de preço deflacionado, no período compreendido, seria de 3,14%, ou seja, ainda tem-

se uma situação de aplicabilidade, considerando especialmente, a qualidade do produto final.

De acordo com estudos de Sartori (2014), a tendência de diminuição da turbidez, fator

que influencia a qualidade do produto final, ocorreu de forma satisfatória, com a dose se

peróxido de hidrogênio de 5.000 partes por milhão (ppm), diferentemente à situação composta

93

pelos valores de 1.000 partes por milhão (ppm) e de 600 partes por milhão (ppm). Todavia,

fatores outros, além do custo econômico devem ser considerados.

95

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

O caldo misto destinado ao tratamento dispõe de pH na faixa de 4,8 a 5,3. Na

clarificação com dióxido de enxofre o pH encontra-se na faixa de 3,8 a 4,3 e temperatura de

100 a 105º C. Na clarificação com peróxido de hidrogênio, tem-se a faixa de pH de 3 a 7 e

temperatura de 40 a 70º C. Nesse contexto, a degradação da sacarose deve ser analisada, pois

a sacarose não é um composto estável, sendo degradada em glicose e frutose, provocando,

posteriormente, reação de caramelização (escurecimento não enzimático). Tem-se a faixa de

pH compreendida por 5,5 e 8,0 - em valor próximo a 5,5 há possibilidade menor de

degradação de sacarose. Todavia, quando o valor de pH encontra-se próximo de 8,0 tem-se

uma maior possibilidade de degradação de sacarose. De forma geral, em pH ácido e

temperatura elevada tem-se as condições propícias para degradação de sacarose (CLAUDE,

UBBINK, 2006).

Dessa forma, do tratamento de caldo com uso de sulfitação percebe-se maior tendência

de degradação de sacarose, em comparação com o método proposto com uso de peróxido de

hidrogênio. A velocidade de decomposição da sacarose por meio de hidrólise ou inversão é

inversamente proporcional ao pH, e diretamente proporcional à temperatura do caldo, sendo,

atenuada, por meio de adição de cal adicional. Quando o pH do meio encontra-se alcalino,

como no caso do caldo caleado, e aquecido à uma temperatura acima de 55º C, tem-se a

formação de estruturas enólicas que favorecem a formação de substâncias cíclicas como

caramelos, polifenóis, ácidos orgânicos (SPENCER, 1931). Em casos no qual o pH do meio

encontra-se ácido, como no caso do caldo sulfitado, e aquecido à uma temperatura acima de

105º C, tem-se a formação de substâncias ácidas como glucínico e sacárico. De fato, existem

substâncias responsáveis pela coloração escura do caldo, as quais são formadas por ação

catalítica de hidróxidos fortes – produzidos por temperatura elevada e por adição de cal.

Todavia, esses fatores são consequência da sulfitação anterior à calagem (ARQUED, 1955).

De acordo com a literatura, em pH abaixo de 5,5 inicia-se a hidrólise de sacarose,

favorecendo, ainda, a formação de melanoidinas (MANE et al., 1998). Nos ensaios realizados

por Sartori (2014) com o uso de peroxido de hidrogênio em valor maior a 600 ppm, pH entre

os valores de 3,0 a 7,0 e temperatura na faixa de 40º C e 70º, foi observado que da

combinação entre temperatura elevada (62º C), pH levemente ácido (6,2) e dose de peroxido

de hidrogênio elevada (3989 ppm), houve maior tendência de diminuição da cor final em

96

relação à inicial, embora nos ensaios, não tenha sido demonstrada tendência em degradar

sacarose.

Dessa forma, a viabilidade econômica do peróxido de hidrogênio em substituição ao

uso de dióxido de enxofre, considerando o custo de insumos e de investimento imobilizado

em equipamentos; com sistema de alimentação de enxofre e coluna de sulfitação nesse caso, e

reator CSTR naquele, mostrou-se desfavorável, num primeiro momento, em relação aos

cenários considerados. Com uso de peróxido de hidrogênio 600 ppm houve um aumento de

R$ 1.190.177,86 na safra. Com peróxido de hidrogênio 1.000 ppm houve um acréscimo de

R$ 2.142.339,91 na safra. Com uso de peróxido de hidrogênio 5.000 ppm houve um aumento

de R$ 11.736.555,54 na safra.

Ainda, o preço do insumo peróxido de hidrogênio apresentou valor superior, da ordem

de 3,5 em relação ao dióxido de enxofre. Essa situação, todavia, poderia ser modificada num

cenário, em que, pressupostas as condições concorrenciais de livre mercado, a produção em

escala de peróxido de hidrogênio ocorresse, diminuindo, assim, os custos de produção e

comercialização desse insumo.

Considera-se, pois, que o custo adicional de R$ 2.142.339,91 na safra, do peróxido de

hidrogênio de 1.000 partes por milhão (ppm) representa aumento de R$ 0,30 em relação a

unidade de saca de 50 kg açúcar. Em relação ao peroxido de hidrogênio de 600 partes por

milhão (ppm), tem-se aproximadamente R$ 0,16/saca 50 kg açúcar; enquanto, em relação ao

peroxido de hidrogênio de 5.000 partes por milhão (ppm), tem-se aproximadamente R$

1,16/saca 50 kg açúcar. Considerando, a média de aumento de preços deflacionados com

valor 3,14%, em período considerado, percebe-se que esses aumentos poderiam ser

absorvidos pelo mercado, pelas unidades industriais produtoras, pelo setor governamental,

desde que existisse o interesse dessas frentes.

Assim, viabilizar a substituição do uso de dióxido de enxofre por peróxido de

hidrogênio, em tratamento de clarificação de caldo, obtendo, assim, um produto final detentor

de maior qualidade, considerando o volume expressivo de produção, é uma necessidade que o

setor privado e o governo, em trabalho conjunto, poderiam realizar, por meio de repasse de

custos considerando medidas como ligeira redução de impostos, dentre outras, em

consequência de produção de açúcar que atenda exigências de rigorosos mercados

consumidores.

É importante considerar, ainda, a questão da degradação da sacarose (em glicose e

frutose), diminuindo a qualidade do produto final, que dispõe de maior ocorrência com uso de

dióxido de enxofre em comparação com uso de peroxido de hidrogênio. No caso da sulfitação

97

ser conduzida de forma errônea, tem-se, um impacto ainda maior desse problema. A questão

da economia energética (vapor) do uso do peróxido de hidrogênio no tratamento de caldo

seguido de calagem, com gradiente de temperatura menor em comparação com o uso de

dióxido de enxofre seguido de calagem, tem de ser considerada. Sulfitação e calagem

promovem reações reológicas, que podem dispor de menor impacto quando o peroxido de

hidrogênio é utilizado em lugar do dióxido de enxofre.

Acerca do uso de sulfitação, têm-se condições de dificuldade de controle relativas ao

superaquecimento, pois não há controle de temperatura nas fornalhas de enxofre. Ainda

questões relacionadas com meio-ambiente e com saúde pública devem ser contempladas. O

conceito atual de uma usina, por vezes, não torna possível a aplicabilidade de peróxido de

hidrogênio. Todavia, dentre os fatores comparativos, não apenas o custo econômico-

financeiro deve ser considerado.

As condições operacionais da fábrica, o pH médio do caldo decantado, o pH médio do

caldo clarificado, a menor turbidez, a redução na cor do caldo clarificado, o menor teor de

cinzas no açúcar, o maior rendimento de cristalização da sacarose, a menor corrosão nas

tubulações, assim como a maior facilidade de remoção das incrustações e a decomposição da

sacarose, dentre outros elementos contribuem para o beneficio à saúde do ser humano, para a

produção industrial menos agressiva ao meio-ambiente, e especialmente, para a melhoria

global da qualidade do açúcar como produto final, imputando maior valor agregado à este

produto. A viabilidade econômica, embora não favorável à substituição do dióxido de enxofre

pelo peróxido de hidrogênio, deve ser analisada em conjunto com fatores outros de ordem

técnica, ambiental, humana. Sem que todas as propriedades desses fatores sejam consideradas,

não se pode afirmar que a substituição dispõe ou não de aplicabilidade.

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