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Cálculos para
Indústria Sucroalcooleira
Parâmetros de Qualidade da Cana
Celso Caldas
Sistemas de Medições
CONSECANA Caldo Extração por prensagem Fibra Indiretamente pelo método Tanimoto
DIGESTOR Caldo Extração com diluição Fibra Por cálculos
Prof. Dr. Celso Caldas
Principais Parâmetros Pol Brix Pureza (caldo) AR ART Fibra Umidade Outros
Impurezas (mineral e vegetal) Oligo e poli sacarídeos (amido, dextrana, levana, etc) Outros (etanol, manitol, etc)
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Sacarose Polarimetria
Escala Internacional do Açúcar
Ventzke, 1842 e 1843 Ponto 100 a partir da solução com densidade relativa de 1,1000 a
17,50ºC, referida à água
Mohr, 1855 Ponto 100 a partir da solução de 26,048g de sacarose para 100cm3,
chamando este de peso normal Prof. Dr. Celso Caldas
Sacarose Polarimetria
Escala Internacional do Açúcar
ICUMSA, 1900Ponto 100 26,0000g de sacarose para 100cm3, a 20ºC
ICUMSA, 1916 Ponto 100 34,660º com luz de sódioPonto 100 40,690º com luz de mercúrio
Prof. Dr. Celso Caldas
Sacarose Polarimetria
Escala Internacional do Açúcar
ICUMSA, 1986
Alterou a escala de ºS para ºZ
Ponto 100 26,0000g de sacarose para 100cm3, a 20ºC, com sacarímetros com lâmpadas de Na (λ = 589,44nm), cuja rotação específica é 34,660º
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POL
Inversão da Sacarose Sacarose + 66,53º Glicose + 52,70º Frutose - 92,40º
C12H22O11 C6H12O6 + C6H12O6
+ 66,53º + 52,70º - 92,40º
- 39,70ºProf. Dr. Celso Caldas
POL
26 g Sacarose /100mL
100ºZ
Caldo: x g Sac/100mL
Ls
100ºZ ------- 26 g Sacarose Ls -------- x g Sacarose
X = g/100mL = (26 x Ls) / 100
Considerações:
1.Caldo medido2.Glicose e frutose3.Unidade (g/100mL
POL
Prof. Dr. Celso Caldas
Pesando 26g de caldo para balão de 100mL
(26 x Ls/100) g ----- 100 mL ----- 26 g caldo
X ----------------------------- 100 g caldo
X = POL (g/100g) = Ls
POL
100ºZ ------- 26 g Sacarose Ls -------- x g Sacarose
X = g/100mL = (26 x Ls) / 100
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Medindo o caldo
(26 x Ls/100) g ----- 100 mL ----- (ME x 100) g AM
X ----------------------------- 100 g AM
X = g Sac/100g = POL = (0,26 x Ls) / ME
Chamando: (0,26 / ME) de FATOR DE POLARIZAÇÃO (Fp)
POL (g/100 g) = Ls x Fp
POL Percentagem em massa (%m/m) de SACAROSE APARENTE
POL
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O Fator de polarização (Fp) apresenta excelente correlação com o BRIX:
CONSECANA : 0,2605 – 0,0009882 x Brix
CONAG : 0,26065 – 0,000995 x Brix
TABELAS :
POL
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Clarificação do caldo
O agente clarificante interfere no resultado da leitura sacarimétrica (Ls). Subacetato de PB precipita levulose, logo maiores Ls
Os Consecanas recomendam “corrigir” a leitura sacarimétrica quando são usados outros clarificantes: Correção da Ls para mistura clarificante
Ls = 1,00621 x LsAL + 0,05117
Correção da Ls para Octapol Ls = 0,99878 x LsOc + 0,47374
POLProf. Dr. Celso Caldas
Brix, 1854
Soluções Açucaradas a 10%m/m Densidade a 20ºC/4ºC
Arabinose 1,0379
Glucose 1,0381
Frutose 1,0385
Galactose 1,0379
Sorbose 1,0381
Sacarose 1,0381
Maltose 1,0386
Lactose 1,0376
Rafinose 1,0375
Média 1,0380
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Brix Densimétrico
Perfeita relação entre C (m/m) e densidade
Escala em Conc (%m/m)
Densímetro (densidade)
Brix % m/m Sólidos Solúveis em Solução
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Refratometria
O Fenômeno da REFRAÇÃO
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Refratometria
Índice de Refração
n = v1 / v2
Onde:
n índice de refração
v1 velocidade da luz no meio 1
v2 velocidade da luz no meio 2
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Refratometria
Equipamentos
Imagens encontradas na internet
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Pureza
A pureza deve ser calculada do caldo e não da cana porque no Brix % cana não se considera o fator “c”, o que não ocorre com a pol
Admite-se que a quantidade de sólidos no caldo extraído é a mesma do caldo absoluto
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AR (Glicose e Frutose)
Cu++ Cu+
Cúprico Cuproso Azul Vermelho Tijolo
Quem promove esta reação de redução?
Sacarose NÃOGlicose e Frutose SIM AR
Fehling A Cu++
Fehling B NaOH e Tartarato Na e K
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AR (Glicose e Frutose) Eynon - Lane
05 moles de sulfato de cobre ( CuSO4 ) reagem com 01 mol de
monossacarídeo (C6H12O6)
1250 g Cu++ ----- 180 g AR69,278 g Cu++ ----- x x = 9,97 g 10 g
1000 mL de LFA ----- 10 g AR0,5 mL de LFA ----- x x = 0,005 g AR
Vg mL ----- 0,05 g AR100 mL ----- x x = %m/v AR = 5 / Vg
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AR (Glicose e Frutose) Eynon - Lane
Sem considerar interferência da SACAROSE
Vg mL ----- 0,05 g AR100 mL ----- x x = %m/v AR = 5 / Vg
Considerando a interferência da SACAROSE – CTC/CONSECANA
e3e
e
ear e
0,26* LSf * 5209,6 262,5*
fAR
VT * D
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AR (Glicose e Frutose) Eynon - LanePadronização do Licor de Fehling A
Padrão: 1% 0,25%Glicose P.ASacarose invertida a quente (12min a 65ºC)Sacarose invertida a frio (72h a 25ºC)
100 mL da sol. padrão ----------------- 0,25 g de AR
x ----------------- 0,10 g de AR x = 40 mL
10mL A + 10mL B
F = 40 / Vg é aplicado ao volume gasto na análiseF = Vg / 40 é aplicado ao resultado final da análise
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ARTComo determinar :
Analisando Eynon –Lane ou HPLC
Cálculo CONSECANA Brixcaldo
Polcaldo
Pureza ARcaldo = 9,9408 – 0,1049 x PZAcaldo
ART = (Pcaldo / 0,95) + Arcaldo
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AR / ART IC / HPLC
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Parâmetros na Cana
CALDO CANAFIBRA
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Fibra % Cana Métodos
FIBRA % CANA
PRENSA
DIGESTOR
• TANIMOTO
• REGRESSÃO
• CÁLCULOS(Umidade e Brix)
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O Sistema CONSECANA
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Fibra % Cana Tanimoto
Cana Desfibrada500g
Prensa CALDOPBU
ESTUFA (10 – 12h 105º
PBS Umidade
BRIX / POL
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Turner & Rojas (1962) Tanimoto (1969) Fernandes (1984) Dedução
Nomenclatura
m massa de cana prensada 500g Cext caldo extraído pela prensa Cres caldo residual no PBU Cabs caldo absoluto Bext Brix do caldo extraído PBU peso do bolo úmido PBS peso do bolo seco (após secagem na estufa)
Fibra % Cana Tanimoto
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Equação Fundamental
F%cana = 100 – Cabs%cana
Equações na análise
Cext = m – PBU
Cabs = Cext + Cres
Fibra % Cana Tanimoto
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Água evaporada na secagem do PBU
(100 – Bext) g água --- 100 g Cext(PBU – PBS) g água --- x (g Cres (na massa m)
x = g Cres = 100 x (PBU – PBS) / (100 – Bext)
Cabs = Cext + CresCabs = (m – PBU) + [100 x (PBU – PBS) / (100 – Bext)
Considerando que:
m g cana --- Cabs100 g cana --- x x = Cabs % cana = (Cabs x 100) / m
F % cana = 100 – Cabs % cana
Fibra % Cana Tanimoto
Cext = Cres
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Simplificando
100 x PBS – Bext x PBU F % C = 0,01 x m (100 – Bext)
Quando a massa de cana é igual a 500g
100 x PBS – Bext x PBU F % C = 5 x (100 – Bext)
Fibra % Cana Tanimoto
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Usando os dados das análises de Fibra TANIMOTO, calcula-se uma equação de regressão. Os dados são:
Brix do caldo extraído PBU PBS Fibra % cana
y = a x + b
F%cana = PBU * a + b
Fibra % Cana Regressão
F%C
PBU
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Fibra % Cana Regressão
PBU 150g
PE F = 0,0919 x PBU + 0,379 14,16%
AL F = 0,0779 x PBU + 2,3136 14,00%
SP F = 0,08 x PBU + 0,876 12,88%
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Parâmetros na Cana
CALDO CANAFIBRA
FATORES
FibraExtração
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Fator de Fibra
No caldo 100 g Cabs --- Pol Cabs
Na cana 100 – F % C --- x
x = PC = Pol Cabs x (100 – F%C) / 100
PC = Pol Cabs x (1 – 0,01 F%C)
fator de fibraProf. Dr. Celso Caldas
Fator de Extração
PC = Pol Cabs x (1 – 0,01 F%C) x Pol Cex
Pol Cex
Chamando de c = Pol Cabs / Pol Cext, temos:
PC = Pol Cext x (1 – 0,01 F%C) x c
fator de extração
Experimentalmente, c = 1,0313 – 0,00575 x F%CProf. Dr. Celso Caldas
Dados de Cana - Prensa
PC = Pol Cext x (1-0,01 x F%C) x (1,0313 – 0,00575 x F%C)
ARC = AR Cext x (1-0,01 x F%C) x (1,0313 – 0,00575 x F%C)
ARTC = ART Cext x (1-0,01 x F%C) x (1,0313 – 0,00575 x F%C)
Mas ...
Brix%C = Brix Cext x (1-0,01 x F%C)
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O Sistema CONSECANA
Polcaldo
Brixcaldo
Pureza ARcaldo = 9,9408 – 0,1049 x PZAcaldo
Fcana = 0,0919 x PBU + 0,379
Ff = (1 – 0,01 x F)
Fext = 1,0313 – 0,00575 x F
PC = Polcaldo x Ff x Fext
ARcana = ARcaldo x Ff X Fext
ART = (PC / 0,95) + ARcana Prof. Dr. Celso Caldas
O Sistema CONSECANA ATR (1998) Contempla os 3 açúcares e a
eficiência industrial
L Lavagem da cana = 1,5%
B Bagaço = 8,0%
T Torta = 0,5%
I Indeterminada = 2,0%
PERDAS
12%
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ATR= 10 x PC x 1,0526 x 0,89 + 10 x ARC x 0,89
ATR (kg/t) = 9,3681 x PC + 8,9 x ARC
PC Pol % cana
0,89 Eficiência LBTI (89%) 11% de Perdas
ARC Açúcares redutores % cana
O Sistema CONSECANA
Prof. Dr. Celso Caldas
Método do Digestor
Prof. Dr. Celso Caldas
Método do Digestor
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NOTA IMPORTANTE
1. Diluição1. 500g / 1000g de água Fator de diluição = 3
2. 500g / 2000g de água Fator de diluição = 5
2. Tempo de extração1. Lâminas cruzadas 15 min
2. Barras paralelas 20 min para FD = 3 (SASTA)
3. Barras paralelas 15 min para FD = 5 (CTC)
Método do Digestor
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Método do Digestor Dedução das Fórmulas
a volume ou massa de água adicionada c massa de cana usada no digestor ET extrato total
U total = c x U%cana x 0,01
B total = ET x B%extrato x 0,01
ET = Água adicionada + U total + B total
ET = a + (U%cana x 0,01 x c) + ET x B%extrato x 0,01
ET - ET x B%extrato x 0,01 = a + (U%cana x 0,01 x c)
ET = [a + (U%cana x 0,01 x c)] / (1 – 0,01 x B%extrato)Prof. Dr. Celso Caldas
Método do Digestor Dedução das Fórmulas
OBS: Outra maneira de calcular o ETET = água adicionada + caldo absoluto no digestorET = a + (c – c x F%cana x 0,01)ET = a + c x (1 – 0,01 x F%cana)
Brix % cana
ET x B%extrato x 0,01 ----- ‘c’ g de cana Brix % cana ------------ 100 g cana
Brix%cana = B%extrato x (ET / c)
Brix % cana = B%extrato x [(a + c x (1 – 0,01 x F%cana) / c]
Brix % cana = B%extrato x [(a/c + 1) – 0,01 x F%cana)]
Prof. Dr. Celso Caldas
Fibra % cana
F%C = 100 – U%C – B%C
F%C = 100 – U%C – [(B%extrato / c) x ET)
OBC: ET = [a + (U%cana x 0,01 x c)] / (1 – 0,01 x B%extrato)
Substituindo e simplificando:
F%C = 100 – U%C – [((a / c) + 1) x B%extrato] / (1 – 0,01 x B%extrato)
Método do Digestor Dedução das Fórmulas
Prof. Dr. Celso Caldas
Pol % cana
OBS: raciocínio semelhante ao cálculo do BrixBrix % cana = B%extrato x [(a/c + 1) – 0,01 x F%cana)]
Pol % cana = Pol %extrato x [(a/c + 1) – 0,01 x F%cana)]
Método do Digestor Dedução das Fórmulas
Prof. Dr. Celso Caldas
Dados de Cana – Digestor Resumo (FD=3)
Fibra % cana = [100 - % umidade – (3 x Brix % extrato) ]
[ 1 – (0,01 x Brix % extrato do digestor) ]
Brix%cana = Brix%extrato x [3 – (0,01 x fibra % cana)]
Pol%cana = pol%extrato x [3 – (0,01 x fibra % cana)]
AR%cana = AR%extrato x [3 – (0,01 x fibra % cana)]
ART%cana = ART%extrato x [3 – (0,01 x fibra % cana)]Prof. Dr. Celso Caldas
Umidade % Cana (U%C)
U%C = 100 – F%C – B%C
Onde:F%C fibra % canaB%C Brix % cana
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Impureza Mineral
Métodos
Peneiramento Calcinação Específico por calcinação
Prof. Dr. Celso Caldas
Impureza Mineral
Cálculos
kg IM / t cana = ( % CCS - % CCL ) x [ 1 - ( % MOV /100 )] x 10
OU
kg IM / t cana = [( % CCS - % CCL ) / % CSolo)] x 10
Prof. Dr. Celso Caldas
Impureza Mineral
Cálculos% Cinzas na cana suja = 2,00
% Cinzas na cana limpa = 0,10
% Cinzas no solo (terra) = 78,00
Cinzas na cana = 2,00 – 0,10 = 1,90 %
100 g solo (terra) --- 78 g de cinzas (impureza mineral)
X --- 1,90 g de cinzas
X = 2,43 % de impureza na cana.Prof. Dr. Celso Caldas
Número de Amostras
Depende da variação dos parâmetros, ou em outras palavras, depende do DESVIO PADRÃO
Depende do erro admitido Independe da quantidade
de cana recebida CONSECANA OBS: p > 10kg
Carreg.* Amostr.** %1 - 5 5 100,06 - 10 5 62,5
11 - 15 6 46,216 - 20 7 38,921 - 25 8 34,826 - 30 9 32,131 - 35 10 30,336 - 40 11 29,041 - 45 12 27,946 - 50 13 27,151 - 55 14 26,456 - 60 15 25,961 - 65 16 25,466 - 70 17 25,071 - 75 18 24,776 - 80 19 24,481 - 85 20 24,186 - 90 21 23,991 - 95 22 23,796 - 100 23 23,5
100 24 24,0>100 25,0
Prof. Dr. Celso Caldas
Fonte: Cochran & Cox
t Valor da tabela do teste "t" com “n” graus de liberdade, igual a 1,96, ao nível de 5% de probabilidade.
s Desvio padrão verdadeiro da população.
d Erro ou desvio permissível no cálculo da média, em porcentagem da média.
m Média verdadeira do parâmetro analisado na população.
2t *s
Nd * m
Número de amostras
FONTE: A. C. Fernandes, 2011
Prof. Dr. Celso Caldas
Número de Amostras
Exemplo POL da cana
Pol média = 14,0% Desvio padrão = 0,8% Erro admitido = 5% N = 5 amostras Erro admitido = 2% N = 31 amostras
FONTE: A. C. FERNANDES, 2011
Prof. Dr. Celso Caldas
0
10
20
30
40
50
60
0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
1,00%
2,00%
3,00%
5,00%
Estimativa para pol cana de 14%Número de amostras
Desvio padrão da população
FONTE: A. C. Fernandes, 2012 Prof. Dr. Celso Caldas
Número de Amostras
Métodos simples:
Comparar o Brix do caldo prensa com o Brix do caldo primário através de uma equação de regressão linear e avaliar o número de amostras através do R2 > 85%
Comparar a PC entre os dados do PCTS e da cana da esteira: [(PCPCTS – PCesteira) / PCPCTS] x 100 < 5%
Prof. Dr. Celso Caldas
Preparo das Amostras
Forrageiras
Índice de preparo Distância das facas e contra-facas (2±0,5mm) Manutenção e registro das facas e contra-facas Medir a rotação
Prof. Dr. Celso Caldas
84,0
89,6
92,8
94,3
80
82
84
86
88
90
92
94
96
1.700 1.900 2.100 2.300 2.500 2.700 2.900 3.100 3.300 3.500
Índice de preparo
Rotação (rpm)
Valores em função da velocidade (rpm)
2.400rpm
A rotação do desintegradordeve estar entre 2.200 e2.700 rpm ideal a 2.400 rpm
FONTE: A. C. Fernandes, 2012 Prof. Dr. Celso Caldas
PODER CALORÍFICO DO BAGAÇO
África do Sul:
LCV = 18260–31,14*BBg–207,01*Ubg–182,6*CzBg
LCV Lower Calorific Value (poder calorífico inferior)
BBg Brix % bagaço
UB
g Umidade % bagaço
CzBg Cinzas % bagaço
Cinzas PCI Dif.%1,0 14.496 0,61,5 14.405 0,02,0 14.314 -0,62,5 14.222 -1,33,0 14.131 -1,9
FONTE: A. C. Fernandes, 2012 Prof. Dr. Celso Caldas