(TCC George Guida)A importância do Bagaço da Cana de Açúcar para a Geração de Energia da Unidade de Pedro Afonso Açúcar e Bioenergia , Teses (TCC) de Engenharia Elétrica
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(TCC George Guida)A importância do Bagaço da Cana de Açúcar para a Geração de Energia da Unidade de Pedro Afonso Açúcar e Bioenergia , Teses (TCC) de Engenharia Elétrica

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A origem da cana-de-açúcar, Históricos da cogeração no Brasil; entre outros.
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TEMA

George Guida de Souza

A importância do Bagaço da Cana de Açúcar para a Geração de

Energia da Unidade de Pedro Afonso Açúcar e Bioenergia.

Pedro Afonso – TO

2015

Faculdade Rio Sono Credenciada pelo Decreto Governamental nº 2.365 de 04/03/2005

Rua 04, nº 350 - Centro - CEP 77710-000 - Pedro Afonso – TO.Tel.: (63) 2112 0110 / (63) 3466 2432 / (63) 8447 2002

George Guida de Souza

A importância do Bagaço da Cana de Açúcar para a Geração de

Energia da Unidade de Pedro Afonso Açúcar e Bioenergia.

Trabalho de conclusão de curso apresentado à Banca Examinadora da Faculdade Rio Sono – RISO, como requisito parcial para a obtenção de grau de Bacharel em Tecnologia em Agroindústria, sob a orientação da Professora Adm. Esp. Laenna Silva Noia Ribeiro.

Pedro Afonso – TO

2015

Faculdade Rio Sono Credenciada pelo Decreto Governamental nº 2.365 de 04/03/2005

Rua 04, nº 350 - Centro - CEP 77710-000 - Pedro Afonso – TO.Tel.: (63) 2112 0110 / (63) 3466 2432 / (63) 8447 2002

George Guida de Souza

A importância do Bagaço da Cana de Açúcar para a Geração de

Energia da Unidade de Pedro Afonso Açúcar e Bioenergia.

Trabalho de conclusão de curso apresentado à Banca Examinadora da Faculdade Rio Sono – RISO, como requisito parcial para a obtenção de grau de Bacharel em Tecnologia em Agroindústria, sob a orientação da Professora Adm. Esp. Laenna Silva Noia Ribeiro.

Banca Examinadora

___________________________________________

Adm. Esp. Laenna Silva Noia Ribeiro.

Orientadora – RISO

___________________________________________

Prof.ª Adm. Esp. Ana Maria Pereira de Souza

Examinador – RISO

___________________________________________

Prof. Adm. Esp. Luciane de Jesus Martins

Examinador – RISO

Data da aprovação: _____/_____/_____

Pedro Afonso – TO

2015

DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho primeiramente a

Deus pelo o seu amor para comigo e a

oportunidade de vida até o presente

momento.

E principalmente a minha noiva Esdras

Oliveira da S. Mota minha fonte de

inspiração que sempre me apoiou em

todos os momentos que eu sempre

precisei. À minha família pelo carinho e

pelo apoio aos meus estudos.

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus por ter me concedido forças e me guiado até o presente

momento para que eu possa seguir em frente e conquista os objetivos que ele tem

preparado em minha vida.

Agradeço a minha noiva Esdras Oliveira da S. Mota pelo o incentivo e a

inspiração, e aos meus pais por sempre acreditar em meus objetivos e pela

confiança.

A Diretora Adm. Laenna Silva Noia Ribeiro, minha orientadora, pela a sua

dedicação na orientação do meu trabalho, e o incentivo nos mementos em que

sempre precisei.

Aos amigos que no decorrer do curso, sempre me apoiaram e pela força que

sempre me deram.

EPÍGRAFE

“Ainda que eu falasse as línguas dos

homens e dos anjos, e não tivesse

caridade, seria como o metal que soa ou

como o sino que tine”. (I Coríntios. Cap.13

vers.1)

RESUMO

Em ralação as consequências ambientais, as empresas vêm se adequando

cada vez mais em sustentabilidade. Pois se desperta olhares de todo o planeta onde

o crescente consumo da população versus o fornecimento de alimentos e a “geração

de energia”, seja uma fonte proveniente e renovável ao meio ambiente.

Diante das grandes concentrações de usinas de cana-de-açúcar no Brasil e a

sua biomassa proveniente que essas agroindústrias oferecem para a geração de

energia, faz com o que as usinas priorizem não só a sua produção, mas

principalmente a grande importância ao aspecto à sustentabilidade. A unidade de

Pedro Afonso Açúcar e Bioenergia, como todas as empresas também prioriza a

importância da sustentabilidade.

A unidade de Pedro Afonso visa o aproveitamento do “bagaço da cana” como

um produto indispensável para a sua produção, pois o consumo através da queima

do bagaço em caldeiras de alta pressão é gerar vapor, onde sustenta a

funcionalidade da planta para a fabricação do Álcool, e a superprodução de energia.

A unidade de Pedro Afonso Açúcar e Bioenergia produzem em media ao dia

720 MWH de energia, e além de consumir o que antes sobrava, o estoque de

bagaço da unidade precisa se utilizado junto a outros resíduos provenientes a

combustão, assim possibilitando o aumento e a geração de energia da unidade.

O presente trabalho tem o papel principal de mostrar a importância dos

aspectos ambientais que estão envolvidos junto a Cogeração de energia, e

apresentando notadamente as vantagens obtidas e a minimização aos impactos que

são causados pelos os resíduos gerados da cana de açúcar no meio ambiente. A

cogeração de energia por meio de sua queima é mostrar a importância da

comercialização do excedente de uma energia limpa e renovável.

Palavras-chave: Sustentabilidade,Cana-de-açúcar, Cogeração.

ABSTRACT

In grating the environmental consequences, companies are increasingly being

adapted in sustainability. For awakens looks around the planet where the growing

consumption of the population versus the food supply and the "power generation", is

a source from the environment and renewable.

Given the large concentrations of cane sugar mills in Brazil and its biomass

from these agro-industries offer for power generation, makes the mills prioritize not

only their production, but mostly great importance to the aspect sustainability. The

unit of Pedro Afonso Sugar and Bioenergy, like all businesses also emphasizes the

importance of sustainability.

The Pedro Afonso unit aimed at taking advantage of the "bagasse" as an

indispensable product for its production, and its use by burning bagasse in high-

pressure boilers generate steam is where the plant maintains functionality for

manufacturing alcohol, and the overproduction of energy.

The unit of Pedro Afonso Sugar and Bioenergy produce on average 720 daily

energy MWH, and besides consume what was left before the stock unit bagasse

need if used together with other waste from the combustion, thus allowing for the

increase and the unit of energy generation.

The present work has the main role to show the importance of the

environmental aspects that are involved with energy cogeneration, and notably

presenting the advantages gained and minimizing the impacts that are caused by the

waste generated from sugar cane in the environment. The cogeneration through its

burning is to show the importance of marketing the surplus of clean and renewable

energy.

Keywords: Sustainability, cane sugar, Cogeneration.

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 01 – Analise de PCTS................................................................................37

FIGURA 02 – Caminhão sendo descarregado em Mesa Alimentadora...................38

FIGURA 03 – Eletroímã em esteira de cana desfibrada .........................................39

FIGURA 04 – Rolo Flutuante....................................................................................40

FIGURA 05 – Terno de Secagem.............................................................................40

FIGURA 06 – Caldeira Aquatubular de Alta Pressão...............................................41

FIGURA 07 - Turbina a Vapor..................................................................................42

FIGURA 08 - Turbina a Vapor em funcionamento....................................................43

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................12

1.1PROBLEMATICA..................................................................................................13

1.2 JUSTIFICATIVA...................................................................................................13

1.3 OBJETIVOS.........................................................................................................14

1.3.1 OBJETIVO GERAL...........................................................................................14

1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.............................................................................14

2. METODOLOGIA.....................................................................................................15

3. REFERENCIAL TEÓRICO ................................................................................... 16

3.3.1 A origem da cana-de-açúcar e a história da produção de açúcar no Brasil......16

3.3.2 Início da expansão da cana-de-açúcar e seu desenvolvimento na história do

Brasil...........................................................................................................................18

3.3.3 Programas de Incentivos a Superprodução......................................................20

3.3.4 Inícios da produção do Combustível da cana-de-açúcar..................................21

3.4. O início da geração de energia através da biomassa da cana...........................22

3.4.1 Históricos da cogeração no Brasil.....................................................................24

3.5 Processo Industrial...............................................................................................26

3.5.1 Recepção da Cana............................................................................................26

3.5.2 Processos de retirada das impurezas da cana.................................................27

3.5.3 Preparo da cana................................................................................................27

3.5.4 Processo de difusão..........................................................................................28

3.5.5 Processos feitos por Moendas..........................................................................28

3.5.6 Bagaço da cana................................................................................................30

3.5.7 Poder Calorífico do Bagaço...............................................................................30

3.6 Sistema operacional de uma Caldeia Aquatubular..............................................31

3.6.1 Processos de queima do bagaço na Caldeira...................................................31

3.7 Turbinas a Vapor..................................................................................................33

3.7.1 Princípios de Funcionamento............................................................................33

3.7.2 Componentes de uma Turbina a Vapor............................................................34

4. Estudo de Caso......................................................................................................37

4.4.1 Recepção, Preparo e Extração (RPE)...............................................................37

4.4.2 Operações em Caldeiras de Alta Pressão........................................................41

4.4.3 Operação em Turbinas a Vapor........................................................................42

5. Apresentação da empresa.....................................................................................45

6. RESULTADOS E CONCLUÇÕES.........................................................................47

7. CONCLUSÃO........................................................................................................49

8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS......................................................................50

1. INTRODUÇÃO

A cana-de-açúcar é um produto agrícola de grande importância para o nosso

país desde a época da sua colonização. Graças a esse cultivo da cana, o Brasil se

tornou o país maior produtor dessa planta que vem se destacando na matriz de

fontes renováveis e viáveis a economia do país, sendo um grande destaque como

uma fonte de opções de sua produção, seja ela favorável ou não, na linha de

produção de energia ou na produção do açúcar e álcool.

Diante das grandes concentrações de usinas de cana-de-açúcar no Brasil e

da sua biomassa proveniente e diversificada a produção surgem novos implementos

de técnicas e aprimoramentos de utilização de fontes renováveis, como a cogeração

de energia com a utilização de resíduos da própria cana-de-açúcar. Antes, resíduos

como o bagaço da cana, era apenas usado sem muita função e que apenas sobrava

e só servia de acumulo no pátio das usinas, pois o bagaço queimado nas caldeiras

era utilizado apenas para suprir a demanda da produção de açúcar e álcool.

Com a necessidade de novos investimentos no setor energético, e o

emprego de técnicas que minimizem as agressões ao meio ambiente, à

geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis tem se mostrado

importante na matriz energética brasileira, (Basquerotto, 2010).

Notadamente a cogeração de energia através da utilização do bagaço da

cana será abordada no decorrer deste trabalho, com o objetivo de mostrar à

importância que o mesmo tem, e que rapidamente se tornou em uma matéria-prima

importante para o país.

1.1 PROBLEMATICA

Para se obter uma boa combustão do bagaço da cana para a geração

energia, é preciso garantir a eficiência na produção e uma boa extração do bagaço.

Para garantir a funcionalidade das caldeiras de alta pressão é necessário que

se obtenha um auto fluxo continuo do bagaço final, com uma umidade devidamente

baixa (bagaço completamente seco). Mas ao contrário, se a umidade do bagaço final

for muito elevada à operação nas caldeiras poderá acarretar sérios transtornos,

como o abafamento ou até mesmo a parada total do processo de produção.

Outro problema que pode causar sérios transtornos com a parada da planta, é

se não obtermos um bom sistema de limpeza de impurezas minerais e vegetais

vindas diretamente do campo junto com a cana de tal maneira que foi colhida. Pois

isso trará diversos problemas, como o desgaste dos equipamentos com o alto nível

de impurezas minerais, e até mesmo podendo encher as fornalhas das caldeiras de

terras, e isso também trará percas na produção, pois será necessária a parada da

planta para a limpeza nas fornalhas onde terá percas na geração de energia.

1.2 JUSTIFICATIVA

Devido às condições climáticas e a escassez de água os sistemas hídricos

estão se tornando cada vez mais uma grande dor de cabeça para as autoridades,

pois os níveis dos reservatórios das usinas hídricas estão cada vez mais baixos

gerando caos ao setor hidrelétrico, e provocando o aumento na conta de luz dos

brasileiros.

Portanto houve o interesse de aprofundar na matéria prima que ao longo dos

tempos se tornou um produto totalmente reaproveitável, e que possivelmente será

proveniente para garantir a demanda de energia do futuro.

Desta forma, foi desenvolvida a pesquisa feita no presente trabalho com o

intuito de mostrar a importância da produção de energia elétrica através da utilização

do “bagaço da cana-de-açúcar”.

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 OBJETIVO GERAL

Observar a importância do bagaço da cana de açúcar para a geração de

energia na unidade de Pedro Afonso – TO.

1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Mostrar a contribuição e a importância que a cana-de-açúcar trouxe para o

Brasil e o seu desenvolvimento desde os dias atuais.

 Avaliar a utilização do bagaço como fonte de geração de energia.

 Mostrar o Processo Industrial e a importância do bagaço.

2. METODOLOGIA

A metodologia utilizada para a elaboração deste trabalho constitui-se, em um

primeiro momento, de pesquisa bibliográfica e descritiva com enfoque qualitativo.

A pesquisa bibliográfica, segundo (Ripoli; Ripoli, 2009), “é uma pesquisa que

procura explicar a importância do Bagaço da cana de açúcar para a Cogeração de

Energia a partir de referencias teóricas publicadas em documentos. Pode ser

realizada independentemente ou como parte da pesquisa descritiva”.

Enquanto que a pesquisa descritiva é aquela que observa, registra, analisa e

correlaciona fatos ou fenômenos sem manipulá-los. Esta pesquisa busca conhecer

os diversos desenvolvimentos tecnológicos que ocorrem na cogeração de energia

da cana de açúcar de uma empresa sucroalcooleira e demais aspectos.

A metodologia é um processo inerente à pesquisa, por sua vez adotado na

elaboração de um determinado assunto, e que deve ser seguido para que possamos

responder os problemas do tema em questão, propiciando então de forma clara e

objetiva pretendidos com o trabalho. Sendo assim, o trabalho em pauta é baseado

em levantamentos bibliográficos, concernentes à importância do Bagaço da Cana de

Açúcar na empresa sucroalcooleira de Pedro Afonso - TO. Com vistas aos objetivos

propostos, foram empregados passos metodológicos que permitiram o pleno

desenvolvimento do estudo pretendido, tais como livros, acessos eletrônicos

(internet), e Trabalho outrora conduzido (teses, dissertações, monografias etc.).

Trata-se também de uma pesquisa descritiva, que segundo Cervo

e Bervian (2002, p.66) “é aquela que observa, registra, analisa e correlaciona fatos

ou fenômenos sem manipulá-los”.

Esta pesquisa busca conhecer as diversas situações e relações que ocorrem

na vida social, política econômica e demais aspectos do comportamento humano,

tanto do individuo tomado isoladamente como de grupos mais complexos.

3. REFERENCIAL TEÓRICO

3.3.1 A ORIGEM DA CANA-DE-AÇÚCAR E A HISTÓRIA DA PRODUÇÃO DE

AÇÚCAR NO BRASIL.

Para Junior (2011, apud BNDS, 2008, p.16), “a cana-de-açúcar é uma planta

do tipo C4 pertencente ao gênero Saccharum, vindas de regiões temperadas

quentes e tropicais da Ásia”. Mas Foi na Nova Guiné Bissau que o homem teve o

seu primeiro contato com a cana-de-açúcar. De lá, a planta foi levada para a região

do Golfe de Bengala, e foi na Índia que seu primeiro nome deu origem à palavra

"shakkar" da língua “sânscrita” antiga língua originaria da Índia, e no Brasil ficou

conhecida até hoje nacionalmente como “cana-de-açúcar”.

Segundo Machado, “a cana-de-açúcar é, talvez, o único produto de origem

agrícola destinado à alimentação que ao longo dos séculos foi alvo de disputas e

conquistas, mobilizando homens e nações”.

Sousa afirma que, “segundo os mais antigos relatos, o açúcar foi

primitivamente relatado quando o general Niarchos, subordinado do imperador

macedônico Alexandre, o Grande, foi encarregado de realizar a conquista da Índia

Oriental”. Com o passar dos tempos naquela região, o general Niarchos observou

que os nativos daquele lugar consumiam o açúcar através de um suco da cana que

eles deixavam em repouso até se transformar em um “mel” próprio da cana-de-

açúcar.

E através dessa descoberta, os ocidentais consumiam entre si o açúcar da

cana que ficou conhecido naquela época como “sal indiano”. Além disso, foi o único

tipo de adoçante utilizado naquela época, e que era feito apenas do melaço e o

sumo da própria cana.

Segundo Machado, “os árabes introduziam seu cultivo no Egito no século X e

pelo Mar Mediterrâneo, em Chipre, na Sicília e na Espanha. Credita-se aos egípcios

o desenvolvimento do processo de clarificação do caldo da cana e um açúcar de alta

qualidade para a época”. Através desse processo de clarificação, os egípcios

conseguiram a obter um açúcar naquela época com suas características próximas

ao açúcar que consumimos nos dias de hoje, e com uma nova aparência aos

olhares do consumidor, e logo o produto passou a ser comercializado, mas somente

em pequena quantidade devido o seu valor ser muito elevado onde só quem poderia

consumir era apenas quem tinha mais condições na época.

Segundo Sousa, “por volta de 650, os exércitos árabes conquistaram a

Pérsia, região em que existiam avançados estudos referentes ao desenvolvimento

de técnicas que facilitariam o transporte do açúcar através do seu refinamento”.

Os árabes ao dominarem esse espaço na produção de açúcar, despertaram o

interesse de plantar mudas de cana-de-açúcar em regiões em que se prosperassem

cada vez mais as plantações.

Por volta do século X e XI, os árabes e os egípcios, vieram a aprender com os

povos persas a maneira como se produzia o açúcar sólido, e foi desta forma nessa

época que se estabeleceram uma nova formula de expandir o açúcar e a maneira de

como se produzia atreves de caravanas entre países asiáticos e africanos.

Aproximadamente pelo o século XII, a cana chegou a uma boa parte do

território português onde rapidamente se adequou ao ambiente, e se tornou em

grandes centros de pesquisas de novas culturas da planta, e aperfeiçoamento de

técnicas de plantio. E neste mesmo período os portugueses observaram que em

algumas regiões o cultivo da cana não se mostravam favoráveis. E somente pelo

século XV, com as navegações portuguesas no seu auge, os espanhóis juntamente

com os portugueses começaram a comercializar a cultura da cana-de-açúcar para

vários outros países.

Por volta de 1454, o açúcar obtido da cana-de-açúcar já era

considerado mercadoria de grande importância para ser vendido, mas a

produção e a mão-de-obra não eram suficientes para a demanda de

exportação do produto para outros países. Desta forma, uma das

alternativas para suprir a mão-de-obra daquela época era a vinda de

escravos africanos capturados e vendidos principalmente na Ilha Madeira,

(Junior, 2011, apud Magalhães, 2009, p.16).

Segundo Fiomari (2004, p.24), “em 1492, o navegador genovês Cristóvão

Colombo, a serviço da rainha Isabel da Espanha, procurava uma nova rota para as

Índias e acabou descobrindo a América”.

Em sua segunda viagem à América (1493) ele introduziu a cana de

açúcar na região onde hoje é a República Dominicana. Mas, com a

descoberta do ouro e prata pelos espanhóis no início do século XVI, o

cultivo e a produção de açúcar foram praticamente esquecidos, (Fiomari,

2004, APUD Machado, 2003, p.24).

Com a grande descoberta dos espanhóis na América, vieram também os

portugueses com o grande interesse de explorar novas terras juntamente com Pedro

Álvares Cabral em 1500, onde avistaram somente uma terra muito exuberante. Pois

seus interesses estavam mais voltados às regiões da Índia, onde naquela época

estavam bastante viáveis as comercializações de seus artigos e especiarias.

Somente trinta anos depois, os portugueses despertaram novos interesses de

retornar a América e decidiu definitivamente explorar terras brasileiras, e isso só veio

a acontecer porque as terras brasileiras juntamente com todo o território Sul

Americano já estavam sendo ameaçadas e exploradas pelo os ingleses e franceses.

Então os portugueses decidiram aprimorar um modelo de ocupação que já

avia experimentado em territórios espanhóis e mais precisamente na Ilha da

Madeira, que foi a produção do açúcar, onde a descoberta da produção do açúcar

estava sendo o grande auge, de valor bastante elevado, e que geraria grandes

recursos para a manutenção de posse da colônia portuguesa no Brasil.

Os portugueses tinham esse modelo baseados em largas extensões de

terras, contando principalmente com a mão de obra dos negros escravos e o uso

extensivo que o território brasileiro oferecia com o solo proveniente a cultura da

cana-de-açúcar.

3.3.2 INÍCIO DA EXPANSÃO DA CANA-DE-AÇÚCAR E SEU DESENVOLVIMENTO

NA HISTÓRIA DO BRASIL

Somente em 1532 chega à primeira muda de cana-de-açúcar ao Brasil,

trazida pela mão de um nobre e militar português Martim Affonso de Souza, onde ele

próprio cultivou e construiu o primeiro engenho de açúcar na Capitania de São

Vicente. Com as necessidades de explora e valorizar as riquezas de terras que o

Brasil oferecia ao governo de Portugal, logo se viu a necessidade de instalar novos

engenhos produtores de açúcar. E esse grande interesse de investimento do

governo português em terras brasileiras, foi devido a essa cultura ser um produto de

alto valor no comercio europeu e pelo o seu crescente consumismo daquela época.

Somente nos séculos XVI e XVII, o açúcar se tornou em principal produto

brasileiro, onde se tornou a base e a sustentação da economia do país. Mas o

açúcar só veio a ser conhecido popularmente nas cozinhas do mundo somente a

partir do século XVII, quando o produto veio a se tornar uma mercadoria bastante

favorável ao bolso do consumidor.

Historicamente com o passar dos séculos, Piracicaba, era a região que

possuía os três maiores engenhos centrais do país e usinas de porte, com o

decorrer dos anos Piracicaba se tornou o maior produtor de açúcar do estado de

São Paulo. Mas foi no Nordeste, principalmente nas capitanias de Pernambuco e da

Bahia, que os engenhos de açúcar vieram a se progredir. E com a crescente

produção de açúcar no decorrer dos anos, as plantações de cana-de-açúcar vieram

a se expandir pelo o litoral brasileiro em menos de vinte anos. E somente por volta

de 1550 o país já tinha se tornado como o maior produtor mundial de açúcar.

A monocultura da agroindústria açucareira gerou riqueza para o Brasil

Colônia e a consequente cobiça externa. Durante a invasão holandesa

ocorrida no litoral nordestino (Bahia, Pernambuco, Maranhão e Sergipe), o

processo produtivo da cana-de-açúcar atingiu cifras admiráveis,

impulsionadas pelo capital e pela experiência holandesa no comércio entre

mares, Segundo Vieira.

Em 1654 ocorreu no Brasil à expulsão dos holandeses devido às

agroindústrias canavieiras terem uma grande queda na produção, e isso veio ocorrer

porque os holandeses adquiriram conhecimentos na produção de açúcar no Brasil

mais precisamente no litoral nordestino e passaram a fazer concorrência com o

produto nas Antilhas e na América Central. E aconteceu que, após um século depois

o Brasil deu a volta por cima e voltou a ocupar a sua liderança novamente no

cenário mundial da produção de açúcar, e devido à queda na produção do açúcar

levado pelos holandeses nas Antilhas e na América Central, essa decadência foi

causada por agitações políticas e conflitos sociais que estava acontecendo na

independência das colônias européias.

Com a expansão dos holandeses nas Antilhas e na América Central na

produção de açúcar, os Estados Unidos estava apenas começando a ser o principal

exportador de açúcar para a Inglaterra e outros países, mais isso só não aconteceu

devido à independência na América Central; contudo o Brasil acabou assumiu

novamente o seu posto de maior produtor e começou a exportar para a Inglaterra e

para outros países.

Na primeira metade do século XIX, os Estados Unidos e a Europa

passaram a produzir açúcar de um tipo de beterraba açucareira, o que fez o

Brasil perder de novo a liderança. Nesse período surgiu o engenho a vapor

como a sua inovação também no início do século XIX. E os produtores

brasileiros rapidamente adquiriram a essa inovação de engenhos a vapor, e

seus patrimônios e os engenhos passaram a ser mais complexos e

atualizados para a época, Cita Vieira.

E com o passar dos tempos, muitas outras inovações foram executadas nos

engenhos indústrias e logo começaram a surgir grandes desenvolvimentos na

indústria açucareira.

Mais precisamente no ano de 1854 com o surgimento das ferrovias no Brasil,

surgiu o consórcio “ferrovia indústria”. Através desse consórcio, trabalhadores dos

engenhos passaram a ajudar a construir e a utilizar a ferrovia para transportar a

cana, o que permitiu a expandir essa iguaria de vez, e em todo o território nacional.

Desta forma, começaram a surgir unidades maiores de produção do açúcar,

onde os engenhos estavam se desenvolvendo cada vez mais conforme a sua

produção, e devido à alta demanda na produção do açúcar, e ao mesmo tempo em

que aumentava a produção, os engenhos maiores reduzia seus pequenos números

de concorrentes, devido a Revolução Industrial que acontecia nessa época. E

rapidamente com as necessidades de maior produção do açúcar, os engenhos

foram se transformando em usinas de açúcar, assim comercializando o produto,

tanto, para o consumo direto ou quanto para a exportação para vários países.

As usinas nordestinas eram as principais responsáveis por toda exportação

brasileira e ainda completavam toda a demanda dos estados do sul. A produção do

nordeste somada a de Campos, no norte fluminense, e a rápida expansão das

usinas paulistas acenavam para um risco que estava prestes a acontecer, que foi a

superprodução.

3.3.3 PROGRAMAS DE INCENTIVOS A SUPERPRODUÇÃO

Em 1933 o governo Getúlio Vargas lançou o programa IAA (Instituto do

Açúcar e Álcool), criado para controlar a produção, e que atribuía a cada usina, uma

quantidade de cana para ser moída para a produção de açúcar e também do álcool.

E para a aquisição de novos equipamentos ou modificação dos existentes, onde os

produtores precisavam também de uma autorização do IAA.

Segundo Machado, “Desde a 2ª Guerra Mundial, os esforços da indústria

brasileira açucareira se concentraram na multiplicação da capacidade produtiva” [...].

As constantes alterações na cotação do açúcar no mercado internacional e

equipamentos de vida útil ultrapassados forçaram as mudanças de atitude para a

manutenção da rentabilidade.

Mas foi em 1959 que se formou a Coopersucar, uma cooperativa formada por

mais de uma centena de produtores paulistas com a finalidade de defesa de seus

preços de comercialização, e a iniciativa de buscar novas tecnologias para as

usinas. Indústrias açucareiras investiram nos principais países como a Austrália e

África do Sul aonde vieram a maior parte dos equipamentos modernos, que

representavam o modelo de modernidade desejada para os produtores brasileiros.

3.3.4 INÍCIO DA PRODUÇÃO DO COMBUSTÍVEL DA CANA-DE-AÇÚCAR

A utilização do álcool como combustível foi uma inovação brasileira para

tentar diminuir a dependência frente ao petróleo. “A partir de meados da década de

70, passou por importante transformação, deixando de ser exclusivamente voltado

para o setor de alimentos, para destinar-se ao setor energético, através do

Proálcool”, (Paoliello 2006 apud Waack; Neves, 1998, p.21).

Em 1973 a modernização das indústrias e a maioria das usinas brasileiras

foram totalmente remodeladas. No ano de 1975 o governo federal desenvolveu o

programa nacional do Álcool (Proálcool), pois o Brasil por sua vez, vinha sofrendo

grandes consequências com a crise do petróleo, um problema que vinha impedindo

o desenvolvimento econômico do agronegócio brasileiro.

Paoliello (2006, p.21), afirma que, “este fomentou o destino da cana para

produção de combustível, tendo efeito positivo no aumento da competitividade do

sistema como um todo”. A escolha da cana-de-açúcar na fabricação de novos

combustíveis foi devido à queda nos preços do açúcar, o que veio a levar o Brasil a

produzir 15 bilhões de litros de combustível nos dez anos após o surgimento do

programa do Proálcool. Assim o Brasil conseguiu se defender da crise do petróleo

que abalou o mundo em 1979.

O projeto do Proálcool veio a entrar em crise, quando o petróleo passou pelo

lado inverso, o preço do barril de petróleo veio a cair, e os investimentos em álcool já

não estavam mais sendo vantajoso para os produtores, e para completa, o preço do

açúcar veio a subir, onde era de grande vantagem se produzir mais o açúcar do que

o álcool.

Somente em meados da década de 1980, o álcool veio a ter a sua volta por

cima, quando aumentaram a cobrança por novas tecnologias de que a fabricação do

combustível não fosse tão poluente. O governo observando que devido ao grande

efeito positivo que a cana-de-açúcar tem como grandes alternativas bastantes

viáveis, e de grande lucratividade no aumento da competitividade e tornando-se

sempre em novos investimentos no setor sucroalcooleiro das indústrias, buscaram-

se novas técnicas e regras para reduzir as agressões ambientais.

E decorrente a esse fator a demanda por produtos no setor sucroalcooleiro

vem aumentando cada vez mais no cenário mundial, e neste ramo o Brasil não vem

sendo diferente, e está sendo líder absoluto na produção mundial. Onde 111 países

produtores de açúcar, 73 cultivam a cana-de-açúcar e são responsáveis por fornecer

¾ da produção mundial de açúcar. Com isso o Brasil se tornou em uma grande

potência como maior produtor mundial de açúcar e álcool, seguido pela Índia e por

Cuba e também liderando no ranking de maior exportador mundial de açúcar.

Esse programa teve por finalidade um grande incentivo na produção do uso

do álcool como combustível em substituição à gasolina onde usinas sucroalcooleiras

alavancaram em alto desenvolvimento, e em menos de cinco anos a produção de

pouco mais de milhões de litros ultrapassou o alto consumo por bilhões de litros de

álcool assim caracterizando o programa Proálcool como o maior programa renovável

que já se estabeleceu em termos mundiais.

3.4 O INÍCIO DA GERAÇÃO DE ENERGIA ATRAVÉS DA BIOMASSA DA CANA

Após o choque do petróleo ocorrido na década de 70, foi necessário buscar

formas de reduzir o consumo e depender menos do petróleo importado.

Assim os países deram maior impulso ao desenvolvimento dos

modelos de cogeração, através dos quais se faz simultaneamente, a

geração de trabalho (energia elétrica ou mecânica) e calor (energia térmica)

a partir de um único combustível, que pode ser o gás natural, o carvão, os

derivados do petróleo, ou a biomassa (Dantas, 2000).

Com a privatização do sistema elétrico e consequentemente o aumento das

tarifas de eletricidade, a cogeração passou a ser desenvolvida e alimentada por

combustíveis que começaram a ser avaliados como uma solução econômica e

bastante viável para o fornecimento de energia e com garantia de operações das

empresas brasileiras.

Em 1776, a idéia de utilizar cogeração foi aplicada por Watt e

Boulton nas máquinas de combustão para moendas de cana de açúcar na

West Indies & Co. Considerando que a mesma combustão usada para

ferver o açúcar fosse utilizada para produzir o vapor que seria necessário

para o processo da fábrica. Essa idéia foi logo difundida e aplicada em

outras indústrias, destaca Júnior (2009).

Somente em 1787, Oliver Evens, teve a idéia genial de fabricar maquinas a

vapor de alta pressão para serem usadas em destilarias, cervejeiras, fabricas de

sabonete, e de papel, assim economizando combustível para todos estes propósitos

com o aproveitamento de vapor de exaustão das maquinas a vapor. Além disso, ele

projetou um sistema de resfriamento de oficinas utilizando a refrigeração por

absorção operada pelo o gás de escape de uma máquina a vapor.

Por volta da década de 80 que vieram a construir as primeiras plantas

geradoras de abastecimento elétrico, época em que a baixa tensão de geração

limitava a cobertura de ação da rede de distribuição em uma pequena distância em

torno do ponto de produção. Mas foi somente em 1870, que a cogeração veio a dar

início ao seu desenvolvimento moderno, foi quando desenvolveram maquinas a

vapores remodelados e acoplados a geradores elétricos em áreas com capacidade a

alta densidade populacional.

Manfrin (2011) cita que, “desde a crise do petróleo ficou clara a importância

das usinas que cogeravam energia por meio da queima de um subproduto da cana-

de-açúcar, o bagaço, e, assim, complementavam a matriz energética nacional”.

Para utilizar o bagaço da cana-de-açúcar como combustível nas

caldeiras, as usinas instalaram turbinas a vapor e tornaram as caldeiras

aptas para o processo, o que lhes permitiu gerar sua própria energia e ainda

vender a energia excedente do processo, segundo (Manfrin et.al, 2011,

apud; Rached, 2009).

Além das vantagens da cogeração na redução dos gastos em energia, com

independência da rede elétrica e segurança no fornecimento, maior proteção do

meio ambiente, maior eficiência na geração de energia, menores gastos de

transporte e de distribuição e melhores adequações entre ofertas e procura de

energia. Faz com que as indústrias brasileiras consigam pontos positivos com a

cogeração, que é uma forma bem simples, segura e barata, na questão energética,

sem contar com os benefícios ambientais.

A potência elétrica produzida pode atender boa parte ou as necessidades da

própria planta industrial, existindo também a possibilidade de se produzir a energia

elétrica para a venda de terceiros, constituindo-se em mais um produto de alto valor

para a empresa. A cogeração tem o processo de produção combinada de energia

térmica e potência mecânica ou elétrica, assim se aplica o uso de energia liberada

pela mesma fonte primaria de combustível, em quais quer que seja o ciclo

termodinâmico.

Fiomari (2004) relata que, As usinas do setor sucroalcooleiro podem

ser consideradas empreendimentos de cogeração, pois, a partir da queima

de bagaço, que é considerada uma fonte primária de energia, gera o vapor

que será fornecido às turbinas de acionamentos mecânicos, como bombas,

moendas, desfibradores, entre outros, e, também, para os geradores de

energia elétrica.

Hoje, cada vez mais a energia se torna no meio da sociedade um bem

indispensável e de grande importância, ou até mesmo às vezes podendo chegar à

escassez de energia em alguns estados devido ao autoconsumo.

3.4.1 HISTÓRICOS DA COGERAÇÃO NO BRASIL

O termo “cogeração” é de origem americana, e a palavra tem a principal

importância de determinar os tempos em que a produtividade seja a palavra chave

na obtenção de resultados, pois a cogeração é uma das alternativas mais viáveis

para plantas de usinas de açúcar e álcool, papel e celulose, entre outras, e

principalmente a sua produção sem que causem tão grandes danos ao meio

ambiente. “Os primeiros sistemas de cogeração (termelétricas) somente surgiram no

final do século XIX, quando o fornecimento de energia elétrica ainda era raro pelas

geradoras”, (Basquerotto, 2010 apud LORA, 2004, p.11).

Segundo Cardoso (2011 p.7), “ainda de acordo com a Cogen (2011), a

cogeração no Brasil era bastante usada no começo do século XX, pois nessa época

ainda não existia nenhuma forma eficiente de geração de energia de maneira

centralizada”. Nessa época era muito difícil a produção de energia elétrica, pois

ainda não existiam as grandes centrais geradoras devido à falta de uma tecnologia

eficiente. E era muito comum de se ver o próprio consumidor de energia elétrica

instalar a sua própria central de geração de energia, onde essa dificuldade durou até

a década de 40.

Em 1905, ouve a existência de uma grande competição entre as empresas

existentes, na busca de um maior espaço no mercado em expansão. “Com o passar

dos anos a centralização foi ganhando espaço na indústria elétrica como

consequência da continua melhoria dos serviços realizados e de uma melhoria na

qualidade da energia fornecida, (Basquerotto, 2010 apud Linero, 2006, p.11)”.

As tecnologias eram atribuídas aos sistemas de transmissão que favoreceram

a interconexão de sistemas e mercados. Com passar dos anos o avanço da

tecnologia veio se adequando em novos conceitos, e a geração surgiu através da

interligação de sistemas elétricos, e isso fez com que o sistema ocasionasse de

forma centralizada e com o apoio das grandes centrais (hidrelétrica e térmica), e a

energia passou a ser distribuída em quantidade maior do que o suficiente, com baixo

custo, e com isso a cogeração veio a perder a sua participação no mercado.

Com o passar dos anos e o melhoramento tecnológico fez com que as

turbinas e motores de alta capacidade aumentassem o seu desempenho funcional

para melhor atender as necessidades de consumo, assim a cogeração ganhou

novamente o seu espaço entre os consumidores, por volta da década de 80.

Atualmente a cogeração se mostra uma alternativa, devido à

instabilidade das grandes hidrelétricas devido à quantidade de chuvas e os

impactos ambientais causados por elas. As indústrias conseguem com a

cogeração uma forma simples, segura e barata, na questão energética, sem

contar os benefícios ambientais, afirma (Cardoso 2011 p.7).

3.5 PROCESSO INDUSTRIAL

3.5.1 RECEPÇÃO DA CANA

Pesagem: essa operação deve ser bastante rigorosa e bem executada, pois esse

valor é terminantemente decisivo para os cálculos de balanço e rendimento da

fabrica. Pois sendo utilizadas duas balanças rodoviárias para a realização

deste serviço, essa operação deve ser muito ágil, pois qualquer falha de

operação pode causar percas no processo de produção da fabrica.

Amostragem: Após o termino da pesagem, as amostragens da matéria-prima serão

enviadas ao laboratório para analises de Pol (quantidade de sacarose presente num

caldo), Brix (medida de quantidade de solido solúvel) e a Fibra da cana. São essas

as análises feitas na recepção da cana.

Descarga e Armazenamento: “(Fujita e Pires 2011), afirma que, a descarga da

cana é realizada de forma mecanizada, podendo ser armazenada ou enviada

diretamente para a mesa alimentadora da moenda”. Na prática, a estocagem da

cana não é recomendada, principalmente se a cana estiver picada ou em toletes.

Caso isso ocorra algumas modificações serão alteradas podendo ocorrer percas

como:

 O ressecamento do colmo: onde haverá perda de peso, aumento de teor de

fibras e Brix. E até mesmo reduzindo a eficiência da moagem além de ter que

usar uma elevada quantidade de água aquecida (embebição).

 “Inversão de Sacarose: depois a cana mantém sua atividade metabólicas,

ocorrendo à inversão da sacarose em glicose e frutose, reduzindo o valor do

caldo se for destinado à fabricação de açúcar, (Fujita e Pires 2011)”.

 Contaminação por microrganismos: As leveduras selvagens, fungos e

bactérias se desenvolverão no meio rico em nutrientes da cana. Isso ocorrerá

devido à ação desses microrganismos que irão produzir uma enzima

chamada invertase, que irá causar a inversão do açúcar.

3.5.2 PROCESSOS DE RETIRADA DAS IMPUREZAS DA CANA

Assim como em todas as etapas que necessitam da locomoção da cana

principalmente na sua produção industrial, essa também não é diferente onde é

transportada através de duas esteiras metálicas. Esse processo é o mais usado em

usinas de cana-de-açúcar, sendo a ponta pé inicial propriamente dito do processo

industrial.

Segundo (Fujita e Pires 2011), “na colheita mecanizada, há o aumento da

quantidade de impurezas (argila, areia, palha e pedras), variando em média de 4%

em dias secos a 15% em dias úmidos”. A presença desses resíduos indesejáveis,

além de desgastar os equipamentos, causa o aumento do tempo de decantação do

caldo, ocasionando o aumento da perda do açúcar por inversão da sacarose,

distribuição de açúcares redutores (AR) e outras indesejáveis reações. Além de

causar o acumulo do volume de cinzas de terras na câmara de combustão das

caldeiras, e outros problemas como de infiltrações em tubulações.

Para evitar essas inconveniências indesejáveis, muitas usinas utilizam esse

método de lavagem ou de limpeza a seco da cana para uma melhor eficiência no

processamento industrial.

Essa operação pode acarretar uma perda adicional de sacarose,

principalmente se houver exposição exagerada de colmo. O volume de

água adicionada é bastante variável, sendo o mínimo de 5m³/ (t de cana*h)

para a realização de uma lavagem razoável, podendo variar conforme a

inclinação da mesa alimentadora. Ressalta (Fujita e Pires 2011).

3.5.3 PREPARO DA CANA

A cana pode oferecer uma alta resistência à recuperação de sacarose

em função da proporção entre suas partes duras e moles. Assim, o principal

objetivo dessa etapa é desintegrá-la, de modo que seja facilitada a extração

do caldo (sacarose) contido nas células. Além disso, visa aumentar a

densidade da massa de alimentação das moendas, bem como produzir um

bagaço no qual ação da embebição se torne mais eficaz, (Fujita e Pires

2011).

Além disso, utiliza-se o (OPEN-CELL), ou seja, índice de células abertas da

cana, que visa à medição da eficiência de preparo. Visto que o preparo excessivo

pode prejudicar a moagem. Um bom índice de preparo tem que está em torno de

90%, tanto na utilização de moendas e difusores.

Os equipamentos utilizados nessa etapa são as facas rotativas e

desfibradores. Essas facas são divididas em dois tipos: as niveladoras, que

regularizam e uniformizam a carga de cana formando um colchão uniforme

e homogêneo; e as cortadoras (Picador). Os desfibradores têm por sua vez

a finalidade de destruir por completo a estrutura da cana, resultando num

ganho significativo na extração, pois aumenta o número de células abertas,

(Fujita e Pires 2011).

3.5.4 PROCESSO DE DIFUSÃO

O processo de difusão funciona da seguinte forma aonde a cana é desfibrada,

e ao invés de passar pelos os ternos da moenda, passará por um banho de água

aquecida onde irá obter o caldo da cana que será extraído por um fluxo de

contracorrente, através de adição de embebição. Esse processo ocorre da seguinte

maneira, onde uma boa parte do caldo é extraído, que é a lavagem da (OPEN

CELL), ou seja, células abertas da fibra da cana, esse processo é conhecido como

processo de (lixiviação). Ou a obtenção de extração do caldo por um processo de

troca físico-químico por pressão osmótica e difusão celular.

Após o difusor, o bagaço é enviado para uma prensa para o deságue,

originando o caldo de retorno. “Para difusão, a água de embebição e do caldo de

retorno da prensa devem ser mantidos a 80ºC a fim de evitar o desenvolvimento de

microrganismos, (Procknor, 2001)”.

3.5.5 PROCESSOS FEITOS POR MOENDAS

O processo de extração do caldo inicia-se logo após o preparo da

cana. Este é então tratado e concentrado para ser destinado à produção de

etanol e/ ou açúcar e tem como objetivo separar os materiais de forma que

recupere a máxima quantidade possível de caldo e produza o bagaço com a

umidade adequada para uma queima satisfatória na caldeira, (Vilela, 2013

apud Pellegrini, 2009; Payne, 1989).

O processo de moagem utilizado por ternos de moendas são equipamentos

utilizados nesse processo de extração, onde varia entre quatro e sete ternos.

A moenda é uma unidade esmagadora constituída basicamente por ternos,

sendo cada um composto por três cilindros dispostos de tal forma que a união de

seus centros forma um triângulo praticamente isóscele. Os cilindros inferiores

possuem seus eixos fixos e gira no mesmo sentido. Já o rolo superior possui um

regulador de pressão hidráulico que controla a posição de seu eixo. “Atualmente, há

uma tendência à incorporação de um 4º, o rolo de pressão, que efetua uma

compressão prévia facilitando a extração, (Fujita e Pires 2011)”.

No primeiro terno é alcançada uma extração de 50 a 70%, onde o bagaço é

redirecionado aos ternos seguintes, assim completando o processo de extração do

bagaço. O objetivo é de recuperar a quantidade máxima possível do caldo e

esmagando o bagaço com o objetivo de se obter uma umidade adequada para uma

boa queima na caldeira.

A obtenção de uma elevada capacidade de moagem e eficiência de

extração são parâmetros primordiais no intuito de atingir alta produtividade

nas usinas, por isso, nos últimos anos, os seguintes componentes de

projeto foram otimizados: calha Donnely (alimentação por gravidade),

embebição, rolos de pressão, eixos e castelos de moendas, esteiras e

moendas e aplicação da automação, (Vilela, 2013 apudLeal, 2010; CTC,

1990).

Com a alta demanda na produção e por ganhos em competitividade as

indústrias optam por esses requisitos no processo para aumentar a sua eficiência na

extração do caldo, onde se realiza a adição de água aquecida (embebição), onde o

bagaço ainda pode conter certa quantidade de caldo que escapou ao ser esmagado.

Um fato importante na eficiência da embebição é o preparo da cana, já que a

água adicionada ao bagaço deve encontrar uma grande área de contato superficial

para ser absorvida, e promover a diluição do caldo residual. “Algumas usinas

empregam embebição com água quente (T > 70⁰C), uma vez que as temperaturas

elevadas facilitam o transporte de massa”, (Fujita e Pires 2011).

Essa eficiência de extração por ternos tem o papel de extrair o máximo do

açúcar do bagaço que varia entre 94,0% a 97,5%, e de obter uma umidade do

bagaço final que ficará em torno de 50%.

3.5.6 BAGAÇO DA CANA

O bagaço é uma biomassa fibrosa constituída por 50-60 % de celulose, 20-

25% de hemicelulose e 20-25 % de lignina (Camargo et. al., 1990), e com uma

umidade de cerca de 50% (Prieto, 2003). Uma parcela gerada no sistema de

extração é enviada para a planta de utilidades, onde é queimado nas caldeiras,

sendo uma parte armazenada como reserva técnica (Pellegrini, 2009).

Paoliello (2006) Afirma que, “o rendimento de uma caldeira depende do

material a ser utilizado como combustível, visto que o seu poder calorífico é

determinado com base em suas propriedades (composição física, peso específico e

composição química)”.

Além da utilização do bagaço para a cogeração de energia, o excedente do

bagaço é utilizado em outras indústrias, onde pode ser utilizado como ração animal,

na produção de celulose, na fabricação de papel, e chapas semelhantes à madeira,

entre outras.

3.5.7 PODER CALORÍFICO DO BAGAÇO

O poder calorífico do bagaço é a quantidade de calor que a combustão de 1

kg do combustível considerado pode fornecer.

Podem-se distinguir dois valores de poder calorífico: Poder Calorífico Superior

(PCS), e Poder Calorífico Inferior (PCI).

Segundo Paoliello (2006), o poder calorífico superior, ou PCS: é o calor

desprendido pela combustão de 1 kg do combustível bruto. O PCS é medido em

bomba calorimétrica onde o combustível é queimado na presença de O² a 30 bares

(kgf/cm²), com o vaso de combustão mergulhado na água com temperatura na faixa

de 20°C a 25°C.

O poder Calorífico Inferior, ou PCI, é obtido de forma contraria, onde a água é

formada pela combustão, assim como a água fisiológica do combustível obtida

através do estado de vapor.

Paoliello (2006)afirma que,o PCI fornece uma idéia mais exata do calor

realmente obtenível. Portanto, na prática deve-se adotar o PCI [...]”.

3.6 SISTEMA OPERACIONAL DE UMA CALDEIA AQUATUBULAR

As caldeiras mais utilizadas nas indústrias brasileiras para a queima do

bagaço da cana-de-açúcar são as caldeiras aquatubulares, portanto para se obter

uma boa eficiência na geração de energia, necessita-se e muito da pressão do vapor

para o funcionamento da planta, e a melhor solução econômica e eficiente é o

aquecimento da água, que será transformada também em vapor e, depois, enviada

para os pontos de consumo.

A geração de vapor é sem dúvida indispensável para usina de cana-de-

açúcar, a caldeira é o setor que requer bastante atenção e preocupação dentro de

uma usina. Pois é a partir de um bom funcionamento da caldeira, que é obtido o

vapor para gerar a energia elétrica, e ainda movimentar as turbinas de acionamento

da moenda e outros equipamentos da própria planta.

Nas usinas, as caldeiras aquatubulares têm a função de circular à água por

dentro de tubos e os gases por fora. Onde este tipo de caldeira é caracterizado por

uma maior produção de vapor e maior rendimento térmico do que outros tipos de

caldeiras.

3.6.1 PROCESSOS DE QUEIMA DO BAGAÇO NA CALDEIRA

O bagaço que sai do último terno de moenda é transportado através de uma

esteira de borracha para a caldeira. Através dessa esteira de borracha, o bagaço é

despejado em uma esteira distribuidora metálica, que tem a função de distribuir o

bagaço em dosadores ou alimentadores de bagaço, onde geralmente nas usinas se

utilizam seis dosadores com a velocidade controlada por inversores de nível e de

frequência. Logo em seguida é utilizado um ventilador pneumático chamado

“espargidor”, que tem a função de soprar todo o bagaço que cair dentro da fornalha

da caldeira.

Junior (2012, p.28) Afirma que, “O bagaço é dosado dentro da fornalha, onde

ele queima em suspensão, ou seja, no fundo da fornalha chega apenas algumas

cinzas do bagaço [...]”.

A fornalha como as demais paredes da caldeira podem ser construídas com

chapas de aço e o uso de camadas de lã de vidro servindo como isolante térmico do

ambiente quente das partes internas da caldeira. Também os tubos existentes na

parte interna da caldeira são revestidos contra a perca de vapor, onde o objetivo é

fazer com que a temperatura chega acima de 800ºC.

“Sob o fundo da fornalha é instalada uma grelha, geralmente basculante. Os

elementos da grelha possuem furos suficientemente dimensionados para a

passagem de ar externo, pré-aquecido, que mistura com o bagaço e produz sua

queima, (Junior, 2012 apud Empresarial, 2002, p. 28)”. Essa queima do bagaço no

interior da fornalha gera as cinzas e fuligem que se fixam nas áreas de troca térmica

da caldeira, causando a perca na produção de vapor. Periodicamente é feita

limpezas no interior da fornalha com sopradores de fuligem, ele tem a função de

sopra em alta pressão fazendo com que evite o acumulo de fuligem e cinzas nas

partes térmicas e estratégicas da fornalha.

Através da queima do bagaço na fornalha geram-se gases que é conduzido

para o pré-aquecedor de ar. Esse equipamento tem a função de pré aquecer o ar

que passa por fora dos tubos ocasionando uma troca térmica com os gases que

passam por dentro dos tubos.

Do pré-aquecedor de ar, os gases da fornalha passam pelo

Economizador, que é uma estrutura em forma de serpentina que efetua o

aquecimento da água de alimentação da caldeira aproveitando parte do

calor dos gases resultantes da combustão. Pode ser instalado antes ou

após o pré-aquecedor de ar. Com a elevação da temperatura da água, há

redução significativa de consumo de combustível produzindo a mesma

quantidade de vapor, afirma (Junior, 2012, p. 29).

Em seguida utiliza-se o lavador de gás, esse tem a função de jatear à água

formando um spray em toda a área interna da fornalha, permitindo que passe

somente os gases e impedindo a passagem da fuligem. Onde a fuligem resultante

dessa lavagem é depositada em uma lagoa de sedimentação externa, próxima a

caldeira. E finalmente para conduzir os gases para a chaminé, utilizam-se os

exaustores. Este também tem a função de favorecer na pressão negativa de dentro

da fornalha. Sem o uso dos exaustores, pode ocasionar um arraste de combustível

ou até mesmo ocorrer uma explosão. A chaminé também o papel de conduzir os

gases formados na combustão para a atmosfera.

3.7 TURBINAS A VAPOR

As turbinas a vapor são equipamentos térmicos acionadores de alta

velocidade que utiliza o vapor em alta pressão para o seu funcionamento. Quando a

turbina é acoplada a um gerador, se obtém a transformação da energia mecânica

em energia elétrica.

Os componentes básicos de uma turbina é o rotor adaptado com paletas,

hélice, lamina ou cubos colocados ao redor de sua circunferência, fazendo com que

a pressão do vapor que entra na turbina, gere movimento de forma tangencial

girando o eixo. A turbina a vapor é o equipamento mais utilizado atualmente entre os

acionadores primários existentes na indústria.

3.7.1 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO

Uma turbina a vapor tem o principal objetivo de transformar a energia contida

num fluxo continuo de vapor em um trabalho mecânico, que somente parte da

energia contida na turbina poderá ser convertida em trabalho, e a outra parte da

energia que não pode ser transformada em trabalho, permanece no vapor

descarregado pela máquina. E essa energia não é utilizada, em muitos casos, é

simplesmente transferida para um condensador ou utilizada para outros fins de

aquecimento.

Chiericato (2010, p.19), “o trabalho mecânico realizado pela máquina pode

ser o acionamento de um equipamento qualquer, como, por exemplo, um gerador

elétrico, um compressor, uma bomba. [...]”.

Em uma turbina a vapor a transformação de energia é feita em duas etapas:

Primeiramente, a energia do vapor é transformada em energia cinética. E para que

isso ocorra é necessário que o vapor escoasse por pequenos orifícios, denominados

expansores, e a sua capacidade de passagem é muito pequena, fazendo com que a

passagem do vapor adquira alta velocidade no interior da turbina, assim

aumentando a velocidade da energia cinética e diminuindo consequentemente a

energia expressa pelo o calor do vapor. O expansor, além do aumento de velocidade

e da diminuição da energia térmica, pode ocorrer também uma queda de pressão,

acarretando a queda na temperatura e no aumento do volume especifico de vapor.

Já na segunda etapa, o funcionamento da turbina gera uma força de um jato

de vapor que produz trabalho mecânico, e conforme a essa transformação de

energia, pode ser definida por duas maneiras diferentes: segundo o princípio da

ação ou segundo o princípio da reação.

Se o expansor for fixo e o jato de vapor dirigido contra um anteparo

móvel, a força de ação do jato de vapor irá deslocar o anteparo, na direção

do jato, levantando o peso. Se, entretanto o expansor puder mover-se, a

força de reação, que atua sobre ele, fará com que se desloque, em direção

oposta do jato de vapor, levantando o peso, Chiericato (2010, p. 20).

Em ambos os casos a energia do vapor é transformada em energia cinética

no expansor, e em seguida é convertida em trabalho.

3.7.2 COMPONENTES DE UMA TURBINA A VAPOR

 Carcaça ou Estator: é a estrutura da turbina, e no seu interior giram o eixo e os

discos, ou tambor, e tem a capacidade de suportar diversas peças fixas, tais como

diafragma (ação), palhetas fixas, bocais, válvulas, e mancais.

 Expansores: são peças de seção variáveis, que tem a função de reduzir e aumentar

a pressão, e aumentar a velocidade do vapor. Os expansores podem ser

convergentes ou convergente-divergentes. Os convergentes são usados para

determinadas pressões de descarga maior ou igual a 55% da pressão de entrada. Já

os convergente-divergentes são utilizados para pressões de descarga menores que

55% da pressão de entrada.

 Conjunto Rotativo: O conjunto rotativo é diferente, dependendo do tipo da turbina.

Para as turbinas de alta rotação ou de altas temperaturas, onde a montagem poderia

apresentar sérios problemas durante a operação, eixo e rotores são usinados e

forjados uma fez única. Na periferia dos rotores são montadas as palhetas. Onde

todas as partes principais do conjunto rotativo da turbina, sempre que possível

devem receber na sua montagem ou manutenção, balanceamento dinâmico

multiplano, e fazer a correção e verificação do balanceamento a cada adição de dois

componentes.

 Palhetas: são fabricadas de aços-liga especiais, usinadas e forjadas com

acabamento fino. As palhetas fixas podem ser montadas diretamente no estator, ou

em anéis suportes, que são presos ao estator. Já as palhetas do conjunto rotativo

são removíveis e fixadas ao disco do rotor pelo malhete.

 Diafragma: é constituído por dois semicírculos, que são montados na carcaça por

um sistema de ranhuras, e adaptados de forma que não toque no eixo. Entre o

diafragma e o eixo, são instalados os labirintos, fixando no diafragma ou no eixo,

com o objetivo de garantir a selagem interna entre os estágios intermediários.

 Acoplamento: Tem a função de ligar o eixo da turbina ao eixo do equipamento

acionado.

 Sistema de Vedação: esse sistema tem a função de vedar algumas folgas existentes

entre as partes estacionarias e o conjunto rotativo, podendo ocorrer o escape de

vapor nas zonas de alta pressão para a baixa pressão, ou até mesmo podendo

entrar ar em turbinas de condensação. Sem um sistema de vedação adequado, faz

com que o escape do vapor diminui a potência útil e aumenta o consumo de vapor.

Os sistemas de vedação são os seguintes: Labirinto – São anéis bipartidos e montados no estator, e seu objetivo é reduzir o

escape de vapor pela alta perda de carga ocasionada pela restrição ao fluxo e

turbilhonamento causados pelas aletas.

Mista – Em turbinas de utilização especial, multiestágios, se utiliza labirintos nas

selagens internas e externas do eixo, e na extremidade das palhetas fixas e palhetas

movem nos estágios de reação, assim como entre o eixo e diafragmas nos estágios

de ação.

Nas turbinas de condensação, para evitar a entrada de ar, pode ser injetado vapor

com pressões ligeiramente superiores a pressão atmosférica nas selagens de baixa

pressão.

 Sistemas de Apoio: este sistema tem o objetivo de apoiar o eixo da turbina e

sustentar os esforços radias e axiais que atuam sobre o conjunto rotativo. Garante

também as folgas entre as partes moveis e estacionárias.

 Válvulas de Controle de Admissão: para manter o controle de sobrecarga de vapor

que entra na turbina é utiliza-se múltiplas válvulas em paralelo (válvulas de

sobrecarga). Cada válvula tem o papel de alimentar um grupo de expansores

diferentes, e trabalham automaticamente, ficando em casos de vazão baixa de

vapor, apenas um grupo de expansores com as válvulas aberta em automático.

Permitindo um controle eficiente e preciso.

 Governadores: Os governadores mecânicos ou de massa oscilantes compactas e

basicamente em pesos articulados, que giram a uma velocidade igual ou

proporcional a turbina, e atua contra a pressão de uma mola que dar o ajuste de

velocidade desejada. Se a turbina aumenta a velocidade, os pesos articulados se

abrem, e movimenta a haste no sentido no sentido de fechar a válvula de admissão.

E se a velocidade diminui, os pesos se fecham, fazendo com que a válvula de

admissão se abra.

 Sistema de Segurança: para garantir a segurança da operação de uma turbina, é

instalado diversos sensores e dispositivos. Esse sistema tem a opção de

acionamento automático ou manual, local ou remoto, atuando em alarme ou corte.

 Sistema de Lubrificação: a lubrificação de mancais de uma turbina é feita por um

sistema de pressurização com reservatório externo. As bombas de óleo devem

trabalhar sempre com o nível de óleo adequado e ter o acionamento separado ao da

turbina. E um sistema de refrigeração indicando a temperatura na entrada e na

saída.

4. ESTUDO DE CASO

4.4.1 RECEPÇÃO, PREPARO E EXTRAÇÃO (RPE)

Ao chegar à usina a cana irá passar por um processo de pesagem, aonde o

caminhão se posicionará em uma balança para obter o seu peso. Em seguida o

caminhão seguirá para um local de análise chamado PCTS (Pagamento de Cana

por Teor de Sacarose) onde se posicionará em uma sonda de amostragem para

identificar a quantidade de açúcares presente na cana, e também outros itens da

cana como: o teor de fibra da cana, açúcares redutores (glicose e frutose), dextrana

e impurezas minerais e vegetais.

Figura 1: Analise de PCTS

Fonte: Embrapa

Após todo esse processo, a cana será direcionada para o descarrego, que

será realizado da seguinte maneira, simples e bem prático, com o auxílio de um

guindaste, mas conhecido como (Guincho Hilo) que é composto de uma estrutura

tubular, com uma altura aproximadamente a 16m, e com a capacidade de

descarregar até 50 toneladas.

Ao posicionar-se o caminhão na mesa alimentadora, o guincho hilo fará a sua

função operacional levantando o vagão arremessando toda a carga na mesa

alimentadora, no qual terá a função de receber a cana já picada vinda do campo,

fazendo com o que fique uma alimentação uniforme. A mesa alimentadora possui

duas partes com correntes metálicas e arrastadores que tem a função de arrastar

toda a cana a uma esteira metálica.

Figura 2: Caminhão sendo descarregado em Mesa Alimentadora.

Fonte: Reis, F. A.; Andrade, W. M. (2013).

Em seguida neste mesmo processo, acontece a separação da cana com as

impurezas minerais; onde a cana cai na esteira metálica, e com o auxílio de quatro

potentes sopradores, tento a finalidade de soprar as impurezas contidas na cana

onde se retira aproximadamente 70% das impurezas minerais vindas diretamente do

campo.

O preparo da cana funciona da seguinte forma: ao passar pelo sistema de

limpeza, a cana é direcionada por uma esteira metálica que conduz a cana para os

seguintes equipamentos; fazendo um processo de desfibração da cana,

proporcionando a abertura das células em torno de 90% após ser desfibrada. Em

seguida o bagaço segue em uma esteira de borracha, onde é feita a limpeza de

metais retirados do campo, feito por um eletroímã.

Figura 3: Eletroímã em esteira de cana desfibrada.

Fonte: Reis, F. A.; Andrade, W. M. (2013).

Após a garantia de que não terá partes metálicas que poderia ocasionar a

quebra de equipamentos subsequentes, o bagaço e despejado em uma esteira

chamada transversal de entrada.

Feito esse processo, a cana está pronta para ser extraída no difusor, a esteira

transversal de entrada é responsável por nivelar, e selar o bagaço dentro do difusor,

e também tem a função de aumentar ou diminuir a altura do colchão do difusor.

Dentro do difusor contém correntes com talíscas metálicas que transportam o

bagaço. O processo de difusão consiste na condução do bagaço, a fim de que a

sacarose adsorvida ao bagaço seja diluída e removida por lixiviação ou lavagem por

um processo de contracorrente. Reduzindo a quantidade de água necessária, onde

é feita uma operação de retorno de caldo diluído extraído.

Figura 4: Rolo Flutuante.

Fonte: Bastos Neto (2010).

No final do difusor, possui um rolo desaguador rotativo, sua função é manter o

bagaço final enxuto, e ao cair na próxima esteira de saída do difusor, o bagaço é

descompactado por placas defletoras que são ajustável e assim proporcionado um

carregamento perfeito na esteira transversal de saída.

Figura 5: Terno de Secagem.

Fonte: Reis, F. A.; Andrade, W. M. (2013).

Feito esse processo o bagaço será guiado para o processo de desaguamento

no qual tem a função de garantir que o bagaço seja esmagado retirando certa

quantidade de caldo que foi obtida pela a lavagem que feita no difusor. Após a essa

etapa de esmagamento o bagaço é conduzido ao terno de secagem que irá retirar o

restante do caldo, deixando totalmente o bagaço seco pronto para ser queimado nas

caldeiras.

4.4.2 OPERAÇÕES EM CALDEIRAS DE ALTA PRESSÃO

As caldeiras ou geradores de vapor são equipamentos destinados a

transformar água em vapor. A energia necessária à operação, isto é, o fornecimento

de calor sensível à água até alcançar a temperatura de ebulição, mais o calor latente

a fim de vaporizar a água e mais o calor de superaquecimento para transformá-la

em vapor superaquecido, é dada pela queima de um combustível.

Figura 6: Caldeira Aquatubular de Alta Pressão.

Fonte: http://www.vetorial.ind.br/pt/sustentabilidade/co-geracao-de-energia.

4.4.3 OPERAÇÃO EM TURBINAS DE VAPOR

Na unida de Pedro Afonso Açúcar e Bioenergia no processo de cogeração,

temos um o conjunto de caldeiras, turbinas, redutores e turbo gerador. A usina é

dimensionada com duas caldeiras de 200 toneladas cada, e tem uma vazão total de

400 toneladas e duas turbinas de alta pressão e alta velocidade, sendo uma de

contrapressão com uma velocidade nominal de 4820 RPM e a outra de

condensação em uma velocidade nominal de 6050 RPM e dois turbos geradores

com potência elétrica de 35mw e 45mw, geração total de 80mwh.

O primeiro passo é a queima do combustível (o bagaço-da-cana), que tem a

sua queima em alta pressão e com grandes motores no auxílio do processo é

gerado um vapor em grandes números para mandar para as turbinas de alta

pressão.

Figura 7: Turbina a Vapor.

Fonte: Rozales Rangel.

Ao chegar o vapor na turbina (NG HB 900) de contrapressão, um vapor de

65kgf/cm² entrando e passa em suas paletas e adquire as suas perdas, chegando a

uma pressão de 1,5 kgf/cm² para atender o processo na fabricação do açúcar e

álcool. Em seguida com essa pressão é possível girar o eixo da turbina de 25

toneladas em alta rotação de 4820 rpm; e com esta rotação de 4820 RPM, é preciso

passar por um redutor de velocidades, reduzido a mesma para 1800 RPM para que

gire o eixo do gerador e gerando uma potência de 13,8 kV (equivalente a 13800

volts).

Figura 8: Turbina a Vapor em funcionamento.

Fonte: Degaspari. R.

Após a geração da energia a mesma é mandada para um cubículo de media

tensão aonde é transportada para a Substação 138kv, e elevando de 13,8 kv para

138kv através de outro transformador de alta tensão e mandado em uma linha de

transmissão com dispositivos de alta tecnologia para a Substação da Aneel de

Miracema do Tocantins.

Na turbina de condensação (TGM CT-40), o processo de funcionamento é um

pouco diferente da de contrapressão, na mesma linha de vapor de 65kgf/cm² é

preciso rebaixar (por válvulas rebaixadoras), para outra pressão de 19kgf/cm², que

serve para fazer a selagens em alta e baixa pressão que significa o pré e

aquecimento continuo da máquina. E após as selagens o vapor que sobra vai para o

condensador que é um tanque que faz o processo de condensação seguido de outro

tanque chamado Hotwel, aonde vem uma linha de pressão de 04kgf/cm² de água da

torre de resfriamento, e gerando o processo de condensação que é reenviado para

as caldeiras ajudando a mesma.

Mas processo de turbina de condensação na geração de energia é o mesmo

da turbina de contrapressão, o que muda é a rotação que é uma por maior de 6050

RPM e a potência do gerador que é 35 MW.

O contrato de energia da unidade é de 30 MWH somando em 720 MWH ao

dia que atender aproximadamente a uma cidade de 330 mil habitantes. Mas o

consumo da unidade é de 18 MWH, e podendo ter a exportação de até 62 MWH que

é a capacidade de do transformador que a Substação tem, mas respeitando as

vazões das caldeiras que as soma das duas é de 400 toneladas, mas em sempre

pode ter sujeiras de terra e pedras que pode atrapalhar na queima do bagaço da

cana. A eficiência das turbinas de condensação (TGM) é de três toneladas de vapor

por MWH e a da turbina de contrapressão (NG) é de até sete toneladas de vapor por

MWH dependendo do processo do álcool e a açúcar quando estiver processando.

5. APRESENTAÇÃO DA EMPRESA

A unidade sucroalcooleira localizada no município de Pedro Afonso – TO deu

o seu inicio no Brasil desde 1905, e é uma das principais empresas de agronegócio

e alimentos do Brasil e uma das maiores exportadoras. Atua de forma integrada do

campo à mesa do consumidor. Desde a produção e a comercialização de

fertilizantes, compra e processamento de grãos (soja, trigo e milho), produção de

alimentos (óleos, margarinas, maioneses, azeite, arroz, farinhas), serviços portuários

até a produção de açúcar e bioenergia.

Hoje, conta com mais de 20 mil colaboradores, atuando em cerca de 150

instalações, entre fábricas, usinas, moinhos, portos, centros de distribuição e silos,

em 17 estados de todas as regiões brasileiras. Marcas como Serrana, Manah,

Salada, Soya, Cyclus, Delícia, Primor, estão profundamente ligadas não apenas à

história econômica brasileira, mas também aos costumes, à pesquisa científica, ao

pioneirismo tecnológico e à formação de gerações de profissionais.

A construção da usina em Pedro Afonso – TO teve início em janeiro de 2009

e em julho de 2010, a unidade já havia iniciado a operação em caráter experimental.

O plantio do canavial teve início em julho de 2007, com um viveiro de mudas em 237

hectares. Hoje, são mais de 24 mil hectares plantados e a projeção até 2012 foi de

atingir 32 mil hectares de cana-de-açúcar na região. Em parceria com centros de

pesquisa, a empresa se dedicou também à inovação ao desenvolver variedades de

cana-de-açúcar específicas para o clima e o solo da região.

Localizado no interior do Tocantins, a usina Pedro Afonso - TO a primeira

unidade greenfield e a oitava usina produtora de Álcool e Energia da empresa no

Brasil. Com capacidade inicial de moagem de 2,5 milhões de toneladas de cana-de-

açúcar por ano, a nova usina utiliza o que há de mais moderno em tecnologia,

realiza plantio e colheita totalmente mecanizados, além de aproveitar integralmente

o bagaço da cana para a produção de energia elétrica, processo conhecido como

cogeração.

A usina Pedro Afonso Açúcar e Bioenergia tem capacidade para produzir 180 Gwh

por ano de energia e, a partir de 2013, a unidade deu inicio na contribuição de

fornecimento de energia elétrica do estado do Tocantins. Foram investidos mais de

20 milhões de dólares no processo de cogeração, que consiste na queima do

bagaço da cana (resíduo da produção) para gerar energia elétrica. Uma parte desta

energia será utilizada internamente para operar a usina, ou seja, a unidade é

autossuficiente energeticamente. Outra parte poderá ser disponibilizada ao sistema

elétrico nacional, com capacidade para abastecer uma cidade de até 300 mil

habitantes.

6. RESULTADOS E CONCLUÇÕES

Com base nos resultados obtidos na realização deste trabalho, o objetivo é

mostrar a importância que o bagaço da cana tem para a geração de energia. A cana

é uma biomassa que pode ser transformada totalmente em energia aproveitável

atreves de processos industriais, e além de ter um custo menor na geração de

energia por biomassa, e ainda tem uma grande vantagem, que é gerar uma emissão

praticamente a zero na atmosfera.

Segundo Nova Cana, “a grande utilização atual do bagaço é o seu

aproveitamento como combustível das caldeiras, gerando vapor para aquecimento e

para geração de energia elétrica para consumo na usina e para venda às

concessionárias de energia elétrica”.

A palha da cana, na atualidade, é ainda muito pouco aproveitada pelas

indústrias para fins industriais energéticos, sendo que em grandes casos ainda se

obtêm a queima no próprio campo. O seu aproveitamento também resulta como um

grande potencial na geração de energia para o setor.

A utilização do bagaço de cana para a geração de energia vem sendo

amplamente pesquisada e divulgada nos últimos anos. E atualmente em tempos de

escassez de energia, devido à falta de chuvas que está reduzindo cada vez mais as

capacidades hídricas do país. Faz com que especialistas do setor sucroalcooleiro

afirmam que o bagaço da cana está se tornando uma fonte de alternativa de

energia. Com 87% da matriz energética proveniente de hidroelétrica, o Brasil está à

beira de uma crise, devido ao baixo nível dos reservatórios nas usinas hídricas, pois

esse tipo de fonte de energia depende e muito das chuvas.

O país precisa aproveitar seu potencial e suas vantagens dada a

diversidade de fontes disponíveis. O setor sucroalcooleiro é candidato

natural porque representa uma enorme oportunidade para nossa economia.

Não por outro motivo, o Brasil chegou a ser reconhecido como a “Arábia

Saudita verde”, (Fonte: Folha de S. Paulo).

De acordo com a Única, “o Brasil é destaque mundial no uso de energias

renováveis, que representam mais de 44% da matriz energética do país [...]”. O

setor sucroenergético possui papel chave nesta participação, uma vez que somente

os produtos da cana-de-açúcar são responsáveis por 15,7% de toda a oferta de

energia do país. Este valor já ultrapassa o fornecido pelas usinas hidroelétricas

7. CONCLUSÃO

Com o intuito de mostrar a importância do bagaço da cana de açúcar para a

cogeração de energia. É que atualmente, o bagaço da cana está sendo o recurso de

maior potencial para a geração de energia elétrica no país. A entrada de

investimentos em capacidade instalada para a geração de energia proveniente de

fontes renováveis, como a biomassa, gera maior flexibilidade, além de reduzir os

impactos ambientais, ainda proporciona a autossuficiência e disponibiliza a energia

elétrica a custos significativos.

O setor sucroalcooleiro tem uma grande vantagem, que a oportunidade de

utilizar a sua própria matéria-prima, que é a, biomassa para a geração de energia

elétrica e utiliza para o seu próprio consumo e também para exportação a partir da

cogeração.

Com a alta produtividade alcançada pela as lavouras canavieiras, ter se

estendido em ganhos sucessivos nos processos de transformação da biomassa

sucroalcooleira, e disponibilizado enorme quantidade de matéria orgânica sob a

forma de bagaço nas usinas de cana-de-açúcar, e interligados aos principais

sistemas elétricos.

Umas das principais dificuldades ao maior uso da biomassa na geração de

energia elétrica são os custos relativamente altos de produção e transporte e, de um

modo geral, incluindo aspectos socioambientais. Tais medidas tendem a ser

contornar pelo o desenvolvimento, aplicação, aprimoramento e investimento de

novas e eficientes tecnologias no ramo da automação industrial, visando maior

produtividade, ao menor custo e com maior qualidade.

8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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