A Moagem da Cana-de-Açúcar: Fundamentos e Tecnologia

Introdução

A moagem representa uma das etapas mais críticas no processamento da cana-de-açúcar, sendo responsável pela extração do caldo rico em sacarose contido nos colmos. Este processo combina princípios de engenharia mecânica, física e química para maximizar a recuperação de açúcares enquanto minimiza perdas e custos operacionais. A eficiência da moagem impacta diretamente a rentabilidade da usina, tornando seu entendimento fundamental para profissionais do setor sucroenergético.

[Image blocked: Diagrama de Terno de Moenda] Figura 1: Diagrama técnico de um terno de moenda mostrando a configuração triangular dos rolos

Histórico e Evolução

A moagem de cana evoluiu significativamente desde os primitivos engenhos coloniais movidos por tração animal ou roda d'água. Os primeiros engenhos utilizavam dois rolos de madeira dispostos verticalmente, com capacidade limitada e baixa eficiência de extração (cerca de 30-40%). Com a Revolução Industrial no século XIX, surgiram as moendas metálicas de três rolos dispostos em configuração triangular, elevando a extração para 60-70%.

A grande revolução veio no século XX com a introdução do preparo intensivo da cana (picadores e desfibradores), sistemas de embebição e o desenvolvimento de materiais mais resistentes para os rolos.

Atualmente, usinas modernas alcançam eficiências de extração superiores a 96%, processando mais de 1.000 toneladas de cana por hora em um único trem de moagem.

Preparo da Cana

Antes da moagem propriamente dita, a cana passa por um processo de preparo que visa facilitar a extração do caldo e aumentar a capacidade das moendas. Esta etapa é fundamental para o desempenho global do sistema.

Nivelamento

A cana proveniente do pátio é transportada por esteiras até o nivelador, equipamento que distribui uniformemente o colchão de cana, eliminando picos e vales que poderiam causar variações na alimentação das moendas. O nivelamento garante fluxo constante e previne sobrecargas.

Picagem

Os picadores são conjuntos de facas rotativas montadas em eixos horizontais que cortam a cana em pedaços menores (5-15 cm). A velocidade de rotação varia entre 600 e 900 rpm. A picagem aumenta a densidade do colchão de cana em 20-30%, permitindo maior capacidade de moagem.

Desfibramento

O desfibrador é o equipamento mais importante do preparo. Consiste em um rotor pesado (10-30 toneladas) equipado com martelos ou facas que giram em altíssima velocidade (900-1200 rpm). O desfibrador rompe as células da cana, expondo o caldo e facilitando sua extração. O índice de preparo (IP) mede a eficiência deste processo, sendo desejáveis valores acima de 85%.

Índice de Preparo:

IP = (Caldo extraído no 1º terno / Caldo total disponível) x 100

Valores típicos:

• Sem preparo: IP = 40-50%
• Com picador: IP = 60-70%
• Com desfibrador: IP = 85-92%

[Image blocked: Fluxo do Processo de Moagem] Figura 2: Diagrama de fluxo mostrando os ternos de moagem em série com sistema de embebição

Ternos de Moenda

O coração do sistema de moagem é o terno, conjunto de rolos que comprime a cana preparada para extrair o caldo. Uma usina típica possui de 4 a 7 ternos dispostos em série, formando o "trem de moagem".

Configuração dos Rolos

Cada terno é composto por:

1. Rolo de entrada (anterior): Recebe a cana preparada
2. Rolo superior: Aplica a pressão hidráulica
3. Rolo de saída (posterior): Descarrega o bagaço

Adicionalmente, a maioria dos ternos modernos possui um rolo de pressão (4º rolo) posicionado entre o rolo de entrada e o superior. Este rolo melhora a alimentação e aumenta a capacidade em 15-25%.

Os rolos são dispostos em configuração triangular, com os dois rolos inferiores fixos e o rolo superior montado em um sistema hidráulico que aplica pressões de 80 a 120 kgf/cm de geratriz.

Dimensões e Materiais

Pressão Hidráulica

A pressão aplicada pelo rolo superior é controlada por um sistema hidráulico que permite ajustes em tempo real. A pressão específica (pressão por centímetro de largura do rolo) é um parâmetro crítico:

Pressão específica = Pressão total / Comprimento do rolo

Valores típicos: 80-120 kgf/cm

Pressões muito altas causam desgaste excessivo e quebra de rolos. Pressões muito baixas reduzem a extração.

Embebição

A embebição é o processo de adição de água ou caldo diluído ao bagaço entre os ternos para aumentar a extração de sacarose. Este processo é fundamental para atingir altas eficiências de extração.

Tipos de Embebição

Embebição simples: Água é adicionada apenas no último terno, e o caldo extraído retorna aos ternos anteriores em contra-corrente.

Embebição composta: Água é adicionada em múltiplos pontos do trem de moagem, otimizando a diluição e extração.

Cálculo da Embebição

A taxa de embebição é expressa como percentual sobre a fibra da cana:

Taxa de embebição (%) = (Água adicionada / Fibra da cana) x 100

Valores típicos: 25-35% sobre fibra

Exemplo prático:

• Moagem: 500 toneladas de cana/hora
• Fibra: 13% (65 toneladas/hora)
• Taxa de embebição: 30%
• Água necessária: 65 x 0,30 = 19,5 toneladas/hora

Temperatura da Embebição

A água de embebição é aquecida a 70-80°C para:

• Reduzir viscosidade do caldo (melhor drenagem)
• Aumentar solubilidade da sacarose
• Reduzir contaminação microbiológica

[Image blocked: Layout de Usina com Moendas] Figura 3: Layout completo de usina mostrando o trem de moagem e sistemas auxiliares

Extração e Eficiência

A eficiência de extração mede o percentual de sacarose recuperado em relação ao total disponível na cana.

Cálculo da Extração

Extração (%) = (Pol no caldo / Pol na cana) x 100

Onde:

• Pol = percentual de sacarose aparente
• Caldo = caldo misto (primário + secundários)
• Cana = matéria-prima original

Perdas na Moagem

As perdas de açúcar no bagaço são inevitáveis, mas devem ser minimizadas. A pol do bagaço final é um indicador crítico:

Pol do bagaço = (Sacarose no bagaço / Bagaço úmido) x 100

Valores aceitáveis: 1,8-2,2% de pol no bagaço

Exemplo de cálculo de perda:

• Bagaço produzido: 140 kg/tonelada de cana
• Pol do bagaço: 2,0%
• Perda: 140 x 0,02 = 2,8 kg de açúcar/tonelada de cana

Bagaço

O bagaço é o resíduo fibroso resultante da moagem, composto principalmente por celulose, hemicelulose e lignina.

Composição Típica

• Umidade: 48-52%
• Fibra: 45-50% (base seca)
• Açúcares residuais: 2-3%
• Cinzas: 2-3%

Utilização

O bagaço tem múltiplas aplicações:

1. Combustível: Queimado em caldeiras para gerar vapor e eletricidade (principal uso)
2. Papel e celulose: Matéria-prima para indústria papeleira
3. Ração animal: Após hidrólise ou tratamento químico
4. Biocombustíveis de 2ª geração: Etanol celulósico

Poder Calorífico

O poder calorífico inferior (PCI) do bagaço a 50% de umidade é aproximadamente:

PCI = 1.900-2.100 kcal/kg

Uma usina que moe 2 milhões de toneladas de cana/safra produz cerca de 280.000 toneladas de bagaço, suficiente para gerar toda a energia térmica e elétrica necessária, com excedente para venda à rede.

Comparação: Moagem vs. Difusão

Embora a moagem seja o método mais utilizado no Brasil, a difusão é uma alternativa tecnológica importante.

Inovações Tecnológicas

Rolos de Alta Drenagem

Rolos perfurados tipo "Lotus" aumentam a área de drenagem do caldo, melhorando a extração e reduzindo a umidade do bagaço.

Sistemas de Controle Automático

Sensores de pressão, torque e nível permitem ajustes em tempo real, otimizando a operação e prevenindo paradas.

Camisas de Materiais Avançados

Ligas especiais e tratamentos superficiais (nitretação, cromagem) aumentam a vida útil dos rolos em até 50%.

Desfibrador de Alta Velocidade

Novos modelos operam a 1.400-1.600 rpm, atingindo índices de preparo acima de 90%.

Aspectos Operacionais

Capacidade de Moagem

A capacidade de um terno é determinada por:

Capacidade (t/h) = K x D x L x V

Onde:

• K = constante (0,35-0,45)
• D = diâmetro do rolo (m)
• L = comprimento do rolo (m)
• V = velocidade periférica (m/min)

Exemplo prático:

• D = 0,84 m (33 polegadas)
• L = 2,10 m
• V = 5,0 m/min
• K = 0,40

Capacidade = 0,40 x 0,84 x 2,10 x 5,0 = 3,53 t/h por terno

Para um trem de 6 ternos: 3,53 x 6 = 21,2 t/h (limitado pelo 1º terno)

Manutenção

A manutenção das moendas é crítica e inclui:

Diária:

• Inspeção de frisos e camisas
• Verificação de vazamentos hidráulicos
• Limpeza de bagaceiras

Semanal:

• Medição de folgas dos mancais
• Verificação de alinhamento
• Análise de vibrações

Entressafra:

• Recapeamento ou substituição de camisas
• Reforma de mancais
• Substituição de bagaceiras

Conclusão

A moagem de cana-de-açúcar é um processo complexo que combina preparo intensivo, compressão mecânica e embebição para extrair o máximo de sacarose da matéria-prima. Com eficiências superiores a 96%, as moendas modernas são equipamentos altamente desenvolvidos que requerem operação qualificada e manutenção rigorosa. A compreensão dos princípios de funcionamento, parâmetros operacionais e inovações tecnológicas é essencial para profissionais do setor sucroenergético que buscam maximizar a recuperação de açúcares e a rentabilidade da produção.

Referências

1. Embrapa - Agência de Informação Tecnológica - Extração de caldo de cana-de-açúcar

2. Hugot, E. (1986). Handbook of Cane Sugar Engineering. 3rd Edition. Elsevier Science Publishers.

3. Rein, P. (2007). Cane Sugar Engineering. Verlag Dr. Albert Bartens KG, Berlin.

4. Chen, J.C.P. & Chou, C.C. (1993). Cane Sugar Handbook: A Manual for Cane Sugar Manufacturers and Their Chemists. 12th Edition. John Wiley & Sons.

5. STAB - Sociedade dos Técnicos Açucareiros e Alcooleiros do Brasil - Conceitos Gerais de Extração