Análise termodinâmica de uma usina sucroalcooleira visando o uso racional e sustentável da água de resfriamento - Pereira, José Vitor [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2021)
A constante mudança das exigências ambientais no sentido de aprimorar a sustentabilidade da água é a motivação para o desenvolvimento do presente trabalho. Para o setor sucroalcooleiro, em particular, observa-se que a taxa de captação de água para suprir as demandas do processo industrial ainda não vai de encontro com as tendências e diretrizes observadas para esta norma mundial. Existe a necessidade de um melhor gerenciamento do uso desse recurso na usina, principalmente, quando se tem em vista que a água corresponde a 70% de sua, praticamente, única fonte de matéria prima: a cana-de-açúcar. Assim, foram considerados inicialmente na análise as necessidades térmicas e hídricas para cada etapa do processo industrial da usina em função do mix de produção de açúcar e álcool. Posteriormente, foram estabelecidos critérios e diversas técnicas para o atendimento das diversas demandas térmicas e hídricas que pudessem evitar a captação de água externa. Neste contexto, foi dado ênfase em uma análise diferenciada para a linha de produção de açúcar e para a linha de produção de álcool, suportada por um planejamento de trocas térmicas e hídricas internas para cada linha de produção, sempre que possível, com a incorporação de trocadores de calor a seco para a remoção final de calor para o meio ambiente. Foi considerado, ainda, a incorporação de uma unidade de refrigeração para a água que circula nas dornas de fermentação para permitir um rígido controle de temperatura nessa unidade de processo, bem como, a incorporação de uma unidade de concentração de vinhaça para valorizar a aspersão desse adubo na lavoura e permitir uma maior recuperação de água no processo. Como resultado, constatou-se que é possível a usina realizar todo o processamento industrial com a água já disponível na cana, sem a necessidade de captação externa, e ainda tendo como um subproduto água residuária industrial da ordem de até 40,0 kg para cada de 100 kg de cana-de-açúcar processada. Este resultado é da maior importância, tendo em vista que as modernas usinas sucroalcooleiras do Brasil, hoje, fazem a captação externa de mais de 100 kg de água para cada 100 kg de cana processada.

The constant changes in environmental requirements in order to improve the sustainability of water is the motivation for the development of this work. For the sugar and alcohol sector, in particular, it is observed that the rate of water abstraction to supply the industrial demands still does not meet the trends and guidelines observed for this global standard. There is a need for better management of the use of this resource at the plant, especially when it is considered that water corresponds to 70% of its practically only source of raw material: sugar cane. Thus, the thermal and water requirements for each stage of the plant's industrial process were initially considered in the analysis due to the mix of sugar and alcohol production. Subsequently, criteria and various techniques were established to meet the different thermal and water demands that could prevent the external water capture. In this context, emphasis was placed on a different analysis for the sugar production line and for the alcohol production line, supported by a planning of internal thermal and water exchanges for each production line, whenever possible, with the incorporation of dry heat exchangers for the final removal of heat to the environment. It was also considered the incorporation of a cooling unit for the water that circulates in the fermentation vats to allow a strict temperature control in this process unit, as well as the incorporation of a vinasse concentration unit to enhance the sprinkling of this fertilizer in the field and allow a greater recovery of water in the process. As a result, it was found that it is possible for the plant to carry out all industrial processing with the water already available in the cane, without the need for external abstraction, and still having as a by-product industrial waste water of the order of up to 40.0 kg for each 100 kg of processed sugar cane. This result is of the utmost importance, considering that the modern sugar and alcohol plants in Brazil, today, do external abstraction of more than 100 kg of water for each 100 kg of processed cane.
Thermodynamic analysis of a sugar-alcohol plant aiming at rational and sustainable use of cooling water
Keywords: Água residuária; Usina sucroalcooleira; Consumo de água; Industrial water; Sugar and alcohol; Water consumption