Há diversos métodos de filtração no segmento, do usual filtro rotativo a vácuo, passando pela microfiltração, até Filtros Bolsa e Cartuchos. Conheça os mais utilizados neste passo a passo dentro de uma usina

por M.Sc. Walter Luiz Polonio
Colaboração: Tiago Dias

Em todos os processos de filtração utilizados no setor sucroalcooleiro, a mistura flui devido a uma ação impulsora, como a gravidade, a pressão ou a força centrífuga. A filtração é uma ferramenta eficiente, capaz de realizar a separação de partes indesejáveis de um processo e se faz importante não somente em processos industriais, como principalmente e cada vez mais, na solução de problemas de poluição. O homem vem degradando o meio ambiente de forma exponencial, com a geração de lixo e compostos nocivos. Desta forma, a filtração reverte esta situação, muitas vezes julgada como necessária e imprescindível em inúmeros processos.
Como qualquer outra planta industrial, uma usina sucroalcooleira tem processos de fabricação minuciosos e apoiados por diversos filtros, sendo aplicados logo nos portões da usina, como filtro de entrada, até o final da planta, com a utilização de estações de tratamento de água, efluente e descarte, passando, é claro, pela parte processual o que depende aqui é o grau de exigência que se deseja em cada uma das etapas.
A necessidade de filtração não vem exatamente do segmento como um todo, mas sim de cada usina, que analisando individualmente seu processo, necessidade e tipo de produto que será fabricado, aplicará determinado filtro. As variações e diferenciações são enormes. Nesta matéria, você conhecerá as mais aplicadas no setor.

A filtração contínua a vácuo é o método mais adequado para a separação de fluidos e sólidos em suspensão para alta produtividade, com o mínimo emprego de energia para a tarefa.
Sistemas agilizam o processo produtivo com a redução do tamanho dos equipamentos e da instalação, e também aumentam a própria eficiência do sistema de separação.

Recepção de cana
No próprio sistema de descarga, a cana toda, picada ou inteira, queimada ou in natura, é descarregada normalmente num equipamento chamado mesa de alimentação, que além de acumular as descargas de cana e dosar a sua alimentação nas moendas, também realiza um grosseiro peneiramento estático, pois no fundo destes equipamentos há chapas perfuradas com furos oblongos ou uso de perfis trapezoidais que conferem maior eficiência nesta separação.
O sistema de limpeza a seco da cana tem sido desenvolvido no setor, com objetivo de reduzir perdas de sacarose pelo antigo processo de lavagem de cana em até 1%. Neste processo de limpeza, a palha e outras impurezas minerais são segregadas por meio de sopragem, e estes resíduos também são separados por sistemas de peneiramento rotativo para que haja, nesta fase, o reaproveitamento da palha para queima em caldeiras para cogeração de energia elétrica. A porcentagem de palha produzida em uma tonelada de cana é de aproximadamente 15%, sendo que parte desse material é separada por sopragem na própria lavoura. As indústrias têm recebido em torno de 3 a 8% neste estágio de desenvolvimento, uma questão que exigirá também desenvolvimento nesta área e a de filtragem do ar soprado após separação, atendendo patamares permitidos da legislação.

Moagem de cana ou extração
São inúmeros os processos de filtração no setor, sejam eles nos fluidos de utilidades, como vapor, água e lubrificantes ou nos fluidos de processo como caldos, ambos largamente utilizados.
Nos fluidos de utilidades, normalmente se empregam filtros temporários do tipo “Y” ou cesto. Especificamente nos óleos lubrificantes das moendas, são empregados filtros auxiliares do tipo prensa para sua purificação. O vapor de alimentação das turbinas de acionamento das moendas empregam vasos de pressão em sua admissão que, por sua vez, possuem cestos filtrantes como garantia da qualidade do vapor, evitando passagem de fluxos de água causados acidentalmente por arrastes ou de pequenas partículas que podem danificar seriamente as palhetas das turbinas. Redes de água de refrigeração empregam pequenos filtros de linha para melhoria da qualidade física da água, sendo indispensáveis para garantia de operação.
Para os fluidos de processo, tanto nas moendas convencionais como em difusores, basicamente o caldo de cana, são empregados filtros do tipo tambor rotativo com telas trapezoidais com abertura 0,5 mm, após a fase final de extração. Esse filtro classifica grosseiramente a separação de partículas de bagaço arrastadas pelo caldo no processo de extração.
Antigamente, este processo era realizado por transportadores de taliscas (rodinhos de raspagem), que coletavam o bagaço separado dos caldos na passagem em telas trapezoidais. O nome deste equipamento é “cush cush” de caldo. Importante registrar que a extração por difusão também traz inúmeras vantagens ao processo de separação de sólidos dos caldos, pois todos os fluidos nele contidos permeiam em um leito de cana desfibrada no percurso de todo o difusor, obtendo, desta forma, uma grande redução de particulados no meio líquido (caldo), aliviando significativamente as operações de clarificação e filtragem.
Na fase sólida nas moendas, também se utilizam filtros, na classificação de auxiliar filtrante do bagaço de cana, denominado bagacilho.

Auxiliar filtrante
Segundo CHAVES (1996), auxiliares filtrantes são reagentes que aumentam a velocidade de filtragem ou de centrifugação, seja pela diminuição da tensão superficial da parte líquida, ou por funcionar como floculantes, aumentando a permeabilidade da torta. O objetivo fundamental, ao se utilizar um polímero orgânico na filtragem, é obter uma polpa que forme torta com estrutura aberta, sem finos livres que possam colmatar os poros da torta ou as aberturas da tela.
De acordo com DE CAMARGO (1990), o lodo separado no decantador encontra-se no estado gelatinoso, desta forma, não pode ser submetido diretamente à filtração, sendo necessário adicionar bagacilho, que servirá como elemento filtrante, aumentando a porosidade da torta. Afirma-se ainda que, como as perfurações da tela filtrante são muito grandes para reter os flocos, há também a necessidade do auxiliar para uma filtração eficiente.
As substâncias coloidais e a goma na filtração de caldo podem tornar impossível a filtração sem o uso de auxiliar filtrante, conforme TROMPE (1946).
O auxiliar filtrante bagacilho é obtido em abundância nas usinas pela classificação do bagaço de cana in natura diretamente do fundo dos transportadores de bagaço, através de peneiramento estático ou uso mais recente de classificadores pneumáticos.

Caldo clarificado
Os caldos utilizados na produção de álcool ou de açúcar, provenientes das moendas ou difusor, passam primeiramente por etapas químicas e físicas de tratamento, em preparação para a etapa do processo de clarificação, que separam por diferença de densidade a fase sólida, denominada de lodo, e a parte líquida, chamada caldo clarificado. Este processo não isenta a necessidade de uma posterior classificação do caldo clarificado, ou seja, separação de microsólidos insolúveis do caldo clarificado.
As tecnologias antigas utilizavam peneiras estáticas, onde o caldo era drenado por gravidade em elemento filtrante disposto de forma plana e inclinado, formado por tecidos metálicos ou plásticos. Mais eficientes que este arranjo, as peneiras rotativas de caldo e os filtros de correia (belt press) surgiram para reduzir as áreas de instalação pela maior taxa de filtração obtida.
Mais recentemente, o desenvolvimento de turbo filtros automáticos possibilitou uma filtragem mais eficiente, mas ainda permitindo a separação de micropartículas e até colóides, representando ganhos para o processo de purificação da matéria-prima.

Filtro contínuo a vácuo
No Brasil, o processo de fabricação de açúcar utiliza preferencialmente a etapa de tratamento químico do caldo por sulfitação e calagem, que objetivam
a formação de flocos que agregam a rica parte coloidal existente e auxiliam na formação do lodo.
Desta forma, a grande maioria das indústrias emprega equipamentos do tipo filtro contínuo, de tambor rotativo ou de correia.
Já nos processos de produção de açúcar de beterraba existentes na Europa, por conta da quase ausência da parte coloidal no caldo, há o lodo na clarificação com baixa concentração, impossibilitando o emprego de filtros rotativos e dando ênfase maior para o uso de filtros do tipo prensa.
Filtros contínuos de tambor rotativo são empregados nas usinas convencionais, com extração por esmagamento a uma relação entre 0,6 a 0,7 m2/tch, que é influenciada também pela qualidade da matéria-prima e tipo de solo. Para processos de extração por difusão, o valor cai para 0,3 a 0,4 m2/tch. Eles possuem três operações distintas quanto ao manuseio do lodo, sendo: formação da torta, desidratação, lavagem e secagem. O caldo filtrado pode ser classificado como turvo ou escuro, proveniente das etapas de formação e desidratação da torta e, por sua vez, o caldo claro, formado nas etapas de lavagem e secagem, carregam grande porcentagem da água utilizada no processo. O separado (torta) é depositado na área agrícola para curtir e depois ser empregado como fertilizante na renovação agrícola.
Os filtros contínuos rotativos a vácuo são os mais significativos em relação a porte de instalação em uma unidade sucroalcooleira quando se refere à filtração, classificando-se como um processo de filtração convencional sob pressão. Este processo é dito contínuo, pois todos os ciclos da filtração ocorrem continuamente em um tambor rotativo.
O lodo primário de caldo de cana, proveniente da operação unitária de decantação, é misturado com o bagacilho, que atua como auxiliar de filtração.
Nesta separação por filtração contínua a vácuo obtêm-se a fase líquida, o caldo filtrado contendo sacarose que vai para processamento, e a fase sólida
de bagacilho, mais minerais aderentes ao tambor rotativo, que passa a ser chamada de torta de filtração.
A principal aplicação desse tipo de filtração na indústria sucroalcooleira é na separação da fase líquida do precipitado de decantação de caldo de cana, com a recuperação de sacarose.

As etapas de filtração da torta são:
Formação da torta: Acontece nos setores do filtro rotativo onde encontram-se imersos na bacia, primeiramente sem a ação de sucção pelo vácuo, sendo inundado e estorvado neste setor. Após esta fase, e na continuidade do giro do tambor, é aplicado vácuo baixo relativo que suga o lodo de caldo de cana para o elemento filtrante primário, tornando crescente a espessura da torta de filtro e extraindo o caldo sujo ou caldo turvo.
Desidratação da torta: Os setores que estavam imersos são girados para fora da bacia e o baixo vácuo, ainda aplicado, suga a parte líquida do caldo turvo contido na torta que está exposta à atmosfera, sem que seja aspirado ar nesta fase até o início da próxima etapa.
Lavagem da torta: Os setores giram para frente, sendo submetidos a alto vácuo e passando por sistema de lavagem recebendo água quente sobre a torta, gerando o caldo filtrado claro aspirado, com objetivo de extração máxima dos açúcares contidos na torta.
Secagem da torta: Na continuidade do giro do tambor, a parte líquida contida ainda continua sendo sugada até que se ocorra o final da filtração, sendo caracterizada com a passagem de ar pela torta, reduzindo a sua umidade. EIMCO (1983) descreve o funcionamento dos setores do tambor rotativo a vácuo, setor por setor, utilizando a figura 1. A figura 2 traz a representação das porcentagens de cada ciclo do filtro rotativo a vácuo.

Caldeiras
O combustível das usinas é basicamente bagaço de cana, utilizado para geração de vapor de água, que por sua vez aciona as máquinas motrizes e, principalmente, geradores de eletricidade.
Os resíduos da queima se apresentam na forma de gases com particulados finos em suspensão, que são filtrados com utilização de sistemas a seco como multiciclones, somados a separadores inerciais e uso de lavadores com emprego de água para purificação dos gases em circuito fechado. A separação das partículas carregadas pela água é realizada com uso de filtros prensa, filtros de tambor rotativo, filtros de correias (conhecido também como belt press) ou filtro separador centrífugo. A parte sólida da queima do bagaço que carrega porcentagens de minerais vindos com a cana-de-açúcar será maior, conforme menor for a capacidade de purificação ou de filtragem dos setores de limpeza de cana e processo de extração de caldo, como já citado.
A legislação atual aprova os tipos de filtragem descritos sabendo que, num futuro breve, serão necessárias exigências para diminuição da quantidade de particulados.

Processo para produção de álcool etílico
O caldo clarificado da cana de açúcar proveniente do processo de clarificação citado, é destinado a fermentação biológica para obter álcool etílico. A mistura de caldo clarificado, mel ou xarope com água e levedura, denomina-se de vinho levurado. Seu período completo de fermentação consiste na conversão da sacarose em frutose mais glicose, que por sua vez será transformada em uma solução contendo de 8 a 11% de álcool etílico, mais a liberação de gás carbônico. O levedo está vivo no processo e deve ser separado e reciclado para nova fermentação. Esta separação do levedo em grande volume do vinho é realizada pelo processo de centrifugação e, antes desta etapa, o vinho levurado deve ser filtrado, evitando passagem de grumulos ou outras partículas que possam danificar as centrífugas separadoras. Filtros do tipo cesto são aplicados nesta etapa e filtros modernos do tipo auto limpantes automáticos com reversão de fluxos também vêm sendo utilizados com ganho de produtividade e diminuição de mão-de-obra operacional.
Outros tipos de filtros menores são aplicados para redes de menor responsabilidade, como filtração de flegmaça para limpeza de dornas. Filtros para sistemas de CIP (Clean-In-Place) com soda e ácido também são utilizados nos circuitos fechados dos trocadores de calor e outros menores.

Torres de resfriamento
Apesar das usinas de açúcar e álcool receberem parte da água juntamente com a matéria-prima, ainda é necessário importar água para abastecimento e “make up” dos sistemas de refrigeração dos equipamentos de processo, como condensação de vapores por contato direto, como condensadores barométricos, e de equipamentos por contato indireto como trocadores de calor. Os vapores de processo normalmente são gerados a partir dos fluidos de processo e denominados de vapores vegetais (que a língua inglesa denomina mais eficientemente de “vapour”, distinguindo então de “steam”, aqueles que são oriundos da evaporação somente de água natural). Como exemplo, é necessário cerca de 38 kg de água para condensação de 1 kg de vapor produzido na evaporação do caldo. Assim, considerando somente o caldo de primeira extração, haverá para cada tonelada de cana aproximadamente 170 kg de açúcares totais e 250 kg de bagaço, restando para evaporação de 580 kg de água, sendo necessários pelo menos 22.000 kg de água de refrigeração, resultando em grandes sistemas atendidos em circuito fechados por torres de resfriamento. Para condensação de vapores vegetais, circulam água em sistema fechado, e nesta operação a formação de matéria orgânica exige a sua separação, que é realizada eficientemente por filtros automáticos com limpeza por fluxo reverso ou por filtro separador centrífugo.

Refinaria de açúcar
A refinaria de açúcar é uma unidade de operação que pode existir independente de ser anexa ou não a uma unidade produtora de açúcar ou de uma usina sucroalcooleira. É na refinaria que acontece a redução de cor da matéria-prima recebida: açúcar cristal e ou açúcar VHP (Very High Polarity). A obtenção de açúcar refinado é classificada pela cor que o enquadram em tipos sólidos e líquidos, sendo:
- Açúcar refinado granulado, formado por cristais uniformes e definidos dentro de um padrão granulométrico.
- Açúcar refinado amorfo, sem formato definido com baixa granulometria (o Brasil é o único país do mundo que ainda produz este açúcar).
- Açúcar refinado líquido sacarose, solução líquida aquosa contendo aproximadamente 70% de sacarose pura, utilizado na formulação de produtos cujo componente é sacarose, como refrigerantes e bolos.
- Açúcar refinado líquido invertido, solução líquida de glicose e frutose obtidas da quebra da molécula de sacarose, possui elevada concentração dos açúcares.
A filtração existe em todas as etapas do processo de refino, desde a fase inicial de dissolução da matéria-prima componente, com peneiras estáticas do tipo inclinada ou peneiras vibratórias, compostas por tecidos sintéticos ou metálicos. Chapas perfuradas ou perfis trapezoidais são utilizados para a classificação das caldas formadas em função do grau de classificação exigido.
Nesta etapa, na fase de dissolução, também se utilizam filtros tipo cesto composto por perfis trapezoidais, que retêm os cristais sólidos perpendicularmente ao fluxo de calda, até que estes sólidos sejam totalmente dissolvidos. Na seqüência do processo, composto normalmente pelas etapas de flotação, são realizadas filtrações com uso de “Deep Bed Filter”, mais conhecido como filtro de leito profundo, com vasos pressurizados e leitos compostos por elementos de filtração ou grades compostas por perfis trapezoidais. Esta etapa que objetiva a separação de flocos formados no processo anterior, também pode ser realizada com filtros de pressão que se auxiliam com uso de meio filtrante formado por capas filtrantes de terras e carvão vegetal.
É curioso observar os processos mais antigos, que utilizavam de meios porosos orgânicos, como ossos das pernas de bovinos, que além da realização da separação da parte coloidal também objetivavam a redução desejada de cor, pois os ossos eram calcinados em fornos obtendo sua regeneração para cada ciclo de filtração, atualmente este processo não é mais aplicável.
Na seqüência do processo, as etapas de purificação como retirada de dureza (abrandamento) das caldas e descoloração são realizadas pelos processos de troca iônica, que é composto pela passagem das caldas em leitos profundos contendo as resinas ativas.
Finaliza o processo para obtenção do açúcar refinado, a filtração de polimento composta por filtros do tipo bag ou filtros cartucho, certificando uma calda de elevada pureza, reduzida a cor que a classifica como açúcar refinado.
Nos processos para obtenção de açúcares sólidos, a forma de refinado granulado é obtida pela cristalização por evaporação a vácuo, e o açúcar refinado amorfo através da auto evaporação de uma calda superaquecida. As etapas seqüentes destes produtos sólidos são a de peneiramento grosseiro (retirada de caroços), secagem, resfriamento, nova classificação de peneiramento fino e, nestas operações, além do uso das peneiras vibratórias auxiliadas por telas metálicas, também existem os filtros para os particulados aéreos, que são recuperados com o uso de filtros de mangas que se utilizam de mantas em poliéster agulhado.
Os açúcares líquidos ainda passam pelas etapas de filtração em leito de carvão ativado para retirada de cor e odor, depois são pasteurizados e passam por sucessivas etapas de filtração com uso de filtros bag ou cartucho.

Processos de apoio
Insumos - Leite de cal, soda cáustica e outros insumos líquidos ou sólidos são classificados por sistema de filtração com uso de filtros temporários tipo cesto, com uso de elementos filtrantes compostos por chapas perfuradas ou telas.
Óleos combustíveis e lubrificantes - Para máquinas estacionárias ou veiculares, os combustíveis são normalmente purificados por Sistema de filtragem convencional automobilístico. Sistemas de óleo de isolamento (transformadores de tensão) utilizam de filtros do tipo prensa ou cartucho.
Ar comprimido - Nos sistemas de ar comprimido são utilizados filtros secos de papel para retirada de particulados em suspensão do ambiente atmosférico, e à jusante dos compressores é comum o uso de filtros coalescentes, estes instalados próximos às máquinas para corte grosso e, após secagem, nas redes, empregando os mesmos tipos de filtros para polimento.
Sistemas adiabáticos de insuflação de ar - Vários sistemas adiabáticos de grande porte purificam o ar para alimentação de ambientes controlados como painéis e motores elétricos, sala de geradores, motores elétricos, ambientes explosivos, como os de empacotamento e ensaque na fábrica de açúcar ou ambientes com grande número de pessoas. Esta é uma operação de filtragem do ar por separação dos particulados via úmida, classificando o ar com condicionamento térmico pela transferência do calor do ar seco com o aumento da umidade.
Estações de tratamento (ET) - Filtros aplicados nas Estações de Tratamento de Água (ETA), Estação de Tratamento de Efluentes (ETE), Estação de Tratamento de Água de Lavagem de Caldeiras (ETALC) e Estação de Tratamento de Água de Lavagem de Cana, geralmente são utilizadas na fase de recebimento da matéria-prima dos sistemas para separação de sólidos por peneiramento rotativo, peneiras lineares ou peneiras estáticas, e em fases de polimento de filtros contínuos a vácuo do tipo belt press ou tambor rotativo e filtros temporários do tipo prensa.

Futuro
Pesquisas científicas na área de ultrafiltração têm sido desenvolvidas com objetivo da redução do consumo de energia e, consequentemente, eliminação de importantes unidades de processo atuais em uma indústria sucroalcooleira. Para o futuro, visualizam-se desenvolvimentos onde o caldo de cana recebido do processo de extração deva ser, além de purificado com a separação das partículas insolúveis representadas por bagaço, sólidos minerais, microrganismos e outros, somente com a etapa de filtração eliminando as etapas de esterilização física pela promoção de temperatura em aquecedores, como a etapa de clarificação.
No futuro, a microfiltração objetiva, a partir do caldo bruto, a obtenção direta de solução clarificada e concentrada de sacarose, com a redução significativa das custosas e gigantescas etapas de tratamento químico do caldo, aquecimento, clarificação e evaporação - que serão substituídos pela classificação molecular. O emprego de novas tecnologias já é uma prática de sucesso no processo de obtenção de álcool anidro, isento de traços de terceiros componentes, como o benzol. Atualmente esse processo é realizado através da separação por “Molecular Sieve” (Peneira Molecular).