O objetivo da evaporação, numa usina de açúcar e álcool, é eliminar a água contida no caldo clarificado, seja ela originada da própria cana-de-açúcar ou a adicionada no processo. Como conseqüência dessa remoção de água, temos a geração de vapor, que pode ser utilizado em outras etapas do processo de fabricação. Nas diversas operações envolvidas na fabricação de açúcar e álcool, a evaporação é o setor, onde se permitem os maiores ganhos em eficiência energética.

Pode-se dizer, sem medo de errar, que a eficiência energética de uma planta passa obrigatoriamente por um sistema de evaporação bem dimensionado e projetado com a tecnologia adequada, como será descrito a seguir. No processo utilizado nas usinas de açúcar, o caldo é concentrado de maneira contínua, até cerca de 70ºBrix, sem atingir o ponto de cristalização, pelo sistema de múltiplos efeitos, inventado por Norbert Rillieux, em 1844, na Louisiana, e que hoje é utilizado universalmente na indústria química.

Foi também o próprio Rillieux que elaborou a idéia de se utilizar o vapor gerado no sistema de concentração no aquecimento e cozimento de açúcar - “sangrias dos evaporadores”. Atualmente, a maioria das usinas brasileiras possui instalações com duas configurações básicas: Quíntuplo ou quádruplo efeito. A utilização de vapor de sangrias varia de se utilizar somente o vapor gerado no primeiro efeito (V1), até a utilização de sangrias de vapor gerado em todos os efeitos (V1 até V4).

Com a utilização de equipamentos e tecnologias já disponíveis no mercado brasileiro, podemos reduzir o consumo específico de vapor de uma planta industrial, dos atuais 500-550 kg vapor/ton de cana, para 280-300 vapor/ton de cana. O principal benefício disso é que teremos maior energia disponível para a geração de energia elétrica, ou seja, poderemos utilizar a energia disponível no bagaço, de maneira que, além de tornar a fábrica auto-suficiente, possibilite a venda de um produto adicional, a energia elétrica obtida de biomassa, que tende a assumir importância cada vez maior na matriz energética. Para se conseguir uma evaporação de alta eficiência, as principais medidas a serem adotadas são as seguintes:
 

• Sangrias de todos os efeitos da evaporação para o aquecimento do caldo;
• Sangria de vapor do 2º efeito para cozimento em batelada e 3º efeito para cozimento contínuo;
• Concentração do xarope até 70-72º Brix;
• Recuperação do flash dos condensados da evaporação;
• Utilização de agitadores mecânicos nos vácuos;
• Instalação de trocadores de calor regenerativos;
• Utilização de vapor vegetal na destilaria;
• Automação completa e integrada da fabricação de açúcar e álcool;
• Redução das perdas térmicas, através de utilização de isolamento adequado de equipamentos e tubulações;
• Utilização de novos equipamentos, como evaporadores tipo falling-film);
• Utilização de novas tecnologias, como destilação a vácuo com cascata térmica, peneiras moleculares de baixo consumo de vapor, etc.

Como podemos notar, a otimização energética envolve modificações em diversas áreas da planta, inclusive com o uso de novas tecnologias, e passa sempre pela adequação do sistema de evaporação. A execução e viabilidade das medidas acima passam pelo nível de investimento a ser disponibilizado e, portanto, precisa ser analisada, caso a caso.

Para uma nova instalação, o uso de equipamentos inovadores, como os evaporadores tipo falling-film, deve ser considerado, pois apresenta algumas vantagens significativas sobre o evaporador tipo Roberts, entre elas, podemos citar: alto coeficiente de troca térmica; menor área da instalação; limpeza química através do sistema CIP (Cleaning in Place); trabalho com menor diferença de temperatura entre o vapor do aquecimento e o caldo, permitindo que se altere o perfil das temperaturas de trabalho da evaporação e aumentando a eficiência de sangria dos vapores dos últimos efeitos.

Os projetos iniciais eram deficientes no sistema de distribuição de caldo e recirculação, o que levava ao entupimento de tubos e períodos curtos entre limpezas, problemas esses que já foram solucionados em nossos novos projetos. Ainda hoje, um dos grandes problemas a serem resolvidos é a limpeza do sistema de evaporação, pois a limpeza mecânica demanda muita mão-de-obra e é uma operação que envolve riscos, os sistemas de limpeza química, na maioria das vezes, são mal dimensionados e pouco eficientes, assim como os produtos utilizados ainda não atingiram o nível de eficiência esperado.

Portanto, outra tendência de desenvolvimento a ser considerada é a modificação no sistema de tratamento do caldo, com a utilização, mais eficiente, dos insumos, novas tecnologias de filtração e redução da dureza do caldo, visando diminuir a incrustação do sistema e, conseqüentemente, aumentar o tempo de campanha entre as limpezas.

No momento atual, que é de franca expansão para o setor sucroalcooleiro, com cerca de 40 novas unidades em implantação no Brasil e diversas já preparadas para cogeração de energia, o projeto do sistema de evaporação dever ser considerado como um dos itens fundamentais de uma planta moderna e eficiente energeticamente.  

A maximização da eficiência energética é resultado, em grande parte, de um sistema de evaporação projetado de maneira integrada aos outros setores da usina (aquecimento, cozimento, destilação, etc.), bem dimensionado e que utilize as melhores tecnologias disponíveis e equipamentos, obtendo, assim, uma instalação compacta, automatizada e de baixo custo operacional.