Nas usinas, a qualidade do açúcar está associada diretamente à eficiência do processo de clarificação do xarope. A falta de um tratamento eficaz do xarope traduz-se em um açúcar de menor qualidade, com a presença de cor, impurezas e pontos pretos. Os sistemas de clarificação de xarope por flotação existentes na maioria das usinas são oriundos de tecnologias obsoletas que não garantem uma boa qualidade ao xarope, especialmente devido ao ineficiente sistema de aeração (geração de microbolhas).
Buscando solucionar este problema, a Engenho Novo desenvolveu uma tecnologia de flotação onde a aeração é feita através de ejetores de mistura. Nesses aeradores, o xarope passa em alta velocidade através de um bico ejetor, criando uma zona de baixa pressão que succiona ar atmosférico, dispensando a utilização de compressores de ar ou dispositivos mecânicos móveis. No aerador, o ar admitido segue para uma zona de mistura que produz micro-bolhas em quantidade e tamanho ideais para o processo. Com isso, obtém-se uma aeração estável e eficiente, tornando o processo de flotação mais rápido e consistente, traduzindo-se em uma maior capacidade de processamento com um menor consumo de produtos químicos.
O processo de flotação vem sendo empregado há muito tempo para a clarificação de xarope e calda de açúcar, sendo reconhecido como uma ferramenta eficiente para a garantia de obtenção de um açúcar de melhor qualidade, especialmente em condições adversas da matéria-prima cana.
De forma geral, as unidades de flotação de xarope existentes na maioria das usinas são oriundas de projetos antigos, aos quais não foram incorporados os melhoramentos advindos das novas tecnologias de flotação e dos novos produtos químicos auxiliares do processo. Visando otimizar os resultados esperados com novos investimentos, o projeto de unidades de flotação de xarope precisa ser revisto à luz das novas tecnologias disponíveis no mercado.

Princípios da flotação
Para melhor discussão das possíveis otimizações a serem incorporadas ao processo de flotação de xarope é necessário realizar-se uma abordagem mais detalhada dos princípios que o regem e das tecnologias existentes.
A flotação é um processo de separação sólido-líquido e líquido-líquido onde os materiais em suspensão são aderidos a bolhas de ar (ou outro gás), tornando-os mais leves que o meio em que se encontram. Os flocos formados tendem a flutuar na superfície do meio, de onde são removidos na forma de um lodo ou espuma. A flotação de xarope envolve as etapas principais de condicionamento, ajuste de temperatura, aeração, macrofloculação e separação de fases.
A etapa inicial de condicionamento consiste no "preparo" das partículas presentes no meio para a flotação, através de um ou mais processos físico-químicos que tornam essas partículas hidrófobas (aversas à água), forçando a sua precipitação na forma de pequenos flocos (microflocos) de separação mais fácil. Para que a reação de precipitação seja bem conduzida, é fundamental projetar-se adequadamente os pontos de adição dos produtos químicos. Para tanto, deve ser considerado, entre outros, o tempo de reação de cada produto, bem como a homogeneização necessária do meio.
Após o condicionamento, pode ser necessária uma etapa de aquecimento para acelerar as reações de condicionamento e reduzir a viscosidade do meio. A seguir, tem-se a etapa de aeração, onde é feita a adição de microbolhas de ar que vão se unir às partículas a serem separadas do meio, tornando-as menos densas que o líquido e, portanto, propensas a flotação.
O tamanho e quantidade de bolhas de ar geradas são fundamentais para o bom desempenho do processo. Bolhas muito grandes causam turbulência no meio, impedindo o contato dessas com as partículas. De forma ideal, as bolhas de ar e as partículas devem ter tamanhos semelhantes, variando entre 10 e 200 micra. Abaixo de 10 micra a flotação é muito lenta e, pela hidrodinâmica do líquido, o contato entre bolhas e partículas é mais difícil. Acima de 200 micra, as bolhas são grandes e causam turbulência no líquido. Sistemas de aeração inadequados comprometem o desempenho de toda a unidade de flotação, consistindo em uma das deficiências mais usualmente observadas nas unidades de flotação existentes.
Uma etapa complementar de macrofloculação é necessária para agrupar as partículas (ou microflocos) com as bolhas de ar, formando grandes flocos (macroflocos) de baixa densidade. O aumento do diâmetro da partícula pode ser obtido com a adição de um agente floculante, que provoca a aglomeração de várias partículas em um floco. Entretanto, existe um limite ótimo para o aumento de diâmetro por floculação. A partir de um determinado tamanho, um pequeno aumento no diâmetro do floco requer a adesão de um grande número de partículas, exigindo, por sua vez, uma grande quantidade de agente floculante. O excesso de adição de floculante é comum ocorrer em unidades existentes como forma de compensação de problemas de projeto e de operação.
A separação das fases é realizada em um tanque flotador, onde as partículas ou flocos menos densos que o líquido encontram condições favoráveis para se deslocar em relação ao líquido, acumulando na superfície como uma densa espuma (lodo) que é removida por raspadores mecânicos de superfície. Tal remoção deve ser adequada para manter uma camada de lodo ideal que favoreça a concentração das impurezas sem propiciar a destruição dos flocos flotados. Após a remoção dessa espuma, tem-se uma fase líquida isenta de partículas e flocos em suspensão.

Sistemas de aeração usualmente empregados
Devido à sua importância, a etapa de aeração pode ser considerada o coração do processo de flotação. Existem formas diferentes pelas quais as bolhas de ar podem ser introduzidas no processo, sendo as mais usuais para a flotação de xarope a dispersão mecânica do ar (flotação por ar disperso) e a dissolução e posterior nucleação do ar na suspensão (flotação por ar dissolvido). Em geral, a introdução de ar por dispersão mecânica ocorre pelo borbulhamento de ar (natural ou forçado) sob as pás de um agitador a alta velocidade ou pelo borbulhamento de ar através de uma membrana porosa. A formação de pequenas bolhas de ar ocorre pelo atrito entre as grandes bolhas introduzidas no meio e o líquido que se desloca a altas velocidades. Como vantagem, esse processo apresenta a possibilidade de introduzir no líquido uma grande quantidade de ar. Por outro lado, as bolhas formadas são relativamente grandes, dificultando a sua adesão às partículas. Além disso, a grande turbulência causada pelo borbulhador pode provocar a quebra dos flocos formados, além de um considerável consumo de energia.
A flotação por ar dissolvido baseia-se no princípio da solubilidade de um gás em um líquido ser maior quanto maior for a pressão estática no meio. A aeração por ar dissolvido é obtida pela pressurização inicial do líquido (ou de parte dele), em contato com o ar que nele é borbulhado, causando a sua dissolução no meio. Em seguida a pressão do meio é reduzida, tornando o líquido supersaturado. Ocorre então a nucleação/precipitação do excesso de ar na forma de minúsculas bolhas (microbolhas), que se formam, preferencialmente, junto às partículas em suspensão, que agem como núcleos de precipitação. Nesse processo, as bolhas de ar formadas são muito pequenas (possibilitando a separação de partículas de dimensões reduzidas), e se formam exatamente onde devem "atuar", ou seja, junto às partículas, o que se constitui numa grande vantagem do processo. Em contrapartida, a desvantagem desse princípio está na limitação prática da quantidade de ar que pode ser adicionada, a qual depende da diferença entre as solubilidades do ar no meio à alta e à baixa pressão.
Como a solubilidade do ar em soluções aquosas decresce com o aumento da temperatura e com o aumento do teor de sólidos dissolvidos (brix), em processos conduzidos à quente e/ou com elevado teor de sólidos dissolvidos, a quantidade de ar disponível para a flotação pode ser reduzida e, em muitos casos, insuficiente para promover a flotação de todas as partículas em suspensão. É comum observar-se unidades de flotação de xarope por ar dissolvido que não operam bem quando o brix ou a temperatura do xarope aumenta. Outra desvantagem desse processo consiste no maior consumo de energia e na necessidade de um compressor para a adição do ar ao meio.

Sistema de aeração por ejetores de mistura
Uma interessante forma de aeração, que combina vantagens dos dois processos anteriores, sem, contudo, incorporar suas respectivas desvantagens, consiste na aeração com ejetores de mistura. No interior desses sistemas (figura abaixo), o líquido é acelerado em um venturi, trocando pressão estática por velocidade de escoamento. Com isso, gera-se vácuo à saída do bico ejetor, que succiona o ar atmosférico que flui paralelamente com o líquido em direção à câmara de mistura do equipamento. Nessa câmara ocorre a desaceleração do meio e a consequente permuta de velocidade de escoamento por energia de cisalhamento e pressão estática. Em determinado ponto dessa câmara (zona de choque), ocorre um "choque" do ar com o líquido, promovendo um íntimo contato entre as fases. Na zona de choque, a pressão estática eleva-se instantaneamente, ao mesmo tempo em que o atrito e o cisalhamento causados provocam a dispersão do ar no líquido na forma de microbolhas. A mistura líquido-ar passa, então, por um cone divergente, onde é concluída a permuta velocidade-pressão estática. Com o aumento da pressão estática, tem-se a dissolução de parte do ar disperso no meio, originando um meio praticamente saturado com ar dissolvido, contento também uma grande quantidade de microbolhas de ar, finamente divididas e dispersas. Dessa forma, na aeração com ejetores de mistura, as bolhas são produzidas tanto por processo de ar dissolvido quanto por processo de ar disperso, sem limitações práticas da quantidade de ar que pode ser adicionada e sem a necessidade de compressores de ar, garantindo-se ótima eficiência com baixo investimento e reduzido consumo energético, mesmo quando operando com brix e temperatura de xarope elevados.

Custos x benefícios
Os benefícios diretos de operação de uma unidade de flotação de xarope são, em grande parte, devidos ao aumento do valor agregado ao açúcar de melhor qualidade produzido, sendo este benefício definido pelo mercado e, consequentemente, dependente de suas oscilações.
Do lado dos custos, o gasto com produtos químicos auxiliares do processo representa um dos itens de maior peso e depende, entre outros, da eficiência da unidade. Tecnologias obsoletas, além de não garantir a obtenção da qualidade do produto final, favorecem a adição de maior quantidade de produtos químicos como forma de compensação de suas deficiências, o que, em muitos casos, inviabiliza a sua operação.
Considerando-se a tendência do mercado de açúcar de um lado e a disponibilidade de tecnologias mais confiáveis e eficientes, que apresentem menores custos operacionais, por outro lado, o mercado de unidades de flotação de xarope mostra-se bastante promissor, tanto para a implantação de novas unidades quanto para a otimização de unidades existentes.

Otimização de unidades existentes
Grande parte das unidades de flotação de xarope existentes apresenta deficiências de concepção e de projeto importantes que podem ser otimizadas. De forma geral, as seguintes deficiências podem ser observadas em unidades existentes:
- Sistemas de aeração deficientes: quando as bolhas de ar geradas são muito grandes ou em vazão insuficiente, os flocos formados não flotam, restando dispersos no meio;
- Turbulência na entrada do xarope: em circuitos de alimentação do xarope ao flotador que compreendem muitos obstáculos e/ou mudanças bruscas de fluxo, ocorre turbulência excessiva do meio que tende a destruir os flocos formados nas etapas anteriores, comprometendo a etapa de flotação;
- Localização inadequada dos pontos de adição de produtos: para ocorrerem as reações de micro e macrofloculação, é necessário que a admissão dos produtos químicos seja feita nos pontos corretos. Os produtos auxiliares de floculação atuais tendem a requerer tempos de reação muito inferiores àqueles requeridos no passado;
- Sistema de raspagem de lodo ineficiente: raspadores de lodo de fluxo radial favorecem o acúmulo de lodo nos tanques de flotação, levando à desagregação dos flocos formados e flotados, e posterior arraste destes com o xarope tratado.

Processo de flotação Engenho Novo
A tecnologia de flotação de xarope Engenho Novo vem sendo implantada no Brasil desde 1993 com sucesso, tanto na forma de novas unidades como para a otimização de unidades existentes, para capacidades de processamento de até 200m3/h de xarope.
O sistema de aeração do tipo ejetor de mistura (AIR-JET) tem apresentado ótimo desempenho de aeração e grande flexibilidade operacional, além de reduzido custo de manutenção.
As unidades podem ser fornecidas conforme diferentes escopos, desde o fornecimento do sistema completo na forma turn key até o projeto de fabricação e montagem para execução pelo cliente. Todas as opções compreendem o fornecimento de assistência técnica para a partida e treinamento operacional do sistema. Como características principais do processo Engenho Novo podem ser listadas, entre outras:
- Sistema de aeração do tipo ejetor de mistura (Sistema AIR-JET) que garante a geração de microbolhas em quantidade e tamanho adequados ao processo, mesmo quando operando com xarope com brix e temperatura elevados. O sistema requer quase nenhuma manutenção e não requer a utilização de compressores de ar;
- Sistema de alimentação de xarope com reduzida turbulência para evitar a destruição de flocos;
- Locação dos pontos de adição de produtos químicos visando a otimização de performance e consequente redução de consumo;
- Sistema de raspagem de lodo de fluxo tangencial, adequado para a remoção do lodo formado e sem danificar os flocos flotados;
- Concepção de projeto adequado para a otimização de unidades existentes, visando o aproveitamento máximo das instalações da indústria.

Descrição do processo
O processo é apresentado na figura abaixo. A primeira etapa consiste no sequestro das impurezas que dão cor ao xarope, através da adição de produto surfactante catiônico, em geral uma poliamina acíclica ou um quaternário de amônio derivado de ácidos graxos, que age especificamente junto aos compostos colorantes do xarope. O surfactante (positivo) e os compostos colorantes (negativos) se aderem físico-quimicamente através de seus sítios polares, formando um precipitado insolúvel de natureza hidrofóbica. Devido ao seu custo considerável, o agente descolorante deve ser dosado com cuidado, de acordo com a sua necessidade. Em casos onde a cor do açúcar já se encontra próxima à faixa desejada, a adição de agente descolorante pode ser reduzida significativamente, ou até mesmo suprimida.

Após a adição de descolorante, ocorre a etapa de microfloculação das impurezas, com a adição de ácido fosfórico (ou outra fonte de fósforo) e sacarato de cálcio (mistura de caldo da cana ou xarope com hidróxido de cálcio). Em pH apropriado, tais produtos reagem para formar o sal insolúvel de fosfato de cálcio, que promove a co-precipitação das impurezas no xarope, incorporando-as aos seus flocos. A microfloculação, por si só, é responsável por uma considerável redução na turbidez e na quantidade das partículas em suspensão no xarope, assim como alguma redução na sua cor bruta. Quando não é feita a adição de descolorante, a cor ICUMSA do xarope sofre apenas uma pequena redução durante a etapa de microfloculação. Com a etapa de microfloculação tem-se uma redução nos resíduos insolúveis e pontos pretos até níveis bastante baixos, juntamente com um aumento na reflectância do açúcar e uma pequena redução na sua cor ICUMSA.
Após a microfloculação, o xarope é aquecido a 80-85oC para reduzir a viscosidade do meio, acelerar as reações de precipitação e floculação da etapa anterior, e reduzir a solubilidade do sal de fosfato de cálcio que, ao contrário de outros sais, é menos solúvel à quente do que à frio. Para evitar incrustação nos aquecedores de xarope, o sacarato de cálcio pode ser adicionado ao xarope após o aquecimento.
Em seguida, o xarope segue para a etapa de aeração em ejetores de mistura. Nos aeradores, o ar atmosférico é admitido e cisalhado em minúsculas bolhas pela ação da energia cinética que é transferida do xarope que se desloca em alta velocidade. Ao mesmo tempo, uma fração do ar admitido no processo é dissolvida no xarope em consequência do perfil de pressões que existe no interior do aerador. Pelas características do sistema, que concilia a aeração por ar disperso com a aeração por ar dissolvido, a aeração obtida permite a introdução de bolhas de ar na quantidade e qualidade necessárias para a perfeita flotação de todas as impurezas presentes no meio, qualquer que seja a natureza do xarope. A vazão total de ar admitida ao processo depende do teor de impurezas, sendo monitorada em rotâmetro de ar. Devido à sua natureza hidrofóbica, os flocos constituídos pelos precipitados que foram formados pelos colorantes e o surfactante (agente descolorante) se aderem firmemente às bolhas de ar, formando flocos bastante estáveis.
Depois da aeração, ocorre a etapa de macrofloculação das impurezas através da adição de um polieletrólito floculante aniônico à base de poliacrilamidas. O polímero se agrega a vários microflocos de impurezas, formando macroflocos que, ao se formarem, aprisionam as bolhas de ar que se encontram dispersas no meio. Os macroflocos assim formados apresentam densidade inferior à densidade do xarope.
No flotador, os flocos aerados se deslocam em regime laminar em direção à superfície do equipamento, onde se acumulam formando uma espessa e escura camada de lodo. Ao mesmo tempo, o xarope clarificado com coloração, turbidez e viscosidade reduzidas, e isento de impurezas em suspensão, se acumula na parte inferior do flotador. O lodo sobrenadante é removido do sistema por meio de raspadores de superfície, sendo normalmente enviado para o tanque de caldo misto. O xarope clarificado, por sua vez, é removido pelo fundo do flotador e enviado para a etapa de cozimento. A concentração e a espessura da camada de lodo flotado são reguladas através do nível de operação do flotador, que é ajustado por meio de uma válvula de controle de nível do tanque.

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