Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.2, n.2, p.71-82, 2000
POTENCIAL DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA NO PRÉ-PROCESSAMENTO
DO CAFÉ
Ednilton Tavares de Andrade1, Delly Oliveira Filho2, Gilmar Vieira1
RESUMO
Minas Gerais detem uma cafeicultura razoavelmente tecnificada. Possui clima favorável a atividades e
dispõe de grande potencial para sua expansão, especialmente nos cerrados. O Estado responde, hoje,
por mais de 40% do parque cafeeiro e da produção nacional, sendo responsável por 60% do volume de
exportações de café do Brasil. Este trabalho tem como objetivo avaliar a eficiência energética dos
processos pós-colheita do café, em unidades experimentais com relação aos gastos médios estaduais,
propondo melhorias para racionalizar os gastos de energia no aspecto pós-colheita de café. A secagem
de café é uma das operações que demanda de muita energia (cerca de aproximadamente 80% do total
gasto no pré-processamento), e com algumas medidas de economia é possível reduzir razoavelmente o
consumo de energia com esta atividade, como também os gastos com beneficiamento. Considerandose um cafeicultor que tenha outra atividade agropecuária, além da cafeicultura em sua propriedade, é
possível adequar-se racionalmente ao sistema tarifário horo-sazonal.
Palavras-chave: café, pré-processamento, racionalização
CONSERVATION POTENTIAL OF ENERGY IN THE COFFEE PRE-PROCESSING
ABSTRACT
The economic and social importance that the coffee occupies, from its introduction in South America
and, particularly, in Brazil, is due to happens because this product stands out among the ones that lead
the agricultural economy of this continent. Minas Gerais detain a coffee growing, which has
reasonable technique, it has favorable climate to activities and it has great potential for its expansion,
especially in the closed ones. Nowadays the state has more than 40% of the coffee park and of the
national production, and it’s responsible for 60% of the volume of exports of Brazilian coffee. This
work has the objective of evaluating the energy efficiency of the powder-crop processes of the coffee,
in experimental units that’s related to the state medium expenses, and propose improvements to
rationalize the expenses of energy in the aspect after the crop of coffee. The drying of coffee is one of
the operations that demands much energy (approximately 80% of the total worn energy in the preprocessing), but with the use of some economy methods it is possible to reduce the expense of energy
reasonably with this activity, as well as the process spending. If is a coffee grower that has other
agricultural activity besides the coffee growing in its property it is possible to adapt rationally to the
horo-sazonal tariff system.
Keywords: preprocessing, coffee, rationalization
1
2
Doutorando em Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa, Dep. Eng. Agrícola, 36571-000, Viçosa, MG, [email protected].
Professor Adjunto, Universidade Federal de Viçosa, Dep. Eng. Agrícola, 36571-000, Viçosa, MG, [email protected].
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72
INTRODUÇÃO
A importância econômica e social que ocupa
o café, desde sua introdução na América do Sul e,
particularmente, no Brasil, deve-se ao fato de que
este produto destaca-se dentre os que lideram a
economia agrícola deste continente. A partir de sua
introdução no Brasil, a cafeicultura passou a exigir
dos órgãos governamentais uma política cada vez
mais ampla, coerente e objetiva, visando sensíveis
melhorias no processo de produção.
Minas Gerais detém uma cafeicultura
razoavelmente tecnificada, possui clima favorável
à atividades e dispõe de grande potencial para sua
expansão, especialmente nos cerrados. O Estado
responde, hoje, por mais de 40% do parque
cafeeiro e da produção nacional. E é responsável
por 60% do volume de exportações de café do
Brasil.
A qualidade do café, por sua vez, está
correlacionada, entre outros fatores, às praticas
adotadas nas operações pós-colheita, onde o
consumo de energia tem peso considerável.
A instabilidade e as limitações das fontes
energéticas, principalmente, a petrolífera, fizeram
com que o uso, racional de energia assumisse
caráter prioritário. Até 1973, o uso eficiente dos
recursos energéticos, de modo geral, era relegado a
plano secundário, em favor, sobretudo, do custo
inicial da instalação e dos custos operacionais.
Os custos energéticos tendem a representar
percentuais cada vez maiores na composição de
despesas das indústrias. O levantamento energético
auxilia a compreensão do modo como a energia e
os combustíveis são utilizados nas instalações e na
identificação de áreas, setores ou departamentos
onde ocorrem desperdícios ou em locais cuja
eficiência pode ser aumentada.
Grande
parte
das
indústrias,
em
funcionamento, foi projetada numa época em que o
racionamento energético não era fator de
primordial importância. Atualmente, os elevados
custos de energia requerem, a curto prazo, diversas
medidas, que permitem a redução do consumo
energético e melhoria dos rendimentos. Uma
empresa deve conhecer suas necessidades de
energia para cada operação unitária, procedendo a
uma verificação periódica do uso de energia. A
realização de balanços energéticos de cada uma das
operações unitárias auxilia a identificação de
etapas eficientes e ineficientes.
A secagem é a etapa do processamento do
café que consome a maior quantidade de energia.
O Brasil é o maior produtor mundial de café, e com
isso se deve prezar para que o processo de secagem
seja o mais racional possível. No Brasil, o café é
colhido, quando a percentagem de frutos verdes é
inferior a cerca de 10% (Silva & Berbert, 1999), ou
seja, o café é colhido com maturação fisiológica
heterogênea dos frutos. O teor de umidade dos
frutos também se apresenta heterogêneo e a sua
homogeneização somente é conseguida com
secagem lenta ou parcelada. A secagem do café é
uma das mais importantes operações no
processamento. Se ela for mal conduzida, poderá
acarretar grandes prejuízos ao cafeicultor.
O custo da energia utilizada na secagem de
café depende, principalmente, da temperatura de
secagem, do fluxo de ar, do tempo de secagem e do
preço dos energéticos. Como o café é um dos
produtos agrícolas que requer grande tempo de
secagem em virtude de seu elevado teor de
umidade inicial, o consumo de energia, nesse
processo, por unidade de produto seco é elevado.
No Brasil, apesar de novas tecnologias de
secagem terem sido desenvolvidas e de vários tipos
de secadores se encontrarem à disposição dos
agricultores, a secagem em terreiros é, ainda, muito
utilizada. A pré-secagem em terreiro tem sido
recomendada tecnicamente até que o café atinja
cerca de 33 a 48 %b.u., (Vieira, 1994). Assim
diminui-se o gasto de energia na secagem
mecânica. Ressalva-se, no entanto, que,
principalmente, os pequenos produtores rurais
utilizam, em sua maioria, a secagem em terreiro. A
secagem em terreiro demanda muito mais tempo
do que a secagem mecânica, podendo acarretar um
produto de qualidade inferior. Por outro lado, a
maioria dos equipamentos de secagem disponível
no país apresenta, em geral, baixa eficiência de
secagem, e não foram projetados para o café.
Geralmente, estes secadores são de custo muito
elevado, tornando-se, incompatíveis com o poder
aquisitivo do pequeno e do médio produtor rural
(Tascon, 1984).
O Acordo Internacional do Café - AIC,
garantia ao Brasil uma cota de 30% do mercado
mundial de café, independente de sua qualidade. A
partir da extinção do acordo, em 1989, os países
importadores passaram a optar por produto de
melhor qualidade, o que em curto prazo não
beneficiou o Brasil. Assim, o grande desafio da
nossa cafeicultura na atualidade, consiste na oferta
de produto de melhor qualidade que possibilite ao
setor maior competitividade no mercado
internacional e, consequentemente, a obtenção de
preços compensadores.
O aumento da produtividade e, sobretudo, a
melhoria da qualidade, via adoção de novas
tecnologias, deverá ser a tendência natural do setor
como meio de melhorar suas relações de troca,
conquistar novos mercados e elevar a rentabilidade
da cafeicultura. A qualidade do café está
relacionada, entre outros fatores, às praticas
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adotadas nas operações de pós-colheita, onde o
consumo de energia tem peso considerável.
A seguir será feita uma abordagem sobre:
lavagem, secagem, qualidade e beneficiamento do
café.
Lavagem do café
Após a colheita por derriça no chão, no pano
ou por processos mecânicos, o café deve ser
conduzido, no mesmo dia, para secagem, passando
antes pela limpeza, que geralmente é feita por meio
de lavadores.
O lavador é uma das estruturas mais
importantes na fase de preparo do café, uma vez
que proporciona a separação, não só das
impurezas, como também dos frutos, nos seus
diferentes estágios de maturação. Consta,
basicamente, de um tanque de alvenaria ou chapa
de aço galvanizado com bicas, comportas e
artefatos mecânicos para retirada de impurezas. A
separação dos frutos é feita pela densidade que
caracteriza os diferentes estágios.
A separação dos frutos é feita pela
densidade, dependendo dos diferentes estágios de
desenvolvimento, i. e., ou dos diferentes teores de
umidade (verdes 60 a 70%, cereja 45 a 55%, passa
30 a 40% e coco 20 a 30%). Assim, a fração
constituída pelos frutos verdes e cereja afunda na
água, saindo por uma bica do lavador, recebendo
simplesmente a denominação de “cereja”. A outra
fração, constituída por frutos, passa e seco, que são
mais leves e não afundam, recebe a denominação
de “bóia”, e sai por outra bica. Por apresentarem
tempos de secagem diferentes, estas duas frações
deverão ser secadas, separadamente, para que se
obtenha um produto final mais uniforme e de
melhor qualidade.
A lavagem deve ocorrer no mesmo dia da
colheita do café. É importante nunca deixa-lo
amontoado para ser lavado nos dias seguintes.
Esses lavadores gastam em torno de três litros de
água por litro de café. Em lavadores mecânicos,
com recuperação de água, o consumo é bem
menor, em torno de 0,3 litro de água por litro de
café (Bartholo et al., 1989). A lavagem é uma
operação importante, tanto para o preparo por via
úmida, quanto por via seca, visando a: (i)
separação por densidade e (ii) pré-limpeza.
Na pré-limpeza do produto, separam-se as
impurezas, aumentando, consequentemente, a vida
útil dos secadores e máquinas de beneficiar por
diminuir a abrasão, excluindo pedras, terras, folhas
e paus, que vêm da lavoura com os frutos colhidos;
Lavadores de alvenaria: em geral esses
lavadores são constituídos por um tanque com
capacidade para 1 a 2 m3 e uma calha de madeira
ou metal, provida de fundo falso por onde cairá o
café mais denso (cereja e verdoengo). Uma entrada
de água medindo cerca de 10 cm faz com que o
café mais pesado, que afundou no tanque, retorne à
superfície, através de outra saída, separando-se,
assim, do café bóia que passou pela bica sem
afundar no tanque.
Nos lavadores mecânicos, o sistema de
lavagem é semelhante ao dos lavadores de
alvenaria. Os lavadores mecânicos são construídos
com chapa metálica e possuem bombas para
reciclagem de água. O café é retirado do lavador
por meios mecânicos (Silva, 1995).
Secagem
A secagem de produtos agrícolas é uma
operação que tem por objetivo a retirada de água
em um nível que propicie condições adequadas
para
o
beneficiamento,
armazenagem
e
comercialização. A adoção generalizada da
secagem para conservação de produtos deve-se a
fatores como o menor custo e a facilidade de
execução.
Estimativas indicam um consumo anual de
energia em Minas Gerais, apenas na secagem do
café, em torno de 94,52 GWh de eletricidade para
força motriz e 2.700 TJ por ano de lenha para gerar
calor, ou seja, aproximadamente 700.000 m3 de
lenha (CEMIG, 1994).
Existem dois tipos de secagem, a natural e a
artificial. A natural consiste na exposição do
produto a condições ambientes de radiação solar,
vento e temperatura, sendo realizada na própria
planta. Este tipo de secagem é muitas das vezes
dificultado por períodos de baixas taxas de
radiação além de pequena incidência de vento e de
temperaturas baixas, em razão do índice de
nebulosidade. Outro fator a ser considerado é a
possibilidade de degeneração do produto, em
virtude do ataque de microorganismos e insetos.
Estes fatores também são influentes na secagem
natural em terreiros.
A secagem artificial, utilizando-se secadores
mecânicos, caracteriza-se por permitir:
antecipação da colheita, reduzindo perdas no
campo;
planejamento do calendário agrícola, o que
possibilita usar o tempo mais racionalmente;
execução
independente
das
condições
climáticas.
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O método de secagem a ser empregado
depende de vários fatores, dentre eles o nível de
instrução do produtor e do operador, do poder
aquisitivo do produtor, do volume de produção, da
velocidade de colheita e do sistema de recepção e
do fim a que se destina o produto (Silva, 1991). A
seguir são discutidos, brevemente, os principais
tipos de sistemas de secagem de café: em terreiros,
em camada fixa e em secadores tipo fluxo
concorrente e fluxo contracorrente.
Secagem de café em terreiro
O método mais utilizado no Brasil ainda é a
secagem de café em terreiros. Este método, além
de estar sujeito a perdas, pela ação de agentes
biológicos e condições meteorológicas adversas,
requer um tempo de secagem maior que o
requerido pela secagem mecânica, além de uma
maior demanda por mão-de-obra. O tempo de
secagem relativamente elevado é, talvez, um dos
principais fatores que influenciam na qualidade do
produto.
Graner et al. (1967), citado por Lacerda
Filho (1986), conceituam “terreiro” como sendo
uma superfície plana, com declividade variável
entre 0,5 e 1,5 %. O seu piso pode ser construído
com terra, cimento, asfalto ou tijolo. O piso de
tijolo é o mais utilizado comumente por ser
relativamente barato.
produtores, em função, principalmente, do seu
custo.
Na secagem em camada fixa, ou camada
estática de grãos, o produto permanece em um
recipiente de fundo perfurado, por onde passa o ar
de secagem, insuflado por um ventilador.
O ar de secagem movimenta-se da camada
inferior para a superfície da massa de grãos. A
troca de umidade ocorre entre os grãos e o ar, que
acontece em uma região denominada zona de
secagem. Esta zona de secagem move-se no
sentido da camada inferior, para a superfície da
massa, conforme ocorre o prosseguimento da
secagem. Os grãos da camada inferior atingem a
umidade de equilíbrio com o ar, antes dos grãos da
camada superior. Podem então ser estabelecidos
dois gradientes distintos durante a secagem: o
primeiro é o gradiente de umidade dos grãos, e o
segundo é o gradiente de temperatura. Esses
gradientes ocorrem entre as camadas inferior e
superior da massa (Lacerda Filho, 1986).
Recomenda-se um revolvimento periódico
da massa de grãos. Para café, o revolvimento deve
ser feito em intervalos de 180 minutos,
aproximadamente, para uma espessura de camada
de 40 a 50 cm. Tal procedimento reduz para níveis
aceitáveis os gradientes de umidade e de
temperatura existentes (Castro, 1991; Silva &
Berbert, 1999), contribuindo para uma melhor
uniformidade de secagem e um melhor produto
final.
Secagem de café em camada fixa
Tendo em vista os problemas existentes
durante a secagem dos grãos em terreiro, a
secagem artificial, em secadores mecânicos, é hoje
uma opção técnica econômica de fundamental
importância para o produtor. De modo geral, os
secadores de leito fixo são os mais acessíveis aos
Figura 1. Secador camada fixa (Vieira, 1984).
Figura 2. Secador de fluxo concorrente (Silva et al., 1992)
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Secagem de café em fluxo concorrente
Nos secadores de fluxos concorrentes, ar e
produto fluem, no mesmo sentido, dentro do
secador. Altas taxas de evaporação ocorrem na
parte superior da camada, uma vez que o ar mais
quente encontra o produto mais úmido. As trocas
intensas e simultâneas de energia e massa na
entrada do secador causam rápida redução na
temperatura inicial do ar de secagem, assim como
no teor de umidade do produto. Por esta razão, a
temperatura do produto permanece, consideravelmente, abaixo da temperatura inicial do ar de
secagem (Silva, 1995).
Os secadores de fluxo concorrente são
secadores que operam com alto fluxo de ar e baixa
pressão estática, portanto, a potência do ventilador
requerida é semelhante à dos secadores de fluxo
cruzado. Além disso, a sua manutenção é mínima,
devido à ausência de paredes perfuradas,
características de secadores de fluxo cruzado, que
exigem limpezas periódicas e reparos freqüentes
(Osório, 1982).
Secagem de café em fluxo contracorrente
A secagem em fluxo contracorrente é
caracterizada pelo fato dos grãos e ar de secagem
movimentarem-se em sentidos contrários. Neste
secador, à frente de secagem permanece sempre
próxima ao fundo perfurado. À medida que ocorre
a secagem, o produto seco é retirado por
transportadores helicoidais que retiram o produto,
conduzindo-o para a parte superior do secador ou,
então, para um silo armazenador, passando a
funcionar de forma contínua. Assim, a massa do
produto tem sentido descendente, enquanto o ar é
insuflado em sentido ascendente. A ativação do
sistema de movimentação do produto é coordenada
por um termômetro colocado a 0,5 metro do
“plenum”. A escolha da temperatura de
acionamento é função da umidade final desejada.
Nos
silos
secadores
de
fluxos
contracorrentes, à medida que a massa de produto
vai descendo, sua temperatura é aumentada,
atingindo valores muito próximos à temperatura do
ar de secagem.
Qualidade do café
A secagem de café deve ser feita de maneira
que a massa de grãos não seja submetida a altas
temperaturas. Teixeira et al., (1977) trabalhando
com diversos secadores concluiu que a temperatura
na massa de grãos de café não deve ultrapassar a
45ºC. E para evitar danos ao produto, a
temperatura do ar de secagem não deve ultrapassar
70oC (Silva, 1995). Temperaturas mais elevadas,
por exemplo 85oC, são prejudiciais ao produto,
uma vez que muitos grãos ficam super secos,
enquanto outra parte não atinge o ponto de seca.
Nessas condições, a uniformidade do produto
torna-se muito difícil (Castro, 1991). É
recomendável que a temperatura na massa de grãos
não seja superior à recomendada, para que se possa
ter um produto final de boa qualidade, sendo esta
temperatura fator importante para definir a
eficiência energética e a rapidez da secagem.
Alguns trabalhos de pesquisa como Lacerda
Filho (1986), Osório (1982), Silva (1991), Castro
(1991) e Vieira (1994), concluíram que pode ser
feita a utilização dos vários tipos de secadores,
citados, para realizar a secagem de café, tendo
como ressalva o controle do desempenho
energético e operacional, para minimizar os gastos
com energia e garantir a qualidade final do café.
Figura 3. Secador de fluxo contracorrente (Silva et al., 1992).
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A qualidade do café brasileiro tem como
fatores desfavoráveis à presença de grãos podres,
verdes e, principalmente, ardidos. Estes têm
origem na má condução da colheita e, ou, secagem.
Um dos fatores que poderia contribuir para a
melhoria da qualidade do café brasileiro seria o
conhecimento, por parte dos cafeicultores, das
normas de classificação. Assim passariam a
dispensar maiores cuidados no processamento, o
que, conseqüentemente, resultaria em maior
valorização do produto. A secagem do café é um
dos mais importantes pontos para se controlar a
qualidade do café principalmente a temperatura
utilizada na secagem.
Beneficiamento
O beneficiamento do café envolve diferentes
etapas. A Figura 4 apresenta um fluxograma de
possíveis etapas do beneficiamento do café
realizadas após a secagem.
Maquina de beneficiar e/ou descascar
A máquina de beneficiar ou descascador
além de limpar, descasca e pode ainda classificar o
café em escolha boa e bica corrida. Constitui-se de
uma peneira de pré-limpeza conjugada com um
catador de pedras, um cilindro descascador e
peneiras onde são separadas as cascas, cafés
brocados, conchas, café miúdos e não descascados.
Completam a máquina um aspirador, um soprador
e elevadores de canecos.
Separadoras densimétricas
Lavagem e separação hidráulica
As separadoras densimétricas, também
chamadas de mesa de gravidade, promovem a
separação dos grãos em camadas de pesos
específicos diferentes por meio da flutuação dos
mesmos em um colchão de ar criado por
ventiladores, sobre um tabuleiro. O movimento de
vibração do tabuleiro, combinado com as
inclinações longitudinal e lateral reguláveis
transforma as camadas em faixas ordenadas de
diferentes pesos específicos, que são desviadas
para cada bica coletora, de acordo com a
conveniência técnica e comercial da seleção.
Despolpador
Pré-limpeza
Secagem
Máquina de descascar
Separador densimétrico
Catador eletrônico de café
Catador eletrônico
Figura 4. Etapas do benefeciamento do café.
Despolpador
Despolpadores são equipamentos que agem
por pressão e possuem dispositivos para separar os
frutos maduros dos verdes, uma vez que esta
parcela faz parte do café cereja (separado no
lavador). O despolpador consiste na retirada da
casca do fruto maduro ou cereja, para posterior
fermentação e retirada da mucilagem (degomagem)
por lavagem.
Máquina de pré-limpeza
A máquina de pré-limpeza é um
equipamento destinado a fazer a limpeza
preliminar do café colhido, removendo impurezas
leves, tais como folhas e talos, e corpos estranhos
como terra, pedras, etc. São constituídos de
peneiras vibratórias e de um aspirador. A prélimpeza é uma operação importante para se ter um
produto de boa qualidade.
Os catadores eletrônicos de café são
destinados a separar os grãos de café pela cor,
dando uniformidade aos lotes. Esta operação é a
última a ser executada, depois de eliminados os
defeitos e classificado por peneira. Essa máquina
se baseia no uso de células fotoelétricas e separa os
grãos por jatos de ar comandados pelas células.
Essa operação é rápida e a produtividade do
equipamento é relativamente elevada.
Sistema Tarifário Horo-Sazonal
O sistema tarifário de energia elétrica em
vigor prevê que a taxação seja em função da
demanda e do consumo de energia elétrica. Esta
taxação é função também da hora do dia e da época
do ano. O sistema de taxação é denominado de
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tarifa horo-sazonal. O horário de ponta para efeito
da tarifa é definido como sendo três horas
consecutivas no período de 17:00 às 22:00 h. Em
geral as tarifas de ponta para consumo e demanda
são mais que 230% mais caro do que para fora da
ponta.
O cálculo da Tarifa Horo-Sazonal (THS) é
feito a partir da expressão:
F
Dfp Tdp Dffp Tdfp DUfp TdUp
DUfp TdUfp Cp Tcp Cfp Tcfp
(1)
em que,
Dfp
=
Tdp =
Dffp =
Tdfp =
Cp
=
Tcp =
Cfp =
Tcfp =
DUfp =
TdUfp =
DUp
TdUp
Demanda faturada na ponta, kW
Taxa de demanda na ponta, R$ / kW
Demanda faturada fora da ponta, kW
Taxa de demanda fora da ponta, R$ / kW
Consumo na ponta, kWh
Taxa de consumo na ponta, R$ / kWh
Consumo fora da ponta, kWh
Taxa de consumo fora da ponta, R$ / kWh
Demanda de ultrapassagem fora da ponta, kW
Taxa de demanda de ultrapassagem fora da
ponta, R$ / kWh
= Demanda de ultrapassagem na ponta, kW
= Taxa de demanda de ultrapassagem na ponta,
R$ / kWh
Em vista do exposto, este trabalho tem como
objetivo principal avaliar a eficiência energética
dos processos pós-colheita do café de unidades
experimentais localizadas no Estado de Minas
Gerais em relação à eficiência média observada no
Estado. Os objetivos específicos são: (i) propor
melhorias para racionalizar o uso de energia no
pré-processamento de café; (ii) Estimar demandas
de contrato de energia elétrica em sistema tarifário
horo-sazonal, THS em propriedade rural produtora
de café.
MATERIAL E MÉTODOS
Realizou-se neste trabalho a estimativa da
quantidade média de energia elétrica gasta no préprocessamento do café em fazendas previamente
selecionadas, localizadas no Estado de Minas
Gerais, (CEMIG, 1994a). As etapas do préprocessamento do café consideradas, foram:
(i) lavagem mecânica; (ii) despolpamento; (iii)
secagem mecânica e (iv) beneficiamento.
O consumo de energia foi estimado para
cada uma das etapas em kWh/kg de café préprocessado e depois comparado com a quantidade
média de energia gasta nestas mesmas etapas para
o Estado de Minas Gerais, (CEMIG, 1994a e
CEMIG, 1994b).
As unidades experimentais estudadas foram
escolhidas por meio de sorteio dentro de sua faixa
de consumo de energia elétrica nas quatro maiores
regiões produtoras de café do Estado de Minas
Gerais (Sul de Minas, Triângulo/Alto Paranaíba,
Mata/Rio Doce e Jequitinhonha). Para este estudo
foram consideradas cinco faixas de consumo
mensal (kWh/mês). A participação percentual de
cada faixa de consumidores de energia elétrica, e o
número de unidades produtoras de café amostradas
no Estado de Minas Gerais são apresentados no
Quadro 1.
Quadro 1- Participação percentual de cada faixa de consumidores de energia elétrica, e o número de
unidades produtoras de café amostradas no Estado de Minas Gerais.
Faixa de consumo
(kWh)
0 a 100
101 a 300
301 a 600
601 a 1000
Acima de 1001
Total
Participação
(%)
30,3
37,3
14,3
8,5
9,6
100,0
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Medidas de economia na lavagem
Deve-se observar o rendimento do
equipamento em plena carga com o rendimento
estabelecido pelo fabricante, para assim poder
detectar falhas no equipamento ou no sistema.
Apesar da lavagem mecânica consumir
relativamente pouca quantidade de energia elétrica,
Número de unidades produtoras
amostradas
182
224
86
51
58
601
média de 3,5 kWh para lavar 10.000 litros de café
(CEMIG, 1994b), a eliminação das impurezas e a
separação dos grãos nos diferentes estádios de
maturação concorre para a obtenção de resultados
importantes em termos de qualidade do produto e
minimização do consumo de energia, durante a
secagem do café.
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Pode-se obter até 20% de economia, no
processo de lavagem do café, se as seguintes
medidas forem seguidas:
manutenção do lavador com limpezas diárias,
pintura e lubrificação no final de cada safra;
diminuir o máximo possível impurezas do café
a ser lavado;
realizar a alimentação de maneira contínua,
uniforme e com o máximo fluxo de café
admitido pelo equipamento, aumentando o seu
rendimento horário;
reduzir ao mínimo necessário, o fluxo de água,
principalmente, quando se faz o recalque com
motobomba.
Medidas de economia na secagem
O processamento do café demanda um gasto
de energia substancial. É importante ressaltar que a
colheita e processamento do café só ocorrem uma
vez no ano, ou seja, na época de safra, tornando
esta demanda sazonal. A secagem de café é uma
das operações que mais demanda energia
(aproximadamente 80% do total gasto no préprocessamento).
O consumo total de energia para diversos
tipos de secadores de café depois de pré-secagem
em terreiro, com teor de umidade inicial de
aproximadamente 40% b.u. está exposto no
Quadro 2 (Teixeira et al., 1977).
O Quadro 2 apresenta, na primeira coluna,
os dez tipos de secadores utilizados para secagem
de café. Quando se trabalha com secador rotativo
horizontal, ou seja, o secador 5, tem-se um maior
consumo de energia. CEMIG (1993a), CEMIG
(1993b), CEMIG (1993c) e CEMIG (1993d),
trabalhando na análise energética em varias
propriedades rurais de Minas Gerais concluíram
que o gasto médio de energia para pré-secagem e
secagem completa de café, em secador rotativo
horizontal, foi de 65,8 a 97,7 kWh e 135,8 a 190,3
kWh para 10.000 litros, respectivamente. E, trabalhando com secador vertical, houve um consumo
médio de energia de 81,9 kWh, correspondendo a
uma variação de 39,1 a 125,3 kWh para 10.000
litros de café, respectivamente, para os secadores
estudados.
Pelo Quadro 2, podemos concluir que os
secadores 2, 4 e 8 foram os que apresentaram
menor consumo de energia para secagem, sendo
que o secador 4 foi o que apresentou menor
consumo entre os três. Os secadores 2 e 4 foram os
que apresentaram melhor rendimento, sendo que o
rendimento do secador 2 foi cerca de 10% superior
ao rendimento do secador 4. Os secadores 2, 4 e 9
são os que apresentaram menor consumo de lenha
para secagem de um mesmo volume de café. Os
secadores número 3 e 5 foram os que apresentaram
pior rendimento em termos de consumo de lenha e
os mesmos secadores 3 e 5 foram os que
apresentaram maior consumo de energia total para
a secagem de um mesmo volume de café. Os
secadores 3 e 5 foram os que pior se comportaram
para secagem de café, em termos de consumo de
lenha, consumo total de energia e rendimento.
Pode-se concluir pelo Quadro 2 que,
independentemente do secador, deve-se ficar
atento com o teor de umidade inicial, final e
temperatura durante a secagem para que se possa
ter um melhor controle da secagem e,
consequentemente, uma boa qualidade do produto.
É possível que se diminuam os gastos de
energia com a secagem, considerando os seguintes
pontos:
fazer a pré-secagem em terreiro, quando os
frutos saírem do lavador. Haja vista que, a
secagem do produto em terreiro até o teor de
umidade de armazenagem pode influenciar
negativamente na qualidade final do produto.
secar o café por lotes (não misturar dias de
colheitas, nem diferentes tipos de café), assim,
evita-se a mistura de café com diferentes
estádios de maturação, garante-se economia de
energia e mão-de-obra, além de uma maior
homogeneidade do produto.
paralisar a secagem, quando o produto atingir,
aproximadamente, 13 a 14 % b.u. de teor de
umidade e, assim, o calor latente residual da
secagem possibilitará uma redução do teor de
umidade para cerca de 11 a 12% b.u., que é o
teor de umidade recomendado para o armazenamento e a comercialização.
monitorar a temperatura da massa de grãos
durante a secagem, evitando-se que a mesma
não ultrapasse os limites recomendados, para a
obtenção de produto final de melhor qualidade.
utilizar sempre termômetros calibrados para
aferir adequadamente a temperatura da massa
de grãos e do ar aquecido.
Medidas de economia no descascador de cerejas
O processo de produção de cereja
descascado reduz em até 40% o volume do produto
pela remoção da casca e polpa, e concorre
sobremaneira para a economia de energia, durante
a secagem. Entretanto, esta etapa ainda é
relativamente pouco utilizada, não se acreditando
no aumento de sua utilização, em curto prazo, em
grande escala. O consumo médio de um
equipamento despolpador de cereja está em 0,85
kWh por saca de 60 quilogramas beneficiada
(CEMIG, 1994b). Portanto a utilização do
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.2, n.2, p.71-82, 2000
79
descascador permite a redução do consumo de
lenha de 1,2 a 4,8 m3 / 10.000 litros para 0,72 a
2,88 m3 / 10.000 litros, e de eletricidade de 62 a
279,92 kWh / 10.000 litros para 37,2 a 167,52
kWh / 10.000 litros, aproximadamente.
Medidas de economia no beneficiamento
A pré-limpeza consiste na retirada da casca
do café em coco, já seco e a separação das cascas e
sementes (café beneficiado). Estas máquinas
podem limpar, descascar e podem ainda classificar
o café em uma boa escolha.
Esta operação apresenta algumas vantagens,
quando realizada em nível de fazenda, tais como:
possibilidade de aproveitamento da palha
como adubo orgânico, cama de frango ou
combustível, etc...;
economia em transporte com a eliminação da
palha;
aumento da receita com a venda do produto
beneficiado.
O consumo médio de energia elétrica para
esta atividade está em aproximadamente, 0,6 kWh
por saca de 60 quilogramas de café beneficiado
(CEMIG, 1994b).
Para racionalizar a utilização de energia
elétrica, deve-se sempre ficar atento para:
(i)
adequação de força motriz, i.e., se o motor
utilizado é dimensionado de forma a
maximizar o rendimento do processo e
minimizar os gastos com energia elétrica
(Campana et al., 2000);
(ii) correção do fator de potência;
(iii) esticar e alinhar correias.
Quadro 2 - Quantidade total de energia gasta na secagem do café para os diversos secadores após présecagem em terreiro.
Tempo médio
Capacidade Potência
de secagem
Total Umidade final Rendimento
Consumo de Lenha
(l)
(cv)
(hs)
(kWh)
%b.u.
(l/h)
(m3/10.000l)
1
9.000
8,0
19,38
115,65
13,08
465
2,70
1 T1
15.000
7,5
22,63
129,67
13,50
663
1,20
2 1T2*
6.800
7,5
27,08
151,53
12,96
251
3,70
3 1T3
16.000
5,0
26,63
99,33
13,36
601
1,90
4 1T4*
10.000
12,5
30,02
279,92
13,08
333
4,80
5 1T5
5.000
4,0
18,25
54,95
13,44
272
3,20
6 1T6
15.000
11,5
31,32
268,65
12,20
479
2,90
7 1T7
7.500
5,0
18,03
67,30
13,06
416
2,90
8 1T8
13.000
9,5
27,03
191,57
13,32
481
1,80
9 1T9
8.000
1,0
216,00
135,00
13,50
10 2T10*
1
(TEIXEIRA, 1977), 2 Secador de Leito Fixo, café despolpado, utilizando-se ar ambiente para secagem (FREIRE et al., 1998).
* Secadores de fogo direto.
Tipo de
Secador
Devem-se utilizar máquinas e processos
mais eficientes, contribuindo para a melhoria do
rendimento das operações, isto é, processando uma
maior quantidade de café, num menor tempo com
um menor gasto.
A produção de café, para fins comerciais
exige que se tenha uma produção suficiente para se
pagar o custo de produção dele. Os processos de
lavagem,
despolpamento,
secagem
e
beneficiamento do café consomem energia, a qual
é gasta em apenas uma época do ano, ou seja na
colheita em sua maior parte. Por isso é possível se
fazer um sistema de tarifação para o préprocessamento de café.
O consumo médio de energia elétrica por
saca de 60 kg beneficiada, em cada etapa do préprocessamento de café é relacionado a seguir: (i)
lavador mecânico 0,35 kWh; (ii) despolpador 0,85
kWh; (iii) secador vertical 2,4 kWh; (iv) secador
horizontal 2,9 kWh; (v) beneficiamento 1,26 kWh.
Do gasto total de energia elétrica no préprocessamento de café de cerca de 45 a 60%, são
Consumo de
Energia Elétrica
(kWh/10.000 l)
128,50
86,44
222,84
62,08
279,92
109,91
179,09
89,73
147,36
-
gastos com a etapa de secagem. No entanto do total
de energia elétrica e térmica no pré-processamento
de café 80% aproximadamente, é gasto com a
etapa de secagem.
O suprimento de energia elétrica nas
propriedades cafeeiras, é normalmente feito em
baixa tensão, com transformadores de até 75 kVA.
A tarifa praticada é a convencional, na maioria dos
casos e não existe um sistema de tarifação horosazonal. Tem-se que 60% dos equipamentos não
funcionam no horário de ponta, que são três horas
consecutivas no horário compreendido entre 17:00
e 22:00 horas. A demanda de potência elétrica no
horário de ponta é de cerca de 40% da demanda
máxima, sendo que cerca de 26% devido à
secagem e 14% aos outros processos.
Pelo Quadro 3, pode-se observar que existe
um grande potencial de economia de energia
elétrica no pré-processamento de café, de cerca de
21.988 kWh/safra nas unidades estudadas. Com
medidas de racionalização, pode-se conseguir
substancial economia de energia. A etapa do pré-
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.2, n.2, p.71-82, 2000
80
processamento que mais possibilita racionalização
é a secagem, indicando que além de ser a fase que
mais gasta energia, também é a fase que tem maior
desperdício, mostrando que essa fase merece maior
atenção.
Pode-se ver, neste mesmo quadro, que, na
lavagem existe uma grande possibilidade de
racionalização, apresentando gastos elevados de
energia e, também, perdas elevadas. Este é um
processo que pode ser racionalizado, assim,
reduzindo o gasto com energia na lavagem de café,
e, consequentemente, no pré-processamento.
O descascador permite possibilidades de
redução de gasto mais este processo, em âmbito
geral, não é muito utilizado, sendo alvo de
economia apenas em propriedades grandes
produtoras de café, ou seja, que possui o
equipamento em funcionamento.
Considerando a unidade produtora e
beneficiadora de café do Quadro 4, podemos ver os
principais horários de funcionamento dos
equipamentos para beneficiamento do café.
Haja vista a sazonalidade da demanda e no
consumo de energia elétrica, no processamento do
café, tem-se que, se for possível a integração desta
atividade com outra, como, por exemplo, a
produção de aves, a curva de carga da propriedade
irá aumentar o fator de carga, o que racionalizará a
utilização de energia elétrica. Pode-se ver pelo
gráfico que a maior demanda de potência para o
café é no horário de 17 e 18 horas (156,6 kW), e
que os horários de 19 às 22 horas também
apresenta um consumo elevado (144,6 kW), mas
nos horários restantes, a demanda é baixa (16,4 kW
a 38,4), já para a avicultura, podemos ver que a
maior demanda se concentra nos horários de 19 as
7:00 horas, em 168,2 kW, sendo possível se
adequar esta propriedade a uma THS.
Esta propriedade por ter sazonalidade
verificada, no mês em que as duas atividades
estiverem paradas (limpeza, troca de matrizes,
etc.), ela será taxada em 10% do valor de seu maior
consumo nos últimos 11 meses, ou seja do valor
cobrado na colheita do café.
Segundo Turco (1999), o consumo médio,
por hora, de energia elétrica ativa para galpões é de
7,24 KWh, sendo necessários 6,91 10-4 KWh, por
hora para a produção de um frango de corte.
Fazendo-se um remanejamento de cargas
pode-se ajustar esta propriedade para uma THSVerde, com equipamentos desligados por três horas
consecutivas das 17 as 22:00 horas, e com potência
do transformador acima de 75kVA.
Proposta de uma tarifa horo-sazonal para o
pré-processamento de café
Pelo Quadro 4 e pela Figura 5 pode-se ver os
consumos de energia para o processamento de
café. Vê-se, também, que a propriedade, além do
café, produz também aves de corte (Figura 6), e
esta atividade de produção de aves de corte é
paralisada na época de processamento de café.
Quadro 3 - Potencial de otimização energética no processamento de café em Minas Gerais.
Etapa
Medidas
Lavador
Melhoria do rendimento
Redução do consumo d’água
Melhoria do rendimento
Controle de umidade
Controle de temperatura
Enchimento, vão 20 cm
Controle de umidade
Controle de temperatura
Carregamento total
Descascador
Secador
horizontal
Secador vertical
Beneficiadora
Instalação Elétrica
Total
Sem sugestão de economia
Reduzir queda de tensão
_
Economia estimada
de energia elétrica
%
kWh/safra*
15,0
326
6,0
111
25,0
382
17,0
5.718
10,0
2.792
7,0
1.759
9,0
3.080
10,0
3.114
12,0
3.364
2,0
25,9
Consumo específico
(kW / 10.000 l)
Atual
Racionalizado
3,5
2,8
22,4
16,8
92,6
64,3
81,9
59,0
0,6 kWh/
sc.60kg
-
1.342
21.988
-
* O potencial de economia se refere a um processamento anual de 10.000 litros de café
** CEMIG (1994b)
Quadro 4 - Utilização horária de cargas elétricas em unidade produtora de café e aves.
Equipamentos P(kW)
Cafeicultura1
0-5
Lav.
6,0
Mecânico
Despolpador 112,2
6
7
8
9
Horário de Funcionamento
10
11
12
13
14
15
16
17
6,0
112,2
horário de ponta
18
19
20
21
22
6,0
6,0
6,0
6,0
6,0
23
24
112,2 112,2 112,2 112,2 112,2
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.2, n.2, p.71-82, 2000
82
Sec. Horiz.
10,0
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
Sec. Vertical
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
6,4
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
0,7
0,9
1,5
1,7
2,0
1,7
1.9
1,9
2.5
4,5
6,0
7,0
5,5
2,5
2,0
0,9
0,3
Beneficiadora 12,0
Casa de
colono
10,0
0,3
0,5
0,5
Avicultura2
Iluminação
168,2 168,2 168,2 168,2
168,2 168,2 168,2 168,2 168,2 168,2
Força motriz
36,0
TOTAL1
156,6 16,7 16,9 16,9 29,1 29,3 29,9 30,1 30,4 30,1 28,4 30,3
36,0 36,0 36,0 36,0 36,0 36,0 36,0 36,0
36,0
28,
130,
145,1146,6 135,6 134,1131,1
17,3 16,7
4
6
36, 36,
168,
168,
204,2 168,2 168,2 168,2 36,0 36,0 36,0 36,0 36,0 36,0 36,0 36,0
36,0 168,2
168,2
168,2 168,2
0
0
2
2
É interessante para este proprietário se
enquadrar no sistema de THS, e, assim, diminuir
sua despesa com energia elétrica, pois seu
consumo de energia não varia durante o ano, e este
proprietário poderá, além do mais, ter outras
atividades econômicas tal como a produção de aves
para melhorar o seu fator de carga ou modulação.
É importante notar, na figura, que, com os
consumos atribuídos à propriedade rural, seu
enquadramento a um THS é viável, assim se
enquadrando em uma THS-Verde.
O fator de carga razão entre a demanda
média e a máxima para a unidade processadora de
café e para a granja avícola é de cerca de 0,35 e
0,64 respectivamente. Contudo, quando se
integram as duas atividades rurais, o fator de carga
passa a ser de 0,53. Na realidade, a melhoria do
fator de carga poderá ocorrer na ponta e fora de
ponta.Portanto, a integração destas duas atividades
poderá resultar em economia com os gastos com
demanda de energia elétrica, bem como com a
otimização do uso dos equipamentos elétricos.
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
160
140
120
Potência (kW)
TOTAL2
Potê n ci a (k W )
36,0 36,0
100
80
60
40
20
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Horários (hs)
Figura 6- Consumo de energia nos diversos
horários de uma unidade produtora de
aves.
CONCLUSÕES
Com base no exposto pode-se concluir que:
- A secagem é o processo que mais demanda
energia no pré-processamento, e também é o que
possui um maior potencial de economia de energia,
assim possibilitando maior racionalização.
A lavagem é um processo que possibilita
substancial economia de energia.
Deve-se acompanhar o funcionamento e o
gasto dos equipamentos de pré-processamento,
visando, sempre, detectar pontos onde exista um
gasto excessivo de energia, para a sua
racionalização.
É possível se adequar uma tarifa horosazonal para uma propriedade produtora de café,
principalmente, se esta propriedade tiver outra
atividade econômica em consórcio com a produção
de café.
Horários (hs)
Figura 5- Consumo de energia nos diversos
horários de uma unidade produtora de
café.
AGRADECIMENTOS
Os autores deste trabalho são agradecidos a
CEMIG (Companhia Energética do Estado de
Minas Gerais), EMATER-MG (Empresa de
Assistência Técnica e Extensão Rural do Estado de
Minas Gerais) e EPAMIG (Empresa de Pesquisa
Agropecuária de Minas Gerais) pelas informações
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.2, n.2, p.71-82, 2000
82
prestadas e subsídios, sem os quais se tornaria
inviável a realização deste trabalho de pesquisa.
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