CAMPO DE APLICAÇÃO

[001] A presente solicitação de patente de invenção refere-se a um processo e equipamento concentrador de vinhaça e vinho, que será aplicado ao campo de recuperação de subprodutos de refugos de vinhaça e vinho provenientes das indústrias extratoras de açúcar e álcool, tanto da cana de açúcar como do milho.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] O álcool, também chamado etanol, tanto hidratado como anidro, é importante para redução do aquecimento global, substituindo ou misturando-se aos combustíveis fósseis, entretanto para cada litro de álcool produzido são gerados no mínimo 10 litros de um passivo ambiental chamado vinhaça, com toxicidade e periculosidade de alto nível, tanto para os trabalhadores que precisam lidar com a vinhaça, como para o meio ambiente, visto que ainda a grande maioria das usinas alcooleiras descarta a vinhaça nas terras agriculturáveis.

[003] O vinho, também chamado de caldo, também precisa ser concentrado antes de seguir para a produção do álcool, visando à redução da quantidade de água partícipe do vinho.

[004] Atualmente poucas alcooleiras têm instalado e operando o concentrador de vinhaça a vapor, por vários motivos, como o alto custo dos equipamentos, elevado consumo de vapor e a necessidade de grandes áreas construídas para instalar os equipamentos.

[005] Outro problema destes grandes equipamentos é a necessidade de manutenções periódicas de alto custo e técnicos especializados para atuarem na manutenção destas instalações. [006] Todos estes inconvenientes são apresentados por falta de tecnologia que transforme a vinhaça em outro subproduto, já que são estimadas produções na ordem de 300 bilhões de litros de vinhaça por safra, que acabam sendo direcionados para serem lançados em terras agriculturáveis.

[007] De forma semelhante, para o processamento do vinho, são necessários grandes equipamentos que utilizam vapor e tem como resultado de descarte o concentrado de vinhaça.

[008] Órgãos ambientais, como a CETESB de São Paulo, estão sugerindo que seja reduzida a quantidade de vinhaça descartada nas terras agriculturáveis com volumes máximos de 30% se comparados com os que são atualmente descartadas, tendo como objetivo principal evitar que este passivo ambiental continue causando graves consequências à saúde dos trabalhadores durante a sua exposição ao líquido e gases.

[009] É notório que os órgãos ambientais estão sugerindo que no futuro próximo seja apresentada uma legislação que trate da obrigatoriedade da redução desde passivo ambiental apresentado pela vinhaça, bem como a necessidade de utilização de equipamentos ambientalmente corretos, como é o caso do processo e equipamento aqui requerido pelo autor.

[010] Para o descarte da vinhaça as alcooleiras tem mantido uma estrutura de alto custo, como muitos empregados envolvidos com alto risco trabalhista, caminhões para o transporte da usina até o campo, equipamentos de aspersão para distribuir homogeneamente a vinhaça no solo, que por apresentar elevada acidez, sua concentração na terra pode provocar infertilidade do solo, e após lançado na terra acabam gerando gases vaporizados que prejudicam a saúde dos trabalhadores e animais.

[011] O autor buscando uma solução para a recuperação da vinhaça, que representa um grande passivo ambiental, bem como buscando aprimorar o processo de concentração do vinho, desenvolveu o processo e equipamento concentrador para ser montado junto às usinas alcooleiras.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[012] Tem como objetivo fornecer um processo e equipamento concentrador para a recuperação do passivo ambiental que é a vinhaça, podendo reutilizar a água constante na vinhaça, que representa aproximadamente 80% de sua composição, primeiramente como vapor para ser utilizado nos processos das usinas e, após a condensação do vapor, reaproveitar a água para abastecer as caldeiras.

[013] Como o concentrado resultante deste processo aqui requerido representa aproximadamente 20%, sua utilização será como fertilizante, devido ao relevante índice de potássio presente no concentrado ou, como segunda opção, podendo ser queimado juntamente com o bagaço da cana de açúcar nas caldeiras de alta pressão para geração de energia elétrica.

[014] Quanto ao processamento do vinho o processo e equipamento concentrador aqui pleiteado modernizarão e simplificarão a produção do álcool, utilizando energia elétrica no lugar do vapor, visto que as próprias usinas são geradoras de sua própria energia elétrica.

[015] O processo basicamente funciona através da montagem de um gerador de calor e um aquecedor por campo magnético, que consegue obter um concentrado com a retirada de aproximadamente 70% da água contida no caldo, vinho ou vinhaça.

[016] O aquecimento por campo magnético aqui utilizado apresenta princípios contidos nos documentos de patentes BRPI8506299-5B1 , que descreve um aperfeiçoamento em aquecedor elétrico indutivo de bobinas ovais com o fechamento de curto circuito nos flanges de entrada e saída e documento de patente BRPI0200695-2A2, que descreve um aquecedor indutivo de bobinas tubulares alternadas com bobinas indutoras. [017] Destaca-se ainda que o custo de manutenção do sistema aqui pleiteado apresenta uma redução estimada de 80%, bem como os riscos com trabalhadores e fauna ficam reduzidos a quase zero, se comparado com os sistemas a vapor anteriores, o que torna o processo viável economicamente e ambientalmente.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[018] O equipamento recebe a vinhaça in natura que é depositada em um tanque que apresenta uma tubulação de saída com uma bomba de deslocamento positivo que força o fluxo da vinhaça no sentido do medidor de vazão, que está interligado por tubulação a válvula eletropilotada de controle de vazão, que direciona a vinhaça com temperatura entre 80 a 90 ^Q C para o regenerador, que transfere a vinhaça com temperatura entre 110 a 120 ^Q C para o aquecedor, aumentando a temperatura e transferindo a mesma com entre 120 á 130 ^Q C para o balão flash.

[019] O balão flash realiza a saída de duas formas diferentes, a primeira saída do balão flash ocorre com água na forma de vapor, transferida por tubulação em temperatura entre 115 a 125 ^Q C entrando no regenerador para a troca térmica, resultando na formação de saída de vapor com temperatura entre 110 e 115 ^Q C na tubulação de saída, e saída de 6% de condensado com temperatura entre 110 e 115 ^Q C na outra tubulação de saída.

[020] A segunda saída do balão flash ocorre com a transferência da vinhaça entre 110 a 120 ^Q C para o trocador, que recebe simultaneamente a entrada de água refrigerada na temperatura entre 25 a 35 ^Q C, que resulta na saída de concentrado de vinhaça com temperatura entre 40 a 50 ^Q C e saída de água de resfriamento com temperatura entre 40 a 50 ^Q C.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[021] O desenho em anexo expõe o processo e equipamento concentrador de vinhaça e vinho, que conjuntamente com as referências numéricas detalhadas a seguir, faz-se entender mais facilmente, embora este invento possa variar em muitas formas construtivas diferentes, sempre customizados para cada aplicação, não mostrados nos desenhos que serão aqui descritos em detalhe e formas para a realização do referido invento.

[022] A figura 1 apresenta um fluxograma geral mostrando o equipamento e as fases do processo, mostradas com o sentido de fluxo por meio de setas indicativas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[023] De acordo com a figura em anexo, a presente solicitação de invenção se refere a um processo e equipamento (1) concentrador de vinhaça e vinho, para realizar o processo que pode operar continuamente interligado às usinas alcooleiras com produção a base de cana de açúcar ou de milho, sendo compreendido por um tanque de depósito (2) de vinhaça in natura interligado por tubulação (3) a bomba de deslocamento positivo (4), caracterizado por ser interligada por tubulação (3a) ao medidor de vazão (5) automático, que efetua a leitura de passagem do fluxo e alimenta eletronicamente por variador de frequência, que controla a rotação da bomba de deslocamento positivo (4) e consequentemente a vazão da vinhaça que abastece o regenerador (7).

[024] O medidor de vazão (5) interligado por tubulação (3b) a válvula eletropilotada (6), que interrompe o fluxo em caso de falta de energia elétrica ou de qualquer evento que coloque em risco os operadores ou os equipamentos, é interligada por tubulação (3c) de passagem do condensado com temperatura entre 80 a 90 ^Q C para a entrada do regenerador (7).

[025] A bomba de deslocamento positivo (4) com rotação controlada por variador de frequência, mantém continuo e regular o bombeamento da vinhaça a uma temperatura entre 80 a 90 ^Q C para a válvula eletropilotada (6) de controle de vazão para o regenerador (7). [026] A válvula eletropilotada (6) posicionada entre o medidor de vazão (5) e o regenerador (7) funciona para a segurança operacional, podendo ser acionada por algum evento acidental ou fechada à distância para evitar transbordamento de vinhaça.

[027] O regenerador (7) transfere a vinhaça a uma temperatura entre 110 a 120 ^Q C pela tubulação (3d) para o aquecedor (8), que por sua vez transfere a vinhaça com temperatura entre 120 á 130 ^Q C por tubulação (3e) ao balão flash (9), que transfere a vinhaça entre 110 a 120 ^Q C pela tubulação (3f) para o trocador (10), que recebe a entrada de água refrigerada em temperatura entre 25 a 35 ^Q C por tubulação (3g).

[028] O balão flash (9), após recebimento do concentrado de vinhaça pela tubulação (3e) na forma líquida a temperatura entre 120 a 130 ^Q C, efetua duas operações de saída, sendo a primeira o envio de água em forma de vapor a uma temperatura entre 115 a 125 ^Q C pela tubulação (3h) para o regenerador (7), e a segunda saída do concentrado de vinhaça na forma líquida a uma temperatura entre 110 a 120 °C pela tubulação (3f) para o trocador de calor (10) para resfriamento.

[029] O regenerador (7) ao receber a água em forma de vapor a uma temperatura entre 115 a 125 ^Q C pela tubulação (3h) realiza duas funções: a de efetuar a troca térmica da água em forma de vapor para separar o concentrado de vinhaça do vapor, que entra no sistema para maximizar o aproveitamento térmico, resultando na separação aproximada de 6% de condensado que sai do regenerador (7) por tubulação (3j) com temperatura entre 110 e 115 ^Q C, e vapor que sai do regenerador (7) por tubulação (3i) com temperatura entre 110 e 115 ^Q C.

[030] O sistema com o concentrado a uma temperatura entre 110 a 115 ^Q C na tubulação (3f) passa pelo trocador de calor (10) em contra fluxo com a água de resfriamento que entra pela da tubulação (3g) com temperatura entre 25 a 35 °C resulta na queda da temperatura do concentrado de vinhaça entre 40 a 50 ^Q C na saída da tubulação (3k) para ser utilizado como fertilizante nas lavouras.

[031] A água de resfriamento que entra pela da tubulação (3g) com temperatura entre 25 a 35 °C no trocador de calor (10) resulta na saída de água de resfriamento com temperatura entre 40 a 50 ^Q C na tubulação (3I) de saída.

[032] A temperatura da vinhaça na entrada do aquecedor (8) é regulada por controladores (11) de campo magnético, totalmente automatizado, dispensando a intervenção de operador para o controle térmico imposto a vinhaça.

[033] Estes controladores (11) de temperatura são auto- reguláveis, aumentando ou diminuindo automaticamente a potência do campo magnético conforme a temperatura de entrada da vinhaça.