Beneficiamento da semente de algodão

22

SUMÁRIO:

RESUMO .......................................................................................................................... 3

DESCRIÇÃO DO PROCESSO ...................................................................................... 4
COLHEITA ................................................................................................................. 4
PRÉ-PROCESSAMENTO .......................................................................................... 4
SECAGEM ....................................................................................................... 4
BENEFICIAMENTO ....................................................................................... 4
PENEIRAMENTO ...................................................................................................... 5
DESLINTERAMENTO .............................................................................................. 5
DECORTICAÇÃO E DESCASCAMENTO .............................................................. 5
LAMINAÇÃO .............................................................................................................5
COZIMENTO ............................................................................................................. 6
PRENSAGEM ............................................................................................................. 6
MOAGEM E PRODUÇÃO DE RAÇÃO ANIMAL .................................................. 6
PENEIRAGEM ................................................................................................ 7
FILTRAGEM ................................................................................................... 7
REFINAMENTO E PRODUÇAO DO ÓLEO ESSENCIAL .......................... 7
DEGOMAGEM ................................................................................................ 7
NEUTRALIZAÇÃO ........................................................................................ 8
CLARIFICAÇÃO ............................................................................................ 8
PRODUÇÃO DE SABÃO ............................................................................... 8


BALANÇO DE MASSA E ENERGIA ........................................................................... 9
BALANÇO DE MASSA ............................................................................................ 9
CÁCULO DE RENDIMENTO ...................................................................... 14
RENDIMENTO DOS PRODUTOS................................................... 14
RENDIMENTO GLOBAL................................................................. 15
BALANÇO DE ENERGIA ....................................................................................... 16

CÁLCULO DA POTÊNCIA DA BOMBA E PERDA DE CARGA .......................... 18

CONCLUSÕES ............................................................................................................. 21

REFERÊNCIAS ............................................................................................................ 22

ANEXOS ......................................................................................................................... 23
ANEXO 1: FIGURAS ............................................................................................... 23
ANEXO 2: TABELAS ...............................................................................................27


















RESUMO:
O objetivo geral desse projeto é propor uma planta eficiente de produção de ração animal, óleo essencial e sabão, utilizando o caroço de algodão como matéria-prima. Como objetivos específicos destacam-se o estudo teórico aprofundado de cada etapa do processamento da matéria prima, bem como os cálculos de balanço de massa e energia. Também foi um dos objetivos a realização do planejamento do layout de uma bomba para auxiliar em uma das etapas do processo, o dimensionamento dos equipamentos e tubulações e o cálculo da potência desta bomba. Foi feito um fluxograma contendo todas as etapas de processamento do algodão para a obtenção dos três produtos desejados e a descrição de cada etapa. Os cálculos de balanço de massa, balanço de energia e rendimento foram feitos e utilizados como base para a análise da viabilidade de todo o processo. Os valores de rendimento para os processos de obtenção da ração animal, óleo essencial e sabão foram iguais a 52,21%, 3,75% e 0,39%, respectivamente, destacando-se como os principais resultados obtidos entre dos cálculos realizados. Se considerado o rendimento total dos três produtos, pode-se dizer que o processo seria eficiente, com um rendimento total acima de 56%, embora os cálculos relacionados a bomba tenham demonstrado que a mesma precisaria de uma alta potência para exercer a atividade desejada, devido ao valor elevado da vazão no processo em que este acessório foi colocado.












DESCRIÇÃO DO PROCESSO
As etapas comuns realizadas no processamento do algodão para a obtenção dos produtos industriais de interesse: óleo refinado, ração animal e sabão, estão descritas abaixo e representadas no fluxograma do processo de beneficiamento do algodão na Figura 1.

Colheita: A colheita do algodão pode ser feita de maneira manual ou mecanizada.

Pré-processamento: Após a colheita, o algodão passa por algumas etapas de pré-processamento ainda em campo, como será descrito abaixo:
Secagem: É uma etapa importante no processamento do algodão, pois quando úmido, a matéria prima pode interferir e prejudicar o desempenho operacional das máquinas. A secagem normalmente é feita através da exposição natural do algodão ao sol até que o mesmo atinja a umidade desejada.
Beneficiamento: É a última etapa do processamento do algodão em campo e é dividido em três partes. A primeira é denominada etapa preparatória, no qual a matéria prima é pesada ainda com caroço (recebimento), separada e classificada de acordo com características como tipo de algodão, teor de umidade, grau de impurezas e tipo de cultivo (qualificação) e armazenada temporariamente até a próxima etapa de processamento. A segunda parte é denominada fase principal, na qual uma série de impurezas são retiradas do algodão (limpeza) e as sementes são separadas das fibras (descaroçamento). Os caroços são obtidos limpos através de peneiração (peneira vibratória) e sucção de ar. Na última parte, denominada fase complementar, as fibras são submetidas a processos de prensagem, enfardamento e armazemento. O armazenamento precisa ser feito em local adequado, com umidade controlada. Os fardos de algodão serão posteriormente transportados para indústrias, onde será utilizado para diversos fins. As sementes também são armazenadas em silos de grande capacidade e de maneira adequada, e podem ser utilizadas na produção de diversos produtos.




Nas etapas seguintes, apenas as sementes do algodão são utilizadas para obtenção dos produtos de interesse, como demonstrado na Figura 2:

Peneiramento: esta etapa é responsável pela eliminação dos resíduos mais grossos como impurezas que se misturam aos grãos. Os grãos são separados dos contaminantes maiores utilizando-se peneiras vibratórias. A pré-limpeza, antes do armazenamento, contribui para diminuição dos riscos de deterioração e para redução do uso indevido de espaço útil do silo. O peneiramento é a separação de uma mistura de grãos de diversos tamanhos em duas ou mais parcelas, mediante uma superfície peneirante, que age como um calibre que deixa e que não deixa os grãos passarem; as parcelas mais finas são constituídas por grãos de tamanho mais uniforme que os da mistura original. O material fino passa pela peneira e o material grosso fica retido. A abertura da peneira chama-se diâmetro de corte. A limpeza e verificação das sementes podem reduzir o desgaste da máquina. A maioria das contaminações é composta de areia, material lenhoso e pedras, a última das quais são os mais destrutivos para os equipamentos.

Deslinteramento: remoção da parte externa do caroço onde o línter está presente. Os equipamentos responsáveis por esta fase são chamados deslintadeiras, compostas por serras e pentes, que podem contar com o auxílio de ventiladores para remover o línter.

Decortição e descascamento: quebra dos caroços (que entram com umidade de aproximadamente 10%) e separação da amêndoa tornando o processo mais eficiente. Esse caroço é quebrado de 8 a 12 vezes. Os rolos estriados horizontais, comumente usados, giram com velocidades diferentes e em sentidos contrários. Além destes existem aparelhos com discos verticais, descorticadores de barras. Peneira e fluxo de ar são utilizados para separar as películas.

Laminação: nesta etapa ocorre a formatação da amêndoa proveniente dos decorticadores facilitando cozimento e posterior extração do óleo. O laminador recebe a amêndoa e a transforma em lâminas de espessura média entre 0,25 mm e 0,30, pronta para seguir no processo. Ocorre a verificação do laminador constantemente segundo a eficiência de laminação. Essa verificação resume na coleta de amostras após a laminação, logo após o equipamento e medição das espessuras das lâminas, sendo que essas devem estar entre o limite acima descrito.

Cozimento: após a laminação torna-se necessário uma ruptura adicional através do calor úmido, por vapor direto ou indireto, realizado em equipamentos como cozinhadores ou condicionadores verticais de diversos estágios ou horizontais de diversos tipos. O aquecimento proporciona os seguintes benefícios:
Diminuição da viscosidade do óleo e sua tensão superficial;
Promove a coagulação e desnaturação parcial das substâncias protéicas;
Inativação de enzimas lipolíticas;
Aumento da permeabilidade das membranas celulares;
Diminuição da afinidade do óleo com as partículas sólidas da semente.
Os benefícios do tratamento térmico são muitos. O processo de cozimento tem a finalidade de romper as paredes das células para facilitar a saída do óleo. O processo ocorre no aparelho chamado "cozinhador" ou "chaleira", que é um condicionador cilíndrico vertical dividido horizontalmente em estágios. A temperatura de cozimento varia de 70 a 105 °C dependendo da semente a ser processada (no caso do algodão a temperatura deve ficar entre 85 a 95 °C).

Prensagem: A extração do óleo presente nas sementes do algodão é feita através de prensagem hidráulica. Algumas variações neste procedimento podem ser observadas de acordo com necessidade. A prensagem sob alta pressão é um tipo de procedimento que reduz significativamente a quantidade de óleo na matéria prima e dispensa a etapa adicional de extração por solvente. Após esta etapa no processamento das sementes, obtém-se o óleo bruto e o farelo de algodão separados.

Moagem e podução de ração animal: Após a extração do óleo bruto das sementes, o farelo é o subproduto obtido, o qual pode ser utilizado como matéria prima para a produção de rações animais, farinhas para o consumo humano (após um processo de desintoxicação) e fertilizantes. Quando utilizado para a produção de rações animais, o farelo obtido é submetido a uma etapa de moagem, onde é triturado em um moinho de martelos, dando origem a um produto denominado torta. A torta pode dar origem a diferentes tipos de rações, como resultado do método de extração utilizado. Quando a etapa adicional de extração por solventes é realizada, a ração possui uma menor porcentagem de óleos residuais e um maior teor de proteínas. No entanto, a ração possui uma maior porcentagem de óleos residuais e um menor teor de proteínas quando o processo é realizado apenas por prensagem.
O óleo obtido das sementes de algodão é de coloração escura, provocada por pigmentos no interior das glândulas distribuídas nos cotilédones. A presença desses compostos leva à necessidade de se proceder ao refinamento do óleo para eliminação através do calor, uma vez que os mesmos são termolábeis e durante o refino são destruídos

Peneiragem: Após o processo de extração (prensagem), quando o objetivo é a obtenção do óleo bruto, ocorre uma etapa de peneiragem que promove a separação de partículas sólidas residuais, obtendo uma fração mais homogênea. Em seguida, ocorre o resfriamento. A peneiragem consiste na separação de partículas considerando apenas o tamanho. Nos processos industriais, os sólidos são colocados sobre uma superfície com determinado tamanho de abertura onde partículas menores, ou finas, passam através das aberturas da peneira, as partículas maiores ficam retidas e são separadas. Essa separação está relacionado a necessidade de primeiro a dividir o sólido granular em frações homogêneas, e segundo em obter frações com partículas de mesmo tamanho.

Filtragem: processo de separação de partículas sólidas de uma suspensão líquida baseada em princípios de escoamento em meios porosos. O sólido da suspensão fica retido sobre o meio filtrante, formando um depósito e cuja espessura vai aumentando no decorrer da operação. O óleo obtido da peneiragem possui ainda resíduos que precisam ser removidos sendo necessário a filtração. Para otimização do processo foi utilizado uma filtração com decanter centrífugo, que separa materiais sólidos de líquidos em suspensão, permitindo resultados mais rápidos e controláveis, pois a separacão ocorre por força gravitacional . Ao final desse processo é obtido o óleo bruto de algodão.

Refinamento e produção de óleo essencial: O processo de refinamento pode ser dividido em três etapas: degomagem, neutralização e clarificação:
Degomagem: é o primeiro passo no processo de refino. O óleo é degomado misturando-o com água para hidratar os fosfatídeos, os quais são removidos por centrifugação. A operação de degomagem pode ainda ser melhorada adicionando ácido cítrico ou fosfórico, ou gel de sílica. A degomagem remove substâncias emulsivas, como a ilecitina.
Neutralização: o óleo degomado é então alcalinizado (geralmente com soda cáustica ou barrilha) para remover os ácidos graxos livres, glicerol, carboidratos, resinas e metais. O óleo e a substância alcalina são misturadas, formando sabões (borras), que são removidos por centrifugação dos ácidos graxos que são recuperados. Os sabões residuais são removidos com água quente.
Clarificação: clarificação do óleo neutralizado, são removidos os pigmentos carotenóides e mucilagens que dão uma cor mais escura ao óleo. O óleo é então submetido a aquecimento e agitação, em tanques especiais, onde são adicionadas terras diatomáceas ou carvão ativo (adsorção em sólidos), que tem como objetivo absorver os pigmentos colorantes e mucilagens presentes e, através da filtração, carregá-los para fora do óleo. O óleo nessa fase quase não possuem mais cor e apresentam valor de peróxido de aproximadamente zero. Após o refino, obtem-se um óleo comestível utilizado em tempero e frituras de excelente qualidade nutricional; não confere odor e sabor desagradável aos alimentos, tem conteúdo de ácido linolênico inferior a 1%, teor de gorduras trans mínimo e é rico em vitamina E, um antioxidante natural. Além disso, apresenta melhor estado de conservação que outros óleos, com menor probabilidade de rancificação, podendo ser colocado em altas temperaturas (250°) sem perder suas propriedades e de modo a repassar aos alimentos suas vantagens nutricionais.

Produção de sabão: do óleo bruto obtem-se um produto chamado de borra de refino, do qual são obtidos: sabão, ácido graxo e glicerina como subprodutos.
Etapa 1: Reação de saponificação: uma base forte (hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio) reage com óleos ou gorduras,são aquecidos em alta temperaturas (150º C) durante 30 minutos para aumentar a velocidade de reação;
Etapa 2: Adição de cloreto de sódio: auxilia na separação da solução;
Etapa 3: Separação da solução: fase apolar onde está o sabão e fase polar com glicerina, impurezas e excesso da base;
Etapa 4: Eliminação da fase inferior: favorece a reação de saponificação entre a gordura e base;
Etapa 5: Adição de água e base forte.



BALANÇO DE MASSA E ENERGIA
BALANÇO DE MASSA
Seguindo a composição base do caroço de algodão, observado na Tabela 1, e usando a vazão inicial estabelecida m0= 150 ton/h massa inicial de caroço de algodão, foram calculadas as massas iniciais de cada componente e as vazões de cada etapa:

Cálculo das massas iniciais de cada componente:

m0 casca= 0,21 x m0
m0 casca= 0,21 x 150 ton/h
m0 casca= 31,5 ton/h

m0 óleo= 0,11 x m0
m0 óleo= 0,11 x 150 ton/h
m0 óleo= 16,5 ton/h

m0 torta= 0,51 x m0
m0 torta= 0,51 x 150 ton/h
m0 torta= 76,5 ton/h

m0 línter= 0,12 x m0
m0 línter= 0,12 x 150 ton/h
m0 línter= 18 ton/h

m0 resíduo= 0,05 x m0
m0 resíduo= 0,05 x 150 ton/h
m0 resíduo= 7,5 ton/h

Cálculo da vazão de descarte de resíduos na etapa de peneiramento:

m2= m0 resíduo
m2= 7,5 ton/h (massa perdida)

Cálculo da vazão de caroços que permaneceram no processo:
m1= m0 – m2
m1= 150 ton/h – 7,5 ton/h
m1= 142,5 ton/h

As porcentagens de cada componente do caroço de algodão recalculadas de acordo com a nova vazão m1= 142,5 ton/h, podem ser observadas na Tabela 2.

Na etapa de deslinteramento não se consegue uma completa remoção do línter, deste modo, no projeto será considerado uma remoção com eficiência de 75% (VEIGA, 2012).
m línter não removido= m0 línter x 0,25
m línter não removido= 4,5 ton/h

m4= m0 línter – m línter não removido
m4= 18 ton/h – 4,5 ton/h
m4= 13,5 ton/h

O caroço sem o línter segue por um elevador de canecos até a decorticadeiras. Trata-se da etapa onde o caroço será quebrado e sua amêndoa separada para seguir no processo. As cascas são encaminhadas para armazenagem (VEIGA, 2012).
m3= m1 – m4
m3= 142,5 ton/h – 13,5 ton/h
m3= 129 ton/h

As porcentagens de cada componente do caroço de algodão recalculadas de acordo com a nova vazão m3= 129 ton/h, podem ser observadas na Tabela 3.
Cálculo da vazão de cascas removidas e do línter restante, pelo processo de decortição:
m6= m0 casca + m línter não removido
m6= 31,5 ton/h + 4,5 ton/h m6= 36 ton/h
Cálculo da vazão de amêndoas que pecorrem o resto do processo:
m5= m3 – m4 m5= 129 ton/h – 36 ton/h m5= 93 ton/h
As porcentagens de cada componente do caroço de algodão recalculadas de acordo com a nova vazão m5= 93 ton/h, podem ser observadas na Tabela 4.
Vazão no laminador continua a mesma, pois há apenas a redução do tamanho das amostras:
m7= m5= 93 ton/h
Vazão no processo de cozimento permanece constante pois só há aquecimento da amostra:
m8= m7= 93 ton/h


Considerou-se uma eficiência de remoção do óleo da torta de 90% e seguiu-se para etapa de peneiragem para a obtenção do óleo bruto. No processo de prensagem mecânica, as tortas foram consideradas com 10% de óleo contido (VEIGA, 2012).
m oléo10%= m0 óleo x 0,1 m óleo10%= 16,5 ton/h x 0,1 m óleo10%= 1,65 ton/h

m10= m0 óleo – m óleo10% m10= 16,5 ton/h – 1,65 ton/h m10= 14,85 ton/h foram para peneiragem

Cálculo da vazão que pecorre o restante do processo
m9= m8 – m10 m9= 93 ton/h – 14,85 ton/h m9= 78,15 ton/h
As porcentagens de cada componente do caroço de algodão recalculadas de acordo com a nova vazão m9= 78,15 ton/h podem ser observadas na Tabela 5.
Vazão de moagem continua a mesma, pois há apenas a redução do tamanho das amostras, resultando no produto industrial
m11= m0 torta + m óleo10% m11= 76,5ton/h + 1,65ton/h m11= 78,15 ton/h de ração animal PRODUTO 1
A vazão no peneirador continua a mesma de m10, pois há não há perda de massa:
m12 = m10 =14.85 ton/h
Com a filtragem, há uma perda de massa de óleo de 30% (VEIGA, 2012), de modo que 70% permanece no processo :
m13= m12 x 0.3
m13= 14,85 x 0.3
m13= 4,45 ton/h filtrado

m14= m12 – m13
m14= 14,85 – 4,45
m14= 10,4 ton/h de óleo bruto

No processo de degomagem há adição de soluçào ácida (2,5% água e 0.1% de ácido cítrico, aproximadamente 3% em massa) com um fluxo estimado em 0,5 ton/h (VEIGA, 2012):



m15= 0,5 ton/h (fluxo estimado de soluçào ácida)

m16= m15 + m14
m16 = 0,5 ton/h + 10,4 ton/h
m16 = 10,45 ton/h

A etapa de neutralização foi realizada mediante adiçào de 1,5 % de NaOH em relação ao peso da massa (VEIGA, 2012):
m17= 0.2 ton/h (fluxo estimado de NaOH)
m neutralização = m16+m17
m neutralização = 10,45 ton/h + 0,2 ton/h
m neutralização = 10,65 ton/h

Na etapa de neutralizaçao foi estimado um rendimento de 65% de óleo, de modo que a borra foi considerada com 35% de óleo contido:
m18= m neutralizaçào x 0,65 m18= 10,65 ton/h x 0,65 m18= 6,92 ton/h foram para clarificação
m19= m neutralização – m18 m19= 10,65 ton/h – 6,92 ton/h m19= 3,73 ton/h foram para borra
No processo de clarificação, foi estimada uma pequena perda de 2% pela adsorção em carvão ativo, obtemos o óleo essencial como produto industrial
m20= m18 – (m18 x 0.2) m20= 6,92 ton/h – (6,92 ton/h x 0.2) m20= 6.92 ton/h – 1,38ton/h m20= 5.62 ton/h de óleo essencial PRODUTO 2

Sabemos que uma das maneiras de produzir sabão, consiste em adicionar 18,2 g de água; 27,2 g de soda cáustica sólida e 200g de óleo (VEIGA, 2012). Para estimar a vazão industrial de água e soda cáustica que entram no sistema, utilizamos esses parâmetros:

Sabendo-se que 1000kg = 1ton; 1kg = 1000g; 1 ton= 1x106g; 3,73ton= 3,73 x 106g

45,4x 10-6 ton ___________ 200x 10-6ton
m22 ___________ 3,73ton/h

m22= 0,85ton/h

Como não foi encontrado nenhum valor de referência exata da vazão de entrada de cloreto de sódio, estimou-se que ela seria o dobro da vazão da soda caústica, uma vez que na produção caseira de sabão são utilizados 80 ml de soda cáustica e 150 ml de cloreto de sódio (VEIGA, 2012):
27.2x 10-6 ton ___________ 200x 10-6ton
m21 ___________ 3,73ton/h

m21= 1ton/h

Foi adicionado a borra (m19= 3.73 ton/h), água e soda cáustica (m22= 0,85ton/h), e cloreto de sódio (m21= 1ton/h). A vazão resultante é formada por 10% de glicerina e impurezas e 90% de sabão (VEIGA, 2012):
m separação (m19+m21+m22)= 3,73 ton/h + 0,85 ton/h + 1 ton/h
m separação= 5,58 ton/h

m23=m separação x 0.1
m23= 5,58 ton/h x 0,1
m23=0,58 ton/h PRODUTO 3

m24= m separação – m23
m24= 5,58 ton/h – 0,58 ton/h
m24= 5,00 ton/h



















CÁLCULO DE RENDIMENTO

RENDIMENTO DOS PRODUTOS
Vazão inicial de caroço de algodão: 150 ton/h

Vazão de ração animal: 78,15 ton/h
Cálculo do rendimento:
150 ton/h ------------- 100%
78,15 ton/h ------------ x
x = 52,21%

Vazão de óleo essencial: 5,62 ton/h
Cálculo do rendimento:
150 ton/h -------------- 100%
5,62 ton/h -------------- x
x = 3,75%

Vazão do sabão: 0,58 ton/h
Cálculo do rendimento:
150 ton/h ------------ 100%
0,58 ton/h ------------ x
x = 0,39%




RENDIMENTO GLOBAL

Rendimento de ração animal + Rendimento de óleo essencial + Rendimento de sabào
52,21% + 3,75% + 0,39% = 56,35%

























BALANÇO DE ENERGIA

Durante as etapas de obtenção dos produtos de interesse há duas estapas onde a temperatura deve ser elevada para um melhor rendimento do processo: etapa de cozimento e etapa de separação.
Após o processo de laminação as fatias de amêndoas, a 25 C, entra no processo de cozimento onde a temperatura se eleva até 95 C (VEIGA, 2012):

Q= m x cp x (Tf – Ti)

m= m7= 93 ton/h
cp= 0,47 Kcal/kg. C (x1000kg/1ton)= 470 Kcal/ton. C
Ti= 25 C
Tf= 90 C

Q= 93 ton/h x 470 Kcal/kg. C x (90-25) C
Q= 2,8 106 Kcal/h

1cal ________ 4,18 J
1Kcal _______ 4,18KJ

Q= 11,9 x 106 KJ/h

Durante a saponificação, na etapa de separação, ocorre a adição de NaCl, água e soda cáustica á temperatura constante de 150 C (aquecimento por vapor indireto pelo condicionador) (VEIGA, 2012):
O condicionador é o equipamento responsável por aquecer a borra com vapor indireto, que fará com que a borra aqueça a uma temperatura de 150ºC. Utilizou-se como base para o cálculo o calor específico do óleo do algodão, de 0,47 Kcal/kg.ºC. Assim:

Q= m x cp x (Tf-Ti)
Q= 3,73 ton/h x 470 Kcal/kg. C x (150 – 25) C
Q= 219.137,5 Kcal/h = 2,2 x 105 Kcal/h

A 1 bar de pressão a temperatura de saturação do vapor é de 99,6 ºC. Assim,
pode-se estimar que a quantidade de calor necessária para o aquecimento é igual a quantidade
de calor fornecida pelo vapor. Sendo assim, tem-se de acordo com as tabelas de vapor um calor latente de 539,4 Kcal/kg.
Cálculo da quantidade de vapor necessária para fornecer Q:

Qvap = mvap x hvap
mvap = Qvap/hvap
mvap= 2,2 x 105 Kcal/h / 539,4 Kcal/kg
mvap= 406,26 Kg/h = 0,41 ton/h





















CÁLCULO DA POTÊNCIA DA BOMBA E PERDA DE CARGA
Após o peneiramento, o óleo bruto será armazenado em um tanque até ser bombeado para o filltro prensa, conforme a Figura 4.
Os seguintes dados foram obtidos para o óleo de algodão a ser transportado na tubulação, pela bomba (VEIGA, 2012):
ρ = 920 kg/m3
μ = 0,0294 kg/ms
Em seguida, os seguintes valores de dimensionamento foram atribuídos a tubulação:
D = 60 cm = 0,6 m
LS = 180 m
LD = 60 m
ZS = 5 m
ZD = 30 m
Q = 14850 kg/h ÷ 920 kg/m3 = 16,1413 m3/h = 1,61x101 m3/h
Kcotovelo = 0,75
Foram então feitos os cálculos:
Cálculo da área da tubulação:
A=πr2 = π (0,30m)2 = 0,2826 m2
Cálculo da velocidade:
v = Q ÷ A = 16,1413 m3/h ÷ 0,2826 m2 = 227 m/s
Cálculo do número de Reynalds:
Re = (ρ . v . D) ÷ μ = (920 kg/m3 . 227 m/s . 0,60 m) ÷ 0,0294 = 4,26x106 escoamento turbulento

Sendo o aço inoxidável o material escolhido para construção da tubulação, considera- se a rugosidade relativa deste material para encontrar o coeficiente de perda de carga na tabela.
Rugosidade relativa = ε/D = 0,0003
f = 0,015
Zona de sucção:
hs = f . (v2 / 2g) . (LS / DS) = 0,015 . (2272 / 2 x 9,81 m/s2) . (100m/0,60m) = 6566 m.c.a.
Zona de descarte:
hD = f . (v2 / 2g) . (LD / D) = 0,015 . (2272 / 2 x 9,81 m/s2) . (140m/0,60m) = 9191 m.c.a.
hcotovelo = kcotovelo (v2 / 2g) x 2 cotovelos = 0,75 (2272 / 2 x 9,81 m/s2) x 2 cotovelos = 3939 m.c.a.
hDtotal = 13130 m.c.a.
Expansão e contração:
Kcontração = 0,5 . (1 – D12/D22) , como D2 tende ao infinito:
Kcontração = 0,5
hcontração = Kcontração (v2 / 2g) = 0,5 . (2272 / 2 x 9,81 m/s2) = 5253 m.c.a.
Kexpansão = (1 – D22/D12) , como D1 tende ao infinito:
Kexpansão = 1,0
hexpansão = Kexpansão (v2 / 2g) = 1,0 . (2272 / 2 x 9,81 m/s2) = 2626 m.c.a.
Perda de carga total do sistema:
htotal = hexpansão + hcontração + htotalZS + htotalZD = 6566 m.c.a. + 13130 m.c.a. + 5253 m.c.a. + 2626 m.c.a. = 27575 m.c.a.
Hprojeto = (ΔV2 / 2g) + Δ Z + htotal = (30m – 5m) + 27575 m = 27600 m.c.a.
Obs.: ΔV = 0, pois a velocidade na zona de sucção é igual a velocidade na zona de descarte.


Potência da bomba:
Wu = g . ρ . Q . Hprojeto = (9,81 m/s2) . (920 kg/m3) . (4,472x10-3 m3/s) . (27600m) = 1113955W = 1114 kW






















CONCLUSÕES
No presente projeto, foi realizado o planejamento dos diversos processos e operações unitárias necessários para obter ração animal, óleo essencial e sabão a partir de caroço de algodão. Foi feito um planejamento de todas as etapas do processo e uma análise da eficiência do mesmo, a qual foi baseada em cálculos de balanço de massa, balanço de energia e rendimento para cada produto. A utilização de acessórios também foi praticada com o planejamento de uma bomba em uma das etapas do processo. Foi feito o dimensionamento das tubulações e o cálculo da potência da bomba, a qual se mostrou muito alta devido ao elevado valor de vazão na etapa em que foi colocada. Como uma conclusão geral, o processo apresentou valores de rendimento iguais a 52,21%, 3,75% e 0,39% para ração animal, óleo essencial e sabão, respectivamente. É notável que o rendimento para óleo essencial e sabão foram muito baixos, mas o somatório do rendimento de todos os produtos se mostra aceitável, visto que todos são obtidos de uma mesma matéria-prima.














REFERÊNCIAS
COSTA, Joaquim Nunes; et al. Técnicas de Colheita, Processamento e Armazenamento do Algodão. Embrapa,Campina Grande. 2005. ISSN 0100-6460. Disponível em . Acesso em: 25 de abril de 2015.

EMBRAPA. Cultura do Algodão Herbáceo na Agricultura Familiar: Subprodutos do Algodão. 2003. ISSN 1678-8710. Disponivel em: . Acesso em: 20 de maio de 2015.

RODRIGUES, Norberto Mário et al. Utilização de Subprodutos da Agroindústria na Alimentação de Ruminantes: Experiência Brasileira. UFMG. Disponível em: . Acesso em: 25 de abril de 2015.

VEIGA, Camilla Bevervanço. Processo de Obtençao do Óleo de Algodão. Blumenau: FURB, 2012. 112 f. Trablaho de Conclusao de Curso - Departamento de Engenheria Quimica, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau, 2012. Disponível em: http://www.bc.furb.br/docs/MO/2012/350730_1_1.pdf . Acesso em: 26 de abr. de 2015.

NETO, Odone Gino Zago; DEL PINO, José Claudio. Trabalhando em Química de Sabões e detergentes. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Instituto de Química Área de Educação Química. Disponível em . Acesso em: 14 de junho de 2015.




ANEXOS
ANEXO 1: FIGURAS

Figura 1. Etapa comum a todos os produtos do algodão onde há a separação do caroço das fibras.

















Figura 2. Obtenção dos produtos de interesse industrial: ração animal, oléo refinado e sabão a partir do algodào.





Figura 3. Diagrama global da obtenção de produtos de interesse industrial: ração animal, oléo refinado e sabão a partir do algodão.





Figura 4. Representação esquemática do bombeamento de óleo bruto de um tanque de armazenamento para um filtro prensa.














































ANEXO 2: TABELAS


Tabela 1. Composição base do caroço de algodão


COMPOSIÇÃO DO CAROÇO DE ALGODÃO

QUANTIDADE (%)

Casca

21

Óleo Bruto

11

Torta

51

Línter

12

Resíduo

5

Fonte: (VEIGA, 2012)




Tabela 2. Porcentagens da composição base do caroço de algodão recalculadas de acordo com m1



COMPOSIÇÃO DO CAROÇO DE ALGODÃO
MASSA INICIAL DE CADA COMPONENTE

QUANTIDADE (%)

Casca

31,5

22

Óleo Bruto

16.5

11,6

Torta

76,5

53,7

Línter

18

12,7




Tabela 3. Porcentagens da composição base do caroço de algodão recalculadas de acordo com m3



COMPOSIÇÃO DO CAROÇO DE ALGODÃO
MASSA INICIAL DE CADA COMPONENTE

QUANTIDADE (%)

Casca

31,5

24

Óleo Bruto

16.5

13

Torta

76,5

60

Línter restante

18

6

Tabela 4. Porcentagens da composição base do caroço de algodão recalculadas de acordo com m5



COMPOSIÇÃO DO CAROÇO DE ALGODÃO
MASSA INICIAL DE CADA COMPONENTE

QUANTIDADE (%)

Óleo Bruto

16,5

17,7

Torta

76,5

82,3






COMPOSIÇÃO DO CAROÇO DE ALGODÃO
MASSA INICIAL DE CADA COMPONENTE

QUANTIDADE (%)

Óleo Bruto

16,5

2

Torta

76,5

98
Tabela 5. Porcentagens da composição base do caroço de algodão recalculadas de acordo com m9