PIQ - Cafeína final

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS – UEA 
ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA – EST 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
RAQUEL VICENTE PICANÇO 
RAYSSA RIBEIRO FEITOSA 
SANDRYELLE KAROLINA OLIVEIRA PLÁCIDO 
 
 
 
 
 
CONSTRUÇÃO DE UM PROJETO DO PROCESSO DE EXTRAÇÃO DA CAFEÍNA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MANAUS 
2018 
 
 
RAQUEL VICENTE PICANÇO 
RAYSSA RIBEIRO FEITOSA 
SANDRYELLE KAROLINA OLIVEIRA PLÁCIDO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONSTRUÇÃO DE UM PROJETO DO PROCESSO DE EXTRAÇÃO DA CAFEÍNA 
 
 
Trabalho apresentado a professora 
Dania del Toro Alvarez do Curso de 
Graduação em Engenharia Química 
da Escola Superior de Tecnologia da 
Universidade do Estado do Amazonas, 
para obtenção de nota parcial na 
disciplina de Projeto da Indústria 
Química. 
 
 
 
 
 
MANAUS 
2018 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO.................................................................................................................. 5 
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................................... 7 
2.1. MÉTODOS DE SEPARAÇÃO ..................................................................................... 7 
2.1.1. Extração sólido-líquido .......................................................................................... 9 
2.2. FLUIDO SUPERCRÍTICO ........................................................................................... 9 
2.2.1. Propriedades ........................................................................................................ 10 
2.3. DIÓXIDO DE CARBONO ......................................................................................... 13 
2.4. CAFEÍNA................................................................................................................... 14 
3. DESCRIÇÃO DO PROJETO ......................................................................................... 16 
3.1. Primeira etapa: entrada de matéria-prima .................................................................. 17 
3.2. Segunda etapa: extração ............................................................................................. 17 
3.3. Terceira etapa: saída de produto ................................................................................ 18 
3.4. Fluxograma de processo (PFD) .................................................................................. 19 
4. BALANÇO DE MASSA E DE ENERGIA...................................................................... 19 
4.1. Balanço de massa no extrator ..................................................................................... 19 
4.2. Balanço de energia no extrator ................................................................................... 22 
4.2.1. Balanço de energia num sistema fechado ............................................................. 23 
4.2.2. Balanços de energia no projeto............................................................................. 24 
5. DESENHO DOS EQUIPAMENTOS, CUSTO DE CAPITAL E CUSTO DE PRODUÇÃO
 ................................................................................................................................................. 27 
5.1. Desenho dos equipamento .............................................................................................. 27 
5.2. Custo de capital .......................................................................................................... 28 
 
 
 
5.3. Custo de produção ...................................................................................................... 32 
5.3.1. Procedimento para a estimativa do Custo de Produção. ........................................ 33 
6. ANÁLISE DE RENTABILIDADE DE PROJETO DE INVESTIMENTO .................. 35 
6.1. Mudança do valor do dinheiro no tempo ..................................................................... 35 
6.2. Taxa Mínima Aceitável de Rendimento ....................................................................... 35 
6.3. Fluxo de caixa líquido (FNE) ...................................................................................... 36 
6.4. Valor Presente Líquido (VAN) .................................................................................... 37 
6.5. Taxa Interna de Rendimento (TIR) .............................................................................. 39 
CONCLUSÃO ......................................................................................................................... 42 
REFERÊNCIAS ...................................................................................................................... 43 
4 
 
RESUMO 
 
O consumo de café no mundo tem crescido exponencialmente. E junto com esse aumento 
de consumo, cresce também a procura por uma substância encontrada em sua composição: a 
cafeína, sendo utilizada industrialmente para produção de refrigerantes e fármacos, por exemplo. 
Tendo em vista a abundância de grãos de café e a alta demanda por seu consumo, esse trabalho 
teve como objetivo a elaboração de um projeto conceitual e básico de extração de cafeína de grãos 
de café. No projeto da planta piloto de extração supercrítica da cafeína foi considerada a utilização 
inicialmente amostras de 100g de grãos de café verde, previamente moído com diâmetro médio de 
0,725 mm, seco em uma estufa a 60 °C por 24 horas que foram posteriormente empacotados em 
uma coluna que será localizada a jusante do vaso de extração. Foram selecionados os equipamentos 
necessários para a montagem da planta, chegando-se a um valor de Investimento Fixo igual a $ 
1.343.131,5, e um Custo Total de produção de $ 1.277.408,23, para uma previsão de 3 anos de 
operação. O projeto de extração de cafeína se mostrou viável devido aos seus valores de Valor 
Presente Líquido e Taxa Interna de Rendimento, fatores primordiais para o sucesso do projeto. 
 
 
 
 
5 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Alguns compostos químicos encontrados em plantas possuem ação sobre o organismo 
humano. Dentre as muitas substâncias encontradas nos grãos de café, a cafeína é de grande 
importância devido a seu efeito fisiológicos estimulantes no organismo humano. O mercado do 
café descafeínado e da cafeína vem ganhando proporções gigantescas de vido a diversificação do 
produto, como cafés gourmets. Em cinco anos, o Brasil aumento o consumo de café em 20%, e os 
EUA em 5%, porem os estados unidos ainda são os maiores consumidores de cafeína no mundo. 
A cafeína, vendida para indústrias de refrigerantes e farmacêuticas. As técnicas de extração 
aplicadas pelas indústrias são trabalhosas e demoradas, fazem uso de produtos tóxicos de 
manipulação perigosa (como amônia e clorofórmio) além de utilizar condições de processo que 
favorecem formação de resíduos indesejáveis. Esses resíduos são provenientes dos solventes 
químicos usados na extração. Também é possível que ocorram alterações no produto final devido 
à degradação térmica em função das altas temperaturas alcançadas durante as etapas de extração e 
purificação. A versátil tecnologia que utiliza CO2 supercrítico como solvente apresenta-se como 
uma alternativa a estes processos tradicionais, onde o solvente é empregado em condições de 
temperatura e pressão acima do ponto crítico. O CO2 vem-se apresentando como o solvente mais 
adequado devido a sua não toxicidade, resistência a chama, baixa temperatura crítica, não poluir o 
meio ambiente e de baixo custo. 
Tendo em vista a abundância de grãos de café e a alta demanda por seu consumo, esse 
trabalho tem comoproblema geral o estudo da viabilidade da utilização da tecnologia de CO2 
supercrítico como solvente para extração de cafeína de grãos de café. Tendo como problema 
especifico a simplificação e aplicação melhorada dessa técnica dentro da indústria química. 
Com isso, tem-se como objetivo geral a elaboração de um projeto conceitual e básico de 
extração de cafeína de grãos de café. 
Contudo, para alcançar esse objetivo de forma eficiente, faz-se necessário a consideração 
dos seguintes objetivos específicos: 
1. Elaborar o diagrama de fluxo do processo contendo todos equipamentos e malhas; 
2. Realizar balanço de massa e energia do processo, assim como avaliar a coerência dos dados 
obtidos; 
6 
 
3. Avaliar os aspectos econômicos relacionados ao processo, isto é, desenho dos 
equipamentos, preço de instalação, custos de investimento, custos de produção; 
4. Analisar os aspectos econômicos de forma a definir a viabilidade ou não do projeto, 
baseando-se nas análises de rentabilidade e sensibilidade. 
 
7 
 
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
2.1.MÉTODOS DE SEPARAÇÃO 
 
A indústria demanda do engenheiro químico a utilização de uma variedade de processos 
químicos e físicos a fim de obter uma alternativa segura e econômica de transformação de matéria 
prima em produtos finais de acordo com a necessidade dos consumidores. Os diversos processos 
presentes na linha de produção podem ser segmentados e estudados individualmente a fim de se 
obter um melhor entendimento de cada etapa e saber a sua melhor aplicação; esses segmentos são 
chamados de operações unitárias (McCABE; SMITH; HARRIOT, 2007). 
Cada operação unitária tem como objetivo transformar a matéria prima para um estado que 
seja melhor utilizada (GOMIS, 1998). Essa transformação pode ocorrer a partir da: 
• Modificação da sua massa ou composição através de separações de fases e mistura; 
• Modificação do nível de qualidade de energia que possui como esfriamento, 
vaporização e o aumento de pressão; 
• Modificação das suas condições de movimentos, aumentando ou diminuindo a sua 
velocidade ou sua direção. 
Grande parte das operações unitárias se resumem em separar componentes presentes em 
uma substância. Elas podem ser encontradas nos processos iniciais de purificação da matéria prima, 
até a separação de produto desejável do resíduo. Alguns desses processos de separação de misturas 
podem ocorrer através de reações químicas ou totalmente mecânicas, ou seja, através de fenômenos 
físicos. Um dos processos que se utilizam de leis físicas é conhecido como operações unitárias de 
transferência de massa (TREYBAL, 1990). 
A transferência de massa é um evento natural que ocorre dentro de um sistema que envolve 
dois ou mais componentes. Esse processo tem por força motriz a diferença de concentração de 
massa, isto é, a transferência ocorre em um nível molecular da região de maior para a menor 
concentração. Quando a força motriz é nula, não ocorre a transferência espontânea entre as fases, 
e então se diz que o sistema está em equilíbrio (BENITEZ, 2002). 
A medida que acontece a transferência de componentes entre as fases, o sistema tende a 
atingir o estado de equilíbrio. Essas fases geralmente são apenas parcialmente miscíveis, por isso, 
8 
 
estando em condições favoráveis, a repetição desse processo de contato e separação entre as fases 
pode se aproximar da separação total dos componentes (FOUST et al, 1982). 
Existem dois mecanismos básicos para transferência de massa (CANEDO, 2010): 
• Convecção: mecanismo macroscópicos que depende do fluxo global de matéria; 
• Difusão: mecanismo molecular que depende de gradientes de composição. 
A convecção de massa é um processo de mistura onde envolve tanto a difusão como o 
movimento mecânico de massa. O movimento do fluido a partir de uma força externa aumenta 
consideravelmente a transferência de massa e a rapidez do processo fazendo com que ocorra um 
movimento na mistura. O resultado é o envolvimento das partes menos concentradas com as partes 
mais concentradas (ÇENGEL e GHAJAR, 2012). 
Já a difusão acontece quando o componente se movimenta através da mistura de acordo 
com o seu gradiente de concentração. A velocidade da transferência dependerá do gradiente de 
concentração (TREYBAL, 1990). 
A lei de Fick descreve o fluxo de um componente através de uma mistura a partir do seu 
gradiente de concentração. Essa difusão ocorrida é chamada de difusividade. A equação geral da 
multiplicação do difusividade DAB com o gradiente de concentração é representado pela equação 
(1) (IBARZ; CÁNOVAS, 2003). 
 
𝐽𝐴𝐵 = −𝐷𝐴𝐵
𝑑𝐶𝐴
𝑑𝑥
 (1) 
 
JA – Fluxo molar do componente , kmol/m².s ou kg/m².s; 
 DAB – Difusividade de A em B, m²/s; 
 CA – concentração de A, kmol/m³ ou kg/m³; 
 x – distância de difusão, m. 
 A difusividade é dependente da pressão, temperatura e a composição do sistema e, 
diferentemente das outras propriedades físicas, também está condicionada aos componentes A e B 
(CANEDO, 2010). 
 
 
 
 
9 
 
2.1.1. Extração sólido-líquido 
 
A extração tem como objetivo utilizar uma fase líquida para separar o componente de 
interesse presente em um sólido ou em um líquido. Quando o componente está presente numa fase 
sólida, o processo é chamado de lixiviação ou extração de sólido. Quando ele está contido em uma 
fase líquida, é chamado de extração líquida. As duas técnicas têm fundamentos em comum, porém 
as suas particularidades teóricas e de equipamento justificam o seu estudo separado (McCABE; 
SMITH; HARRIOTT, 2007). 
A extração sólido-líquido consiste em remover um ou mais componentes de uma fase sólida 
utilizando um solvente líquido que tenha afinidade com a substância de interesse. A solução final, 
denominado extrato, é aquela que contém o solvente, e o sólido insolúvel resultante é chamado de 
inerte (GARCIA e BARRETO, 1980). 
Um exemplo comum dessa extração é a preparação do café. Os componentes solúveis em 
água presentes na semente de café são separados a partir da passagem de uma corrente de água 
quente, resultando no sólido inerte conhecido como borra, e o extrato que é o café de consumo 
(FOUST et al, 1982). 
A otimização da extração de moléculas presentes em vegetais são de grande importância 
trazendo alternativas de matéria prima mais acessíveis e pouco exploradas pela indústria. Outro 
exemplo é a extração do óleo de soja comumente realizada através do uso do hexano, composto 
altamente inflamável de origem fóssil, todavia com possibilidade de substituição por etanol e 
isopropanol como solvente (CHISTÉ, 2011; SAVANDA, 2012). 
 
2.2.FLUIDO SUPERCRÍTICO 
 
Fluido supercrítico é qualquer substância em uma temperatura e pressão acima do seu ponto 
crítico, no qual não existe mais distinção entre as fases líquida e gasosa. Ele sofre efusão através 
de sólidos como um gás, e pode dissolver materiais como um líquido. Além disso, perto do seu 
ponto crítico, pequenas mudanças em sua pressão ou temperatura resultam em grandes mudanças 
de densidade, permitindo que sejam feitos pequenos ajustes nas propriedades de um fluido 
supercrítico. 
10 
 
Os fluidos supercríticos são substitutos adequados a solventes orgânicos em uma variedade 
de processos industriais e laboratoriais. Dióxido de Carbono e água são os fluidos supercríticos 
mais comumente usados, para descafeinação e geração de eletricidade, respectivamente. 
2.2.1. Propriedades 
Em termos gerais, fluidos supercríticos tem propriedades entre a de um gás e a de um 
líquido. Na Tabela 1, as propriedades críticas de alguns componentes que são comumente usados 
como fluidos supercríticossão mostradas. 
Tabela 1. Propriedades críticas de vários solventes (Reid et al., 1987) 
Solvente 
Peso 
molecular 
Temperatura 
Crítica 
Pressão Crítica 
Densidade 
Crítica 
g/mol K MPa (atm) g/cm3 
Dióxido de Carbono 
(CO2) 
44.01 304.1 7.38 (72.8) 0.469 
Água (H2O) 18.015 647.096 
22.064 
(217.755) 
0.322 
Metano (CH4) 16.04 190.4 4.60 (45.4) 0.162 
Etano (C2H6) 30.07 305.3 4.87 (48.1) 0.203 
Propano (C3H8) 44.09 369.8 4.25 (41.9) 0.217 
Etileno (C2H4) 28.05 282.4 5.04 (49.7) 0.215 
Propileno (C3H6) 42.08 364.9 4.60 (45.4) 0.232 
Metanol (CH3OH) 32.04 512.6 8.09 (79.8) 0.272 
Etanol (C2H5OH) 46.07 513.9 6.14 (60.6) 0.276 
Acetona (C3H6O) 58.08 508.1 4.70 (46.4) 0.278 
A Tabela 2 mostra densidade, coeficiente de difusão e viscosidade para gases, líquidos e 
fluidos supercríticos típicos. 
Comparação de gases, fluidos supercríticos e líquidos (Székely, 2013) 
 Densidade 
(kg/m3) 
Viscosidade 
(µPa∙s) 
Coeficiente de difusão 
(mm²/s) 
Gases 1 10 1–10 
Fluidos 
supercríticos 
100–1000 50–100 0.01–0.1 
Líquidos 1000 500–1000 0.001 
 
Além disso, não há tensão superficial em um fluido supercrítico, já que não há uma divisão 
entre as fases líquida e gasosa. Mudando a pressão e temperatura do fluido, as propriedades podem 
11 
 
ser ajustadas para serem mais parecidas com as de um líquido ou de um gás. Uma das mais 
importantes propriedades é a solubilidade do material no fluido. Solubilidade num fluido 
supercrítico tende a aumenta com a densidade do fluido (a uma temperatura constante). Já que a 
densidade aumenta com a pressão, solubilidade tende a aumentar com a pressão. A relação com a 
temperatura é mais complicada. À uma densidade constante, a solubilidade irá aumentar com a 
temperatura, no entanto, perto do ponto crítico, a densidade pode cair abruptamente com um 
pequeno aumento de temperatura. Portanto, perto da temperatura crítica, a solubilidade geralmente 
cai com um aumento de temperatura e então cresce de novo (ELECSUS, 2010). 
Todos os fluidos supercríticos são completamente miscíveis uns com os outros, então para 
uma mistura uma única fase pode ser garantida se o seu ponto crítico for excedido. O ponto crítico 
de uma mistura de dois elementos pode ser estimada através da média aritmética das temperaturas 
e pressões críticas dos dois componentes (CLIFFORD, 2013). 
Para uma maior precisão, o ponto crítico pode ser calculado usando equações de estado, 
como as de Peng Robinson, ou métodos de contribuição de grupo. Outras propriedades, como a 
densidade, podem ser calculadas usando equações de estado. 
Figura 1 - Diagrama de fase de pressão por temperatura do dióxido de carbono. 
 
12 
 
Figura 2 - Diagrama de fase de densidade por pressão do Dióxido de Carbono 
 
As figuras 1 e 2 mostram projeções de diagramas de fase. No diagrama de fase de pressão 
por temperatura (Fig. 1) as fases líquida e gasosa são separadas pela ebulição até o ponto crítico, 
onde essas duas fases somem e viram uma única fase supercrítica. Isso pode ser observado no 
diagrama de fase de pressão por densidade do dióxido de carbono, como mostra a Figura 2. Bem 
abaixo da temperatura crítica, como, por exemplo, à 280K, conforme a pressão aumenta, o gás é 
comprimido e eventualmente, a apenas 40 bar, condensa em um líquido muito mais denso, 
resultando na descontinuidade na linha (linha vertical pontilhada). O sistema consiste de duas fases 
em equilíbrio, um líquido de alta densidade e um gás de baixa densidade. Conforme se chega 
próximo à temperatura crítica (300K), a densidade do gás em equilíbrio se torna maior e a do 
líquido menor. No ponto crítico, (304.1 K e 7.38 MPa (73.8 bar)) não há diferença na densidade, e 
as duas fases se tornam uma única fase fluida. Portanto, acima da temperatura crítica, um gás não 
pode ser liquefeito através de pressão. Um pouco acima da temperatura crítica (310K), nas 
proximidades da pressão crítica, a linha é quase vertical. Um pequeno incremento na pressão causa 
um grande aumento na densidade da fase supercrítica. Muitas outras propriedades física também 
mostram grandes gradientes com a pressão perto do ponto crítico, como por exemplo, a 
viscosidade, a constante dielétrica e a força do solvente, que são intimamente relacionados com a 
densidade. Em temperaturas mais altas, o fluido começa a se comportar como um gás, como pode 
ser visto na Figura 2. Para o dióxido de carbono, a 400K, a densidade aumenta quase linearmente 
com a pressão. 
13 
 
Muitos gases pressurizados são na verdade fluidos supercríticos. Por exemplo, o Nitrogênio tem 
um ponto crítico de 126.2K (-147 °C) e 3.4 MPa (34 bar). Portanto, Nitrogênio (ou ar comprimido) 
em um cilindro de gás acima dessa temperatura é na verdade um fluido supercrítico. Estes são mais 
comumente conhecidos como gases permanentes. Em temperatura ambiente, eles estão bem acima 
de sua temperatura crítica, e portanto se comportam como um gás, como o CO2 a 400K e acima. 
No entanto, eles não podem ser liquefeitos por pressão a não ser que sejam resfriados abaixo de 
sua temperatura crítica. 
 
2.3.DIÓXIDO DE CARBONO 
 
O dióxido de carbono (também conhecido como anidrido carbônico ou gás carbônico) é um 
composto químico constituído por dois átomos de oxigénio e um átomo de carbono. A 
representação química é CO2. O dióxido de carbono foi descoberto pelo escocês Joseph Black em 
1754. 
Estruturalmente o dióxido de carbono é constituído por moléculas de geometria linear e de 
carácter apolar. Por isso as atrações intermoleculares são muito fracas, tornando-o um gás nas 
condições ambientais. Daí o seu nome comercial gás carbônico. Esse gás é exalado dos seres 
humanos e dos animais e é utilizado pelas plantas para realizar fotossíntese. 
 
Figura 3 - Estrutura molecular do dióxido de carbono. 
 
 
 
 
14 
 
 
2.4.CAFEÍNA 
 
A cafeína é um composto químico de fórmula C8H10N4O2 — classificado como alcaloide 
do grupo das xantinas e designado quimicamente como 1,3,7-trimetilxantina. É encontrado em 
certas plantas e usado para o consumo em bebidas, na forma de infusão, como estimulante. 
Figura 4 - Estrutura molecular da cafeína mostrando. 
 
A cafeína apresenta-se sob a forma de um pó branco ou pequenas agulhas, que derretem a 
238 °C e sublimam a 178 °C, em condições normais de temperatura e pressão. É extremamente 
solúvel em água quente, não tem cheiro e apresenta sabor amargo. 
Entre o grupo das xantinas (que incluem a teofilina e a teobromina) a cafeína é a que mais 
atua sobre o sistema nervoso central. Actua ainda sobre o metabolismo basal e aumenta a produção 
de suco gástrico. Doses terapêuticas de cafeína estimulam o coração aumentando a sua capacidade 
de trabalho, produzindo também dilatação dos vasos periféricos. 
Uma xícara média de café contém, em média, 100 mg de cafeína. Já numa xícara de chá ou 
um copo de alguns refrigerantes encontram-se quarenta miligramas da substância. Sua rápida ação 
estimulante faz dela poderoso antídoto à depressão respiratória em consequência de intoxicação 
por drogas como morfina e barbitúricos. A ingestão excessiva pode provocar, em algumas pessoas, 
efeitos negativos como irritabilidade, ansiedade, dor de cabeça e insônia. Os portadores de arritmia 
cardíaca devem evitar até mesmo dosagens moderadas, ainda que eventuais, da substância. Altas 
doses de cafeína excitam demasiadamente o sistema nervoso central, inclusive os reflexos 
15 
 
medulares, podendo ser letal. Estudos demonstraram que a dose letal para o homem é, em média, 
de 10g. 
Uma equipe da UniversidadeJohns Hopkins em Baltimore, Maryland, descobriu que a 
cafeína estimula certas memórias, pelo menos até 24 horas após o consumo. Segundo o estudo, 
publicado na revista Nature Neuroscience, a cafeína tem um efeito positivo sobre a memória a 
longo prazo em humanos. 
 
 
16 
 
3. DESCRIÇÃO DO PROJETO 
 
Neste projeto piloto foi levada em consideração a utilização dos grãos de café verde da 
espécie Coffea Arábica, produzida principalmente nas regiões do estado de São Paulo e Minas 
Gerais. Com a finalidade de controlar a variabilidade desta matéria-prima, segundo Kopcak (1992) 
é aconselhável a sua utilização de apenas um único lote armazenando-se em local seco e em todo 
o processo de extração (KOPCAK 1992). 
No projeto da planta piloto de extração supercrítica da cafeína foi considerada a utilização 
inicialmente amostras de 100g de grãos de café verde, previamente moído com diâmetro médio de 
0,725 mm, seco em uma estufa a 60 °C por 24 horas que serão posteriormente empacotados em 
uma coluna que será localizada a jusante do vaso de extração. 
Vale observar que o processo de extração será realizado em um regime semicontínuo isso 
porque a variação da concentração de cafeína varia de acordo com o tempo e o espaço dentro do 
extrator. Para facilitar a compreensão do processo de extração, pode-se dividi-lo em três etapas: 
entrada da matéria-prima, extração e saída do produto. O processo se encontra melhor 
compreendido no diagrama de blocos abaixo. 
 
 
 
17 
 
3.1.PRIMEIRA ETAPA: ENTRADA DE MATÉRIA-PRIMA 
 
Em um processo típico de extração supercrítica da cafeína, o solvente é bombeado e um 
cilindro de estocagem com um tubo interno, tipo pescador imerso na fase líquida até próximo ao 
fundo do vaso. Por meio de uma bomba de deslocamento positivo, as pressões serão indicadas por 
um manômetro instalado na saída da bomba. Para a segurança da bomba e manutenção da linha 
foram consideradas a instalação de válvulas e bloqueios na entrada e saída dela. 
Para garantir que o solvente chegue à sucção da bomba no estado líquido foi considerado 
um sistema de resfriamento (banho termostatizado) com indicação de temperatura no display. O 
sistema envolverá a linha de saída do cilindro de estocagem até a bomba, sendo refrigerado por 
uma solução aquosa de etileno glicol (30% v/v), mantendo o fluido bombeado na fase líquida. Isso 
é necessário para evitar a mudança da fase líquida para a fase gasosa dentro do próprio 
equipamento, o que causaria o processo chamado de cavitação. 
Para evitar perdas de energia, será utilizada uma camisa de proteção envolta do sistema de 
resfriamento, impedindo que energia seja absorvida resfriando o ar ambiente. 
Uma vez resfriado e na fase líquida, o solvente passará por um sistema de troca de calor do 
tipo manta de aquecimento, a qual envolverá a linha de forma espiral, elevando-se a sua 
temperatura a fim de realizar uma mudança de fase do estado líquido para o supercrítico. O solvente 
será bombeado e introduzido, lentamente, no vaso-extrator, onde entrará em contato com os grãos 
moídos de café verde. 
 
3.2. SEGUNDA ETAPA: EXTRAÇÃO 
 
O vaso extrator possuirá um formato cilíndrico de aço inox com capacidade de 200 ml, onde 
será projetado para resistir a pressões de até 60 MPa na temperatura de 600 K. Nesse extrator 
encontrará será instalado um termopar que medirá a temperatura de operação e um sensor de 
pressão. Ao redor do vaso extrator serão instaladas resistências elétricas de aquecimento tanto na 
parte superior como inferior que serão ligadas ao um controlador de temperatura, que irá manter a 
temperatura constante na seção de extração. 
A tubulação que unirá o módulo de entrada com o extrator possuirá uma válvula de 
retenção, que permitirá que o fluxo fique em um único sentido evitando, assim, o retorno da mistura 
18 
 
para a bomba quando ela estiver fora de operação. As extrações serão realizadas nas temperaturas 
de 343K e pressões a 40 MPa, segundo Saldanã (2002) esses parâmetros permitirão máximo de 
rendimento na extração de cafeína a partir grãos de café verde moído. 
 
3.3. TERCEIRA ETAPA: SAÍDA DE PRODUTO 
 
Após as condições do processo serem alcançadas, o supercrítico com a cafeína dissolvida 
proveniente do módulo de extração, passará por uma válvula micrométrica que estará localizada a 
jusante do extrator, onde fará a regulagem da vazão do extrato (solvente + material extraído) 
reduzindo a pressão de saída a condições ligeiramente superiores à pressão atmosférica diminuindo 
a solubilidade da cafeína, ocasionando à sua precipitação no separador. 
A fim de evitar-se a possibilidade de congelamento do e a obstrução da tubulação causada 
pela redução da temperatura em consequência da despressurização e mudança de fase, será 
considerado o uso de uma válvula micrométrica aquecida. 
Após a extração, será realizada uma lavagem da tubulação e da válvula micrométrica com 
álcool anidro, garantindo a recuperação do total da cafeína precipitada diminuindo as perdas. A 
cafeína precipitada no separador será solubilizada em álcool anidro, sendo recolhida após a 
lavagem através de um compartimento de saída localizado na parte inferior do separador, onde 
serão armazenados em frascos separadores (kitassatos). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19 
 
3.4. FLUXOGRAMA DE PROCESSO (PFD) 
 
 
4. BALANÇO DE MASSA E DE ENERGIA 
 
4.1. BALANÇO DE MASSA NO EXTRATOR 
Para realização do balanço de massa no extrator de alta pressão, foram utilizados os 
seguintes dados obtidos de Saldanã (2002): 5 g de café verde moído possuem 241 mg de cafeína, 
em 1Kg de café verde consegue-se extrair 35,9 g de cafeína em um período de 60 minutos 
utilizando 111,9 Kg de CO2. Logo, utilizando 100g de café verde moído, foi realizado um balanço 
de massa, cujos valores encontram-se na tabela abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
20 
 
Tabela 1. Balanço de Massa. 
 
 
Esses dados encontram-se melhor representado na figura abaixo e o balanço nas tabelas 
abaixo (sendo os dados da segunda tabela encontrados na figura), que serviram de base para 
construção do P&ID. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21 
 
Figura 1. Extrator. 
 
 
Tabela 2. Balanço de massa do extrator por lote. 
 
 
Tabela 3. Balanço de massa para extração. 
 
*-186,5g/min de Sc + 0,06g/min cafeína 
22 
 
**-Não existe vazão, pois o álcool é utilizado para solubilizar a cafeína precipitada no separador 
para facilitar a coleta. 
Observação: O café é inserido por batelada, entram 100g de café e saem 96,41g de café (devido à 
cafeína extraída). 
 
4.2. BALANÇO DE ENERGIA NO EXTRATOR 
A energia interna U de um sistema é a soma das energias cinéticas e das energias potenciais 
de todas as partículas que formam esse sistema e, como tal, é uma propriedade do sistema. Isto 
significa que qualquer variação ∆U na energia interna só depende do estado inicial e do estado final 
do sistema na transformação considerada (TOGNETTI, 2015). 
 ∆U = Q − W (1) 
• W representa a quantidade de energia associada ao trabalho do sistema sobre a vizinhança; 
• Q representa a quantidade de energia associada ao calor da vizinhança para o sistema. 
Baseado na lei de conservação de energia ou na 1a Lei da Termodinâmica. 
“Elucida que a energia total transferida para um sistema é igual à variação de sua energia 
interna, ou seja, em todo processo natural, a energia do universo se conserva sendo que a energia 
do sistema quando isolado é constante. Observa-se também a equivalência entre trabalho e calor, 
onde constatou-se que a variação Q - W é amesma para todos os processos termodinâmicos.” 
Esta lei em última análise estabelece que, embora a energia possa assumir diferentes formas, 
a quantidade total de energia é constante, que a energia não pode ser criada, nem destruída, apenas 
transformada. A propriedade é um atributo ou uma característica de um sistema, que pode ser 
medida ou calculada e é função das condições do sistema. 
Uma propriedade extensiva é aquela que é proporcional à massa do material. Propriedades 
intensivas independem da quantidade de material. Massa, número de mols, volume, vazão mássica, 
molar e volumétrica, energia cinética, potencial e interna (ou as taxas de transporte destas 
quantidades em uma corrente contínua) são propriedades extensivas. Temperatura, pressão e 
densidade são propriedades intensivas, pois independem da quantidade de material. 
Um sistema fechado é aquele em que não há matéria atravessando suas fronteiras, enquanto 
o processo ocorre. No sistema aberto, ocorre passagem de matéria através da fronteira. Os 
processos em batelada são sistemas fechados. Os processos contínuos e semicontínuos são sistemas 
abertos. A exemplo dos balanços de massa, o desenho de um fluxograma com as informações 
23 
 
devidamente indicadas é essencial para a resolução dos problemas de balanço de energia. Quando 
indicamos os dados nas correntes, é essencial incluir todas as informações necessárias para a 
determinação da entalpia específica de cada corrente: as temperaturas e as pressões conhecidas e o 
estado de agregação (sólido, líquido ou gasoso). Quando as correntes de processo contêm vários 
componentes, as entalpias especificadas de cada corrente devem ser determinadas separadamente 
e substituídas na equação de balanço de energia quando H for avaliado. Para misturas de gases ou 
líquidos com estruturas moleculares similares (por exemplo, hidrocarbonetos de cadeia reta), pode-
se assumir que a entalpia para um componente de mistura é o mesmo que a entalpia H para a 
substância pura na mesma temperatura e pressão. 
 
4.2.1. Balanço de energia num sistema fechado 
 
Um sistema é classificado como aberto ou fechado de acordo em haver ou não massa 
atravessando as fronteiras do sistema, durante o período de tempo coberto pelo balanço de energia. 
Um processo em batelada é então, um processo fechado; Processos contínuos e semicontínuos são 
processos abertos (FELDER, 2008) 
Para sistemas fechados, desde que a energia não pode ser criada ou destruída, a equação 
geral do balanço transforma-se em: 
SAÍDA = ENTRADA + ACÚMULO 
A energia é dada pela soma pela soma das 3 partes: energia interna, cinética e potencial. 
A energia inicial é dada por: Ui + Eci + Epi 
A energia final é dada por: Uf + Ecf + Epf 
A energia transferida é dada por Q + W Onde o subscrito i e f indicam os estados inicial e 
final do sistema e U, Ec, Ep W e Q representam a energia interna, a energia cinética, a energia 
potencial, o trabalho realizado e o calor transferido para o sistema a partir de sua vizinhança. 
Então: 
(Uf Ui) + (Ecf Eci) + (Epf Epi) = Q + W 
Ou U + Ec + Ep = Q + W para sistema fechado. 
 
 
 
24 
 
4.2.2. Balanços de energia no projeto 
 
Partindo-se dessa definição, foi possível determinar o balanço global de energia para os 
equipamentos desse projeto, conforme representado pela equação 2: 
 Etaxa de acúmulo = Etaxa de entrada – Etaxa de saída + Etaxa gerada (2) 
Ao aplicar a Equação 2 e algumas considerações para o extrator, obtêm-se a Equação 3, 
referente ao balanço de energia no extrator: 
Considerações 1 
❖ Como o sistema opera em regime permanente não existirá acúmulo de energia dentro do 
extrator, logo o Etaxa de acúmulo = 0; 
❖ Como a temperatura do fluido dentro do extrator é igual em todos os pontos não existe 
energia convectiva, portanto a Eentra = Et,e + qcond; 
❖ Para manter a temperatura do extrator a 75ºC utilizam-se resistências elétricas como fonte 
de aquecimento. Logo, o sistema possui energia gerada, Egerada = `qV , sendo a quantidade 
de energia gerada por unidade de volume pelas resistências; 
❖ Por fim, a energia que deixa o sistema seria Esaída = Et,s. 
❖ Para melhor visualizar as considerações observar a Figura 1. 
 0 = Et,e + qcond + `qV – Et,s (3) 
 
Figura 2. Volume de controle no extrator. 
 
Ao tomar mais algumas considerações e desenvolvendo a Equação 3, obtêm-se a Equação 
4: 
25 
 
 Et,e= (Ue + Ece + Epe)*ṁe + pe*ve*ṁe; 
 As variações das energias cinética e potenciais são desprezíveis por serem muito pequenas 
em relação às demais grandezas energéticas. Assim, tem-se que: 
(Ue + pe*ve) = Ḣe 
E, portanto, Et,e = Ḣe* ṁe. 
Et,s = Ḣs* ṁs, em questão da formulação, apenas substituindo os valores de entrada pelos 
de saída. 
Para uma melhor visualização matemática adotou-se um q único e denominou-se qt, sendo 
qt = qcond + `qV. 
 0 = (Ḣe* ṁe) + qt – (Ḣs* ṁs) (4) 
Ao tomar mais algumas considerações e desenvolvendo a Equação 4, obtêm-se a Equação 
5: 
Fluxo mássico é igual na entrada e saída; 
Variação de entalpia: ΔH = Ḣe - Ḣs = Cp*ΔT. Para isso, considerou-se calor específico constante 
(independente da temperatura) para as correntes de entrada e saída do extrator; 
 Qt=ṁ*Cp* ΔT (5) 
Onde: 
 
 
26 
 
Tabela 4. Resultado do balanço de energia do projeto. 
27 
 
5. DESENHO DOS EQUIPAMENTOS, CUSTO DE CAPITAL E CUSTO DE PRODUÇÃO 
5.1. DESENHO DOS EQUIPAMENTO 
 
O processo de extração supercrítica da cafeína em escala piloto consiste basicamente nos 
seguintes equipamentos: uma fonte de CO2, um compressor ou bomba de alta pressão, um vaso 
extrator, além de equipamentos secundários (válvulas de bloqueio, micrométricas, retenção, 
aquecedores, termopares e manômetros), controladores de temperatura e pressão. As descrições de 
cada equipamento foram organizadas na Tabela 2 e a descrição de cada instrumento na Tabela 3. 
 
Tabela 5. Lista e descrição dos equipamentos do processo de extração de cafeína. 
 
28 
 
 
 
Tabela 6. Lista de instrumentos do processo de extração de cafeína. 
 
 
5.2. CUSTO DE CAPITAL 
 
Todo processo de produção necessita de um investimento financeiro inicial para que seja 
bem-sucedido. Dentro da indústria química, existem diversos equipamentos que são utilizados 
dentro dos processos de produção, e esses equipamentos tem custo de aquisição e instalação. Esses 
custos podem ser estimados a partir de estudos prévios, gerando assim um valor muito próximo ao 
que deverá ser investido na realidade, prevenindo o investidor de prejuízos. 
O cálculo do investimento inicial (IT) é o conjunto de despesas econômicas para novas 
capacidades produtivas, e ele está dividido em Investimento Fixo e Investimento Operativo. 
O Investimento Fixo (IF) é o capital fixo necessário para a construção da planta e para todos 
os componentes que não estão relacionados diretamente com a operação do processo. 
29 
 
O Investimento Operacional (Io) é o dinheiro necessário para a aquisição dos meios de 
rotação da planta industrial. 
 Sendo assim, o Investimento Total é dado pela soma entre o Investimento Fixo e o 
Investimento Operativo: 
IT = IF + IO.........(R$) 
O primeiro passo é a identificação dos equipamentos necessários no processo e suas 
quantidades (Tabela 4). 
 
Tabela 7. Equipamentos e preços de compra 
 
. 
Uma vez feito o levantamento dos equipamentos e seus preçs de compra, utiliza-se um fator 
de investimento pré determinado para cálculo dos custos dos equipamentos instalados (Tabela 5). 
 
 
 
 
 
30 
 
 
 
 
Tabela 8. Equipamentos com custo de instalação. 
 
 
 Em seguida, segue-se o seguintefluxo: 
1. O preço de compra do equipamento atualizado, E=∑ Ei 
2. Custo do equipamento Instalado e atualizado, Cei 
3. Edifícios principais, Edp= 12 % E. 
4. Edifícios auxiliares, Eda = 10 % E 
5. Facilidades e serviços instalados, Fs= 55 % E 
A soma de 2→ 5= Custo direto da planta = Cd = Cei + Edp + Eda + Fs 
6. Movimento de terras, Mt =13 % E. 
7. Frete, seguros e impostos, Fsi= 8 % (E) 
8. Outros gastos diretos, Ogd = 6 % Cd 
A soma de 2→ 8 = Custo direto total da planta = Cdt = Cd + Mt + Fsi+ Ogd 
9. Pessoal indireto do campo de ação, Pica = 12 % Cdt (3-19 % Cdt). 
10. Outros gastos indirectas do campo de ação, Ogica= 21 % Cdt (7- 44 % Cdt) 
A soma de 2→ 10 = Custo da construção = Cc = Cdt + Pica + Ogica. 
11. Gastos do escritório matriz da empresa construtora, Gom = 17 % Cc (3-19 % Cc) 
31 
 
12. Gastos da direção do projecto, Gdp= 8 % Cc (3-27 % Cc) 
13. Gastos do Pessoal de supervisão, Gps= 3 % Cc (0-7 % Cc) 
A soma de 2→ 13 = Capital depreciável excluindo imprevistos = Cadi = Cc+Gom+Gdp+ Gps 
14. Imprevistos do Projeto, Ipy = 5 % Cadi (3-8 % Cadi) 
15. Imprevistos do Processo, Ips = 8 % Cadi (5-15 % Cadi) 
A soma de 2→ 15 = Capital depreciável incluindo imprevistos= Cadii = Cadi + Ipy + Ips. 
16. Compra de terreno, Ctr = 2 % Cadii 
A soma de 1→ 16 = Capital Fixo ou Investimento Fixo = IF = Cadii + Ctr 
Investimento Operativo = IO = 15 % I (10-20 % I) 
 Investimento Total, I = IF + IO 
Chegando-se, finalmente, ao valor de Investimento Total que é de R$1.580.154,66 para este 
projeto (Tabela 6). 
 
32 
 
Tabela 9. Cálculo detalhado dos Investimentos. 
 
 
5.3. CUSTO DE PRODUÇÃO 
O Custo de Produção é o conjunto de despesas econômicas de uma planta ou processo 
industrial, durante um determinado período de tempo, devido ao consumo de matérias-primas, 
materiais, combustíveis, energia, depreciação básica, salário, manutenção, gestão, remuneração 
para os serviços de outras agências, gestão de venda e outros. 
O uso do custo de produção como um indicador insubstituível na análise da gestão das 
empresas produtivas não esgota sua utilidade porque geralmente é a base para a formação do preço 
de venda do produto. 
E sua classificação é: 
i. Custos de fabricação diretos (CFD); 
33 
 
São aqueles cuja magnitude varia então aproximadamente proporcional à quantidade de 
produção, entre eles estão matérias-primas, venda de subprodutos ou créditos de subproduto, mão 
de obra de operação, supervisão direto, serviços auxiliares do processo, manutenção e reparos, 
suprimento (fornecimento) de operação, laboratório de controle e patentes e direitos. 
ii. Custos de fabricação indiretos (CFI); 
Entre eles estão parâmetros gerais (como folha de pagamento, embalagem, 
armazenamento), impostos locais e seguros. 
iii. Depreciação (D); 
É o desgaste físico e moral do equipamento por cause de seu uso durante o processo e o 
surgimento de tecnologias mais avançadas. Eles estimam-se como 10% do capital fixo. 
iv. Despesas Gerais (GG). 
Entre eles estão os custos administrativos, distribuição e custos de venda e investigação ou 
pesquisa e desenvolvimento. 
5.3.1. Procedimento para a estimativa do Custo de Produção. 
a) Matérias-primas. 
b) Venda de subprodutos ou créditos de subproduto. 
c) Materiais de produção (catalisadores, solventes, etc.) 
d) Mão de obra de operação. 
e) Supervisão direto: (10-20% da Mão de obra de operação) 
f) Serviços auxiliares do processo. 
g) Manutenção e reparos (2-10 % do Capital fixo ou investimento fixo). 
h) Suprimentos (Fornecimento) de Operação (10 - 20% do manutenção e reparos) 
i) Laboratório de controle (10-20% da Mão de obra de operação). 
j) Patentes e direitos (0-6% do custo total de produção) 
Os custos de fabricação diretos (CFD) são calculados a partir da seguinte expressão. 
CFD = a) – b) a soma c) → j) 
Esses resultados podem ser vistos na tabela abaixo – os valores estão estimados em dólares 
visto que a matéria-prima utilizada será comprada nessa unidade monetária. 
34 
 
Tabela 10. Custos de fabricação diretos. 
 
 
k) Geral (folha de pagamento, embalagem, armazenamento, etc.), (50-70% da 
quantidade d) + e) + g)) 
l) Impostos locais (1-2% do investimento fixada ou Capital fixo) 
m) Seguros (0,4-1% do investimento fixada ou Capital fixo) 
 
Tabela 11. Custo de fabricação indireto. 
 
Tendo esses valores expressos nas tabelas acima em vista, é possível definir o custo total 
de produção. 
Capacidade anual (t/a) 1170,00
Investimento Fixo (IF) 1343131,5
Gastos de Fabricação USD/a
Diretos (CFD)
Matérias-primas 9,50 11.115,00$ 
Créditos de subproduto
Mão de obra de operação 172.224,00$ 
 Supervisão direto '(10-20 de mão de obra operação) 0,10 17.222,40$ 
Serviços Auxiliares 
Vapor 21,94$ 
eletricidade 325.406,25$ 
Água 31.315,05$ 
Manutenção e reparos (2-10% de IF) 0,10 134.313,15$ 
Suprimentos de Operação (10-20% de manutenção) 0,10 13.431,31$ 
Laboratório de controle (10-20% de mão de obra operação) 0,10 17.222,40$ 
Soma de despesas diretas menos patentes e direitos 722.271,50$ 
Patentes e direitos (0-6% do despesas total) 0,00 -$ 
Total, Custos de fabricação Diretos 722.271,50$ 
Indiretos (CFI)
Geral (folha de pagamento, embalagem, armazenamento, etc.), 0,5 161.879,77$ 
(50-70% da quantidade d) + e) + g))
Impostos locais (1-2% de IF) 0,01 13.431,31$ 
 Seguros(0,4-1 % de IF) 1,00E-02 13.431,31$ 
Custo de fabricação indireto 188.742,40$ 
Custo de fabricação totais (não inclui depreciação ), CFT-d 911.013,90$ 
35 
 
Tabela 12. Custo total de produção. 
 
 
6. ANÁLISE DE RENTABILIDADE DE PROJETO DE INVESTIMENTO 
 
6.1. MUDANÇA DO VALOR DO DINHEIRO NO TEMPO 
Existem alguns motivos que podem fundamentar a mudança do dinheiro no tempo. Alguns 
deles são a inflação, benefícios e lucros. 
O seu valor pode ser calculado da seguinte forma: 
 
 Onde: 
fd: Valor atual de uma quantia futura de dinheiro 
i: Taxa de juros 
n: Tempo em anos 
 
6.2. TAXA MÍNIMA ACEITÁVEL DE RENDIMENTO 
Essa é a taxa que o prestamista (que empresta dinheiro) impõe sobre o inversor. Ela é usada 
para estimar o valor dos indicadores de eficiência econômica, que serão vistos mais adiante. 
 
Onde: 
f: Índice de inflação previsto para o período em que o projeto é realizado. 
i: Índice de risco. 
 
Depreciação ( 10% de IF), D 0,10 134.313,15$ 
Despesas Gerais (GG)
Custos administrativos( 25% de Geral) 0,25 40.469,94$ 
Distribuição e Custos de venda (10% do CT) 0,10 127.740,82$ 
Investigação e desenvolvimento (5% do CT) 0,05 63.870,41$ 
Total, GG 232.081,18$ 
Custo Total de Produção (CT) 1.277.408,23$ 
36 
 
6.3. FLUXO DE CAIXA LÍQUIDO (FNE) 
O Fluxo de caixa líquido é a quantidade de dinheiro que fica nas mãos do inversor, depois 
de pagar impostos. É básico para a avaliação de inversões, já que permite conhecer o saldo de 
dinheiro que haverá ao final de cada período (anos). Utiliza-se quando se deseja avaliar um projeto 
novo com uma dívida inicial que tende a amortizar-se com o tempo depois de pagar a crédito a sua 
própria taxa de desconto. 
 
Figura 3. Descrição do fluxo de caixa líquido simplificado de um projeto. 
 
Assim, os cálculos realizados para o fluxo de caixa líquido encontram-se na tabela abaixo. 
Os dados utilizados para os cálculos realizados carecem de explicação, portanto: 
a) O preço de venda por tonelada de produto foi definido baseando-se nos valores de mercado e 
em outros fatores como o custo de produção, principalmente. 
b) As vendas anuais referem-seao preço do produto e a capacidade anual de produção; 
c) A depreciação é 10% do investimento fixo, pois o projeto desta empresa visa o fluxo de caixa 
líquido futuro para 10 anos, visto que é uma indústria química; 
d) Os impostos para indústrias de alimentos são de 35% sobre o produto, conforme 
regulamentação brasileira. 
Quando se realiza o fluxo de caixa líquido para 10 anos, obtêm-se os seguintes dados: 
 
 
 
 
 
 
37 
 
Tabela 13. Fluxo de caixa líquido para 10 anos. 
Ano FNE 
1 $ 11.852.247,80 
2 $ 11.852.247,80 
3 $ 11.852.247,80 
4 $ 11.852.247,80 
5 $ 11.852.247,80 
6 $ 11.852.247,80 
7 $ 11.852.247,80 
8 $ 11.852.247,80 
9 $ 11.852.247,80 
10 $ 11.986.560,95 
 
6.4.VALOR PRESENTE LÍQUIDO (VAN) 
O valor presente líquido (VAN), é a fórmula matemático-financeira capaz de determinar o 
valor presente de pagamentos futuros descontados a uma taxa de juros apropriada, menos o custo 
do investimento inicial. Basicamente, é o cálculo de quanto os futuros pagamentos somados a um 
custo inicial estariam valendo atualmente. Temos que considerar o conceito de valor do dinheiro 
no tempo, pois, exemplificando, R$ 1 milhão hoje não valeriam R$ 1 milhão daqui a um ano, 
devido ao custo de oportunidade se colocar, por exemplo, tal montante de dinheiro na poupança 
para render juros. É um método padrão em: 
• Contabilidade gerencial: para a conversão de balanços para a chamada demonstrações em 
moeda constante, quando então se tenta expurgar dos valores os efeitos da inflação e das 
oscilações do câmbio. Também é um dos métodos para o cálculo do goodwill, quando então 
se usa o demonstrativo conhecido como fluxo de caixa descontado (ver Valor presente 
ajustado); 
• Finanças: para a análise do orçamento de capitais - planejamento de investimentos a longo 
prazo. Usando o método VAN um projeto de investimento potencial deve ser empreendido 
se o valor presente de todas as entradas de caixa menos o valor presente de todas as saídas 
de caixa (que iguala o valor presente líquido) for maior que zero. Se o VAN for igual a 
zero, o investimento é indiferente, pois o valor presente das entradas é igual ao valor 
presente das saídas de caixa; se o VAN for menor do que zero, significa que o investimento 
não é economicamente atrativo, já que o valor presente das entradas de caixa é menor do 
que o valor presente das saídas de caixa. 
38 
 
O valor presente líquido é um método simples, muito útil para os decisores, mas como todos 
os métodos simples tem diversas desvantagens. A maioria dessas desvantagens são ultrapassadas 
por métodos mais avançados, como a avaliação de opções reais. 
Para cálculo do valor presente das entradas e saídas de caixa é utilizada a TMA (Taxa 
Mínima de Atratividade) como taxa de desconto. Se a TMA for igual à taxa de retorno esperada 
pelo acionista, e o VAN > 0, significa que a decisão favorável à sua realização. Sendo o VAN 
superior a 0, o projeto cobrirá tanto o investimento inicial, bem como a remuneração mínima 
exigida pelo investidor, gerando ainda um excedente financeiro. É, portanto, gerador de mais 
recursos do que a melhor alternativa ao investimento, para um nível risco equivalente, uma vez que 
a taxa de atualização não reflete o custo de oportunidade de capital. Estamos perante um projeto 
economicamente viável. Desta maneira, o objetivo da corporação é maximizar a riqueza dos 
acionistas, os gerentes devem empreender todos os projetos que tenham um VAN > 0, ou no caso 
se dois projetos forem mutualmente exclusivos, deve escolher-se o com o VAN positivo mais 
elevado. 
Se o VAN = 0 – Ponto de indiferença. No entanto, dada a incerteza associada à estimativa 
dos cash flows que suportaram a análise, pode-se considerar elevada a probabilidade de o projecto 
se revelar inviável. 
Se o VAN < 0 – Decisão contrária a sua realização. Estamos perante um projetto 
economicamente inviável. 
Na análise de dois ou mais projetos de investimento: Será preferível aquele que apresentar 
o VAN de valor mais elevado. No entanto, há que ter em consideração que montantes de 
investimento diferentes, bem como distintos horizontes temporais, obrigam a uma análise mais 
cuidada. 
Calcula-se o valor presente líquido seguindo a equação abaixo: 
 
 Sendo: 
i = TMAR. 
IT = Investimento total. 
FNEn = Fluxo de caixa naquele ano. 
Vs = valor de salvamento, que no caso é zerado após o tempo de projeto. 
IO – investimento operacional. 
39 
 
 Levando em conta os valores de fluxo de caixa encontrados em cada ano e a Taxa de 
Mínima Aceitável de Rendimento (TMAR) = 0,15, obtém-se um VAN maior que 0. Como esse 
indicador apresentou-se positivo, então o projeto é tomado como viável restando apenas a 
avaliação do segundo indicador que será mencionado em seguida. 
6.5.TAXA INTERNA DE RENDIMENTO (TIR) 
A taxa interna de retorno ou taxa interna de rentabilidade, de sigla TIR, em inglês IRR 
(Internal Rate of Return), é uma taxa de desconto hipotética que, quando aplicada a um fluxo de 
caixa, faz com que os valores das despesas, trazidos ao valor presente, seja igual aos valores dos 
retornos dos investimentos, também trazidos ao valor presente. O conceito foi proposto por John 
Maynard Keynes, de forma a classificar diversos projetos de investimento: os projetos cujos fluxos 
de caixa tivessem uma taxa interna de retorno maior do que a taxa mínima de atratividade deveriam 
ser escolhidos. O valor presente de oportunidade deve ser calculado com plano de comunicação, 
vendas, marketing e potencial de mercado. Sendo assim, efetuamos o potencial de vendas. 
Assim, a TIR é a taxa necessária para igualar o valor de um investimento (valor presente) 
com os seus respectivos retornos futuros ou saldos de caixa gerados em cada período. Sendo usada 
em análise de investimentos, significa a taxa de retorno de um projeto. 
Por exemplo, utilizando uma calculadora financeira, encontramos para o projeto "P" uma 
Taxa Interna de Retorno de 15% ao ano. Esse projeto será atrativo se a empresa tiver uma TMA 
menor do que 15% ao ano. A solução dessa equação pode ser obtida pelo processo iterativo, ou 
seja "tentativa e erro", ou diretamente com o uso de calculadoras eletrônicas ou planilhas de 
cálculo. 
A Taxa Interna de Rentabilidade (TIR) é a taxa de atualização do projeto que dá o VAN 
nulo. A TIR é a taxa que o investidor obtém em média em cada período (ano, mês, ...) sobre os 
capitais que se mantêm investidos no projeto, enquanto o investimento inicial é recuperado 
progressivamente. A TIR é um critério que atende ao valor de dinheiro no tempo, valorizando os 
fluxos de caixa atuais mais do que os futuros, constitui com a VAN e o PAYBACK atualizado os 
três grandes critérios de avaliação de projetos. A TIR não é adequada à seleção de projetos de 
investimento, a não ser quando é determinada a partir do fluxo de caixa relativo. 
A Taxa Interna de Retorno de um investimento pode ser: 
• Maior do que a taxa mínima de atratividade: significa que o investimento é 
economicamente atrativo. 
40 
 
• Igual à Taxa Mínima de Atratividade: o investimento está economicamente numa situação 
de indiferença. 
• Menor do que a Taxa Mínima de Atratividade: o investimento não é economicamente 
atrativo pois seu retorno é superado pelo retorno de um investimento com o mínimo de 
retorno já definido. 
Entre vários investimentos, o melhor será aquele que tiver a maior Taxa Interna de Retorno. 
Matematicamente, a Taxa Interna de Retorno é a taxa de juros que torna o valor presente das 
entradas de caixa igual ao valorpresente das saídas de caixa do projeto de investimento. 
Desta forma, a TIR é a taxa de desconto que faz com que o valor presente líquido (VPL) 
do projeto seja zero. Um projeto é atrativo quando sua TIR for maior do que o custo de capital do 
projeto. 
 
Ao analisarmos o Fluxo de Efetivo do processo é possível verificar como os valores dessa 
empresa serão afetados com o tempo. Desta forma, avalia-se também o Valor Presente Líquido 
(VAN) com diferentes taxas de interesse. Assim, obtemos os dados abaixo. 
 
Tabela 14. VAN com diferentes taxas de interesse. 
A
n
o
 Fluxo de efetivo 
acumulativo 
VAN 10% VAN 15% VAN 20% TIR 
1 -1477444,62 -1343131,47 -1284734,45 -1231203,85 8,02 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 $ 10.374.803,18 $ 8.452.114,65 $ 7.677.267,67 $ 6.999.523,79 
3 $ 22.227.050,98 $17.356.883,84 $15.470.312,99 $ 13.858.463,49 
4 $ 34.079.298,78 $25.452.128,57 $22.246.874,13 $ 19.574.246,57 
5 $ 45.931.546,58 $32.811.441,95 $28.139.536,00 $ 24.337.399,14 
6 $ 57.783.794,38 $39.501.726,85 $33.263.589,80 $ 28.306.692,95 
7 $ 69.636.042,18 $45.583.804,02 $37.719.288,75 $ 31.614.437,79 
8 $ 81.488.289,98 $51.112.965,09 $41.593.809,58 $ 34.370.891,82 
9 $ 93.340.537,78 $56.139.475,16 $44.962.958,13 $ 36.667.936,85 
10 $105.192.785,58 $60.709.029,76 $47.892.652,52 $ 38.582.141,04 
11 $117.179.346,53 $64.910.246,25 $50.469.082,56 $ 40.195.388,13 
Com esses valores, construiu-se o gráfico abaixo que demostra o comportamento desses 
resultados ao longo dos anos. 
 
41 
 
Figura 4. Gráfico do comportamento dos resultados. 
 
 
-20000000,00
0,00
20000000,00
40000000,00
60000000,00
80000000,00
100000000,00
120000000,00
140000000,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
U
S
D
Anos
FLUXO DE EFETIVOS
Flujo acumulativo 0% de interes Para 10% de interes
Para 15% de interes Para 20% de interes
PBD
VAN 10%
VAN 15%
VAN 20%
Arranque
42 
 
CONCLUSÃO 
 
Diante do exposto, o objetivo geral deste trabalho foi concluído. Foi possível elaborar um 
projeto conceitual e básico de extração de cafeína de grãos de café que nos permitiu obter 
conhecimentos nas mais diversas áreas como economia, projetos etc. que são de suma importância 
na formação do Engenheiro Químico. Assim como as dificuldades associadas a cada passo do 
desenvolvimento desta pesquisa. 
Tendo em vista o diagrama de fluxo do processo contendo todos os equipamentos e malhas, 
foi realizado o balanço de massa e energia do projeto. Com esses valores, é possível realizar a 
estimativa da quantidade de matéria prima e energia anual desta indústria química. Estando, desta 
forma, intrinsicamente ligado a avaliação dos aspectos econômicos relacionados ao processo. 
Possuindo as informações referentes ao desenho dos equipamentos, preço de instalação, 
custos de investimento e custos de produção podemos pensar que já temos o suficiente para iniciar 
a execução do projeto. Entretanto, aspectos como localização, incentivos fiscais, valorização do 
produto acabado, entre outros devem ser analisados, visto que tem importância crucial. 
E, finalmente, é preciso definir a viabilidade ou não da execução da indústria projetada 
baseando-se nas análises de rentabilidade e sensibilidade – a qual é realizada variando a taxa de 
interesse sobre o Valor Presente Líquido (VAN) ao longo de 10 anos. A estimativa deste valor é 
positiva para este projeto de extração de cafeína, mostrando, portanto, a viabilidade desta indústria. 
Um fato interessante é que mesmo ao longo dos anos estimados, o VAN continua apresentando 
valor positivo. 
Um outro parâmetro analisado foi a Taxa Interna de Rentabilidade, que apresentou valor de 
8,02. Este valor é maior do que a taxa mínima de atratividade e significa que o investimento é 
economicamente atrativo, validando a viabilidade do projeto. 
 
 
 
43 
 
REFERÊNCIAS 
 
TOGNETTI, E. S. Controle de processos. Departamento de Engenharia Elétrica – Universidade 
de Brasília. 2015 Disponível em: <http://www.ene.unb.br/estognetti/files/20151/Aula-
06_CP_balanco_energia.pdf>. Acesso em: 16 de outubro de 2018. 
 
FELDER, R. M. Princípios Elementares dos Processos Químicos. Rio de Janeiro: LTC, 2008. 
CARDOZO, I. G. P.; CASTRO, L. O. S. Projeto de um processo piloto para extração de 
cafeína. Universidade Federal de Alfenas: Engenharia Química. Poços de Caldas: 2014.