Critérios técnicos para ampliação de uma unidade de beneficiamento de sementes de milho 1

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1 65 Critérios técnicos para ampliação de uma unidade de beneficiamento de sementes de milho 1 Edson Junior Seibt 2 ; Maria Laura Gomes Silva Luz 3 ; Carlos Alberto Silveira Luz 3 ; Gizele Ingrid Gadotti 3 *; Mário Conill Gomes 3 Introdução O estudo das projeções de produção de milho, realizado pela Assessoria de Gestão Estratégica do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA), indica aumento de 19,11 milhões de toneladas entre a safra de 2008/2009 e 2019/2020. Em 2019/2020, a produção deverá ficar em 70,12 milhões de toneladas e o consumo em 56,20 milhões de toneladas. Esses resultados indicam que o Brasil deverá fazer ajustes no seu quadro de suprimentos para garantir o abastecimento do mercado interno e obter excedente para exportação, estimado em 12,6 milhões de toneladas em 2019/2020, número que poderá chegar a 19,2 milhões de toneladas. Paralelamente haverá a necessidade de aumento na produção de sementes. O consumo mundial de milho vem crescendo em decorrência do aumento do consumo per capita de carnes, principalmente de frangos, que está estimado, atualmente, em 867,6 milhões de toneladas (Emater, 2011; Usda, 2012). É necessária a quantidade suficiente de sementes para atender essa demanda crescente. Grande parte das áreas destinadas à produção de sementes de milho, a colheita tem sido realizada com elevado grau de umidade. Para a realização da colheita antecipada é necessário que as sementes permaneçam nas espigas no momento da colheita e durante a secagem posterior. Este procedimento permite ganhos como a redução do tempo de exposição a pragas e condições ambientais adversas, melhor aproveitamento dos campos de produção, e melhor planejamento do processo de secagem. Nestes casos, a secagem artificial, realizada com o emprego de secadores, é essencial para manutenção da qualidade fisiológica das sementes. Do mesmo modo, como ocorre para a maioria das espécies, o momento mais indicado para se realizar a colheita de milho é quando as sementes se encontram o mais próximo do ponto de maturidade fisiológica. Neste estádio, a semente interrompe a conexão nutricional com a planta-mãe e atinge a sua máxima qualidade fisiológica, com elevados valores de matéria seca e níveis ótimos de germinação e vigor. Entretanto, o grau de umidade da semente é ainda mais elevado, o que requer atenção, principalmente no início da secagem artificial (Schuh, 2010). A secagem de sementes, mediante fornecimento forçado de ar aquecido, compreende, essencialmente, dois processos simultâneos: a) transferência (evaporação) da água superficial da semente para o ar circundante, que ocorre motivado pelo gradiente de pressão parcial de vapor entre a superfície da semente e o ar de secagem; b) movimento de água do interior para a superfície da semente, em virtude de gradiente hídrico e térmico entre essas duas regiões (Peske; Villela; Meneghello, 2012). A secagem é feita em espigas evitando que o embrião sofra ação direta da temperatura e dano mecânico. O secador de milho em espigas é um secador retangular com paredes sólidas, aberturas superiores para enchimento das câmaras e saída do ar com fundo falso inclinado para facilitar a descarga das espigas. O sistema de distribuição do ar é por meio de túneis, sendo um principal e as ramificações para as câmaras ou depósitos das espigas. A temperatura do ar de secagem não pode ultrapassar os 42ºC. Nos sistemas de dupla passagem do ar, onde o ar é recirculado para aumentar sua eficiência térmica, há um túnel superior e um inferior. O ar quente é insuflado pelo ventilador de alta potência ao túnel superior e dirigido aos depósitos ou câmaras que contem as espigas com sementes com umidade mais baixa. O ar passa através das espigas e é coletado no túnel inferior de onde passa para as câmaras onde estão as espigas com as sementes mais úmidas. Após, o ar é descarregado para o ambiente pela parte de cima do secador. Em geral, a secagem demora entre 84 a 120 horas. O combustível utilizado nas oito fornalhas para secar o milho é o próprio sabugo do milho que fica após a debulha (Peske et al., 2011). A Unidade de Beneficiamento de Sementes deste estudo possui capacidade teórica de sacos por dia, porém, esta meta dificilmente é alcançada pelo alto índice de repasse dos híbridos que estão sendo classificados, devido às exigências de qualidade. Com isso, aumenta-se bastante o tempo e custo do processo. Sendo assim, com a inserção de novas máquinas classificadoras, cilindros separadores ( trieur ) e mesa de gravidade pretende-se diminuir o número de repasses e otimizar o 1 Artigo submetido em 04/07/2013. Aceito para publicação em 21/11/ Engenheiro Agrícola. Kepler Weber S.A., Av. Juscelino K. Oliveira nº 2200, Bl, 13B, Apt Pelotas, RS, Brasil. 3 Professor, Centro de Engenharias - UFPel. Rua Almirante Barroso 1734, Pelotas, RS, Brasil. *Autor para correspondência <gizeleingrid@gmail.com>

2 66 tempo de classificação, atingindo a meta de sacos por dia. A unidade de beneficiamento de sementes de milho estudada, fica localizada em Formosa-GO, beneficiou na safra 2011/2012 de verão, mais de 6 mil hectares de lavoura de milho, e com esta quantidade operou com preenchimento total das 48 câmaras de secagem com volume de 250 m³ cada, tendo em alguns momentos que parar de descarregar os caminhões. A previsão da próxima safra é de beneficiar mais de 9 mil hectares de lavoura de milho. Desta forma, evidencia-se a necessidade urgente de ampliação do secador. Com a duplicação do secador pretende-se dobrar a capacidade máxima para m³. Este trabalho tem por finalidade estudar a viabilidade técnica da duplicação de um secador e a ampliação da classificação de uma unidade de beneficiamento de sementes de milho. Material e Métodos Foram analisados os processos unitários do beneficiamento de sementes de milho da unidade e comparado com os autores Schuh (2010); Peske (2011); Peske; Villela; Meneghello (2012). Fez-se o levantamento total de balanço de massa e posteriormente o dimensionamento de equipamentos, confecção de plantas e levantamento de números de empregados solicitados pelo processo após a ampliação. Argumentação técnica operacional A indústria beneficia sementes de milho durante 10 meses ao ano. O período de interrupção da produção corresponde à entressafra que ocorre nos meses de março e abril. O setor de secagem é o único que trabalha todos os dias da semana. Os demais setores folgam no domingo. A empresa necessitará para ampliação mais nove funcionários para o setor de secagem, para verificação de temperatura, umidade e fluxo do ar nas câmaras de secagem, abrir e fechar as portas do túnel inferior do secador e das câmaras, coletar amostras de espigas, executar limpezas de câmaras e de fitas transportadoras e retirar a cinza do sabugo de milho das fornalhas; três encarregados de área para o setor de secagem, responsáveis por controlar a secagem e autorizar a inversão de fluxo ar; três funcionários para fazer os testes de controle de qualidade da classificação e três funcionários para regular a mesa de gravidade, fazer limpeza nas trocas de híbrido e levar as amostras do classificador de sementes de milho com peneiras cilíndricas, do cilindro ( trieur ) separador e da mesa de gravidade até a sala de controle de qualidade. Na empresa observa-se conduta de segurança patrimonial e de trabalho, bem como o uso de equipamentos de proteção individuais (EPI) fornecidos. O regime de trabalho é de 44 horas semanais. A Tabela 1 apresenta a função de cada funcionário a ser contratado. A Figura 1 apresenta o fluxograma e o balanço de massa propostos, considerando uma descarga de kg.h -1 e todas as saídas nas diversas etapas dos processos. Tabela 1. Distribuição das atividades dos funcionários. Atividade desempenhada Número de funcionários Secadorista 9 Controle de qualidade 3 Operador de classificação 3 Encarregado de área 3 Total % Umidade Milho em espigas Descarga kg/h 35 % Umidade Despalhamento kg/h Palha kg/h Ração kg/h 35 % Umidade Seleção manual kg/h Refugo kg/h 12 % Umidade Secagem kg/h H 2O evaporada kg/h 12 % Umidade Debulha kg/h Sabugo do milho kg/h Fornalha kcal/kg Cinza 150 kg/h 12 % Umidade Pré - limpeza kg/h Impurezas 210 kg/h 12 % Umidade Aeração Ração7.731 kg/h 12 % Umidade Limpeza kg/h Impurezas 750 kg/h 12 % Umidade Classificação kg/h Refugo kg/h 12 % Umidade Tratamento químico 220 ml 12 % Umidade Ensacamento 420 sacos/h + 13 jumbos/h 12 % Umidade Armazenamento Câmara fria entre 10 a 12º C e umidade relativa do ar entre 40 e 50% Figura 1. Fluxograma e balanço de massa do processo de secagem de sementes de milho.

3 67 A indústria contém uma balança rodoviária eletrônica e trabalha com duas linhas de descarga, cada linha possui duas esteiras transportadoras que conduzem o milho em espigas para o despalhamento, que é um processo completamente automatizado. Depois, o milho passa para a seleção manual, observando as seguintes características: tamanho das espigas, coloração das sementes na espiga, ataque de fungos Fusarium sp., Giberella sp., Diplodia sp. ou Penicillium sp., sementes pré-geminadas na espiga,espigas atacadas por lagartas no campo, coloração dos sabugos,coloração do estigma, presença de matérias estranhas e impurezas. O refugo do despalhamento e da seleção manual é conduzido por esteiras transportadoras até o terminal de expedição de refugo, onde fica uma carreta aguardando seu carregamento. Terminada a seleção manual, o milho em espiga é conduzido por esteiras para as câmaras de secagem. O sistema é automatizado, controlando o abastecimento do sabugo nas fornalhas através de níveis e acionando vibradores para manter o fluxo constante. Os alarmes são programados para aviso de temperatura alta, temperatura baixa e falta de sabugo. O secador possui 48 câmaras de secagem que tem um volume de 250 m³ cada. O combustível das fornalhas é o próprio sabugo do milho que tem um poder calorifico médio de kcal.kg -1. O secador do tipo estacionário de distribuição axial de ar (fluxo de 5,0 m 3.min -1.t -1 ) permite inversão do sentido do fluxo do ar, o que caracteriza duas fases de secagem distintas em função da umidade da espiga (Figura 2). Transportado por correia para carregar Câmara Janela do túnel superior Túnel de ar superior Tampa superior do secador Câmara Fluxo de ar descendente Túnel de ar inferior Porta do túnel inferior Fluxo de ar ascendente Camada de espigas de milho Janela de descarga Transportador por correia para descarregar Figura 2. Secador de sementes de milho em espigas com dupla passagem do ar. Fonte: PESKE et al. (2011). 1ª Fase: fluxo de ar ascendente com menor temperatura e maior umidade relativa. 2ª Fase: fluxo de ar descendente com maior temperatura e menor umidade relativ a. O operador do secador mede o fluxo de ar ascendente nas tampas superiores do secador, observando: se a altura da massa de espigas for a máxima recomendada pelo protocolo da empresa para o material, deve se abrir totalmente as portas inferiores da câmara de secagem; se a altura da massa de espigas for inferior, se regula as aberturas de porta de modo a restringir a passagem de ar, buscando obter a velocidade do ar ascendente conforme as recomendações de fluxo, com um anemômetro. O operador poderá utilizar o sistema de by pass, localizado em frente às câmaras de secagem para aumentar o fluxo de ar, caso não tenham sido atingidos os fluxos sugeridos, atentando-se sempre para a temperatura máxima do ar recomendada no túnel inferior do secador. O operador do secador poderá utilizar uma câmara vazia como passe de ar quando a pressão dentro do secador estiver muito elevada e o fluxo de ar descendente estiver muito baixo. O assistente do secador assegura-se que a tampa superior do secador esteja aberta e sem fluxo de ar descendente (janela do túnel superior fechada), depois entra no túnel inferior do secador acompanhado de outro funcionário do setor (por segurança) e realiza a abertura parcial das portas inferiores do secador. O operador do secador realiza novamente o procedimento de conferência do fluxo de ar em todas as câmaras que estiverem em processo de secagem. O operador do secador deverá reduzir a abertura do passe de ar caso o fluxo de alguma câmara com ar subindo estiver abaixo de 1,5 m.s -1, e em seguida realiza uma nova conferência do fluxo das câmaras. O operador do secador sempre deverá registrar no quadro de controle do secador qual a câmara que está sendo utilizada como passe de ar, para que todos os funcionários do secador estejam atentos ao procedimento. Os parâmetros para determinar o momento exato em que a semente está com umidade adequada para debulha são: horas de secagem, diferença de temperatura de entrada e saída do ar, diferença de umidade relativa entre entrada e saída do

4 68 ar, teste de umidade. As câmaras de secagem com espigas entre 11 e 12,5% de umidade estão aptas para serem descarregadas. A descarga é feita pelo lado do secador por gravidade em uma fita transportadora que leva as espigas à debulhadora e, após, à máquina de pré-limpeza, de onde são conduzidas já debulhadas, pré-limpas e secas aos silos de aeração. Com a duplicação do secador (Figura 3), do tipo estacionário de distribuição axial de ar (fluxo de 5m³.min -1.t -1 ), a Unidade terá 48 câmaras de secagem com 250 m³ de capacidade. Almoxarifado Descarga Descarga Refugo Secador existente Secador a ser construido Amostragem Despalha e Seleção Manual Refugo Balança Escritório Torre de Classificação Y X Entrada Refeitório Armazenamento Expedição Figura 3. Planta baixa geral mostrando os locais que serão ampliados: secador e equipamentos na torre de classificação. Em geral, a secagem demora entre 84 a 120 horas, variando com o híbrido a ser secado. O combustível utilizado nas oito fornalhas é o próprio sabugo (poder calorifico médio de kcal.kg -1 ) que fica após a debulha. Para o controle do abastecimento do sabugo nas fornalhas é utilizado o sistema de automação que através de níveis aciona vibradores para manter o fluxo constante. O encarregado de área avalia a possibilidade de inversão do fluxo de ar nas câmaras de secagem, observando se o tempo decorrido de secagem está entre 40 a 60% do tempo total estimado e se a umidade da amostra coletada na parte superior da câmara é de 26%. Se a umidade inicial do material for menor ou igual a 26%,

5 69 realiza-se a inversão do fluxo do ar de secagem. As câmaras de secagem com espigas entre 11 e 12,5% de umidade estão aptas para serem descarregadas. A descarga é feita pelo lado do secador (Figura 4), por gravidade, em uma fita transportadora que leva as espigas à debulhadora para a operação de degrana. A semente separada segue por gravidade para a pré-limpeza enquanto o sabugo é conduzido por um elevador para ser armazenado no silo de sabugos. Na pré-limpeza, a máquina de ventilador e peneiras retira as impurezas bem maiores, bem menores e bem mais leves que a semente. Em seguida, a semente é transportada por um elevador de canecas até o silo de aeração. 34,2 m Transportador por corrreia para descarregar as câmaras que será ligado ao secador existente 85 m 56 m Tripper Transportador por correia para carregar as câmaras Transportador por correia para decarregar as câmaras Câmara Transportador por corrreia para abastecer as moegas com sabugo que será ligado com o secado existente Ventiladores Moegas para sabugo Dosador para sabugo Sistemas de fornalhas Figura 4. Planta baixa do secador de milho em espigas. A Unidade possui 32 silos de aeração com capacidade de 150 toneladas cada. As sementes estando no silo de aeração têm duas opções: exportar ou classificar. Para exportação a semente sai da bica do silo de aeração e é transportada por uma esteira transportadora até outra esteira transportadora inclinada que conduz a semente até a moega de expedição onde o motorista encosta a empilhadeira (a gás) para encher os big bags com capacidade de kg e kg. O inicio do processo de classificação (Figura 5), é a saída da semente da bica do silo de aeração, aonde é transportada por uma esteira transportadora até o elevador de canecas que descarrega a semente do milho em dois silos pulmões. Os silos pulmões descarregam a semente por gravidade na máquina de ar e peneira que realiza a limpeza.

6 70 0, ,5 22,5 3,5 3º andar Máquinas de peneiras para classificação por largura e espessura 18,5 2º andar 20,5 14 Máquinas de peneiras para classificação por largura e espessura 11,5 20,5 13,5 R3 C3 R4 C4 R2 C2 1,5 C3 3 R2 1º andar Cilindros separadores para classificação por comprimento MG MG MG MG 1,2 MG MG MG 3 Térreo Mesa de gravidade para separação por densidade Figura 5. Ampliação de máquinas para classificação (em pontilhado) nos quatro pavimentos da torre de classificação. Terminada a limpeza, o elevador de canecas conduz as sementes até a máquina de peneiras que realiza a separação por largura e espessura. As sementes peneiradas passam pelo silo antes do trieur (SAT) e em seguida, por gravidade, as

7 71 sementes passam pelos cilindros separadores ( trieur ) onde são separadas por comprimento e segue classificação conforme Figura 6. Após passam pelo silo antes da mesa de gravidade (SAM) e depois passa pela mesa de gravidade que faz a separação por peso específico. O elevador de canecas conduz as sementes até o silo de semente pronta (SSP). A Unidade possui 24 silos de sementes prontas. Em seguida, as sementes são transferidas por gravidade para o tratamento químico. O tratamento químico tem duas moegas dosadoras com autonomia de tratar 630 kg.min -1 de sementes cada. Em seguida, as sementes vão para a moega de expedição dosadora de ensacamento automático ou para a moega de expedição dosadora de ensacamento manual. 22,5 Peneiras de furos redondos (avos (avos de polegada) de polegada) 14 20,5 Peneiras de de furos furos oblongos oblongos (avos (avos de polegada) de polegada) C1 - R1 13,5 18,5 C Semente chata C2 - R ,5 R Semente redonda C3 - R3 C4 - R4 1 a 4 Tamanho da da semente em em ordem ordem crescente crescente Figura 6. Fluxograma dos classificadores de sementes de milho. A classificação das sementes de milho híbrido tornou-se já há muitos anos uma necessidade comercial na produção de sementes de alta qualidade. Sendo esta realizada em máquinas de peneiras cilíndricas de chapa metálicas, empregando peneiras de perfurações redondas para a classificação por largura (tamanho) e oblongas para a classificação por espessura (separação das redondas das planas). As peneiras para classificação de sementes de milho híbrido possuem as perfurações de forma cônica, para facilitar o posicionamento da semente contra o furo (Peske; Villela; Meneghello, 2012). O projeto contará com 80% de financiamento bancário em 10 anos. Para o pagamento do financiamento o sistema de amortização escolhido foi o Sistema de Amortização Constante (SAC), com carência de um ano no qual será pago somente o valor representado pelo juro. O valor financiado será de R$ ,62 e uma Taxa Mínima de Atratividade é de 7% a.a, que é a taxa consultada na instituição financeira para esse volume de capital a ser investido. A Tabela 2 apresenta os resultados dos cenários montados no projeto, levando em conta a variação dos índices econômicos, conforme se mudam as variáveis de preço. Todos os cenários estudados são considerados viáveis, pois a TIR foi maior que a TMA considerada (7%), o que significa que o investimento de capital no projeto é mais interessante do que uma aplicação financeira com rendimento de 7%. Tabela 2. Indicadores financeiros da análise econômica do projeto Indicadores Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 TMA (%) VPL (R$) , , ,99 Payback (anos) TIR (%) 489,78 528,28 575,50 TIRm (%) 56,63 57,88 59,30 TIRm>TMA Atrativo Atrativo Atrativo Conclusão É tecnicamente viável a duplicação de um secador e a ampliação da classificação, além de que o período de retorno do investimento é de menos de 1 ano. Referências BRASIL. Ministério da Agricultura e Reforma Agrária. Regras para análise de sementes. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Secretaria de Defesa Agropecuária. Brasília: MAPA/ACS, p. agricultura.gov.br/arq_editor/file/2946_regras_analise sementes.pdf Acesso em: 10 de março de 2013.

8 72 EMATER. Associação Riograndense de Empreendimentos de Assistência Técnica e Extensão Rural. Indicações técnicas Disponível em: < Acesso em: 02 abr PESKE, S.T.; TRIGO, L.F.N.; ZIMMER, P.D.; OUTUMURO, M. F. O.; MONZÓN, D.L.R. Tecnologia de producción de maiz. Pelotas: Universitária, UFPel, p. PESKE, S.T.; VILLELA, F.A.; MENEGHELLO, G.E. Sementes: fundamentos científicos e tecnológicos. 3.ed., Pelotas: Editora e Gráfica da UFPel, 2012,573p. SCHUH, G.C. Secagem de milho colhido em espiga para seleção de plantasmães f. Tese (Mestrado em Fitotecnia) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, USDA. Departamento de Agricultura dos Estados Unidos. Balanço do mercado de milho Disponível em: < analises/2405/balanco-do-mercado-de-milho-rural-centro-avalia-numerosda-conab-e-do-usda#usda>. Acesso em: 22 de mar