SIMULAÇÃO DE SECAGEM DE MILHO E ARROZ EM BAIXAS TEMPERATURAS DOMINGOS SÁRVIO MAGALHÃES VALENTE 1 CRISTIANO MÁRCIO ALVES DE SOUZA 2 DANIEL MARÇAL DE QUEIROZ 3 RESUMO - Um programa computacional para simular o processo de secagem em baixas temperaturas foi desenvolvido. Este programa permite controlar a perda máxima de matéria seca do produto durante o processo. Pode ser simulado o enchimento em uma única etapa ou por camadas, estabelecendo-se o intervalo de tempo entre a colocação das camadas no silo. Com esse programa computacional é possível fazer o dimensionamento, a análise e a otimização de sistemas de secagem em baixas temperaturas. PALAVRAS-CHAVE: grãos, secadores, modelagem. DRYING SIMULATION OF CORN AND RICE SUBMITTED TO LOW TEMPERATURES ABSTRACT - A software was developed in order to simulate low temperature grain drying system, using the Thompson and Morey models. This software allows to simulate the drying process of corn and rice, and the maximum dry matter loss can be specified. The user can simulate the drying process in one layer or in more than one layer. If the last filling schedule is selected, the user has to define the time interval between each layer. This software helps the design, analysis and also the optimization of low temperatures drying system. KEYWORDS: grain, dryers, modeling. 1. INTRODUÇÃO A secagem de grãos em baixas temperaturas é uma das alternativa de secagem dentro da cadeia de produção. Essa técnica possibilita a obtenção de um produto final de melhor qualidade, devido a baixa movimentação dos grãos no silo e pelo fato do produto não sofrer choques térmicos e hídricos. Além disso, exige um menor investimento inicial em relação a 1 Graduando de Engenharia Agrícola e Ambiental, DEA-UFV. Bolsista do CNPq. E-mail: eg39068@correio.ufv.br 2 Doutorando em Engenharia Agrícola, DEA-UFV. Bolsista do CNPq. E-mail: csouza@vicosa.ufv.br. 3 Prof. Adjunto, DEA-UFV, Viçosa, MG, CEP 36570-000. E-mail: queiroz@ufv.br
secagem realizada em sistemas que utilizam altas temperaturas, sendo dessa maneira um sistema interessante para armazenamento de grãos na fazenda ou unidades de pequeno porte. A secagem em baixas temperaturas é um processo lento, visto que utiliza baixas vazões de ar por unidade de massa de grãos e temperaturas do ar de secagem até 5 C acima da temperatura ambiente. Por esse motivo, o processo de secagem em baixas temperaturas precisa ser realizado com atenção para que não ocorra a deterioração dos grãos, que pode ocorre durante a secagem quando o produto encontra-se com elevada umidade. Entretanto, existe modelos matemáticos disponíveis na literatura, como é o caso dos propostos por Thompson et al. (1968) e Morey et al. (1976), capazes de prever a dinâmica da secagem e da deterioração do produto presente nas camadas superiores dos silos secadores. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um programa computacional para simular o processo de secagem de milho e arroz utilizando-se baixas temperaturas, visando a previsão da umidade, temperatura, consumo de energia e deterioração dos grãos durante o processo. 2. MATERIAL E MÉTODOS O trabalho foi desenvolvido no CENTREINAR e no Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa. Um programa computacional orientado a objetos foi desenvolvido para simular os processos de secagem em baixas temperaturas. Para desenvolver o modelo de simulação de secagem usando baixas temperaturas foram utilizados os modelos de Thompson et al. (1968) e Morey et al. (1976), com base nas equações apresentadas por Queiroz et al. (1987). O programa computacional desenvolvido foi denominado de SecBT e implementado utilizando-se a linguagem de programação MS Visual Basic. Este programa permite a simulação de secagem de milho e de arroz, podendo ser determinada a perda máxima de matéria seca do produto durante o processo. O programa computacional simula a secagem levando em consideração uma série histórica de dados meteorológicos para diferentes regiões brasileiras. O usuário tem a opção de simular o sistema de secagem com controle automático do aquecimento suplementar do ar, visando não ultrapassar um limite máximo da umidade relativa do ar entrando na camada de produto ou de simular um sistema com aquecimento constante do ar. Pode ser simulado o enchimento em uma única etapa ou por camadas, estabelecendo-se o intervalo de tempo entre a colocação das camadas no silo. Foi implementado no SecBT a possibilidade de controle da vazão do
ventilador em função da umidade relativa do ar, uma vez que com esse controle pode-se reduzir o reumidecimento do produto durante os períodos mais úmidos e diminuir o consumo de energia, sem aumentar o risco de deterioração do produto. Um sistema de animação gráfica foi desenvolvido para melhor visualização da distribuição da umidade, da temperatura e da deterioração do produto no silo. Para avaliação da deterioração do milho em função da umidade inicial dos grãos, utilizando o programa computacional SecBT, foram realizadas simulações para a cidade de Viçosa, com um silo de 8,2 m de diâmetro e altura de 6 m, assumindo-se um aquecimento suplementar de 1 C promovido pelo ventilador com potência de 9,2 kw, realizando-se um enchimento por camadas de 5 vezes a cada 6 dias. Realizou-se simulações com teores de umidade inicial de 24, 22, 20 e 18% b.u., e um teor de umidade máximo final de 15% b.u. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO O SecBT apresenta uma janela principal (Figura 1) onde são apresentados os resultados parciais da simulação, os gráficos dos perfis de umidade, temperatura e deterioração dos grãos dentro do silo, local de realização da simulação e se há controle automático da vazão do ventilador. Figura 1 - Janela principal do programa computacional SecBT. Podem ser definidos os parâmetros do sistema de secagem, tais como, diâmetro do silo, altura do silo, aquecimento suplementar do ventilador e do sistema de aquecimento, caso
exista, forma de enchimento do silo e potência do ventilador (Figura 2). Na Figura 3 é apresentada a janela de entrada de dados do produto, em que o usuário tem a opção de definir o tipo de produto, o teor de umidade inicial, a temperatura inicial do produto, o peso específico do produto, o teor de umidade final desejado e a perda máxima de matéria seca permitida. Figura 2 - Janela de entrada de dados do sistema de secagem em baixas temperaturas. Figura 3 - Janela de entrada de dados do produto a ser simulado. Analisando-se os dados do Quadro 1 pode-se verificar que quanto maior o teor de umidade inicial dos grãos no silo maior é sua deterioração. No caso de teor de umidade igual a 24% b.u., verificou-se que o produto deteriorou-se acima do limite recomendado antes que o produto atingisse o teor máximo de umidade final aceitável de 15% b.u., e então o programa parou o processamento. O tempo de secagem e o consumo de energia diminuíram quando o produto apresentava menores valores de teor de umidade inicial, exceto para o caso de 24% b.u., onde o valor foi influenciado pela deterioração dos grãos. Observa-se que somente para o maior teor de umidade inicial não foi atingido o teor de umidade final desejado. Quadro 1 - Influência do teor de umidade inicial na deterioração de grãos de milho no silo secador, com potência de 9,2 kw e a secagem sendo realizada em Viçosa, MG Teor de Umidade inicial (% b.u.) Tempo de secagem (h) Teor de umidade máximo (% b.u.) Deterioração (%) Consumo de energia (kwh) 18 735 14,97 0,08 6757,4 20 756 14,98 0,13 6950,5 22 774 14,97 0,25 7116,0 24 747 21,93 0,50 6867,7
Na Figura 4 são apresentados gráficos gerados pelo módulo de animação do programa SecBT para os diferentes teores de umidade inicial do produto no silo secador. Quanto mais escura são as camadas do gráfico maior é a deterioração dos grãos. 24% 22% 20% 18% Figura 4 - Gráficos do perfil de deterioração gerados pelo programa SecBT para diferentes teores de umidade inicial. 4. CONCLUSÕES O programa de computador SecBT simulou a secagem de grãos em baixas temperaturas, permitindo estimar a deterioração dos grãos durante o processo de secagem, a umidade máxima final dos grãos, a umidade final média dos grãos, o tempo de secagem, o consumo de energia elétrica e para aquecimento do sistema. Com o uso do programa computacional desenvolvido poderá ser realizado o dimensionamento de sistemas de secagem em baixas temperaturas, análises e otimizações de sistemas já existentes. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS THOMPSON, T.L.; PEART, R.M.; FOSTER, G.H. Mathematical simulation of corn drying: a new model. Transaction of the ASAE, St. Joseph, v.11, n.4, p.582-586, 1968. MOREY, R.V., CLOUD, H.A., NELSON, W.W. Simulation of solar energy grain drying in corn - Minnesota Contribution. Agricultural Engineering Department, University of Minnesota. St. Paul, Minnessota: 1976. 43p. St. Joseph, ASAE, 1984. 17p. QUEIROZ, D.M.; PEREIRA, J.A.M.; MELO, E.C. Determinação de vazões mínimas de ar para secagem de milho em baixas temperaturas na região de Viçosa, Minas Gerais. Revista Brasileira de Armazenamento, Viçosa, v.11/12, n.7, p.31-36, 1987.