Secagem e Armazenagem de Grãos e Sementes Aula 06 Sistemas de Secagem e secadores: Sistemas de secagem; Operação e monitoramento da secagem; Classificação dos secadores; Sistemas de secagem Inexiste uma classificação oficial dos sistemas de secagem. Didaticamente, os métodos m de secagem serão classificados e estudaddos segundo a sequencia: 1
Métodos de Secagem Secagem Natural Secagem Artificial Secagem Natural - Método amplamente utilizado. - O processo tem seu início logo após s a maturação fisiológica. - Ar é movimentado pela ação a do vento. - A fonte energética para secagem é solar. Secagem Natural Vantagens Não exige conhecimento de técnicas modernas. Os investimentos para realizá-la la são mínimos. m 2
Secagem Natural Desvantagens Depende das condições climáticas. Propicia o ataque de pragas. Propicia o tombamento de plantas. O produto fica exposto às s intempéries. O campo fica ocupado por mais tempo. Dificulta a colheita mecânica. Secagem Artificial Há a interferência do homem, acelerando e/ou melhorando o processo. Pode ser realizada com: Ventilação Natural Ventilação Forçada Convecção Secagem com Ventilação Natural Terreiros Secador Solar Rotativo 3
Secagem em Terreiros O produto é retirado da planta a espalhado em camadas, geralmente inferiores a 5 cm. Secagem em Terreiros Vantagens: Simplicidade de construção e operação Baixo custo inicial. Desvantagens: Necessidade de revolvimento do produto. O ambiente influencia o tempo de secagem. Baixa capacidade de secagem. Maior necessidade de mão-de de-obra; Área plana para construção do terreiro. 4
Secador Solar Rotativo Há um melhor aproveitamento da energia solar e da ação do vento. Secagem com Ventilação Forçada Secagem com ar natural Secagem com ar a baixas temperaturas Secagem com ar a altas temperaturas. Ar Natural e Baixas Temperaturas A secagem é realizada em silos. São processos lentos. Deve-se empregar vazões de ar que não permita a deterioração do produto. 5
Ar Natural e Baixas Temperaturas Secagem com Ar Natural O ar é aquecido apenas pela energia devido ao atrito com as pás p s do ventilador. A secagem deve iniciar assim que a primeira camada de grãos estiver sendo carregada. O processo deve continuar, até que a zona de secagem atravesse toda a massa de grãos. Secagem a Baixas Temperaturas Um aquecedor é acoplado ao ventilador. A energia para aquecer em até 10 o C pode ser obtida pela queima de combustíveis, uso de resistência elétrica ou coletor solar. Deve-se controlar o sistema de aquecimento para evitar a super-secagem secagem das camadas inferiores. 6
Carregamento do Silo Enchimento em uma etapa: Consiste em carregar o silo durante 1 a 3 dias. Enchimento por camadas: Processo em que uma nova camada de produto sós é adicionada quando a última estiver parcialmente seca. Camada única: Consiste em carregar o silo em camada única de até 1,0 m de espessura. Enchimento em uma etapa Vantagens: Pouca movimentação do produto. Pouca demanda de mão-de de-obra; O recebimento do produto não fica condicionado ao andamento da secagem do material existente no silo. Enchimento em uma etapa Desvantagens: Elevado tempo de secagem com risco de deterioração das camadas superiores. Pode ocorrer condensação de água. Risco de super-secagem secagem das camadas inferiores. 7
Enchimento por camadas Vantagens: Secagem mais rápida. r Menores riscos de deterioração. O fluxo mínimo m necessário é inferior ao do método de enchimento em uma etapa. Desvantagem: Requer maior atenção no controle do processo de secagem. Vantagens: Camada única Secagem rápida r de cada uma das camadas. Menores riscos de deterioração. Maiores fluxos de ar por tonelada de produto. Desvantagens: Equipamentos menos eficientes. Maior demanda de mão-de de-obra. Movimentação do Produto PROCESSO ESTÁTICO TICO: O produto não é revolvido. - Pode ocorrer gradiente de umidade COM REVOLVIMENTO : O produto é periodicamente homogeneizado por meio de helicóides. ides. - Não ocorre gradiente de umidade. - Ideal para secagem a baixas temperaturas 8
Rosca revolvedora Desvantagens: Vantagens: Maior - Maior o índice rendimento de produto com de danos secagem. mecânicos. Maior investimento e custo - Menor risco de operacional. Sobrecarga deterioração. do equipamento sobre -Eliminação as paredes do do silo. Acúmulo gradiente de de materiais umidade. finos no centro do silo. Revolvimento do Produto Operação e Monitoramento do Sistema Inspeção periódica da temperatura e umidade dos grãos. Se a umidade do grão for superior a 16%, manter o ventilador ligado. Com umidade abaixo de 16%, manter o ventilador ligado se umidade relativa for inferior a 75%; Na secagem com baixa temperatura, resfriar produto à temperatura ambiente. Ar de Secagem Vazão específica mínima. m - É o fluxo mínimo m de ar insuflado por unidade de volume ou de peso de grãos, sem ocorrência de deterioração do produto. - Vazões específicas abaixo do valor mínimo m pode comprometer a qualidade do produto; - Vazões elevadas, aumentam o consumo de energia e investimento inicial. 9
Vazão Mínima M de Ar Depende dos seguintes fatores: Tipo de produto. Clima da região. Teor de umidade inicial do produto. Duração da Secagem O tempo de secagem pode ser reduzido elevando-se a temperatura do ar de secagem ou sua vazão. O aquecimento do ar praticamente não altera a velocidade de deslocamento da frente de secagem. (O produto tende a atingir o equilíbrio) Secagem a Altas Temperaturas Consiste em submeter o produto à ação de um fluxo de ar quente. É rápido e menos dependente das condições climáticas para secagem. O fluxo de ar utilizado depende do produto e do tipo de secador. O potencial de secagem é função direta da diferença a entre a temperatura do ar e do ambiente. 10
Secagem a Altas Temperaturas A taxa de secagem é função de: - Temperatura e umidade relativa ambiente. - Temperatura e fluxo de ar de secagem. - Umidade inicial do produto. - Fluxos do produto e do ar no secador. Vantagens: - independência das condições climáticas - Facilidade de gerenciamento. - Menor risco de deterioração. Secagem a Altas Temperaturas A pressão do vapor da água nos grãos é aumentada pelo aquecimento do produto, facilitando a saída de umidade. Com o aumento da temperatura do ar, a sua umidade relativa diminui e, em conseqüência, seu potencial de secagem aumenta. 11
Classificação dos Secadores Quanto aos fluxos do ar e do produto. Quanto à operação. Quanto à utilização. Classificação Segundo os Fluxos Secador de camada fixa horizontal Secador de camada fixa vertical Secador de fluxos cruzados Secador de fluxos contracorrentes Secador de fluxos concorrentes Secador em cascata Secador rotativo Secador de leito fluidizado Secador por convecção Secador de Camada Fixa Horizontal O ar de secagem é insuflado por um ventilador num compartimento de fundo perfurado, onde fica o produto; O secador é constituído por: Câmara para distribuição uniforme do ar (plenum). Câmara de secagem. Fonte de aquecimento do ar. 12
Secador de Camada Fixa Horizontal Normalmente, usam-se se silos metálicos, com piso perfurado; Para diminuir o custo de implantação, os silos são substituídos por construções em alvenaria. A altura da camada de produto deve manter-se entre 0,4 e 0,6 metros. Secador de Camada Fixa Camada Fixa Horizontal Vantagens: Baixo investimento inicial. Menor custo operacional. O armazenamento pode ser feito no próprio prio silo secador (silo convencional adaptado). Pode secar grãos, milho em espiga, feijão em rama, raspa de mandioca, feno etc. 13
Camada Fixa Horizontal Desvantagens: Baixa capacidade de processamento à espessura da camada. devido Necessidade de revolvimento periódico do produto para uniformização da secagem. Camada Fixa Vertical e de Fluxos Cruzados O produto permanece em colunas verticais compostas por chapas perfuradas. O fluxo de ar é perpendicular à coluna de grãos. Quando o produto está em movimento, o secador é dito de fluxos cruzados. Secador de Fluxo Cruzado Esquema básico 14
Secador de fluxos Cruzados Modelo UFV Dupla Câmara de Secagem Reversão de Fluxo Camada Fixa Vertical e de Fluxos Cruzados Vantagens: Alta capacidade de secagem. Facilidade de manuseio e operação. Baixo custo inicial. Camada Fixa Vertical e de Fluxos Cruzados Desvantagens: - Risco de superaquecimento do produto. - Alto consumo de energia. - Desuniformidade de secagem. - Baixa qualidade do produto. 15
Fluxos Contracorrentes O ar de secagem e grãos fluem em sentido contrário. rio. A frente de secagem permanece sempre próxima ao fundo perfurado. À medida que o produto desce, sua temperatura aumenta, ficando próximas à temperatura do ar de secagem. A temperatura de secagem não deve ultrapassar 70 o C. Secador de Fluxo Contracorrente Vantagens: Secador de Fluxos Contracorrentes Vantagens: Alta eficiência energética; Menor tempo de exposição ao ar de secagem; Menor susceptibilidade a danos mecânicos. Desvantagem: Maior custo de manutenção, quando se utiliza um sistema com silo. 16
Fluxos Concorrentes Neste tipo de secador ar de secagem e produto fluem na mesma direção. Altas taxas de evaporação ocorrem na parte superior da camada. Fluxos Concorrentes Ocorre uma rápida r redução na temperatura do ar de secagem e no teor de umidade do produto.; A temperatura do produto permanece sempre abaixo da temperatura inicial do ar de secagem. Secador de Fluxo Concorrente Modelo UFV 17
Fluxos Concorrentes Vantagens: Melhor qualidade final do produto. Maior capacidade de secagem. Alta eficiência energética. Baixo custo de instalação e manutenção Fluxos Concorrentes Desvantagens: Alto custo de construção, quando se opera com mais de um estádio. Maior risco de incêndios devido à utilização de altas temperaturas. Secador em Cascata São constituídos por uma série s de calhas invertidas em forma de V. O produto move-se entre as calhas, sob a ação a da gravidade. O ar de secagem entra numa linha de calhas e sai em outras imediatamente adjacentes, Utilizam fluxos de ar /ton/ ton.. de grãos menores que em outros secadores contínuos. nuos. 18
Tipo Cascata Secadores Comerciais 19
Secador em Cascata Vantagem: Boa eficiência energética. Desvantagens: Alto custo inicial. Poluição do ambiente. Secador Rotativo 20
Vantagens: Secador Rotativo Funciona como máquina m de pré-limpeza para alguns produtos. Boa Uniformidade de secagem. Desvantagens: Baixa eficiência energética. Alto custo de investimento. Incidência de danos mecânicos. Secador de Leito Fluidizado - O ar de secagem provoca turbulência, mantendo o produto em suspensão. - A intensidade do fluxo de ar deve ser tal que supere a velocidade terminal do produto. - Não é comum na secagem de produtos agrícolas. Secador de Leito Fluidizado 21
Secador por Convecção - Utilizam trocadores de calor para aquecimento do ar de secagem. - O ar se movimenta devido à diferença a de temperatura entre o ar de secagem e o ambiente; - Por não usar ventiladores, Pode ser uma alternativa para secagem em propriedades sem eletrificação. Convecção Natural Convecção Natural Vantagens: Dispensa o uso de ventiladores. Baixo custo inicial. mão-de de-obra pouco especializada. Desvantagens: Baixa eficiência térmica. t Desuniformidade de secagem. Riscos de contaminação por fumaça. a. 22
Classificação Quanto ao Modo de Operação Secadores Contínuos nuos Secadores Intermitentes Secadores Contínuos nuos O grão pode ficar sob constante a ação a do calor até o ponto ideal de secagem. Há um fluxo constante de produto no secador. Um mecanismo determina o tempo de residência ao longo da (s) câmara(s) de secagem e de resfriamento. Em alguns casos, o resfriamento é feito fora do secador. É um tipo de secagem indicada para grande quantidade de produto; Secadores Contínuos nuos 23
Secadores Intermitentes O produto retorna à(s) câmaras de secagem até que atinja a umidade ideal, sem sofrer resfriamento. Em alguns casos, o resfriamento é feito fora do secador. Pode ou não passar por câmaras de repouso. Secador Intermitente Classificação Quanto aos Processos de Utilização Sistemas Combinados : Consiste em iniciar a secagem num sistema a altas temperaturas e completá-la la num sistema à baixas temperaturas; Seca-Aera Aeração: Neste sistema o produto é seco parcialmente num sistema à altas temperaturas, permanece em descanso por determinado tempo, e a secagem é completada em um pequeno silo com aeração a baixos fluxos de ar. 24
Sistemas Combinados Apresentam como vantagens: Redução da energia total requerida para a secagem. Fornece um produto com alta qualidade Seca-Aera Aeração (Dryeration) Reduz o consumo de energia. Aumenta a capacidade de secagem. Reduz os danos térmicos t causados pela secagem a altas temperaturas. Requer maior investimento inicia. Maior manuseio do produto. Sistema de Seca-Aera Aeração 25
Modificações em Sistemas Tradicionais Sistema com Recirculação do Ar de Secagem; Secagem com Revolvimento do Produto Secagem em Silo com Sistema Contracorrente; Eliminação de Impurezas nos Produtos; Silo com Sistema Contracorrente Grande eficiência energética. Há possibilidade de condensação nas camadas superiores. 26
Vista Interna do Sistema Shivvers Sistema com Recirculação do Ar de Secagem Consiste na recirculação de parte do ar de exaustão; Promove preaquecimento e pré-secagem do produto mais úmido; Utilizado para reduzir o gradiente de temperatura e umidade nos secadores de fluxos cruzados. Recirculação do Ar 27
Eliminação de Impurezas Consiste na realização do processo de pré-limpeza. Facilita a passagem do ar. Diminui o tempo de secagem e o consumo de energia. Dificulta o desenvolvimento de fungos. Secagem com Revolvimento É feito utilizando-se de roscas-sem sem- fim que giram no interior do silo. Elimina a frente de secagem. Possibilita uma melhor distribuição do fluxo de ar. Secagem e Armazenagem de Grãos e Sementes Próxima aula: Teoria e simulação da secagem: Balanço o de energia; Modelos de simulação de secagem; 28