BR102012011160B1

BR102012011160B1 - aperfeiçoamentos introduzidos em equipamento de desidratação e aquecimento de ar

Info

Publication number: BR102012011160B1
Application number: BR102012011160-8A
Authority: BR
Inventors: Francisco Maria Ayala Barreto
Original assignee: Francisco Maria Ayala Barreto
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2021-06-08
Also published as: US9784485B2; BR102012011160A2; US20130298584A1

Abstract

APERFEIÇOAMENTOS INTRODUZIDOS EM EQUIPAMENTO DE DESIDRATAÇÃO E AQUECIMENTO DE AR, refere-se a patente de invenção de aperfeiçoamentos introduzidos em equipamento de desidratação e aquecimento de ar para secagem de produtos sólidos, objeto da patente brasileira PI 0703605-1, através de rearranjo físico de duas serpentinas do evaporador, ambas em arranjo paralelo, em série com duas serpentinas do condensador, ambas em arranjo série, e introdução de dois dampers para equalizar as vazões de ar que circulará ao mesmo tempo nos evaporadores e nos condensadores, instalação de sensores e controles de propriedades do ar de secagem e de retorno do equipamento de secagem, utilizado na secagem de alta eficiência de sólidos sensíveis , tais como sementes e outros produtos agrícolas ou sólidos que requeiram secagens a baixas temperaturas, trazendo melhoria funcional e maior flexibilidade de utilização.

Description

A presente invenção refere-se a aperfeiçoamentos introduzidos em equipamento de desidratação e aquecimento de ar para secagem de produtos sólidos, objeto da patente brasileira PI 0703605-1, utilizado na secagem de alta eficiência de sólidos sensíveis, tais como sementes e outros produtos agrícolas ou sólidos que requeiram secagens a baixas temperaturas, de forma limpa, sem contaminações, permitindo armazenagem de produtos agrícolas de forma segura inclusive nos rigorosos climas tropicais e sub-tropicais e que permitem manter sob controle as propriedades do ar tratado pelo mesmo, independente do clima externo, trazendo melhoria funcional e maior flexibilidade de utilização.

Como é de conhecimento dos meios técnicos ligados ao setor agrícola, notadamente o segmento armazenador de grãos e sementes, demanda soluções alternativas para a secagem destes produtos para redução de perdas e manutenção da qualidade fisiológica e sanitária dos produtos desde a colheita até a sua industrialização ou semeadura (caso de sementes). Na indústria outros sólidos sensíveis a temperatura podem se utilizar deste processo, pois o ar de secagem a baixa temperatura e baixa umidade, mantém as características dos mesmos.

O equipamento revelado pela patente PI 0703605-1 é dotado de secador de ar com filtro de ar (1) plissado de grande capacidade para retenção de pó e sujidades do ar, serpentina do evaporador (2), compressor (3), ventilador centrífugo (4), condensador (5) e duto de saída de ar primário (6), quadro de comando (7), dumperde tomada de ar exterior para mistura (8), quadro de força (9), sensor de temperatura do ar de saída (10), sensor de umidade relativa do ar de saída (11), controlador PID de temperatura de ar de saída (12), controlador PID para umidade relativa do ar de saída (13), inversor de freqüência para compressor (14), sensor de temperatura de ar de saída do evaporador (15), controlador PID de temperatura de ar de saída do evaporador (16), inversor de freqüência (17), válvula de expansão de fluído refrigerante (18), sensor de temperatura do ar de entrada (19), sensor de umidade relativa do ar de entrada (20), processador para cálculo de entalpia (21) e processador central (22).

O funcionamento do processo e do equipamento da patente PI 0703605-1 se dá da seguinte maneira: a umidade do ar é extraída por condensação do vapor de água na serpentina do evaporador e reduz a umidade relativa por acréscimo de calor sensível na serpentina do condensador. A modulação da potência frigorífica de 0 a 100 % é realizada automaticamente por meio do inversor de freqüência ou motor de passo ou motor de corrente contínua ou motor hidráulico, a partir de sinais provenientes do controlador PID para a temperatura de ar de saída (12) e do controlador PID para umidade relativa do ar de saída (13).

O equipamento da patente PI 0703605-1 atendeu as expectativas, porém dentro de uma política de melhoria contínua, foram realizadas pesquisas e desenvolvimentos que culminaram na obtenção de melhoria funcional e de maior flexibilidade de utilização.

“APERFEIÇOAMENTOS INTRODUZIDOS EM EQUIPAMENTO DE DESIDRATAÇÃO E AQUECIMENTO DE AR”, objeto da presente patente foram desenvolvidos para melhorar o equipamento de desidratação e aquecimento de ar com temperatura e umidade controladas, objeto da patente brasileira PI 0703605-1, através de rearranjo da disposição das serpentinas dos evaporadores em paralelo e laterais ao ventilador, obtendo vazões maiores de condensação e rearranjo da entrada de ar novo (ambiente) e do ar de recirculação através de plenuns laterais interligados, introdução de dois dumperspara regular a mistura de ar novo com ar recirculado, instalação de sensores e controles de propriedades do ar de secagem e de retomo do equipamento de secagem para decisão de qual ar a utilizar novo ou recirculado e suas quantidades e instalação de sensores e controles de propriedades do ar na entrada dos evaporadores para colocar o ar de secagem dentro das especificações de temperatura e umidade desejadas, trazendo melhoria funcional e maior flexibilidade de utilização.

O rearranjo foi necessário para compatibilizar as necessidades de vazão de ar do condensador e do evaporador. As vazões de ar necessárias para condensação normalmente são de 1,5 a 2,5' vezes as vazões de ar necessárias para evaporação. O ar de secagem precisa ser desumidificado e aquecido para cumprir sua finalidade, para tal há necessidade de passagem do mesmo ar nas serpentinas de evaporação em paralelo (ação de desumidificação) e em seguida nas serpentinas de condensação em série (ação aquecimento).

Os aperfeiçoamentos objetivam resolver os seguintes problemas que o projeto da PI0703605-1 não resolve: 1. Compatibilizar as necessidades de vazão de ar do condensador e do evaporador; 2. Aumentar a taxa específica de ar de secagem (m’.min'^f1de produto sólido) com a mesma capacidade frigorífica; 3. Alta perda de carga devido ao arranjo das quatro serpentinas serem em série; 4. Dificuldade de limpeza das serpentinas do equipamento, devido a falta de espaço entre elas; 5. Aquecimento do motor do ventilador, por estar operando em ambiente de alta temperatura e baixa umidade.

Os aperfeiçoamentos do equipamento de desidratação e aquecimento de ar trouxeram as seguintes vantagens: a) Maior eficiência de secagem, pois aumentou em 50 % a vazão específica de secagem, por exemplo para um equipamento de 364000 Kcal/h a vazão específica passou de 11 para 16,5 mimin'1.t'1 de produto sólido; b) Maior eficiência e durabilidade, devido ao aumento da vazão de ar em 50 % nas serpentinas do condensador, o que permite temperaturas de condensação mais baixas e consequentemente maior durabilidade dos compressores com mesma capacidade frigorífica; c) Menor potência e economia de energia de ventilador devido a diminuição de perda de carga na captação, pela passagem de ar por apenas três serpentinas em série; d) Proporciona melhor ventilação e consequentemente maior durabilidade do motor do ventilador; e) Facilidade de limpeza das serpentinas dos evaporadores e condensadores, pela nova disposição das mesmas; f) Facilidade de construção.

Para melhor compreensão da presente patente são anexadas as seguintes figuras:

Figura 1., que mostra o diagrama esquemático do Equipamento de Desidratação e Aquecimento de Ar aperfeiçoado;

Figura 2., que mostra a vista superior do Equipamento de Desidratação e Aquecimento de Ar aperfeiçoado; e

Figura 3., que mostra a vista posterior em corte do Equipamento de Desidratação e Aquecimento de Ar aperfeiçoado.

O Equipamento objeto deste pedido pode fornecer ar de secagem a ser aplicado a secadores, estufas ou silos onde o produto permanece estacionário ou na linha de recebimento ou em lugar apropriado que permita a injeção do ar tratado, com o produto exposto por tempo suficiente para a transferência de umidade.

A sua função notadamente consiste em reduzir a umidade das sementes e grãos para níveis entre 8 a 14%, para preservar suas qualidades sanitárias e fisiológicas durante a armazenagem, assim como, proporcionar condições para transferência de umidade de produtos ou processos industriais.

De acordo com as referidas figuras, os aperfeiçoamentos introduzidos no equipamento são constituídos de: rearranjo físico de duas serpentinas do evaporador (102-A) e (102-B), ambas em arranjo paralelo, em série com duas serpentinas do condensador (105-A) e (105-B), ambas em arranjo série com os componentes: filtros de ar (101-A) e (101-B) plissado de grande capacidade para retenção de pó e sujidades do ar, uma primeira serpentina do evaporador A (102-A) de um lado e uma segunda serpentina do evaporador B (102-B) em paralelo no lado oposto com ventilador (104) no centro, um ou compressores (103-A) e (103-B), de um ventilador (104) com motor (104-A), uma primeira serpentina do condensador A (105-A) e uma segunda serpentina do condensador B (105-B) posicionados em série a frente do ventilador (104), dutos de ar de secagem (106), quadro de comando (107), quadro de força (108), dois dumpersde tomada de ar exterior (109-A) e (109-B) alinhados ao filtro (101-A) e a serpentina do evaporador (102-A) e ao filtro (101-B) e a serpentina do evaporador (102-B) respectivamente, sensor de temperatura de ar de secagem (110), sensor de umidade de ar de secagem (111), controlador digital de temperatura e umidade das propriedades do ar de secagem (112), anemómetro (113) posicionado no duto de saída de ar de secagem (106), inversor de freqüência do compressor (114), sensor de temperatura de ar de saída dos evaporadores (115) posicionado entre os dois evaporadores e anterior a entrada de ar no ventilador (104), controlador de temperatura de ar de saída dos evaporadores (116), inversor de freqüência do ventilador (117), válvula de expansão de fluído refrigerante A (118-A), válvula de expansão de fluído refrigerante B (118-B), sensor de temperatura de ar externo (119), sensor de umidade de ar externo (120), de controlador digital de temperatura e umidade das propriedades do ar de externo (121), sensor de temperatura do ar de retomo de secagem (122), sensor de umidade relativa do ar de retomo de secagem (123), de controlador digital de temperatura e umidade das propriedades do ar de retomo de secagem (124), damperde entrada de ar de retomo de secagem (125) posicionado no duto de entrada de ar de retomo de secagem (126) e processador central (127).

Altemativamente, o condensador poderá ser constituído por apenas uma serpentina com capacidade frigorífica equivalente as duas serpentinas do condensador (105-A) e (105-B).

A introdução de dois dampers,visam compatibilizar as necessidades as vazões de ar que circulará ao mesmo tempo nos evaporadores e nos condensadores e aumentar em 50 % a vazão específica de secagem (m’.min'1!'1) de produto sólido.

A instalação de sensores e controles de propriedades do ar de secagem e de retomo do equipamento de secagem permitem a decisão de qual ar e suas quantidades a utilizar: novo ou recirculado e a instalação de sensores e controles de propriedades do ar na entrada dos evaporadores permitem colocar o ar de secagem dentro das especificações de temperatura e umidade.

O processo de controle do equipamento da presente patente pode ser automático ou manual, tanto na rotação dos motores dos compressores (103-A) e (103-B), quanto na rotação do ventilador (104) e a partir da informação do sensores de temperatura (110), da informação do sensor de umidade relativa (111), da informação do anemómetro (113), da informação do sensor de temperatura (115), da informação do sensor de temperatura (119) e da informação do sensor de umidade relativa (120) e da informação do sensor de temperatura (122) do ar de retomo de secagem e da informação do sensor de umidade relativa (123) do ar de retomo de secagem e no caso de processo automático com auxílio dos controladores do processador central (127) que é dotado de firmeware ou software com dados de curvas de super-aquecimento e sub-resfriamento e ábaco psicrométrico e limites de variação da temperatura e umidade relativa do ar de saída, que processa dados e envia sinal para o inversor de freqüência do compressor (114) que envia sinal para ajustar as rotações do compressores (103-A) e (103-B), também envia sinal para o inversor de freqüência do ventilador (117) e que envia sinal para ajustar as rotações do ventilador (104), para controlar a temperatura e umidade do ar de secagem e a faixa de temperatura do ar de retomo de secagem e adicionalmente envia sinal para a abertura dos dampers(109-A) e (109-B) para controle de vazão de ar para os evaporadores (102-A) e (102-B) e sinal para a abertura do damper(125) para controle de vazão de ar de retomo de secagem.

O ar externo só deve ser utilizado quando a temperatura ambiente estiver acima de 15 graus C, para evitar problemas operacionais.

Os controladores (112), (116), (121) e (124) 05 poderão ser dispensados e suas funções serem executadas diretamente pelo processador central (127).

Claims

1. “APERFEIÇOAMENTOS INTRODU ZIDOS EM EQUIPAMENTO DE DESIDRATAÇÃO E AQUECIMENTO DE AR”, dotado de filtro de ar, evaporador, compressor, ventilador, condensador, duto de saída de ar de secagem, quadro de comando, quadro de força, damper,sensor de temperatura do ar de saída, sensor de umidade relativa do ar de saída, inversor de freqüência para compressor, sensor de temperatura de ar de saída do evaporador, inversor de freqüência para ventilador, válvula expansora, sensor de temperatura do ar de entrada e sensor de umidade relativa do ar de entrada com os aperfeiçoamentos introduzidos, caracterizados por, rearranjo físico de duas serpentinas do evaporador (102-A) e (102-B), ambas em arranjo paralelo, em série com duas serpentinas do condensador (105-A) e (105-B), ambas em arranjo série com os componentes: filtros de ar (101-A) e (101-B) plissado de grande capacidade para retenção de pó e sujidades do ar, de uma primeira serpentina do evaporador A (102-A) de um lado e uma segunda serpentina do evaporador B (102-B) em paralelo no lado oposto com ventilador (104) no centro, de um ou compressores (103-A) e (103-B), de um ventilador (104) com motor (104-A), de uma primeira serpentina do condensador A (105-A) e de uma segunda serpentina do condensador B (105-B) posicionados em série a frente do ventilador (104), dutos de ar de secagem (106), quadro de comando (107), quadro de força (108), dois dampersde tomada de ar exterior (109-A) e (109-B) alinhados ao filtro (101-A) e a serpentina do evaporador (102-A) e ao filtro (101-B) e a serpentina do evaporador (102-B) respectivamente, de sensor de temperatura de ar de secagem (110), de sensor de umidade de ar de secagem (111), de controlador digital de temperatura e umidade das propriedades do ar de secagem (112), anemómetro (113) posicionado no duto de saída de ar de secagem (106), inversor de freqüência do compressor (114), sensor de temperatura de ar de saída dos evaporadores (115) posicionado entre os dois evaporadores e anterior a entrada de ar no ventilador (104), controlador de temperatura de ar de saída dos evaporadores (116), inversor de freqüência do ventilador (117), válvula de expansão de fluído refrigerante A (118-A), válvula de expansão de fluído refrigerante B (118-B), sensor de temperatura de ar externo (119), sensor de umidade de ar externo (120), de controlador digital de temperatura e umidade das propriedades do ar de externo (121), sensor de temperatura do ar de retomo de secagem (122), sensor de umidade relativa do ar de retomo de secagem (123), de controlador digital de temperatura e umidade das propriedades do ar de retomo de secagem (124), damperde entrada de ar de retomo de secagem (125) posicionado no duto de entrada de ar de retomo de secagem (126) e processador central (127).

2. “APERFEIÇOAMENTOS INTRODU ZIDOS EM EQUIPAMENTO DE DESIDRATAÇÃO E AQUECIMENTO DE AR”, de acordo a reivindicação 1, caracterizado por, introdução de dois dampers,compatibilizar as necessidades as vazões de ar que circulará ao mesmo tempo nos evaporadores e nos condensadores e aumentar em 50 % a vazão específica de secagem (mimin’1.t'1) de produto sólido.

3. “APERFEIÇOAMENTOS INTRODU ZIDOS EM EQUIPAMENTO DE DESIDRATAÇÃO E AQUECIMENTO DE AR”, de acordo a reivindicação 1, caracterizado por, instalação de sensores e controles de propriedades do ar de secagem e de retomo do equipamento de secagem permitirem a decisão de qual ar a utilizar novo ou recirculado e suas quantidades e instalação de sensores e controles de propriedades do ar na entrada dos evaporadores para colocar o ar de secagem dentro das especificações de temperatura e umidade.

4. “APERFEIÇOAMENTOS INTRODU ZIDOS EM EQUIPAMENTO DE DESIDRATAÇÃO E AQUE- 05 CIMENTO DE AR”, de acordo a reivindicação 1, caracterizado por, altemativamente, o condensador ser constituído por apenas uma serpentina com capacidade frigorífica equivalente as duas serpentinas do condensador (105-A) e (105-B).