BR102015027270B1

BR102015027270B1 - Processo para redução da umidade de minérios em correias transportadoras e chutes de transferência; chute de transferência para transporte de minério; correiatransportadora para transporte de minério

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Publication date: 2019-07-23

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PROCESSO PARA REDUÇÃO DA UMIDADE DE MINÉRIOS EM CORREIAS TRANSPORTADORAS E CHUTES DE TRANSFERÊNCIA; CHUTE DE TRANSFERÊNCIA PARA TRANSPORTE DE MINÉRIO; CORREIA TRANSPORTADORA PARA TRANSPORTE DE MINÉRIO.

Campo da Invenção [001] A presente invenção consiste em um processo e equipamento para redução de umidade de minérios previamente a operações de transporte marítimo desse material.

Antecedentes da Invenção [002] Correias transportadoras e chutes de transferência são equipamentos utilizados para o transporte de diversos materiais, in casu, para o transporte de minérios.

[003] A correia transportadora consiste em um equipamento, basicamente, formado por uma cinta sem fim, a qual é estendida entre dois tambores de acionamento (motriz e de retorno) e uma estrutura interna construída por perfis laminados e roletes justapostos, sobre os quais a cinta desliza, possibilitando a movimentação do minério posicionado sobre a correia.

[004] O chute de transferência consiste em um equipamento comumente aplicado para a transferência de material entre correias transportadoras que operam em diferentes direções. Este consiste basicamente em um funil, formado por chapas de aço associadas e material de desgaste, configurado para intermediar a transferência de material.

[005] Correias transportadoras e chutes de transferência são utilizados, especificamente nesse caso, para transportar o minério que chega aos terminais de embarque por via ferroviária. Após homogeneização em pilhas e retomada do minério, este passa por correias transportadoras e chutes de transferência até os navios para realização do transporte para o destino final. Entretanto, não muito raramente, o

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2/11 minério transportado por estes equipamentos possui um teor considerável de umidade, sendo esta característica prejudicial ao transporte marítimo.

[006] O teor de umidade dos minérios acarreta sérios inconvenientes a seu transporte marítimo. O primeiro deles está relacionado ao custo do frete, pois cada unidade de volume de água transportada representa despesas adicionais, como por exemplo, penalidades ao fornecedor, já que o minério vendido é avaliado em base seca. Além disso, diminui a capacidade de transporte de minério, acarretando prejuízos significativos.

[007] Não obstante, é sabido que, o transporte marítimo de carga sólida a granel excessivamente úmida pode implicar em um risco de tombamento e naufrágio do navio de carga, devido a um fenômeno conhecido como liquefação de carga granulosa, que ocorre quando o minério úmido é submetido ao balanço da embarcação, à vibração do motor do navio e aos sucessivos impactos provenientes das intempéries do mar no casco da embarcação. Quando o minério encontra-se com um percentual de umidade acima de um valor correspondente a um Flow Moisture Point (FMP) e é submentido às referidas condições de vibração, ele pode se liquefazer. Quando o material se liquefaz, essa mistura viscosa pode se deslocar inadequadamente nos porões da embarcação, para o fundo e/ou paredes, desequilibrando e eventualmente levando o navio a pique devido às forças inerciais que atuam na carga de minério/navio.

[008] Assim, para evitar que minérios com alto teor de umidade sejam transportados, normas técnicas governamentais criaram o TML (Transportable Moisture Limit), que corresponde à quantidade máxima de umidade que o minério deve conter para que esteja apto para o transporte em embarcações. Na prática, o valor adotado para o TML é equivalente a 90% do valor de FMP.

[009] Deste modo, é fundamental o uso de equipamentos e processos que garantam o atendimento às exigências de TML para a umidade do minério antes do embarque do material.

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3/11 [010] No estado da técnica, podem ser utilizados diversos tipos de equipamentos de secagem como, por exemplo, fornos rotativos. Esses equipamentos normalmente apresentam altos custos de instalação, operação e manutenção principalmente devido ao alto consumo energético. Além disso, é necessário que estes equipamentos de secagem sejam instalados em série com os equipamentos de transporte (correias transportadoras, chutes, dentre outros). Portanto seriam necessárias alterações nas linhas de transporte para a instalação de equipamentos de secagem, implicando em mudanças de layout - fluxograma de processo - devido à necessidade de maior espaço físico. Não obstante, seriam necessárias longas paradas nas linhas de transporte para instalação, o que elevaria consideravelmente os custos e prejudicaria de forma substancial o escoamento da produção, implicando ainda na necessidade de grandes áreas para pátios de estocagem.

[011] Deste modo, a utilização de equipamentos de secagem do estado da técnica, para reduzir umidade de minérios, implica em altos custos na aquisição, instalação, operação e manutenção dos equipamentos.

[012] O estado da técnica também compreende equipamentos para a secagem, ou até mesmo desidratação, de alimentos e outros tipos de materiais. Um destes equipamentos é revelado no documento US2395933.

[013] O equipamento revelado em US2395933 é configurado para gerar uma corrente de ar quente direcionada ao material que está sendo transportado por uma correia transportadora. Tal equipamento compreende uma correia transportadora, um ventilador, um aquecedor e medidores específicos.

[014] A correia transportadora é configurada para realizar o transporte do material ao longo do equipamento e o ambiente é isolado para permitir que o ar soprado pelo ventilador permaneça no interior do equipamento.

[015] O ventilador é configurado para soprar ar para o interior do equipamento, e é instalado em série com o aquecedor. As pás de orientação são configuradas para direcionar o ar soprado pelo ventilador contra o material que está sendo transportado.

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Estas podem ser orientadas na direção que for mais conveniente ao processo, de tal modo que todo material presente na correia seja desidratado. Também são realizadas medições de temperatura, umidade do ar e do material bem como outras variáveis envolvidas no processo.

[016] Embora o equipamento revelado no documento US2395933 realize uma redução da umidade de produtos transportados em uma correia, este não é adequado para a redução de umidade de minérios. O equipamento do documento supracitado não realiza previamente a retirada de umidade do ar utilizado pelo processo, de modo que revela uma baixa eficiência durante a secagem do material.

[017] Outro equipamento compreendido no estado da técnica é revelado no documento US2415738. Este apresenta um equipamento para desidratação parcial de produtos contendo celulose, produtos alimentícios, e outros tipos de insumos industriais. Tal equipamento consiste em uma correia transportadora configurada em ambiente isolado com injeção de gases quentes.

[018] O equipamento compreende uma correia transportadora, dutos de exaustão, compartimento de gases, bombas, e sistema de monitoramento. O ambiente onde a correia transportadora está localizada é isolado de tal forma que os gases permaneçam em seu interior, e as bombas são configuradas para injetar gás quente nesse ambiente isolado.

[019] O duto de admissão é responsável pela entrada de gases, enquanto o duto de exaustão é configurado para retirar o excesso dos gases do ambiente interno. O duto de exaustão permite ainda a reutilização dos gases retirados, retornando-os ao compartimento de secagem.

[020] São realizadas medições das variáveis envolvidas no processo, tais como a temperatura e a vazão dos gases. O sistema de monitoramento das variáveis permite a alteração das configurações do equipamento, garantindo seu melhor funcionamento.

[021] Da mesma forma que o documento de patente US2395933, o documento US2415738 revela um equipamento que realiza uma redução da umidade contida em

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5/11 insumos industriais transportados em uma correia, entretanto esse equipamento não é adequado para a redução de umidade de minérios. O equipamento do documento supracitado não realiza previamente a retirada de umidade do ar utilizado pelo processo, de modo que revela uma baixa eficiência e um elevado consumo de energia durante a secagem do material.

[022] Tendo em vista os equipamentos descritos nos documentos supracitados, não há no estado da técnica um processo ou equipamento para redução de umidade de minérios, até percentuais inferiores ao TML, que possua baixo custo de instalação, operação e manutenção.

Objetivos da Invenção [023] A presente invenção tem por objetivo um processo para redução de umidade de minérios em correias transportadoras e chutes de transferência, com baixo custo de instalação e operação.

[024] A presente invenção também tem por objetivo um equipamento para redução de umidade de minérios em correias transportadoras e chutes de transferência, com baixo custo de instalação e operação.

Breve Descrição dos Desenhos [025] A presente invenção é detalhadamente descrita com base nas respectivas figuras:

[026] Figura 1 - retrata uma vista frontal de uma correia transportadora adaptada para o processo definido pela presente invenção.

[027] Figura 2 - retrata uma vista frontal, em corte, da correia revelada na Figura 1. [028] Figura 3 - retrata uma vista frontal de um chute de transferência adaptado ao processo da presente invenção.

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6/11 [029] Figura 4 - retrata uma vista frontal, em corte, do chute de transferência da Figura 3.

[030] Figura 5 - retrata uma vista frontal da combinação de chute de transferência e correia transportadora modificada pelo processo da presente invenção.

[031] Figura 6 - retrata uma vista frontal, em corte, da configuração revelada na Figura 5.

[032] Figura 7 - revela um fluxograma do processo de execução da presente invenção em sua configuração preferencial de uso.

Descrição Detalhada da Invenção [033] A presente invenção, tal como revelada na Figura 7, consiste em um processo para redução da umidade de minérios 2, que compreende as seguintes etapas:

etapa 1 - inserção de minério 2 em um ambiente fechado;

etapa 2 - retirada de umidade do ar ambiente;

etapa 3 - aquecimento o ar ambiente proveniente da etapa 2;

etapa 4 - insuflamento do ar seco e aquecido proveniente da etapa 3 no ambiente fechado contendo minério 2 da etapa 1.

[034] A retirada de umidade do ar ambiente relatada na etapa 2 é preferencialmente realizada mediante condensação do vapor de água presente no ar, com auxílio de unidades evaporadoras compreendidas por sistema de refrigeração (vide figuras 2 e 4). [035] Sabe-se que, todo sistema de refrigeração compreende uma unidade evaporadora, uma unidade condensadora, um compressor e uma válvula de expansão, operando em ciclo termodinâmico fechado. Um fluido refrigerante circula entre os quatro elementos, sendo injetado no compressor, que realiza um trabalho sobre o fluido e consequentemente aumenta sua temperatura. Após o compressor, o fluido passa pelo condensador, visando sua condensação e consequentemente seu resfriamento. Na sequência, este fluido passa pela válvula de expansão, onde sofre

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7/11 abrupta queda de pressão e temperatura. O evaporador é responsável pela evaporação de parte do líquido gerado na expansão do fluido, garantindo que a mistura gás/líquido se evapore totalmente e retorne na forma de gás ao compressor completando o ciclo termodinâmico.

[036] Ao passar pela válvula de expansão, o fluido refrigerante pulveriza-se, alcançando temperaturas muito baixas. Na unidade evaporadora, este fluido percorre uma serpentina que circunda uma malha de aletas metálicas, cuja função é aumentar a eficiência de troca térmica. O vapor de água presente no ar ambiente então se condensa ao entrar em contato com as aletas e a serpentina compreendidas pela unidade evaporadora do sistema de refrigeração.

[037] Por esse motivo, o ar ambiente, quando entra em contato com a unidade evaporadora de um sistema de refrigeração perde umidade e tem sua temperatura reduzida. Em linhas gerais, esse é o princípio da secagem do ar ambiente realizado na etapa 2 do processo de redução de umidade da presente invenção.

[038] Para aquecer o ar seco proveniente da etapa 2, o mesmo passa por um circuito de resistências elétricas ou por um trocador de calor tal como uma caldeira, ou mesmo um queimador a gás de contato direto ou indireto. Este aquecimento do ar frio e seco consiste na terceira etapa do processo definido pela presente invenção.

[039] A quarta etapa é a exposição do minério 2 ao ar quente e seco proveniente da etapa 3. Tal exposição faz com que este ar quente e seco injetado no ambiente fechado retire parte da umidade do minério 2, utilizando-se dos princípios de transferência de calor e massa.

[040] Para que não haja perda de energia térmica na etapa 4, o ambiente deve ser preferencialmente revestido por uma material íntegro, desprovido de orifícios e dotado de capacidade de isolamento térmico.

[041] O processo revelado acima deve ser executado em uma correia transportadora 13 e/ou em um chute de transferência 3, ou ambientes que permitem o fluxo contínuo de minério 2 e de ar quente e seco.

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8/11 [042] A correia transportadora 13 revelada nas figuras 1 e 2 do presente documento compreende um duto de isolamento 1 e uma unidade provedora de ar quente e seco 5, que compreende uma unidade evaporadora 15 (configurada para condensação do vapor de água presente no ar ambiente); uma unidade de aquecimento 16; e uma unidade de ventilação forçada 14. De modo preferencial, a unidade provedora de ar quente e seco 5 se comunica com a porção interna do duto de isolamento 1, mediante duto de alimentação 4.

[043] Para fins de definição do escopo de proteção da presente invenção, entende-se como unidade evaporadora 15, qualquer equipamento capaz de remover umidade do ar ambiente, mediante condensação de vapor d'água. Essa definição inclui aparelhos de ar condicionado, aparelhos do tipo Fancoil e outros equipamentos industriais de refrigeração, que utiliza gás refrigerante, ou mesmo membranas que utilizam fluidos líquidos, usualmente água resfriada, obtidas com a utilização de chillers, visando alcançar a temperatura de bulbo úmido do ar ambiente.

[044] Para atribuir maior precisão e eficiência ao processo de retirada de umidade do minério, a correia transportadora 13, em sua configuração preferencial, compreende, pelo menos, um equipamento de medição 9 e um controlador automatizado 7. Os equipamentos de medição 9 consistem em acessórios eletrônicos, tais como: termômetros/termopares de bulbo seco e bulbo úmido, manômetro, anemômetro, medidor de umidade do ar, medidor de umidade do minério e termômetro de contato em infra vermelho para medição da temperatura da superfície do minério e da correia transportadora.

[045] Os equipamentos de medição 9 supracitados são conectados ao controlador automatizado 7 que consiste em um painel de controle instalado próximo à correia transportadora 13. O controlador automatizado 7 processa as informações das medições realizadas pelos equipamentos de medição 9 e realiza alterações automáticas no funcionamento de todos os elementos que compõem o sistema da correia transportadora 13, tendo como principal foco de alteração a unidade provedora de ar quente e seco 5.

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São também registrados e arquivados os dados históricos das informações obtidas no sistema.

[046] Tais alterações são realizadas para controlar parâmetros chave de processo, de modo que a correia transportadora 13 opere em condições ótimas de processo, sendo monitorada constantemente para que sejam alcançados os melhores resultados de redução de umidade de minério.

[047] Ainda mais eficiente que o processo de retirada de umidade de minérios em correia transportadora 13, está a retirada de umidade em chute de transferência 3.

[048] Em linhas gerais, para fins de definição do escopo da presente invenção, um chute de transferência pode ser definido como um receptáculo fechado, configurado para transporte gravitacional de minérios, que compreende uma entrada de minérios 17 em sua porção superior, uma saída de minérios 18 em sua porção inferior e uma câmara central 21.

[049] Tal como visualizado nas figuras 3 e 4 do presente documento, o princípio de funcionamento do chute de transferência 3 da presente invenção é praticamente o mesmo da correia transportadora 13. Entretanto, o processo de redução de umidade em chute de transferência 3 costuma ser mais eficiente que em correia transportadora 13 pois há maior superfície de contato entre o minério transportado e o ar proveniente da unidade provedora de ar quente e seco 5, já que há a fluidização do leito de minério da correia, aumentando significativamente a área de exposição. Este tipo de equipamento pode ser associado a um secador do tipo flash dryer, já que o tempo de exposição das partículas minerais ao ar quente e seco é de alguns segundos.

[050] O ar quente e seco é insuflado, em contra corrente com o minério, para dentro do chute de transferência 3 por meio de uma entrada de ar 19, por intermédio de uma unidade provedora de ar quente e seco 5 associada a um duto de alimentação 4. A unidade provedora de ar quente e seco 5 também compreende uma unidade evaporadora 15, uma unidade de aquecimento 16, uma unidade de ventilação forçada 14, bem como unidades resfriadoras de água do tipo chiller.

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10/11 [051] Quando o ar quente e seco entra em contato com o minério 2 no interior do chute de transferência 3, é gerada uma nuvem de partículas suspensas, denominado material particulado. Se não houvesse tratamento adequado, essa dispersão de material particulado no meio ambiente poderia incorrer em indesejável perda de material, além de gerar poluição atmosférica.

[052] Para solucionar este problema, o chute de transferência 3, em sua configuração preferencial, compreende um duto de exaustão 6 que comunica uma saída de ar 22 a um compartimento 11. O duto de exaustão 6 é configurado para realizar a remoção de ar contendo material particulado e transferi-lo para um compartimento 11 que realiza um processo de ciclonagem. A ciclonagem permite a coleta do material particulado, realizando uma limpeza do ar antes de retorná-lo à atmosfera. O material particulado coletado pode ser incorporado ao minério 2 seco que deixa o chute de transferência 3, ou ao minério já estocado em pátios de estocagem. Uma quantidade de carga circulante de material particulado pode ser criada para se evitar o acúmulo e posterior manuseio deste material.

[053] O sistema de exaustão em correias transportadora 13 consiste apenas em uma abertura de exaustão 6' configurada para permitir que ar úmido e saturado seja retirado naturalmente do duto de isolamento 1, uma vez que não há emissão significativa de material particulado nas correias. Note-se que, nas correias transportadoras 13 o fluxo do ar pode operar em contra corrente e/ou co-corrente com o minério na correia transportadora. Para o chute de transferência, o fluxo somente se dá em contra corrente.

[054] Experimentos recentes revelaram que a presente invenção é capaz de reduzir a umidade do minério em 0,5 -1,8 pontos percentuais em correias transportadoras 13, e 0,5 - 2,0 pontos percentuais em chutes de transferência 3, em função da condição de temperatura e vazão de ar utilizadas, para o caso concreto de minério de ferro com umidade inicial aproximada de 10 -12%. O aparato experimental apresentou potência instalada de 180 kw.h, fornecendo ao sistema a quantidade aproximada de energia de 650.000 kJ/h.

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11/11 [055] Esses valores, obtidos para a redução de umidade em minério de ferro, são bastante expressivos, pois quando é utilizado apenas ar quente, ou apenas ar seco e frio para retirada de umidade, gasta-se uma quantidade muito maior de energia para obtenção dos mesmos percentuais de umidade. Em outras palavras, pode-se dizer que a somatória da unidade evaporadora 15 com a unidade aquecedora 16 compreendidas pela unidade provedora de ar quente e seco 5 revelam resultado inesperado, pois a combinação do efeito de ambas é maior que soma das partes quando tidas isoladamente.

[056] Ou seja, a utilização do mecanismo de desumidificação e do mecanismo de aquecimento do ar, quando utilizados de forma isoladas, apresentam menor eficiência na redução da umidade do minério de ferro, pois a forma combinada se utiliza de preceitos de transferência de calor e massa. Assim foi possível observar experimentalmente maiores ganhos percentuais na remoção da água do corpo de minério com a utilização de ar quente e seco para mecanismos combinados.

[057] A combinação de chute de transferência 3 com correia transportadora 13 evidentemente traz resultados ainda mais expressivos que a utilização do chute 3 ou correia 13 isoladamente. Por esse motivo, a configuração preferencial da invenção compreende, pelo menos, um chute de transferência 3 associado à correia transportadora 13, vide figuras 5 e 6.

[058] Por fim, conclui-se que a invenção alcança todos os objetivos que se propõe alcançar, revelando um processo e equipamento para redução de umidade de minérios em correias transportadoras e chutes de transferência, com baixo custo de instalação e operação.

[059] Tendo sido descritos alguns exemplos de concretização preferidos da invenção, vale ressaltar que, o escopo de proteção conferido pelo presente documento engloba todas as demais formas alternativas cabíveis à execução da invenção, sendo este, definido e limitado apenas pelo teor do quadro reivindicatório em anexo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para redução da umidade de minérios em correias transportadoras (13) e chutes de transferência (3), caracterizado por compreender as seguintes etapas:

etapa 1 - inserir minério (2) em um ambiente fechado e isolado;

etapa 2 - retirar umidade do ar ambiente;

etapa 3 - aquecer o ar ambiente proveniente da etapa 2;

etapa 4 - insuflar ar seco e aquecido proveniente da etapa 3 no ambiente fechado contendo minério (2).
2. Processo para redução da umidade de minérios em correias transportadoras (13) e chutes de transferência (3), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser retirada a umidade do ar ambiente mediante utilização de uma unidade evaporadora (15) compreendida por um sistema de refrigeração.
3. Processo para redução da umidade de minérios em correias transportadoras (13) e chutes de transferência (3), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser retirada a umidade do ar ambiente mediante utilização de um aparelho do tipo Fancoil.
4. Processo para redução da umidade de minérios em correias transportadoras (13) e chutes de transferência (3), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a etapa 3 ser realizada mediante utilização de uma resistência elétrica.
5. Processo para redução da umidade de minérios em correias transportadoras (13) e chutes de transferência (3), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a etapa 3 ser realizada mediante utilização de um trocador de calor compreendido por uma caldeira.
6. Processo para redução da umidade de minérios em correias transportadoras (13) e chutes de transferência (3), de acordo com a reivindicação 1,

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2/3 caracterizado por a etapa 3 ser realizada mediante utilização de um queimador a gás de contato direto e/ou indireto.
7. Processo para redução da umidade de minérios em correias transportadoras (13) e chutes de transferência (3), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, o ambiente fechado conforme definido na dita etapa 1, consistir em um duto de isolamento (1) compreendido por uma correia transportadora (13).
8. Processo para redução da umidade de minérios em correias transportadoras (13) e chutes de transferência (3), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, o ambiente fechado conforme definido na dita etapa 1, consistir na estrutura externa de um chute de transferência (3).
9. Processo para redução da umidade de minérios em correias transportadoras (13) e chutes de transferência (3), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, o ambiente fechado conforme definido na dita etapa 1, consistir em um duto de isolamento (1) compreendido por uma correia transportadora (13) conectado à estrutura externa de um chute de transferência (3).
10. Chute de transferência (3) para transporte de minério (2), caracterizado por compreender:

uma entrada de minérios (17);

uma entrada de ar (19);

uma saída de minérios (18); e uma câmara central (21);

a câmara central (21) se dispondo entre a entrada de minérios (17) e a saída de minérios (18); e a entrada de ar (19) sendo configurada para insuflar ar quente e seco que passou por tratamento de condensação e aquecimento antes de entrar na câmara central (21) do chute (3).
11. Chute de transferência (3) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender um duto de exaustão (6) configurado para retirar o ar injetado no interior do chute de transferência (3) e transferi-lo para um

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3/3 compartimento (11) após o contato deste ar com o minério (2) contido no chute de transferência (3).
12. Chute de transferência (3) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o ar transferido para o compartimento (11) ser submetido a um processo de ciclonagem, configurado para remoção do material particulado proveniente do contato do ar com o minério (2).
13. Correia transportadora (13) para transporte de minério (2), caracterizado por compreender: um duto de isolamento (1) instalado radialmente no entorno de sua estrutura, configurado para isolar a correia transportadora (13) do meio externo; uma unidade provedora de ar quente e seco (5); e um duto de alimentação (4), configurado para comunicar fluidicamente o ambiente interno ao duto de isolamento (1) à unidade provedora de ar quente e seco (5).
14. Correia transportadora (13) de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por a unidade provedora de ar quente e seco (5) compreender pelo menos uma unidade de aquecimento (16).
15. Correia transportadora (13) de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por a unidade provedora de ar quente e seco (5) compreender pelo menos uma unidade evaporadora (15).
16. Correia transportadora (13) de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por a unidade provedora de ar quente e seco (5) compreender pelo menos uma unidade de ventilação forçada (14).
17. Correia transportadora (13) de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender uma abertura de exaustão (6') configurada para retirar naturalmente o ar úmido do interior do duto de isolamento (1).