BR102017005327A2 - dispositivo para retirada de umidade de pelotas cruas e método de operação - Google Patents

Abstract

descreve-se um dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10). o dispositivo realiza secagem das pelotas cruas (10) por intermédio de micro-ondas geradas por um gerador de micro-ondas (2) instalado no interior de uma cavidade ressonante (1). as pelotas cruas (10) são transportadas pelo interior desta cavidade ressonante (1) ao longo de um tubo de transporte fechado (3) por intermédio de um parafuso de arquimedes (6), deixando-as expostas às micro-ondas concentradas em um dos focos da cavidade ressonante (1). a presente invenção também descreve um método de operação que faz uso do dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10), o método compreende as seguintes etapas: (i) alimentar as pelotas cruas (10) no interior da extremidade livre do tubo de transporte fechado (3); (ii) transportar as pelotas cruas (10) ao longo do tubo de transporte (3) interno à cavidade ressonante (1) por intermédio do parafuso de arquimedes (6), expondo as pelotas cruas (10) às micro-ondas geradas pelo gerador de micro-ondas (2) no interior da cavidade ressonante (1); (iii) transportar as pelotas cruas (10) para o exterior da cavidade ressonante (1), ao longo do tubo de transporte semiaberto (4) por intermédio do parafuso de arquimedes (6); (iv) realizar medição de umidade individual das pelotas cruas (10) presentes no tubo de transporte semiaberto (4) por meio do medidor de umidade (9); (v) transportar as pelotas cruas (10) até a extremidade livre do tubo de transporte semiaberto (4) para que estas sejam removidas no dispositivo (13).

Description

(54) Título: DISPOSITIVO PARA RETIRADA DE UMIDADE DE PELOTAS CRUAS E MÉTODO DE OPERAÇÃO (51) Int. Cl.: F26B 3/347; C22B 1/22; C22B 1/14 (73) Titular(es): VALE S/A, UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA, FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE MINAS GERAIS - FAPEMIG (72) Inventor(es): JOSÉ PAULO RODRIGUES FURTADO DE MENDONÇA; LEONIDIO STEGMILLER; EDUARDO FRIGINI DE JESUS; FREDERICO CORRÊA MAYERHOFER (85) Data do Início da Fase Nacional:

16/03/2017 (57) Resumo: Descreve-se um dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10).

O dispositivo realiza secagem das pelotas cruas (10) por intermédio de micro-ondas geradas por um gerador de micro-ondas (2) instalado no interior de uma cavidade ressonante (1). As pelotas cruas (10) são transportadas pelo interior desta cavidade ressonante (1) ao longo de um tubo de transporte fechado (3) por intermédio de um parafuso de arquimedes (6), deixando-as expostas às micro-ondas concentradas em um dos focos da cavidade ressonante (1). A presente invenção também descreve um método de operação que faz uso do dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10), o método compreende as seguintes etapas: (i) alimentar as pelotas cruas (10) no interior da extremidade livre do tubo de transporte fechado (3); (ii) transportar as pelotas cruas (10) ao longo do tubo de transporte (3) interno à cavidade ressonante (1) por intermédio do parafuso de arquimedes (6), expondo as pelotas cruas (10) às micro-ondas geradas pelo gerador de microondas (2) no interior da cavidade ressonante (1); (iii) transportar as pelotas cruas (10) para o exterio(...)

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DISPOSITIVO PARA RETIRADA DE UMIDADE DE PELOTAS CRUAS E MÉTODO DE OPERAÇÃO

Campo da Invenção [001] A presente invenção consiste em um dispositivo configurado para retirar a umidade de pelotas cruas de minério de ferro por meio de micro-ondas e um método de operação do referido dispositivo.

Antecedentes da Invenção [002] A invenção consiste em um dispositivo para retirada de umidade de pelotas cruas de minério de ferro por micro-ondas e um método de operação do referido dispositivo.

[003] Pelotas cruas de minério de ferro, também denominadas pelotas verdes, consistem em pequenas esferas constituídas de aglomerados de finos de minério de ferro.

[004] Para concretização de uma pelota crua de minério de ferro, são realizadas as seguintes etapas de beneficiamento de minério:

i. moagem - onde o minério é misturado a água e cominuído até atingir um tamanho de grão ideal ao pelotamento;

ii. espessamento - onde a polpa de minério é tratada em tanques espessadores para elevar o percentual de sólidos na polpa;

iii. filtragem - etapa em que filtros e bombas à vácuo operam em conjunto para desaguar a polpa de minério;

iv. mistura - onde o produto da filtragem é misturado a aglomerantes em silos dotados de agitadores mecânicos;

v. pelotamento - etapa em que o produto proveniente da etapa precedente passa por discos ou tambores de pelotamento, que dão forma às ditas pelotas cruas, também conhecidas como pelotas verdes.

[005] Após a quinta etapa revelada acima, as pelotas cruas ainda passam por uma sexta etapa, denominada endurecimento (ou queima) onde são submetidas a um

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2/16 tratamento térmico em um forno de pelotização. Essa última etapa tem o objetivo de evaporar toda água remanescente nas pelotas cruas, volatizar elementos não desejáveis às aciarias, converter óxidos de ferro em hematita e fortalecer a estrutura das pelotas, atribuindo resistência mecânica ao produto final.

[006] As pelotas cruas, resultantes da quinta etapa descrita acima, possuem elevado nível de umidade (cerca de 10% de seu peso total) e, quando chegam à sexta etapa de beneficiamento, muita energia térmica é necessária para retirada da umidade nos fornos de pelotamento.

[007] No estado da técnica, são utilizados alguns dispositivos que fazem uso de micro-ondas para retirada de umidade das pelotas cruas antes que elas passem pela fase de endurecimento. Dispositivos de micro-ondas são interessantes para a secagem de pelotas cruas, por três motivos: primeiro porque, em tese, é possível converter cerca de 95% de toda a energia elétrica que alimenta o equipamento em micro-ondas e direcioná-la apenas para o aquecimento de moléculas de água, em segundo lugar, porque as micro-ondas aquecem de dentro para fora, promovendo a expulsão da água com mais facilidade, ao contrário dos métodos de secagem convencionais e, em terceiro lugar, é que não existe a necessidade de aquecer todo o forno, como no método convencional, e isto acaba reduzindo muito os custos com energias elétrica e térmica. Entretanto, apesar dos dispositivos de micro-ondas do estado da técnica reduzirem o consumo de energia empregado pelos fornos de pelotização, nenhum desses dispositivos leva em consideração todos os aspectos envolvidos para a maximização da retirada de umidade e diminuição do consumo de energia do próprio dispositivo emissor de micro ondas.

[008] O documento PI9701646 revela um secador industrial por micro-ondas exclusivamente adaptado para a secagem de pelotas verdes. O secador industrial compreende: uma esteira transportadora, um tambor, válvulas geradoras de microondas, um sistema de exaustão e um sistema de monitoramento. As micro-ondas, quando em contato com as pelotas verdes, elevam o nível de agitação da água no

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3/16 interior desses elementos, fazendo com que a temperatura da pelota seja elevada e parte da água retida em seu interior seja evaporada.

[009] Apesar dos benefícios trazidos por esse equipamento em relação ao estado da técnica, a ferramenta descrita no documento PI9701646 possui um tambor dotado de geometrias convencionais e uma esteira transportadora que compreende componentes convencionais.

[010] A geometria convencional do tambor revelado em PI9701646 impede uma concentração efetiva de micro-ondas na região percorrida pelas pelotas.

[011] Quanto ao fato de compreender uma esteira, isto consiste em um defeito do ponto de vista da economia de energia, primeiro porque, na esteira as pelotas são sobrepostas umas às outras e é sabido que as micro-ondas não são capazes de atravessar uma camada ilimitadamente espessa de pelotas. Em segundo lugar, esteiras como a do dispositivo de PI9701646 são compostas de material metálico e é sabido que o material metálico reflete parte das micro-ondas, impedindo a sua absorção pelas pelotas.

[012] Outro dispositivo do estado da técnica é descrito pelo documento CA2661511, que revela um tratamento para pelotas de minério ferro, que consiste em transformar a magnetita contida neste elemento em hematita. Em uma das etapas do citado tratamento, as pelotas de ferro são submetidas a um processo de secagem.

[013] Para realização deste processo de secagem é utilizado um equipamento que emite micro-ondas contra as pelotas dispostas em uma espécie de carro de grelha. [014] Para pelotas úmidas, a penetração da radiação de micro-ondas não ultrapassa 5 cm. Como as pelotas possuem em média 1,5 cm de diâmetro, isto significa que é possível que a radiação de micro-ondas penetre, no máximo, cerca de 3 camadas de pelotas. Um carro de grelha possui muito mais que 3 camadas de pelotas. Assim, não faz sentido do ponto de vista da economia de energia, desenvolver um sistema de forno de micro-ondas para um carro de grelha.

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4/16 [015] Não obstante, o equipamento revelado no documento CA2661511 não possui uma estrutura com dimensões devidamente calculadas para intensificar a concentração das micro-ondas em seu interior.

[016] Um terceiro equipamento que faz uso das micro-ondas para retirada de umidade das pelotas é descrito no documento CN2722159, que revela um dispositivo utilizado para secagem de pelotas artificiais, sendo estas pelotas verdes ou outros tipos de pelotas industriais. Tal dispositivo compreende uma esteira transportadora, geradores de micro-ondas, tubos guias, janelas de acesso e um controlador.

[017] A esteira transportadora é configurada para realizar o transporte das pelotas ao longo do dispositivo, despejando-as, no final do trajeto, em um carro grelha ou outro dispositivo para transporte ou armazenamento das pelotas já secas.

[018] Os geradores de micro-ondas são configurados para emitir as micro-ondas utilizadas no processo de secagem das pelotas. Os tubos guias são instalados junto aos geradores, sendo estes configurados para direcionar as micro-ondas diretamente para as pelotas que estão sendo transportadas pela esteira. Os tubos também têm como função evitar que as micro-ondas sejam emitidas para o exterior do dispositivo.

[019] As janelas de acesso permitem que o operador tenha uma visão do que está acontecendo no interior do dispositivo, garantindo assim que este esteja em perfeito funcionamento. O controlador é configurado para realizar ajustes na potência dos geradores e na velocidade da esteira, de modo a garantir uma secagem precisa das pelotas.

[020] Embora o dispositivo descrito no documento CN2722159 realize a secagem de pelotas por intermédio de micro-ondas, este não possui um sistema para maior intensificação e concentração das micro-ondas em seu interior. Além disso, as microondas são direcionadas diretamente contra a esteira transportadora, fazendo com que haja uma diminuição significativa na absorção de micro-ondas pelas pelotas.

[021] Não obstante às falhas dos equipamentos mencionados, em nenhuma das técnicas anteriores apontadas existe uma preocupação efetiva com o bloqueio das

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5/16 micro-ondas ao ambiente externo. Note-se que, apesar de algumas dessas técnicas compreenderem tambores revestidos com metais que bloqueiam a passagem de micro-ondas, nenhuma delas é eficaz na vedação da abertura da esteira, que invariavelmente compreende dimensões bastante superiores ao comprimento de onda da radiação por micro-ondas. Esse ponto pode ser considerado uma grave vulnerabilidade à segurança do operador.

[022] Tendo em vista os dispositivos descritos nos documentos supracitados, não há no estado da técnica um dispositivo de micro-ondas para retirada de umidade de pelotas cruas, que seja econômico em termos de consumo de energia, que entregue resultados uniformes e seja seguro do ponto de vista do uso do operador.

Objetivos da Invenção [023] A presente invenção tem por objetivo um dispositivo para retirada de umidade de pelotas cruas por meio de micro-ondas.

[024] A presente invenção também tem por objetivo um dispositivo para retirada de umidade de pelotas cruas com baixo consumo de energia e maior homogeneidade e precisão na retirada de umidade das pelotas.

[025] A presente invenção também tem por objetivo um dispositivo para retirada de umidade de pelotas cruas por micro-ondas, que seja eficaz no bloqueio de radiação que emana do dispositivo em direção ao ambiente externo.

[026] Por fim, a invenção também objetiva um método de retirada de umidade das pelotas cruas com a utilização do dispositivo da presente invenção.

Breve Descrição dos Desenhos [027] A presente invenção é mais detalhadamente descrita com base nas respectivas figuras:

[028] Figura 1 - retrata uma vista em perspectiva do dispositivo para retirada de umidade de pelotas cruas.

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6/16 [029] Figura 2 - retrata uma vista frontal do dispositivo para retirada de umidade de pelotas cruas.

[030] Figura 3 - retrata uma vista em corte do dispositivo para retirada de umidade de pelotas cruas.

[031] Figura 4 - retrata a direção das micro-ondas emitidas no interior da cavidade ressonante.

[032] Figura 5 - retrata uma vista em perspectiva do kit da configuração preferencial do dispositivo para retirada de umidade de pelotas cruas.

[033] Figura 6 - retrata uma vista em corte do kit da configuração preferencial do dispositivo para retirada de umidade de pelotas cruas.

Descrição Detalhada da Invenção [034] A presente invenção consiste em um dispositivo 13 para retirada de umidade de pelotas cruas 10 por meio de micro-ondas. A presente invenção também consiste em um método de operação do dispositivo 13 para retirada de umidade.

[035] Pelotas cruas 10 são esferas com aproximadamente 1,5 cm de diâmetro, geradas a partir da aglomeração de finos de minério de ferro. Para a aglomeração desses finos é necessária a adição de água e aglutinantes químicos, que elevam o índice de umidade destes elementos.

[036] Para que a pelota crua 10 entre no forno de pelotização, é necessário que seu índice de umidade seja o menor possível. Isso porque, ao entrar no forno de pelotização com muita umidade, é necessário um elevado consumo de combustível pelo forno de pelotização, para que seja retirada toda a água do interior da pelota 10, para que, só então a pelota 10 possa ser queimada e endurecida. Por esse motivo é preciso realizar a diminuição da umidade das pelotas cruas 10 previamente à sua entrada no forno de pelotização.

[037] O estado da técnica compreende alguns dispositivos de micro-ondas configurados para a diminuição da umidade de pelotas cruas 10 previamente à entrada

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7/16 no forno de pelotização. Entretanto, os dispositivos do estado da técnica promovem uma retirada heterogênea da umidade, pois não realizam uma distribuição uniforme da radiação em direção às pelotas 10. Além disso, grande parte das micro-ondas geradas durante os processos do estado da técnica não é absorvida pelas pelotas 10, fazendo com que a energia gasta pelo dispositivo não seja adequadamente aproveitada. Não obstante, esses equipamentos não dispõem de meios efetivos do bloqueio de micro-ondas que emanam em direção ao ambiente externo, expondo seus operadores a um risco indesejado.

[038] Para solucionar os referidos problemas do estado da técnica, a presente invenção consiste em um dispositivo 13 para retirada de umidade de pelotas cruas 10, capaz de realizar uma distribuição homogênea de micro-ondas, fazer uso eficiente da energia consumida pelo aparelho e ainda revela um meio eficaz de bloqueio de radiação emitida em direção ao ambiente externo.

[039] O dispositivo 13 para retirada de umidade é configurado para transportar as pelotas cruas 10 ao longo de uma cavidade ressonante 1 seguramente fechada, enquanto em seu interior são emitidas micro-ondas por intermédio de geradores de micro-ondas 2. Deste modo, as pelotas cruas 10 são expostas à radiação por micro-ondas durante a sua passagem no interior da cavidade ressonante 1.

[040] Tal exposição aumenta o nível de agitação da água contida nas pelotas cruas 10, elevando sua temperatura e fazendo com que a água passe do estado líquido para o gasoso. Dessa forma é retirado um percentual da umidade das pelotas cruas 10, tornandoas prontas para serem alimentadas no forno de pelotização.

[041] A exposição da pelota à radiação das micro-ondas deve ser controlada, de modo que a umidade da pelota não seja inferior a 6% pois, quando essa umidade é inferior a 6%, o metal presente nas pelotas 10 passa a absorver parte da radiação transformando-a em corrente elétrica. Por conseguinte, devido ao Efeito Joule, esse metal aquece a temperaturas superiores a 100°C. Essa exposição a elevadas temperaturas é indesejada, pois pode provocar fissuras e, até mesmo, acarretar na destruição da pelota.

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8/16 [042] A quantidade de umidade retirada da pelota 10 está diretamente relacionada ao tempo em que esta fica exposta às micro-ondas e à intensidade das micro-ondas que são geradas no interior da cavidade ressonante 1. Equacionando essas duas variáveis, é possível alcançar o ponto ideal de umidade residual nas pelotas cruas (preferivelmente entre 6 e 9%).

[043] O dispositivo 13 para retirada de umidade compreende: uma cavidade ressonante 1, um tubo de transporte fechado 3, um tubo de transporte semiaberto 4, um tubo de exaustão 8, um exaustor 5, um parafuso de arquimedes 6, um emissor de micro-ondas 2, duas bases de suporte 7 e um medidor de umidade 9. Cada um desses componentes é descrito separadamente a seguir para permitir a compreensão completa de suas funções. [044] A cavidade ressonante 1 consiste em um compartimento configurado para concentrar e focalizar as micro-ondas geradas em seu interior. A geometria que favorece este tipo de configuração é uma cavidade com seção transversal elíptica, pois naturalmente há a formação de dois focos. Tal cavidade ressonante 1 é constituída de material metálico com a face interna espelhada e possui suas dimensões internas devidamente calculadas por intermédio da teoria denominada Cavidade Ressonante.

[045] A face interna espelhada da cavidade ressonante 1 gera uma maior reflexão das micro-ondas, garantindo assim o melhor aproveitamento destas. A configuração geométrica da cavidade ressonante 1 permite conectar a antena do gerador de micro ondas 2 em um dos focos da cavidade 1 e, devido as múltiplas reflexões nas paredes internas espelhadas deste elemento, a intensidade de radiação de micro ondas no outro foco será a mesma que no primeiro foco, onde está o gerador de micro ondas 2 (vide figura 4).

[046] Assim, em um dos focos da cavidade ressonante 1 é conectado a antena do gerador de micro ondas 2 e no outro foco será por onde as pelotas cruas 10 serão transportadas ao longo da cavidade 1. Esta configuração garante a homogeneidade de exposição da radiação sobre as pelotas cruas 10. Tal homogeneidade gera uma

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9/16 distribuição de temperatura uniforme sobre cada pelota 10, garantindo uma melhor qualidade das características físicas destes elementos.

[047] De modo preferencial, a cavidade ressonante 1 também compreende duas bases de suporte 7 fixadas à sua extremidade externa inferior. As bases de suporte 7 são configuradas para sustentar o dispositivo 13 acima do nível do solo.

[048] O gerador de micro-ondas 2 consiste em um dispositivo configurado para gerar e emitir sinais de micro-ondas. Este é instalado junto à extremidade inferior da cavidade ressonante 1, ou seja, a extremidade oposta àquela em que se dispõe o parafuso de arquimedes6.

[049] A intensidade das micro-ondas emitidas pelo gerador de micro-ondas 2 pode ser alterada por intermédio de um controle eletrônico, que permite alterações automáticas durante o processo de secagem, adequando-se à quantidade de umidade que se deseja retirar da pelota 10. Para isto, o medidor de umidade 9 também é conectado ao controle eletrônico.

[050] A cavidade ressonante 1 compreende dois furos em suas faces longitudinais, o furo de entrada 14 e o furo de saída 15, respectivamente configurados para a entrada e saída das pelotas 10. Os furos 14, 15 estão dispostos próximos à extremidade superior da cavidade ressonante 1 e possuem diâmetro inferior a 1/3 do comprimento de onda do micro-ondas e, segundo a Teoria de Espalhamento Eletromagnético, isto impossibilita que as micro-ondas atinjam o meio externo à cavidade ressonante 1.

[051] Como o comprimento de onda está diretamente relacionado com a frequência utilizada pelo gerador de micro-ondas 2, o diâmetro dos furos 14 e 15 variam de acordo com a frequência adotada por esse elemento. Exemplificando, quando o gerador de micro-ondas 2 opera em uma frequência de 2.45GHz, o comprimento de onda gerado é de aproximadamente 12 cm, fazendo com que o diâmetro calculado para os furos 14 e 15 seja de aproximadamente 4 cm.

[052] Tal diâmetro calculado segundo a Teoria do Espalhamento Eletromagnético permite a passagem das pelotas cruas 10 e ao mesmo tempo reduz o escape da radiação

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10/16 da cavidade ressonante 1. Essa medida atribui maior segurança aos operários dispostos nas proximidades do dispositivo e evita perdas de micro-ondas para o ambiente externo. [053] O tubo de transporte fechado 3 é configurado para acomodar as pelotas 10 durante o seu deslocamento ao longo do interior da cavidade ressonante 1. Este é constituído de material transparente às micro-ondas, de modo que as micro-ondas consigam adentrá-lo sem restrições, isto é, sem que sejam refletidas ou absorvidas por esse elemento. De modo preferencial, o tubo de transporte fechado 3 é constituído de Teflon®, um material resistente a temperaturas de até 400°C e é perfeitamente transparente à radiação de micro-ondas.

[054] O tubo de transporte fechado 3 também é configurado para preservar a limpeza do dispositivo 13, garantindo que a poeira desprendida das pelotas 10 durante o transporte não fique alojada na face interna da cavidade ressonante 1. Isto permite a preservação da eficiência do dispositivo 13, pois deste modo a face interna da cavidade ressonante 1 permanecerá totalmente espelhada, fazendo com que as micro-ondas geradas em seu interior sejam refletidas e não absorvidas por esse elemento. Não fosse por essa precaução, o acúmulo de partículas de minério na face interna da cavidade ressonante podería provocar uma perda de até 70% da radiação refletida por esse equipamento.

[055] Para que a poeira supracitada não fique alojada no interior do tubo de transporte fechado 3, este é instalado junto ao dispositivo 13 com uma inclinação de aproximadamente -50° em relação ao solo (alternativamente, entre -30° e -60°). Tal inclinação permite que a poeira contida no interior do tubo de transporte fechado 3 seja arrastada até sua extremidade devido à força gravitacional. Além da inclinação do tubo fechado 3, outro fator que contribui para a limpeza da face interna do tubo de transporte fechado 3 é a própria movimentação do parafuso de arquimedes 6 em seu interior.

[056] O tubo de transporte semiaberto 4 é configurado para transportar as pelotas 10 após sua passagem ao longo da cavidade ressonante 1. Este possui uma extremidade acoplada ao furo de saída 15 da cavidade ressonante 1, de modo a tornar-se contínuo ao

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11/16 tubo de transporte fechado 3. A outra extremidade do tubo de transporte semiaberto 4 é livre, possibilitando assim a retirada das pelotas 10 que já passaram pelo dispositivo 13. [057] O tubo de transporte semiaberto 4 consiste em um tubo com seu l^g e 23 quadrantes abertos, analogamente a uma calha de coleta de água. Esta abertura possibilita a realização de medições do nível de umidade das pelotas 10 que estão sendo transportadas ao longo do tubo de transporte semiaberto 4. O tubo de transporte semiaberto 4 em sua configuração preferencial é constituído de um material que suporte a alta temperatura das pelotas 10. O material do tubo de transporte semiaberto 4 não precisa ser transparente a micro-ondas, pois não é utilizado no interior da cavidade ressonante 1. Outra função do tubo semiaberto 4 é permitir a evaporação da agua que foi aquecida dentro da cavidade ressonante 1.

[058] Medições do nível de umidade das pelotas 10 são realizadas por intermédio do medidor de umidade 9, que é configurado para verificar em tempo real a eficiência do dispositivo 13. O medidor de umidade 9 é sustentado por um suporte externo ao dispositivo 13, de modo que fique posicionado próximo à abertura do tubo de transporte semiaberto 4 para realizar as medições. O medidor de umidade 9 é conectado a um controle eletrônico, não mostrado nas figuras, que controla o tempo de passagem das pelotas 10 e a potência das micro ondas.

[059] A abertura do tubo de transporte semiaberto 4 também é configurada para realizar a exaustão do vapor d'água gerado durante o processo. Adicionalmente, é necessário um sistema de exaustão constituído pelo tubo de exaustão 8 e pelo exaustor 5 para auxílio na retirada do vapor das pelotas 10.

[060] O tubo de exaustão 8 consiste em um tubo de material transparente à radiação de micro-ondas, configurado para gerar uma rota de saída para o vapor d'água gerado durante a retirada de umidade das pelotas 10. Este tubo de exaustão 8 é perpendicularmente fixado ao tubo de transporte fechado 3, e ao exaustor 5 instalado na face radial externa da cavidade ressonante 1.

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12/16 [061] O exaustor 5 é configurado para realizar a retirada do vapor d'água transportado pelo tubo de exaustão 8. Este é instalado junto à extremidade superior externa da cavidade ressonante 1, ou seja, a extremidade mais distante do solo, de modo que o vapor d'água gerado durante o processo seja deslocado para o exterior do dispositivo 13.

[062] O parafuso de arquimedes 6 é instalado internamente ao tubo de transporte fechado 3 e ao tubo de transporte semiaberto 4. Este é configurado para realizar a movimentação das pelotas 10 ao longo dos tubos 3,4, sem que estas sejam esmagadas ou danificadas. Também é possível realizar ajustes em relação à velocidade do parafuso de arquimedes 6, de modo a determinar o tempo que cada pelota 10 fica exposta às microondas. O parafuso de arquimedes 6 também é constituído de material transparente à radiação micro-ondas (preferencialmente, Teflon®).

[063] O parafuso de arquimedes 6 permite que as pelotas 10 sejam transportadas em uma configuração tipo fila indiana, garantindo uma maior homogeneidade durante a secagem das pelotas 10. Tal homogeneidade se deve ao fato de que cada pelota 10 é exposta às micro-ondas com intensidade e duração semelhante às demais. Como ao final do processo as pelotas 10 estão enrijecidas devido à perda de água e revelam o mesmo nível de umidade interna, é possível eliminar a camada de forramento na etapa subsequente. A referida camada de forramento é constituída de pelotas queimadas e é comumente empregada na base dos carros de grelha dos fornos de pelotização com o objetivo de impedir que as pelotas verdes sejam esmagadas e obstruam os orifícios da base do carro de grelha.

[064] O uso do dispositivo 13 para retirada de umidade permite a realização de uma secagem mais precisa e segura das pelotas cruas 10. Tal eficiência é alcançada devido ao controle preciso da intensidade das micro-ondas, à configuração interna peculiar da cavidade ressonante 1, ao controle do tempo de permanência das pelotas no dispositivo 13 e à configuração tipo fila indiana durante o transporte das pelotas 10, que impede a sobreposição de pelotas 10 e evita a descontinuidade de exposição à radiação de microondas. A segurança, por sua vez, se deve ao fato de que as micro-ondas geradas no

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13/16 interior da cavidade ressonante 1 não são capazes de atingir o meio externo, evitando assim possíveis danos à integridade física dos operários que trabalhem em proximidade ao dispositivo 13.

[065] Além disso, o dispositivo 13 para retirada de umidade de pelotas cruas 10 também realiza o trabalho de secagem com consumo inteligente de energia, pois, neste sistema, a maior parte das micro-ondas é absorvida pelas pelotas 10, sendo desprezível a quantidade de micro-ondas absorvidas pela estrutura do dispositivo 13.

[066] A invenção também consiste em um método de secagem das pelotas cruas 10 que faz uso do dispositivo 13 para retirada de umidade das pelotas 10. O método compreende cinco etapas, sendo cada uma delas descrita separadamente a seguir. [067] A primeira etapa consiste na alimentação das pelotas 10 na extremidade livre do tubo de transporte fechado 3. As pelotas são então transportadas ao longo do tubo de transporte fechado 3 por intermédio da movimentação do parafuso de arquimedes 6, dando inicio à segunda etapa do processo.

[068] A segunda etapa consiste na movimentação das pelotas 10 no interior da cavidade ressonante 1, ou seja, o caminho percorrido entre o furo de entrada 14 e o furo de saída 15. Durante esta etapa, as pelotas 10 permanecem no interior do tubo de transporte fechado 3 e são transportadas pelo parafuso de arquimedes 6.

[069] Durante a passagem ao longo da cavidade ressonante 1, as pelotas 10 são expostas às micro-ondas emitidas pelo gerador de micro-ondas 2, disposto no interior da cavidade ressonante 1. Com esta exposição, moléculas de água em fase líquida, contidas nas pelotas 10, passam para a fase gasosa, promovendo a secagem das pelotas cruas 10.

[070] O vapor d'água gerado durante a segunda etapa é retirado por intermédio do sistema de exaustão que compreende o tubo de exaustão 8 e o exaustor 5. Outra parte desse vapor d'água é retirada na terceira etapa, explicitada a seguir.

[071] A terceira etapa inicia-se quando as pelotas 10 alcançam o furo de saída 15. Esta etapa consiste na remoção das pelotas 10 do interior da cavidade ressonante 1.

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Nesta etapa, as pelotas 10 são transportadas ao longo do tubo de transporte semiaberto 4, por onde sai o vapor d'água restante no dispositivo 13. Conforme as pelotas 10 se afastam da cavidade ressonante 1 é iniciada a quarta etapa.

[072] A quarta etapa consiste em realizar uma medição da umidade das pelotas 10 que estão sendo transportadas ao longo do tubo de transporte semiaberto 4. Nesta etapa, cada pelota 10 é individualmente submetida à medição realizada pelo medidor de umidade 9 que por sua vez está conectado ao controle que controla a potência das micro ondas e a velocidade de rotação do parafuso de arquimedes 6.

[073] A quinta e última etapa consiste na remoção das pelotas 10 do dispositivo 13, para que estas sejam transportadas ou armazenadas. Nesta etapa, as pelotas 10 são transportadas até a extremidade livre do tubo de transporte semiaberto 4 por intermédio do parafuso de arquimedes 6.

[074] Em sua configuração preferencial, o dispositivo 13 para retirada de umidade de pelotas cruas 10 compõe um kit 12 composto por dois dispositivos 13,13' conectados em série para uma secagem mais eficiente e rápida das pelotas 10, conforme figura 5. [075] Os dois dispositivos 13, 13' são interligados por intermédio do tubo de transporte semiaberto 4 do primeiro dispositivo 13, que em vez de possuir sua extremidade livre, possui sua extremidade fixada ao furo de entrada 14' do segundo dispositivo 13'.

[076] Deste modo, as pelotas 10 passam pelo primeiro dispositivo 13, em seguida são transportadas pelo tubo de transporte semiaberto 4 até atingirem o furo de entrada 14' do segundo dispositivo 13'. Durante o transporte entre um dispositivo 13 e o outro 13', é realizada a medição para verificar o nível de umidade da pelota 10 por intermédio do medidor de umidade 9.

[077] Tendo sido descrito o kit 12, serão descritas separadamente as configurações preferenciais e alternativas de cada elemento que compõe o dispositivo para retirada de umidade 13 de pelotas cruas 10.

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15/16 [078] Preferivelmente, o dispositivo 13 para retirada de umidade dispõe de uma inclinação de aproximadamente -50° para que a poeira gerada durante o transporte das pelotas 10 seja retirada por arraste devido à força gravitacional. Entretanto, alternativamente o dispositivo pode revelar outro grau de inclinação ou definir uma relação de paralelismo com relação à superfície do solo, necessitando de limpezas periódicas para retirada da poeira alojada no tubo de transporte fechado 3.

[079] A cavidade ressonante 1, em sua configuração preferencial, possui um formato interno elíptico, pois esta é a forma geométrica que revela o melhor dimensionamento para a concentração das micro-ondas. A cavidade ressonante 1 também é preferivelmente constituída de material metálico, o que impede que as micro-ondas atravessem esse objeto, além de garantir boa resistência a altas temperaturas. De todo modo, apesar de preferencialmente compreender estas características, não fogem ao escopo da proteção da invenção outras geometrias e materiais para constituição da cavidade ressonante 1.

[080] O parafuso de arquimedes 6, o tubo de transporte fechado 3 e o tubo de exaustão 8, em suas configurações preferenciais são constituídos de Teflon®, entretanto, qualquer outro material inerte à radiação de micro-ondas e resistente a altas temperaturas podería ser empregado na constituição destes elementos.

[081] O exaustor 5, em sua configuração preferencial, compreende uma ventoinha configurada para retirar o vapor d'água gerado no interior do tubo de transporte fechado 3. Alternativamente esse elemento pode utilizar apenas uma espécie de chaminé, ou furo para remoção do vapor.

[082] O medidor de umidade 9, em sua configuração preferencial, realiza as medições quando as pelotas estão no exterior da cavidade ressonante 1, de modo que o tubo de transporte semiaberto 4 possibilite essa medição. Ainda em sua configuração preferencial, o medidor de umidade 9 constitui um dispositivo digital que comunica com o controle eletrônico.

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16/16 [083] Alternativamente, o medidor de umidade 9 pode realizar as medições em qualquer etapa do processo, por exemplo, no interior da cavidade ressonante, ou próximo aos furos de entrada e saída 14,15 do dispositivo 13.

[084] Por fim, conclui-se que a invenção alcança todos os objetivos que se propõe alcançar, revelando um dispositivo 13 para retirada de umidade de pelotas cruas 10 eficiente, preciso e seguro, e um método para retirada de umidade de pelotas cruas que revela uma economia de energia em relação aos meios utilizados pelo estado da técnica.

[085] 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.

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Claims (16)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10), caracterizado pelo fato de que compreende: uma cavidade ressonante 1) dotada de dois furos dispostos em suas faces externas longitudinais, sendo eles, um furo de entrada (14) e um furo de saída (15) um gerador de micro-ondas (2), instalado internamente à cavidade ressonante (1); um tubo de transporte fechado (3) e um parafuso de arquimedes (6) constituídos em material transparente à radiação de micro-ondas; o parafuso de arquimedes (6) se dispondo no interior do tubo de transporte fechado (3) e o tubo de transporte fechado (3), o tubo de transporte fechado travessando simultaneamente o furo de entrada (14) e o furo de saída (15).
2. 2. Dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a borda interna da secção transversal da cavidade ressonante (1) define um perfil substancialmente elíptico calculado com base na Teoria da Cavidade Ressonante.
3. 3. Dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o parafuso de arquimedes e o tubo de transporte fechado (3) se dispõem em uma extremidade da cavidade ressonante (1) oposta à extremidade onde se localiza o gerador de microondas (2).
4. 4. Dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tubo de transporte fechado (3) é configurado para transportar as pelotas cruas (10) ao longo do interior da cavidade ressonante (1) por intermédio do parafuso de arquimedes (6).
5. 5. Dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, compreende um tubo de transporte semiaberto (4) e um medidor de umidade (9), sendo que, o tubo de transporte semiaberto (4) é associado à extremidade do tubo de transporte fechado (3) em contato com o furo de saída (15), o tubo de transporte semiaberto (4)

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   2/4 abrigando em seu interior uma porção do parafuso de arquimedes (6) e compreendendo uma abertura superior em forma de calha.
6. 6. Dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que todo o dispositivo (13) define uma inclinação compreendida entre -30° e -60° em relação ao solo.
7. 7. Dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo (13) compreende um controle eletrônico, configurado para controlar a velocidade do parafuso de arquimedes (6) e a intensidade das micro-ondas geradas pelo gerador de micro-ondas (2) com base em inputs fornecidos pelo medidor de umidade (9).
8. 8. Dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo (13) compreende um sistema de exaustão configurado para remover o vapor d'água gerado durante a retirada de umidade das pelotas cruas (10).
9. 9. Dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o sistema de exaustão é composto por um tubo de exaustão (8) e um exaustor (5) instalados em série, sendo o tubo de exaustão (8) perpendicularmente fixado ao tubo de transporte fechado (3), e ao exaustor (5) instalado na face radial externa da cavidade ressonante (1).
10. 10. Dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o furo de entrada (14) e o furo de saída (15) da cavidade ressonante (1) possuem diâmetro interno inferior a 1/3 do comprimento de onda da radiação de micro-ondas, calculado com base na Teoria de Espalhamento de Radiação Eletromagnética.
11. 11. Dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a cavidade ressonante (1) é constituída de material metálico e sua face interna é completamente espelhada.

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12. 12. Dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tubo de transporte fechado (3) e o parafuso de arquimedes (6) são constituídos de Teflon®.
13. 13. Dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a configuração preferencial do dispositivo (13) consiste em um kit (12) composto por dois dispositivos para retirada de umidade (13, 13') instalados em série, sendo eles, um primeiro dispositivo (13) para retirada de umidade e um segundo dispositivo (13')para retirada de umidade.
14. 14. Dispositivo (13) para retirada de umidade de pelotas cruas (10), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os dois dispositivos (13, 13') são interligados em série por intermédio do tubo de transporte semiaberto (4), que possui uma extremidade fixada ao furo de saída (15) do primeiro dispositivo (13) para retirada de umidade, e a outra extremidade fixada ao furo de entrada (14') do segundo dispositivo (13') para retirada de umidade.
15. 15. Método para retirada de umidade de pelotas cruas (10) caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:

    i) alimentar pelotas cruas (10) no interior da extremidade livre do tubo de transporte fechado (3);

    ii) transportar as pelotas cruas (10) ao longo do tubo de transporte fechado (3) interno à cavidade ressonante (1) por intermédio do parafuso de arquimedes (6), expondo as pelotas cruas (10) às micro-ondas geradas pelo gerador de micro-ondas (2) no interior da cavidade ressonante (1);

    iii) transportar as pelotas cruas (10) para o exterior da cavidade ressonante (1), ao longo do tubo de transporte semiaberto (4) por intermédio do parafuso de arquimedes (6);

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    4/4 iv) realizar medição de umidade individual das pelotas cruas (10) que estão presentes no tubo de transporte semiaberto (4) por intermédio do medidor de umidade (9); e

    v) transportar as pelotas cruas (10) até a extremidade livre do tubo de transporte semiaberto (4) para que estas sejam removidas do dispositivo para retirada de umidade (13).
16. 16. Método para retirada de umidade de pelotas cruas (10), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de ser configurado para retirar umidade das pelotas (10) até que estas atinjam o percentual mínimo de 6% de umidade por peso do material.

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