BR102021022422A2

BR102021022422A2 - CONTINUOUS FLOW GRAIN DRYER WITH GRAIN CONVEYOR TRANSPORTATION AND AIR HEATING THROUGH ELECTRICAL RESISTANCE

Info

Publication number: BR102021022422A2
Application number: BR102021022422-3A
Authority: BR
Inventors: Thomás Valente De Oliveira; Joélcio Cosme Carvalho Ervilha; Miler Soares Machado; Hélcio Ferreira Lopes
Original assignee: Lopes & Machado Consultores Associados Ltda; Thomás Valente De Oliveira; Joélcio Cosme Carvalho Ervilha
Filing date: 2021-11-08
Publication date: 2023-05-23

Abstract

Um secador de grãos de fluxo contínuo em que o transporte da camada de grãos é realizado por uma esteira transportadora e o aquecimento do ar é realizado por meio de uma resistência elétrica. A altura da camada de grãos que entra no túnel de secagem é controlada na moega de alimentação que funciona como um silo pulmão do secador. Um ventilador centrífugo é posicionado fora do túnel de secagem e impulsiona ar ambiente para dentro da câmara de aquecimento. A câmara de aquecimento de ar é dotada de resistências elétricas posicionadas de modo a conferir aquecimento uniforme do ar. Na parte superior da câmara de aquecimento de ar, existem diversos furos para saída do ar quente. O ar quente atravessa a camada de grãos em movimentação durante todo 0 túnel de secagem. Após atravessar a camada de grãos, o ar quente é sugado por um segundo ventilador centrífugo posicionado na parte superior do túnel de secagem e, então, é impulsionado para a moega de alimentação. Essa recirculação de ar promove o pré-aquecimento dos grãos antes de passar pelo túnel de secagem, reduzindo o gradiente de aumento de temperatura e evitando problemas de qualidade. A velocidade da esteira transportadora é a variável de controle principal do processo, podendo ser ajustada de acordo com o tipo de grão, umidade de entrada e umidade desejada de saída.

A continuous flow grain dryer in which the transport of the grain layer is carried out by a conveyor belt and the heating of the air is carried out by means of an electrical resistance. The height of the grain layer that enters the drying tunnel is controlled in the feed hopper, which works as a lung silo for the dryer. A centrifugal fan is positioned outside the drying tunnel and draws ambient air into the heating chamber. The air heating chamber is equipped with electrical resistances positioned in such a way as to provide uniform heating of the air. At the top of the air heating chamber, there are several holes for hot air to escape. Hot air passes through the layer of moving grains throughout the drying tunnel. After crossing the layer of grains, the hot air is sucked in by a second centrifugal fan positioned in the upper part of the drying tunnel and, then, it is propelled to the feed hopper. This air recirculation promotes the preheating of the grains before passing through the drying tunnel, reducing the temperature increase gradient and avoiding quality problems. The speed of the conveyor belt is the main process control variable and can be adjusted according to the type of grain, inlet moisture and desired output moisture.

Description

CONTINUOUS FLOW GRAIN DRYER WITH GRAIN CONVEYOR TRANSPORTATION AND AIR HEATING THROUGH ELECTRICAL RESISTANCE

1. Field of invention

[001] A presente descoberta se refere a equipamentos secadores de grãos, mais especificamente, secadores de grãos de fluxo contínuo.[001] The present discovery refers to grain dryer equipment, more specifically, continuous flow grain dryers.

2. Fundamentals of the invention 2.1. state of the art

[002] A secagem de grãos pode ser definida como um processo simultâneo de transferência de calor e massa entre o produto e o ar de secagem, que consiste na remoção do excesso de umidade contida nos grãos por meio de evaporação, geralmente causada por convecção forçada de ar aquecido, de modo a permitir a manutenção de sua qualidade durante o armazenamento.[002] Grain drying can be defined as a simultaneous process of heat and mass transfer between the product and the drying air, which consists of removing excess moisture contained in the grains through evaporation, usually caused by forced convection of heated air, in order to maintain its quality during storage.

[003] A maioria das propriedades produtoras e beneficiadoras de grãos em pequena escala utilizam “terreiros” de cimento ou de terra para a secagem de grãos. Esse tipo de operação apresenta sérios problemas, como: (i) a dependência direta de dias ensolarados e o risco de aumento de umidade repentino em caso de chuva; (ii) retrabalho de retirar o produto do saco e ensacá-lo novamente a cada dia de operação; e (iii) consiste em uma atividade muito pouco ergonômica e danosa à saúde física daqueles que realizam a operação.[003] Most small-scale grain producing and processing properties use cement or earth yards for grain drying. This type of operation presents serious problems, such as: (i) direct dependence on sunny days and the risk of sudden increase in humidity in case of rain; (ii) rework of removing the product from the bag and bagging it again each day of operation; and (iii) it consists of a very little ergonomic activity and harmful to the physical health of those who perform the operation.

[004] Algumas alternativas para realizar a secagem dos grãos são os tradicionais secadores já existentes no mercado, como secadores de cascata, secadores de fluxo cruzado, secador rotativo, secador de caixa estática, ou secadores de alvenaria. No entanto, qualquer uma dessas opções possui uma ou mais das seguintes desvantagens para o pequeno produtor ou beneficiador de grãos: (i) demandam grande estrutura e espaço físico; (ii) os preços de mercado são relativamente altos e, portanto, inacessíveis para pequenas propriedades; (iii) as alternativas de menor curso financeiro possuem pouco ou nenhum controle do processo, além de serem (iv) pouco ergonômicos em nível operacional.[004] Some alternatives for drying the grains are the traditional dryers already on the market, such as cascade dryers, cross-flow dryers, rotary dryers, static box dryers, or masonry dryers. However, any of these options has one or more of the following disadvantages for the small producer or grain processor: (i) they demand a large structure and physical space; (ii) market prices are relatively high and therefore unaffordable for small properties; (iii) lower cost alternatives have little or no process control, in addition to being (iv) less ergonomic at an operational level.

[005] Especificamente em relação aos secadores contínuos já patenteados, algumas características adicionais em relação ao princípio de funcionamento podem ser destacadas: (i) a fonte de calor desses secadores são por meio de chama promovida em um queimador; (ii) geralmente submetem o grão a um choque de temperatura na entrada, devido à elevada temperatura do ar quente e a baixa temperatura do grão entrante, o que pode promover prejuízos à qualidade do grão; (iii) funcionam em colunas verticais e sem recirculação de ar, com exceção do depósito de protocolo BR 10 2012 010080-0 A2, (iv) a movimentação dos grãos ao longo do processo de secagem é realizada via roscas sem fim, movimentadores ou elevadores de pás, ou elevadores de canecas, e por fim, (v) a escala de processamento desses secadores são elevadas e, portanto, incompatíveis com a produção de uma pequenas propriedade produtora de grãos.[005] Specifically in relation to the already patented continuous dryers, some additional characteristics in relation to the operating principle can be highlighted: (i) the heat source of these dryers is through a flame promoted in a burner; (ii) they generally subject the grain to a temperature shock at the entrance, due to the high temperature of the hot air and the low temperature of the incoming grain, which can promote damage to the quality of the grain; (iii) they work in vertical columns and without air recirculation, with the exception of the BR 10 2012 010080-0 A2 protocol deposit, (iv) the movement of grains throughout the drying process is carried out via endless screws, movers or elevators of shovels, or bucket elevators, and finally, (v) the processing scale of these dryers are high and, therefore, incompatible with the production of a small grain producing property.

2.2. Objectives of the invention

[006] A invenção se trata de um secador de grãos de fluxo contínuo com transporte de grãos por esteira e aquecimento do ar por meio de resistência elétrica. Este equipamento é de baixo custo de construção, compacto em relação aos demais equipamentos de secagem de grãos, possui operação ergonômica e com elevado controle do processo de secagem.[006] The invention is a continuous flow grain dryer with conveyor grain transport and air heating by means of electrical resistance. This equipment has a low construction cost, is compact compared to other grain drying equipment, has ergonomic operation and high control of the drying process.

[007] O objetivo do central do desenvolvimento deste secador foi promover uma melhoria da qualidade de vida de pequenos produtores e agroindustriais brasileiros, pois tem potencial de contribuir diretamente na (i) redução de perdas na pós-colheita dos grãos, (ii) no oferecimento de um produto de melhor qualidade ao mercado, (iii) na agregação de valor ao produto final comercializado, (iv) no seu aumento de renda, (v) na redução da dependência de atravessadores da cadeia produtiva, e (vi) na melhoria dos aspectos ergonômicos da operação de secagem.[007] The objective of the central development of this dryer was to promote an improvement in the quality of life of small Brazilian producers and agroindustrial companies, as it has the potential to contribute directly to (i) reducing losses in the post-harvest of grains, (ii) in the offering a better quality product to the market, (iii) adding value to the final product sold, (iv) increasing its income, (v) reducing dependence on intermediaries in the production chain, and (vi) improving of the ergonomic aspects of the drying operation.

[008] Além disso, os equipamentos utilizados para secagem de grãos, para aquecer o ar utilizam queimadores de lenha, cascas e resíduos agrícolas, ou mesmo fornalhas à gás, que produzem gás carbônico (CO2) durante a combustão. O princípio de aquecimento do ar por meio de resistências elétricas utilizado no secador de grãos aqui proposto pode contribuir na redução da emissão deste gás poluente.[008] In addition, the equipment used for drying grains, to heat the air, use firewood burners, bark and agricultural residues, or even gas furnaces, which produce carbon dioxide (CO2) during combustion. The principle of heating the air through electrical resistances used in the grain dryer proposed here can contribute to reducing the emission of this polluting gas.

3. Brief description of the drawings

[009] As figuras descritas abaixo são de caráter ilustrativo de uma configuração exemplificativa, não representando todas suas possíveis implementações assim como não pretende limitar o escopo da presente descoberta. Os números de referência indicados nas figuras explicitam partes do equipamento que serão citadas ao longo da descrição detalhada da invenção.
A Figura 1 ilustra a vista isométrica do secador proposto.
A Figura 2 ilustra a vista superior do secador proposto.
A Figura 3 demonstra uma vista explodida do secador proposto, destacando os principais componentes do equipamento.
A Figura 4 apresenta uma imagem do equipamento parcialmente construído como exemplo de concretização da invenção.[009] The figures described below are illustrative of an exemplary configuration, not representing all its possible implementations, nor do they intend to limit the scope of this discovery. The reference numerals indicated in the figures explain parts of the equipment that will be cited throughout the detailed description of the invention.
Figure 1 illustrates the isometric view of the proposed dryer.
Figure 2 illustrates the top view of the proposed dryer.
Figure 3 shows an exploded view of the proposed dryer, highlighting the main components of the equipment.
Figure 4 shows an image of the partially built equipment as an example of implementing the invention.

4. Description of the invention

[0010] Na descrição da modalidade preferida da invenção ilustrada nos desenhos, terminologias específicas serão utilizadas para o bem da clareza. No entanto, a invenção não pretende ser limitada aos termos específicos assim selecionados, e deve ser compreendido que cada termo específico inclui todos os equivalentes técnicos os quais operam em um modo similar para executar um propósito similar.[0010] In describing the preferred embodiment of the invention illustrated in the drawings, specific terminologies will be used for the sake of clarity. However, the invention is not intended to be limited to the specific terms thus selected, and it is to be understood that each specific term includes all technical equivalents which operate in a similar way to perform a similar purpose.

[0011] Conforme representado pelas Figuras 1, 2 e 3, o equipamento para secagem de grãos em fluxo contínuo é composto por pelo menos uma moega (1), um túnel de secagem (2), uma esteira transportadora (3), um motor para a movimentação da esteira (acoplado ou não à um inversor de frequência) (4), um ventilador centrífugo para movimentação forçada de ar (5), um ventilador centrífugo para recirculação de ar (6), um painel de controle (7), uma câmara de aquecimento de ar (8) acoplado à uma tampa perfurada para distribuição homogênea do ar ao longo do túnel de secagem (9) e resistências elétricas para aquecimento do ar (10).[0011] As shown in Figures 1, 2 and 3, the equipment for drying grains in continuous flow consists of at least one hopper (1), a drying tunnel (2), a conveyor belt (3), an engine for conveyor movement (coupled or not to a frequency inverter) (4), a centrifugal fan for forced air movement (5), a centrifugal fan for air recirculation (6), a control panel (7), an air heating chamber (8) coupled to a perforated lid for homogeneous air distribution along the drying tunnel (9) and electrical resistances for air heating (10).

[0012] A moega de alimentação (1) atua no processo como um silo pulmão, sendo responsável pela alimentação do túnel de secagem (2) com os grãos úmidos. A altura da camada de grãos a ser transferida para o túnel de secagem é controlada pela abertura da escotilha da moega.[0012] The feed hopper (1) acts as a lung silo in the process, being responsible for feeding the drying tunnel (2) with wet grains. The height of the grain layer to be transferred to the drying tunnel is controlled by opening the hopper hatch.

[0013] O túnel de secagem (2) tem o objetivo de criar uma barreira física entre a camada de grão e o ambiente durante o período de secagem, ou seja, durante o tempo em que estiver sendo transportado pela esteira (3) e em contato com o fluxo de ar quente proveniente da câmara de aquecimento (8). Nas figuras anexas (Figuras 1 a 4), o túnel de secagem (2) é representado em formato trapezoidal, porém não se limita a esse formado, podendo assumir outros formatos com a mesma finalidade.[0013] The drying tunnel (2) aims to create a physical barrier between the layer of grain and the environment during the drying period, that is, during the time it is being transported by the belt (3) and in contact with the hot air flow coming from the heating chamber (8). In the attached figures (Figures 1 to 4), the drying tunnel (2) is represented in a trapezoidal format, but it is not limited to this format, and can assume other formats with the same purpose.

[0014] A esteira transportadora (3), tem como objetivo conduzir a camada de grãos por todo túnel de secagem (2). Conforme ilustrado na Figura 2, o sentido de transporte dos grãos é de A para B. O descarregamento da massa de grãos é realizado pela própria esteira na extremidade B, onde podem ser ensacados ou recebidos com qualquer outro tipo de contentor.[0014] The conveyor belt (3) aims to conduct the grain layer throughout the drying tunnel (2). As illustrated in Figure 2, the grain transport direction is from A to B. The unloading of the grain mass is carried out by the conveyor itself at end B, where they can be bagged or received with any other type of container.

[0015] Conforme ilustrado na Figura 3, independente do material utilizado para a construção, a esteira transportadora (3) deve possuir espaços em sua malha suficientes para a passagem do fluxo de ar quente sem obstrução, para que o ar atravesse a camada de grãos em transporte. Da mesma forma, a malha da esteira deve possuir granulometria suficiente para que os grãos não transpassem a malha e caiam sobre a câmara de aquecimento de ar (8).[0015] As shown in Figure 3, regardless of the material used for construction, the conveyor belt (3) must have spaces in its mesh sufficient for the passage of hot air flow without obstruction, so that the air crosses the layer of grains on carriage. Likewise, the mesh on the mat must have sufficient granulometry so that the grains do not pass through the mesh and fall onto the air heating chamber (8).

[0016] A velocidade de movimentação da esteira será controlada pelo motor (ou moredutor) (4) acoplado a um dos pares de roletes e coroas nas extremidades da esteira. O controle de velocidade pode ser realizado via equipamento inversor de frequência, variador de potência (potenciômetro) ou qualquer outro dispositivo capaz de executar tal ação. A velocidade da esteira transportadora é a variável de controle principal do processo, podendo ser ajustada de acordo com o tipo de grão, umidade de entrada e umidade desejada de saída.[0016] The conveyor belt movement speed will be controlled by the motor (or transducer) (4) coupled to one of the pairs of rollers and crowns at the ends of the conveyor belt. Speed control can be performed via frequency inverter equipment, power variator (potentiometer) or any other device capable of performing such action. The speed of the conveyor belt is the main process control variable and can be adjusted according to the type of grain, inlet moisture and desired output moisture.

[0017] O acionamento do motor (4), assim como os ajustes do dispositivo controlador da velocidade do motor serão realizados pelo operador via painel de controle (7) posicionado no exterior do túnel de secagem (2). Além disso, no mesmo painel de controle (7) estarão os acionadores dos ventiladores centrífugos (5) e (6) e das resistências elétricas (8).[0017] The motor drive (4), as well as the adjustments of the motor speed controller device will be performed by the operator via the control panel (7) positioned outside the drying tunnel (2). Furthermore, in the same control panel (7) will be the centrifugal fans (5) and (6) and electrical resistances (8) drivers.

[0018] Um ventilador centrífugo (5) é instalado no exterior do túnel de secagem (2), com o objetivo de promover elevado fluxo de ar para o interior da câmara de aquecimento (8). Esse ventilador pode possuir diferentes potências e capacidades de movimentação de ar de acordo com o tamanho do túnel de secagem e do tipo de grão para o qual o equipamento será construído e da capacidade de secagem desejada.[0018] A centrifugal fan (5) is installed outside the drying tunnel (2), in order to promote high air flow into the heating chamber (8). This fan can have different powers and air movement capacities according to the size of the drying tunnel and the type of grain for which the equipment will be built and the desired drying capacity.

[0019] Ao acessar a câmara de aquecimento (8), o ar ambiente entrará em contato com resistências elétricas (10) posicionadas de forma a aquece-lo de maneira uniforme. A disposição das resistências elétricas (10) no interior da câmara de aquecimento (8), o material de confecção das resistências e a potência das resistências, dependerão do tamanho do túnel de secagem, do tipo de grão para o qual o equipamento será construído e da capacidade de secagem desejada.[0019] When accessing the heating chamber (8), the ambient air will come into contact with electrical resistances (10) positioned in such a way as to heat it uniformly. The arrangement of the electrical resistances (10) inside the heating chamber (8), the material used to make the resistances and the power of the resistances, will depend on the size of the drying tunnel, the type of grain for which the equipment will be built and the desired drying capacity.

[0020] Com movimentação contínua de ar pelo ventilador centrífugo (5), o ar aquecido pelas resistências elétricas (10) dentro da câmara de aquecimento (8) é movimentado para fora da câmara por meio de diversos furos presentes na tampa da câmara de aquecimento (9). A dimensão e a posição dos furos podem variar de acordo com os objetivos e a capacidade do secador, porém serão dimensionados de modo a promover um fluxo homogêneo de ar quente ao longo de todo o túnel de secagem (2) e que seja capaz de atravessar a massa de grãos em transporte pela esteira (3).[0020] With continuous air movement by the centrifugal fan (5), the air heated by the electrical resistances (10) inside the heating chamber (8) is moved out of the chamber through several holes in the heating chamber cover (9). The size and position of the holes may vary according to the objectives and capacity of the dryer, but they will be dimensioned in such a way as to promote a homogeneous flow of hot air throughout the entire drying tunnel (2) and which is able to cross the mass of grains being transported by the belt (3).

[0021] Após atravessar a camada de grãos em movimentação pela esteira transportadora (3), o ar presente no interior do túnel de secagem (2), agora localizado acima da camada de grãos e com menor temperatura, será sugado por um ventilador centrífugo (6) e direcionado para a moega (1). Essa recirculação, possui os seguintes objetivos:

a. iniciar o aquecimento dos grãos dentro da moega com o ar ainda morno para evitar que os grãos sofram algum choque térmico ao acessar o túnel de secagem e tenha sua qualidade comprometida;
b. atuar como um exaustor, retirando o excesso de ar do túnel de secagem;
c. economizar energia por meio do aproveitamento do ar já aquecido que seria enviado ao ambiente externo ao túnel de secagem, iniciando um pré-aquecimento dos grãos e, também, o início da secagem dos grãos ainda dentro da moega.

[0021] After crossing the layer of grains in movement by the conveyor belt (3), the air present inside the drying tunnel (2), now located above the layer of grains and with a lower temperature, will be sucked by a centrifugal fan ( 6) and directed to the hopper (1). This recirculation has the following objectives:

The. start heating the grains inside the hopper with the air still warm to prevent the grains from suffering any thermal shock when accessing the drying tunnel and having their quality compromised;
B. act as an extractor, removing excess air from the drying tunnel;
w. save energy by using the already heated air that would be sent to the environment outside the drying tunnel, initiating a pre-heating of the grains and, also, the beginning of the drying of the grains still inside the hopper.

[0022] Em qualquer caso, a invenção aqui apresentada não se restringe às modalidades mostradas, podendo ser utilizada para inúmeros tipos de grãos, por meio do dimensionamento de seus componentes levando em consideração as características de cada tipo de grão, como tamanho, características físico-químicas, limites de umidade de entrada e saída, estimativa da quantidade de grãos a ser seca, etc.[0022] In any case, the invention presented here is not restricted to the modalities shown, and can be used for numerous types of grains, through the sizing of its components taking into account the characteristics of each type of grain, such as size, physical characteristics -chemistry, entry and exit moisture limits, estimate of the amount of grain to be dried, etc.

[0023] Enquanto os sistemas e os métodos ora descritos tenham sido especificamente demonstrados e descritos acima com referência às versões ilustradas aqui, ficará entendido que as diversas mudanças na forma, no posicionamento de seus elementos e em outros detalhes detalhes podem ser feitas sem se afastar do espírito e do escopo dos sistemas e dos métodos descritos e definidos nesta invenção. Portanto, outras versões são compreendidas pelo escopo desta e das seguintes reivindicações.[0023] While the systems and methods described herein have been specifically demonstrated and described above with reference to the versions illustrated here, it will be understood that the various changes in form, positioning of its elements and other details can be made without departing from the spirit and scope of the systems and methods described and defined in this invention. Therefore, other versions are understood within the scope of this and the following claims.

Claims

CONTINUOUS FLOW GRAIN DRYER EQUIPMENT, characterized by containing:

- a hopper feeder (1), a drying tunnel (2) which contains a conveyor belt (3) with speed controlled by a motor (4), a centrifugal fan (6) and a control panel coupled (7); It is
- an air heating chamber (8) with electrical resistances (10) and a perforated lid (9) for hot air output, coupled to a centrifugal fan (5) to push the air into the heating chamber inlet.

GRAIN DRYER EQUIPMENT according to claim 1, characterized in that it performs drying in a longitudinal drying tunnel (2) that has a conveyor belt (3) and an air heating chamber (8).

GRAIN DRYER EQUIPMENT according to claims 1 and 2, characterized in that it performs the drying of the grains on a conveyor belt (3).

GRAIN DRYER EQUIPMENT according to claims 1 to 3, characterized in that it controls the drying operation by controlling the movement speed of the conveyor belt of the grain mass (3).

GRAIN DRYER EQUIPMENT according to claims 1 to 4, characterized by heating the air in a chamber equipped with a side hole for air intake at room temperature, electrical resistances (10) inside and a perforated cover on the upper part (9) for hot air outlet.

GRAIN DRYER EQUIPMENT according to claims 1 to 5, characterized in that it has a centrifugal fan (5) to feed the heating chamber with ambient air and push the heated air through the grain layer onto the conveyor belt (3).

GRAIN DRYER EQUIPMENT according to claims 1 to 6, characterized in that it has a centrifugal fan (6) coupled to the drying tunnel (2) to drive the air that passed through the moving grain layer into the hopper.

GRAIN DRYER EQUIPMENT according to claims 1 to 7, characterized in that it reuses energy by pre-heating the grains in the hopper (1) with the air present in the drying tunnel (2) after crossing the layer of grains on the conveyor belt (3).

GRAIN DRYER EQUIPMENT according to claims 1 to 8, characterized by enabling direct unloading of dry grain in bags or containers.

GRAIN DRYER EQUIPMENT according to claims 1 to 9, characterized in that, optionally and according to demand, it allows the variation of positions and characteristics of size, power and shape of the elements that make up the equipment.