BRPI0802885A2 - secador de grãos de alta performance - Google Patents

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Abstract

SECADOR DE GRãOS DE ALTA PERFORMANCE. Alimentado por uma fonte geradora de calor (1) através de estabilizadores de ar quente (2) ligados a coluna de secagem (3) e a torre de secagem (4), a qual é constituída por uma série de dutos paralelos (5), entre os quais passa o fluxo vertical descendente de grãos (6), dispostos desencontrados em alinhamento obliquo e alimentados de forma que cada duto (5) que atua como entrada de ar quente (E) apresente dutos lateralmente adjacentes que atuam como saída de ar usado (S), provocando o surgimento de fluxos de ar cruzado para a direita (7), cruzado para a esquerda (8), concorrente (9) e contracorrente (10), sendo que os fluxos de ar adotados variam ao longo da torre de secagem (4), diminuindo ao longo da mesma, enquanto as paredes perimetrais (11) do secador (1) são equipadas com separadores de partículas (12) que geram fluxo de ar para o secador (1) e separam as partículas expelidas pelo processo de secagem, reconduzindo-as para a queima na fornalha por meio de dutos de retorno (13). A torre de secagem (4) é montada sobre um mecanismo de descarga hidráulica (14), que controla a velocidade dos grãos dentro do secador, liberando os grãos em ciclos curtos, eliminando autoclassificação e propiciando a descarga uniforme do produto, sendo a base dotada de janelas (15) para reversão do fluxo de ar na descarga dos grãos.

Description

SECADOR DE GRÃOS DE ALTA PERFOMANCE
Setor tecnológico da invenção
O setor tecnológico em que se insere a presenteinvenção é o setor de equipamentos para a recepção, secagem earmazenamento de grãos e se refere, mais especificamente a umsecador de alta performance, próprio para a secagem de umamultiplicidade de grãos, como soja, trigo, milho, feijão, arroz, girassol,cevada, sorgo, canola e outros. Este secador conjuga em sua torre desecagem os três princípios de fluxo de ar adotados nos processos desecagem (concorrente, contracorrente e cruzado), além de apresentardiferentes valores dei fluxo de ar do topo para a base da torre, levandoem consideração a natureza dos grãos e seu comportamento durantea secagem para obter a máxima eficiência no processo, incorporandoainda meios para a homogeneização na caixa de carregamento degrãos, descarga hidráulica e homogeneização do ar quente.
Estado da técnica conhecido
A secagem dos grãos depois da colheita e antes daestocagem é uma necessidade devido às alterações característicasdê produtos a granel fortemente hidratados, como a respiração ouoxidação dos glicídios, fermentações intracelulares, desenvolvimentode bactérias e fungos e todos os efeitos nocivos decorrentes.
A finalidade da secagem é a separação parcial de umlíquido (geralmente água) da matéria sólida (substância alimentar dosgrãos), sendo este fim alcançado pela movimentação da água devidoà diferença de pressão parcial de vapor de água entre a superfície dogrão a ser seco (que deve ser maior) e o ar que o envolve (cujapressão de vapor de água deve ser menor). A água se evaporainicialmente na superfície do grão e posteriormente a evaporação seprocessa no interior da matéria. É importante ressaltar que a águaparticipa ativamente na formação do grão e por isto encontra-se sobdiferentes formas no mesmo. Existem moléculas de água ligadasquimicamente aos componentes da matéria do grão, que não sãosolventes e que não são retiradas pela secagem, porém existetambém água líquida sob tensão osmótica, que é solvente e queretém diferentes substâncias dissolvidas, sendo retirada em grandeparte pela secagem (mas não completamente). Esta constituição dosgrãos deve ser levada em consideração no processo de secagempara não provocar danos sérios aos mesmos.
A secagem pode ser natural, pela exposição da matériaúmida ao Sol, ou pode ser artificial, realizada em um secador onde oproduto é submetido à ação de uma corrente de ar aquecido. Aconvecção forçada de ar quente através da camada de grãos épossível devido ao material ser granuloso e não compacto, além deapresentar um determinado coeficiente de porosidade. Nesteprocesso o ar desempenha um duplo papel, o de fluido transportadorde calor e fluido transportador de vapor.
A secagem artificial permite baixar rapidamente o teorde água dos produtos agrícolas colhidos úmidos e evitar asalterações indesejáveis anteriormente citadas, sendo empregadastrês técnicas diferentes: secagem com fluxo concorrente, em que o are o produto avançam paralelamente e no mesmo sentido dentro dosecador; secagem com fluxo contracorrente, em que o ar e o produtoavançam paralelamente e em sentido oposto e, por fim; secagem comfluxo cruzado, em que o produto e o ar movem-se em direçõesperpendiculares, princípio utilizado na maioria dos secadores degrãos. Cada uma destes tipos de fluxo terá um diferente efeito namatéria a ser seca. Não se conhecem secadores que combinemestes princípios em um único equipamento.
O desempenho de secagem de uma massa de grãosatravessada por uma corrente de ar aquecido depende da ocorrênciasimultânea de transferência de calor para os grãos e da transferênciada água do grão para o ar. Os fatores de intensidade de secagemaumentam com a velocidade do ar e diminuem com a espessura dacamada de grãos, ou seja, dependem do fluxo específico do ar,expresso em metros cúbicos de ar por metros cúbicos de grãos porunidade de tempo. A temperatura do ar e o modo como o mesmo éaquecido também influenciam no desempenho.
A concepção do secador tem resultado direto noresultado final, podendo ocorrer quebras e rachaduras dos grãosapós a secagem, ou fenômenos de escurecimento dos mesmos, deacordo da dinâmica do processo realizado pelo secador. Emparticular, as últimas quantidades de água a ser retirada dos grãospara obter a umidade final desejada são as mais críticas, por seremas de maior demanda do ponto de vista energético e as que podemcausar maiores estragos no grão sob o ponto de vista da qualidade,inconvenientes do final da secagem que podem ser maximizados deacordo com o modo de operação do secador.
Cita-se, como documentos relevantes para o presentepedido, depósitos anteriores do mesmo depositante, por seremcomplementares e integrados no secador em tela. O "estabilizador dear quente", objeto do processo de patente PI0508803-6, que efetua oequilíbrio do volume e temperatura do ar entre a saída da fonte decalor e a coluna de secagem e proporciona a alimentação uniforme eeficiente ao longo da mesma, eliminando os gradientes detemperatura. O "separador de partículas sólidas", objeto do pedidoPI0207246-7, que gera o fluxo de ar para o secador esimultaneamente faz a separação das películas e partículas expelidaspelo processo de secagem, reconduzindo-as para a queima nafornalha.
Novidade e objetivos da invenção
A grande evolução tecnológica ocorrida nas máquinasde colheita proporcionou um aumento acentuado na velocidade decolheita dos grãos e sementes, que não foi acompanhado pelasunidades de secagem, fazendo com que os secadores se tornassemum ponto crítico no sistema (de estrangulamento), gerando anecessidade premente do surgimento de secadores de maiordesempenho, eficiência e velocidade de secagem, que sejam aindacapazes de manter a qualidade original dos grãos depois de secos.
A presente invenção objetiva caracterizar uma novaconcepção em secador de grãos, que leva em consideração anatureza dos grãos e o comportamento dos mesmos durante asecagem, visando obter um desempenho superior aos equipamentoscompreendidos pelo estado na técnica, no que se refere à eficiênciada secagem e as melhores condições físicas finais dos grãos secos.
Estes objetivos serão alcançados por meio de umsecador que emprega todos os tipos de fluxos de ar durante oprocesso de secagem dos grãos (concorrente, contracorrente ecruzado), além de variar a intensidade do fluxo de ar ao longo dacoluna de secagem em função do comportamento dos grãos duranteo processo, prevendo ainda meios para a homogeneização dos grãosna caixa de carregamento e homogeneização do ar quente aplicadonos mesmos (eliminando o gradiente de temperatura) e a descargahidráulica ao final do processo (fundo do secador).
Descrição dos desenhos anexos
A fim de que a presente invenção seja plenamentecompreendida e levada à prática por qualquer técnico deste setortecnológico, a mesma será explicada de forma clara, concisa esuficiente para permitir a sua reprodução, tendo como base osdesenhos anexos abaixo listados, que a ilustram e subsidiam.
Figura 1: Desenho em perspectiva do secadorcompleto.
Figura 2: Desenho em perspectiva do detalhe da fontede calor, no caso uma fornalha, em que a distribuição uniforme do aré obtida pelos estabilizadores de ar quente.
Figura 3: Desenho em vista superior do secador.
Figura 4: Desenho em corte transversal do secador,com detalhe em escala ampliada da base e vista das janelas parareversão do fluxo de ar na descarga do grão.
Figura 5: Desenho em vista posterior do secador.
Figura 6: Desenho em perspectiva da torre de secagemde grãos.
Figura 7: Desenho em detalhe em perspectiva de doisdutos formadores da torre de secagem.
Figura 8: Detalhe em escala ampliada de uma porçãoda torre de secagem ilustrativo do fluxo de grãos e dos tipos de fluxode ar que ocorrem dentro da mesma.
Figura 9: Desenho em perspectiva de uma das paredesinternas do secador, onde podemos ver os separadores de partículasinstalados na mesma e os dutos de retorno das partículas para afornalha.
Figura 10: desenho em perspectiva do sistema dedescarga hidráulica, representado com seu topo voltado para amargem esquerda da página para melhor visualização.
Figura 11: Detalhe da base com janelas para reversãodo fluxo de ar na descarga do grão.
Descrição detalhada da invenção
Referindo-nos as figuras 1 a 4, vemos que o secador degrãos de alta performance, objeto do presente relatório descritivo, éalimentado por uma fonte geradora de calor (1), como uma fornalha(tal como ilustrada na figura 2), através de estabilizadores de arquente (2) que uniformizam o fluxo de ar quente fornecido a coluna desecagem (3), que abriga em seu interior a torre de secagem (4).
A torre de secagem (4) é constituída por uma série dedutos paralelos (5), entre os quais passa o fluxo vertical descendentede grãos (6), dispostos desencontrados alinhamento oblíquo ealimentados de forma que cada duto (5) que atua como entrada de arquente (E) apresente dutos lateralmente adjacentes que atuam comosaída de ar usado (S).
Referindo-nos em particular a figura 8, que representa ofluxo de grãos (6) e os fluxos de ar existentes dentro da torre (4),verificamos que os fluxos de ar ocorrem entre as entradas de ar (E) esaídas de ar (S), tanto do mesmo nível como entre níveis verticaisdiferentes, do que decorre que a disposição alternada destasentradas (E) e saídas (S) provoca o surgimento de fluxos de ar para adireita e para a esquerda entre as entradas (E) e saídas (S) domesmo nível, além de fluxos verticais ascendentes e descendentesentre as entradas (E) e saídas (S) de níveis diferentes, gerandopontos em que este fluxo de ar, com relação ao fluxo verticaldescendente dos grãos (6), será cruzado para a direita (7), cruzadopara a esquerda (8), concorrente (9) e contracorrente (10), ou seja,gerando todos os tipos de fluxo de ar existentes para a secagem degrão em uma única estrutura de secagem.
Os fluxos de ar adotados não são constantes e variamao longo da torre de secagem (4), diminuindo ao longo da mesma,sendo utilizados valores mais altos nas proximidades do topo evalores menores nas porções intermediária e inferior, de acordo comas características dos grãos a serem secos. Deste modo, porexemplo, se utilizará um fluxo de 7500 m3/h ton nos primeiros 25%superiores da torre (4), um fluxo de 750 m3/h ton nos 60% seguintesda torre (4) (porção intermediária) e um fluxo de 750 m3/h ton nos15% inferiores. Estes valores não são aleatórios, sendo adotados deacordo com as características físicas e comportamento durante oprocesso de secagem do grão.
As paredes perimetrais (11) do secador (1) sãoequipadas com separadores de partículas (12) (que já foram objeto depedido anterior do presente depositante), que exercem dupla funçãono secador, simultaneamente gerando fluxo de ar para o secador (1)e separando as partículas expelidas pelo processo de secagem,reconduzindo-as para a queima na fornalha por meio de dutos deretorno (13) (melhor visualizados na figura 9).
A torre de secagem (4) é montada sobre um mecanismode descarga hidráulica (14), que controla a velocidade dos grãosdentro do secador, liberando os grãos em ciclos curtos, eliminandoautoclassificação e propiciando a descarga uniforme do produto.Podemos ver em detalhe nas figuras 4 e 11 a base com janelas (15)para reversão do fluxo de ar na descarga do grão.
Tratou-se no presente relatório descritivo de umainvenção revestida de aplicação industrial, dotada de novidade eatividade inventiva, sendo provida de todos os requisitosdeterminados por lei para receber o privilégio pleiteado.

Claims (6)

1.- SECADOR DE GRÃOS DE ALTA PERFORMANCEconstituído por uma coluna de secagem (3) alimentada por uma fontegeradora de calor (1) e provida de uma torre de secagem interna (4)caracterizado por a torre de secagem (4) ser constituída por umasérie de dutos paralelos (5), entre os quais passa o fluxo verticaldescendente de grãos (6), dispostos desencontrados em alinhamentooblíquo e alimentados de forma que cada duto (5) que atua comoentrada de ar quente (E) apresente dutos lateralmente adjacentes queatuam como saída de ar usado (S), propiciando fluxos de ar para adireita e para a esquerda entre as entradas (E) e saídas (S) domesmo nível, além de fluxos verticais ascendentes e descendentesentre as entradas (E) e saídas (S) de níveis diferentes, sendo aintensidade dos fluxos de ar aplicados ao longo da torre (4) variável ea torre (4) montada sobre um mecanismo de descarga hidráulica (14);
2.- SECADOR DE GRÃOS DE ALTA PERFORMANCEcomo reivindicado em 1 e ainda caracterizado por a alimentação dear quente da fonte de calor (1) para a coluna de secagem (3) serrealizado por meio de estabilizadores de ar quente (2);
3.- SECADOR DE GRÃOS DE ALTA PERFORMANCEcomo reivindicado em 1 e ainda caracterizado por os fluxos de ar aolongo da torre de secagem (4) diminuírem do topo para o fundo damesma;
4. SECADOR DE GRÃOS DE ALTA PERFORMANCEcomo reivindicado em 3 e ainda caracterizado por ser adotado umfluxo mais intenso para os 25% superiores da torre (4), um fluxointermediário para os 60% seguintes da torre (4) e um fluxo menorpara os 15% inferiores.
5.- SECADOR DE GRÃOS DE ALTA PERFORMANCEcomo reivindicado em 1 e ainda caracterizado por as paredesperimetrais (11) do secador (1) serem equipadas com separadores departículas (12) que simultaneamente geram fluxo de ar para o secador(1) e separam as partículas expelidas pelo processo de secagem,reconduzindo-as para a queima na fornalha por meio de dutos deretorno (13).
6.- SECADOR DE GRÃOS DE ALTA PERFORMANCEcomo reivindicado em 1 e ainda caracterizado por a base da coluna(4) ser provida de janelas (15) que proporcionam a reversão do fluxode ar na descarga do grão
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