BRPI0802885B1 - 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 presente invenção é o setor de equipamentos para a recepção, secagem e armazenamento de grãos e se refere, mais especificamente a um secador de alta performance, próprio para a secagem de uma multiplicidade de grãos, como soja, trigo, milho, feijão, arroz, girassol, cevada, sorgo, canola e outros. Este secador conjuga em sua torre de secagem os três princípios de fluxo de ar adotados nos processos de secagem (concorrente, contracorrente e cruzado), além de apresentar diferentes valores de fluxo de ar do topo para a base da torre, levando em consideração a natureza dos grãos e seu comportamento durante a secagem para obter a máxima eficiência no processo, incorporando ainda meios para a homogeneização na caixa de carregamento de grãos, descarga hidráulica e homogeneização do ar quente.
Estado da técnica conhecido A secagem cios grãos depois da colheita e antes da estocagem é uma necessidade devido às alterações características de produtos a granel fortemente hidratados, como a respiração ou oxidação dos glicídios, fermentações intracelulares, desenvolvimento de bactérias e fungos e todos os efeitos nocivos decorrentes. A finalidade da secagem é a separação parcial de um líquido (geralmente água) da matéria sólida (substância alimentar dos grãos), sendo este fim alcançado pela movimentação da água devido à diferença de pressão parcial de vapor de água entre a superfície do grão a ser seco (que deve ser maior) e o ar que o envolve (cuja pressão de vapor de água deve ser menor). A água se evapora inicialmente na superfície do grão e posteriormente a evaporação se processa no interior da matéria. É importante ressaltar que a água participa ativamente na formação do grão e por isto encontra-se sob diferentes formas no mesmo. Existem moléculas de água ligadas quimicamente aos componentes da matéria do grão, que não são solventes e que não são retiradas pela secagem, porém existe também água líquida sob tensão osmótica, que é solvente e que retém diferentes substâncias dissolvidas, sendo retirada em grande parte pela secagem (mas não completamente). Esta constituição dos grãos deve ser levada em consideração no processo de secagem para não provocar danos sérios aos mesmos. A secagem pode ser natural, pela exposição da matéria úmida ao Sol, ou pode ser artificial, realizada em um secador onde o produto é submetido à ação de uma corrente de ar aquecido. A convecção forçada de ar quente através da camada de grãos é possível devido ao material ser granuloso e não compacto, além de apresentar um determinado coeficiente de porosidade. Neste processo o ar desempenha um duplo papel, o de fluido transportador de calor e fluido transportador de vapor. A secagem artificial permite baixar rapidamente o teor de água dos produtos agrícolas colhidos úmidos e evitar as alterações indesejáveis anteriormente citadas, sendo empregadas três técnicas diferentes: secagem com fluxo concorrente, em que o ar e o produto avançam paralelamente e no mesmo sentido dentro do secador; secagem com fluxo contracorrente, em que o ar e o produto avançam paralelamente e em sentido oposto e, por fim; secagem com fluxo cruzado, em que o produto e o ar movem-se em direções perpendiculares, princípio utilizado na maioria dos secadores de grãos. Cada uma destes tipos de fluxo terá um diferente efeito na matéria a ser seca. Não se conhecem secadores que combinem estes princípios em um único equipamento. O desempenho de secagem de uma massa de grãos atravessada por uma corrente de ar aquecido depende da ocorrência simultânea de transferência de calor para os grãos e da transferência da água do grão para o ar. Os fatores de intensidade de secagem aumentam com a velocidade do ar e diminuem com a espessura da camada de grãos, ou seja, dependem do fluxo específico do ar, expresso em metros cúbicos de ar por metros cúbicos de grãos por unidade de tempo. A temperatura do ar e o modo como o mesmo é aquecido também influenciam no desempenho. A concepção do secador tem resultado direto no resultado final, podendo ocorrer quebras e rachaduras dos grãos após a secagem, ou fenômenos de escurecimento dos mesmos, de acordo da dinâmica do processo realizado pelo secador. Em particular, as últimas quantidades de água a ser retirada dos grãos para obter a umidade final desejada são as mais críticas, por serem as de maior demanda do ponto de vista energético e as que podem causar maiores estragos no grão sob o ponto de vista da qualidade, inconvenientes do final da secagem que podem ser maximizados de acordo com o modo de operação do secador.
Cita-se, como documentos relevantes para o presente pedido, depósitos anteriores do mesmo depositante, por serem complementares e integrados no secador em tela. O “estabilizador de ar quente”, objeto do processo de patente PI0508803-6, que efetua o equilíbrio do volume e temperatura do ar entre a saída da fonte de calor e a coluna de secagem e proporciona a alimentação uniforme e eficiente ao longo da mesma, eliminando os gradientes de temperatura. O “separador de partículas sólidas”, objeto do pedido PI0207246-7, que gera o fluxo de ar para o secador e simultaneamente faz a separação das películas e partículas expelidas pelo processo de secagem, reconduzindo-as para a queima na fornalha.
Novidade e objetivos da invenção A grande evolução tecnológica ocorrida nas máquinas de colheita proporcionou um aumento acentuado na velocidade de colheita dos grãos e sementes, que não foi acompanhado pelas unidades de secagem, fazendo com que os secadores se tornassem um ponto crítico no sistema (de estrangulamento), gerando a necessidade premente do surgimento de secadores de maior desempenho, eficiência e velocidade de secagem, que sejam ainda capazes de manter a qualidade original dos grãos depois de secos. A presente invenção objetiva caracterizar uma nova concepção em secador de grãos, que leva em consideração a natureza dos grãos e o comportamento dos mesmos durante a secagem, visando obter um desempenho superior aos equipamentos compreendidos pelo estado na técnica, no que se refere à eficiência da secagem e as melhores condições físicas finais dos grãos secos.
Estes objetivos serão alcançados por meio de um secador que emprega todos os tipos de fluxos de ar durante o processo de secagem dos grãos (concorrente, contracorrente e cruzado), além de variar a intensidade do fluxo de ar ao longo da coluna de secagem em função do comportamento dos grãos durante o processo, prevendo ainda meios para a homogeneização dos grãos na caixa de carregamento e homogeneização do ar quente aplicado nos mesmos (eliminando o gradiente de temperatura) e a descarga hidráulica ao final do processo (fundo do secador).
Descrição dos desenhos anexos A fim de que a presente invenção seja plenamente compreendida e levada à prática por qualquer técnico deste setor tecnológico, a mesma será explicada de forma clara, concisa e suficiente para permitir a sua reprodução, tendo como base os desenhos anexos abaixo listados, que a ilustram e subsidiam.
Figura 1: Desenho em perspectiva do secador completo.
Figura 2: Desenho em perspectiva do detalhe da fonte de calor, no caso uma fornalha, em que a distribuição uniforme do ar é 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 para reversão do fluxo de ar na descarga do grão.
Figura 5: Desenho em vista posterior do secador.
Figura 6: Desenho em perspectiva da torre de secagem de grãos.
Figura 7: Desenho em detalhe em perspectiva de dois dutos formadores da torre de secagem.
Figura 8: Detalhe em escala ampliada de uma porção da torre de secagem ilustrativo do fluxo de grãos e dos tipos de fluxo de ar que ocorrem dentro da mesma.
Figura 9: Desenho em perspectiva de uma das paredes internas do secador, onde podemos ver os separadores de partículas instalados na mesma e os dutos de retomo das partículas para a fornalha.
Figura 10: desenho em perspectiva do sistema de descarga hidráulica, representado com seu topo voltado para a margem esquerda da página para melhor visualização.
Figura 11: Detalhe da base com janelas para reversão do fluxo de ar na descarga do grão.
Descrição detalhada da invenção Referindo-nos as figuras 1 a 4, vemos que o secador de grãos de alta performance, objeto do presente relatório descritivo, é alimentado por uma fonte geradora de calor (1), como uma fornalha (tal como ilustrada na figura 2), através de estabilizadores de ar quente (2) que uniformizam o fluxo de ar quente fornecido a coluna de secagem (3), que abriga em seu interior a torre de secagem (4). A torre de secagem (4) é constituída por uma série de dutos paralelos (5), entre os quais passa o fluxo vertical descendente de grãos (6), dispostos desencontrados 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).
Referindo-nos em particular a figura 8, que representa o fluxo 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) e saídas de ar (S), tanto do mesmo nível como entre níveis verticais diferentes, do que decorre que a disposição alternada destas entradas (E) e saídas (S) provoca o surgimento de fluxos de ar para a direita e para a esquerda entre as entradas (E) e saídas (S) do mesmo nível, além de fluxos verticais ascendentes e descendentes entre as entradas (E) e saídas (S) de níveis diferentes, gerando pontos em que este fluxo de ar, com relação ao fluxo vertical descendente dos grãos (6), será cruzado para a direita (7), cruzado para a esquerda (8), concorrente (9) e contra corrente (10), ou seja, gerando todos os tipos de fluxo de ar existentes para a secagem de grão em uma única estrutura de secagem.
Os fluxos de ar adotados não são constantes e variam ao longo da torre de secagem (4), diminuindo ao longo da mesma, sendo utilizados valores mais altos nas proximidades do topo e valores menores nas porções intermediária e inferior, de acordo com as características dos grãos a serem secos. Deste modo, por exemplo, se utilizará um fluxo de 7500 mc7h ton nos primeiros 25% superiores da torre (4), um fluxo de 750 m3/h ton nos 60% seguintes da torre (4) (porção intermediária) e um fluxo de 750 nrVh ton nos 15% inferiores. Estes valores não são aleatórios, sendo adotados de acordo com as características físicas e comportamento durante o processo de secagem do grão.
As paredes perimetrais (11) do secador (1) são equipadas com separadores de partículas (12) (que já foram objeto de pedido anterior do presente depositante), que exercem dupla função no 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 de retorno (13) (melhor visualizados na figura 9). 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.
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 uma invenção revestida de aplicação industrial, dotada de novidade e atividade inventiva, sendo provida de todos os requisitos determinados por lei para receber o privilégio pleiteado.
Reivindicações:
Claims (6)
1- SECADOR DE GRÃOS DE ALTA PERFORMANCE constituído por uma coluna de secagem (3) alimentada por uma fonte geradora de calor (1) e provida de uma torre de secagem interna (4) caracterizado por a torre de secagem (4) ser constituída por uma série de dutos paralelos (5), entre os quais passa o fluxo vertical descendente de grãos (6), dispostos desencontrados em alinhamento oblíquo 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), propiciando fluxos de ar para a direita e para a esquerda entre as entradas (E) e saídas (S) do mesmo nível, além de fluxos verticais ascendentes e descendentes entre as entradas (E) e saídas (S) de níveis diferentes, sendo a intensidade dos fluxos de ar aplicados ao longo da torre (4) variável e a torre (4) montada sobre um mecanismo de descarga hidráulica (14);
2- SECADOR DE GRÃOS DE ALTA PERFORMANCE como reivindicado em 1 e ainda caracterizado por a alimentação de ar quente da fonte de calor (1) para a coluna de secagem (3) ser realizado por meio de estabilizadores de ar quente (2);
3- SECADOR DE GRÃOS DE ALTA PERFORMANCE como reivindicado em 1 e ainda caracterizado por os fluxos de ar ao longo da torre de secagem (4) diminuírem do topo para o fundo da mesma;
4- SECADOR DE GRÃOS DE ALTA PERFORMANCE como reivindicado em 3 e ainda caracterizado por ser adotado um fluxo mais intenso para os 25% superiores da torre (4), um fluxo intermediário para os 60% seguintes da torre (4) e um fluxo menor para os 15% inferiores.
5- SECADOR DE GRÃOS DE ALTA PERFORMANCE como reivindicado em 1 e ainda caracterizado por as paredes perimetrais (11) do secador (1) serem equipadas com separadores de partículas (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 de retorno (13).
6- SECADOR DE GRÃOS DE ALTA PERFORMANCE como reivindicado em 1 e ainda caracterizado por a base da coluna (4) ser provida de janelas (15) que proporcionam a reversão do fluxo de ar na descarga do grão
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