BRPI0808982B1

BRPI0808982B1 - Extrusora de cozimento

Info

Publication number: BRPI0808982B1
Application number: BRPI0808982-5A
Authority: BR
Inventors: Wenger Lavon; J. Rokey Galen; Spellmeier Allan
Original assignee: Wenger Manufacturing, Inc.
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2018-01-23
Also published as: KR20090126248A; BRPI0808982A2; MX2009009593A; CN102845822B; CN101668443B; CA2677849A1; US7987774B2; CA2677849C; HUE044979T2; KR101504637B1; EP2131686A1; EP2131686A4; CN102845822A; CN101668443A; JP2010521158A; BRPI0808982A8; US20080223223A1; EP2131686B1; WO2008115623A1; JP5301472B2

Description

(54) Título: EXTRUSORA DE COZIMENTO (51) lnt.CI.: A23P 30/20 (30) Prioridade Unionista: 16/03/2007 US 11/687,439 (73) Titular(es): WENGER MANUFACTURING, INC.

(72) Inventor(es): LAVON WENGER; GALEN J. ROKEY; ALLAN SPELLMEIER

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para ‘‘EXTRUSORA DE COZIMENTO.

AntecedentesdaInvenção

Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se, de uma forma ampla, a extrusoras de cozimento do tipo usado para o processamento de materiais em rações para animais ou produtos alimentícios para seres humanos. Mais particularmente, é dirigida a extrusoras de cozimento, tais quais são projetadas especifica mente para permitir a incorporação de proporções muito altas de vapor em materiais em processamento, o que permite que as extrusoras processem com sucesso misturas alimentícias contendo ingredientes baratos, tal como farelo de arroz, com menos necessidade de energia mecânica e cisalhamento sendo requeridos.

Descrição da Técnica Anterior [002] Os dispositivos de cozimento de extrusão são usados em vários contextos, por exemplo, para a fabricação de rações para animais e produtos alimentícios para seres humanos. De uma maneira geral, as extrusoras de parafuso único incluem um tambor alongado, tendo uma entrada, em uma extremidade, e uma saída, na outra, equipadas com uma matriz de orifício restrito. Um parafuso alongada, axialmente rotativo, com filete helicoidai, é posicionado dentro do tambor e serve para movimentar o material da entrada diretamente no sentido de uma saída. As extrusoras de parafuso duplo são também usadas amplamente e incluem, dentro do tambor, um par de parafusos concatenados, lado a lado. Todos esses dispositivos de extrusora servem para cozinhar e formar os materiais de partida iniciais nos produtos extrudados finais. Durante o transcorrer da extrusão, os materiais de partida são submetidos a níveis crescentes de pressão e cisalhamento, para produzir os produtos extrudados finais, inteiramente cozí2/9 dos e desejados.

[003] Para obter os níveis mais altos de cozimento (medidos comumente pelo grau de gelatinização de ingredientes contendo amido e/ou pelo nível de desnaturação de ingredientes proteicos), é comum injetar vapor de alta pressão no tambor da extrusora, para sua incorporação nos materiais em processamento. Para esse fim, os orifícios de injeção de vapor são formados no tambor da extrusora e se comunicam com a sua parte interna. Os orifícios são projetados para alojar injetores de vapor convencionais, acoplados com linhas de vapor. Sem qualquer exceção conhecida, os orifícios de injeção nas extrusoras de cozimento da técnica anterior são orientados em uma relação ortogonal, relativa à parte interna do tambor, ou perpendicular ao eixo longitudinal do(s) parafuso(s) da extrusora. No entanto, o grau da possível injeção de vapor com os projetos de extrusoras convencionais é um tanto limitado. Isto é, apenas cerca de 3 - 5% em peso de vapor podem ser injetados e incorporados com sucesso no material em processamento. Se excesso de vapor é injetado, tende a passar diretamente ao longo do comprimento da extrusora e para fora da abertura da entrada da extrusora (e algumas vezes a matriz da saída), sem ser incorporado no material em extrusão. Como tal, a adição de excesso de vapor não serve para qualquer finalidade útil.

[004] É do conhecimento que a injeção de vapor para alcançar níveis mais altos de cozimento, evitando, desse modo, a necessidade de um excesso de pressão, cisalhamento e trabalho mecânico do material em processamento, pode ser altamente vantajosa. Por exemplo, alguns produtos alimentícios aquáticos são sensíveis a altos níveis de pressão, cisalhamento e energia mecânica, e podem ser, desse modo, afetados adversamente por uso de extrusoras convencionais. Adicionalmente, essas rações fazem uso algumas vezes de ingredientes relativamente baratos, tal como farelo de arroz, que são melhor proces3/9 sados por uso de altos níveis de injeção de vapor.

[005] Consequentemente, há uma necessidade real na técnica para dispositivos de extrusoras de cozimento aperfeiçoados, que possam ser usados para injetar maiores proporções de vapor no material em processamento, em comparação com os projetos das extrusoras convencionais.

Sumário da Invenção [006] A presente invenção supera os problemas apresentados acima e proporciona extrusoras de cozimento aperfeiçoadas, capazes de incorporar com sucesso proporções relativamente altas de vapor no material sendo processado nelas. De uma maneira geral, as extrusoras de cozimento da invenção compreendem um tambor tubular, alongado, tendo uma entrada, uma saída espaçada da entrada, e um furo alongado, estendendo-se entre a entrada e a saída e apresentando um eixo longitudinal, Pelo menos um parafuso alongada de extrusão, rotativa axialmente, com fllete helicoidal,é localizado dentro do furo e é operacional para o transporte de material da entrada diretamente no sentido de uma saída. Uma pluralidade de orifícios de injeção de vapor alongados são formados no tambor, entre a entrada e a saída dele, e se comunicam com o furo do tambor. Esses orifícios são orientados a um ângulo oblíquo relativo ao eixo longitudinal do tambor e, de preferência, em uma direção no sentido da saída do tambor.

[007] Em outros aspectos da invenção, o tambor e o(s) parafuso(s) da extrusora são formados cooperativamente para apresentar zonas de injeção adjacentes aos orifícios de injeção de vapor, com zonas limitadoras de escoamento de vapor em lados opostos às zonas de injeção. As zonas de injeção são caracterizadas por enchimentos de tambor relativamente menores (isto é, o grau de volume livre dentro do tambor ocupado pelo material em processamento) e seções de filete de passo maior, enquanto que as zonas de restrição têm maiores

4/9 enchimentos de tambor e seções de filete de passo menor. Como tal, o vapor injetado nas zonas de injeção pode ser incorporado no material em processamento, enquanto que as zonas de restrição servem para inibir o escoamento axíai do vapor injetado no sentido da entrada ou saída do tambor [008] Na prática, verificou-se que as extrusoras da invenção podem ser usadas para injetar pelo menos cerca de 6%, mais preferivelmente pelo menos cerca de 8%, e comumente de cerca de 6 - 8% em peso de vapor no material em processamento, atingindo, desse modo, o principal objeto da invenção.

Breve Descrição dos Desenhos [009] A figura 1 é uma vista em elevação lateral de uma extrusora de cozimento de acordo com a invenção, equipada com orifícios de injeção e ínjetores de vapor orientados obliquamente.

[0010] A figura 2 é uma vista da extremidade frontal da extrusora de cozimento ilustrada na figura 1.

[0011] A figura 3 é uma vista em seção transversal vertical tomada ao longo da linha 3 - 3 da figura 2.

[0012] A figura 4 é uma vista em seção transversal vertical tomada ao longo da linha 4 - 4 da figura 1.

[0013] E a figura 5 é uma ilustração esquemática de uma resolução ortogonal do eixo longitudinal de um dos orifícios de injeção do tambor da extrusora, ilustrando os componentes de resolução. Descrição Detalhada da Concretização Preferida [0014] Voltando agora aos desenhos, uma extrusora de cozimento 10, de acordo com a invenção, inclui um tambor de seção múltipla, tubular, alongado 12, que apresenta câmaras ou furos em comunicação entre si, justapostos 14,16, e - dentro dos furos 14, 16 - um par de parafusos alongados intercalados, justapostos, rotativos axialmente 18 e 20, com filetes helicoidais. O tambor 12 inclui uma entrada 22 e

5/9 uma entrada 24 espaçada dela, que se comunicam com os furos 14, 16. Embora não mostrado, uma matriz de orifício restrito é normalmente montada através da saída 24, para fins de extrusão. Adicionalmente, as extremidades de acionamento 26 dos parafusos 18, 20 são acopladas operacional mente com um conjunto de acionamento (não mostrado), para rotação axial dos parafusos 18, 20, o que inclui, tipicamente, um motor de acionamento e um conjunto de redução de engrenagem.

[0015] Em mais detalhes, o tambor 12 inclui, da direita para a esquerda nas figuras 1 e 3, uma série de seções tubulares conectadas extremidade com extremidade por parafusos ou outros prendedores convencionais. Especificamente, o tambor 12 tem um cabeçote de entrada 28, um primeiro cabeçote de restrição de vapor curta 30, um primeiro cabeçote de injeção de vapor 32, um segundo cabeçote de restrição de vapor curta 34, um cabeçote de conjunto de válvula ajustável da parte intermediária do tambor 36, um cabeçote de saída de vapor ajustável 38, um segundo cabeçote de injeção de vapor 40 e um terceiro cabeçote de restrição de vapor curta 42. Como ilustrado, cada um dos cabeçotes 28 - 34 e 38 - 42 é equipado com flanges de conexão ampliados radialmente, mais distantes 28a - 34a e 38a - 42a, e todas os cabeçotes 28 - 42 têm furos atravessantes alinhados, que formam cooperativamente os furos do tambor 14 e 16. A cabeça 36 tem igualmente furos atravessantes associados àqueles dos flanges 32a e 38a.

[0016] Os cabeçotes 32 e 40 do tambor 12 são todos equipados com duas séries de orifícios de injeção de vapor 44 ou 46, em que cada um dos orifícios aloja um injetor de vapor alongado 48 ou 50. As duas séries de orifícios 44 no cabeçote 32 são localizadas de modo a se comunicar respectivamente com os furos 14 e 16 do cabeçote (vide a figura 4). De modo similar, as duas séries de orifícios 46 no cabeçote 40 também se comunicam respectivamente com os furos 14 e 16 des6/9 se cabeçote.

[0017] Significativamente, os orifícios 44 e 46 são orientados como ângulos oblíquos relativos aos eixos longitudinais dos furos 14 e 16 correspondentes. Na prática, os orifícios são orientados a um ângulo de cerca de 30 - 85 graus, particularmente, de cerca de 30 - 60 graus e, especialmente, cerca de 45 graus em relação a esses eixos. Além do mais, os orifícios 44, 46 são orientados, de preferência, em uma direção no sentido da saída 24. Mais especificamente, e com referência à figura 5, vai-se notar que cada orifício representativo 44 apresenta um eixo longitudinal 52. Se esse eixo 52 for resolvido ortogonalmente nos componentes 54 e 56, o componente 54 se estende em uma direção no sentido da saída 24.

[0018] O cabeçote do conjunto de válvula ajustável da parte intermediária do tambor 36 é do tipo descrito no pedido de patente U.S. S/N 11/279.379, depositado em 11 de abril de 2006, e incorporado por referência no presente relatório descritivo. Sucintamente, o cabeçote 36 inclui componentes de restrição de escoamento, deslizantes, opostos 58 e 60, que podem ser ajustados seletivamente no sentido de, e para longe dos eixos mecânicos centrais dos parafusos 18 e 20 da extrusora, de modo a variar a restrição no escoamento de material e, desse modo, aumentar a pressão e o cisalhamento dentro da extrusora 10. Por outro lado, a cabeça da saída de vapor 38 tem uma saída de vapor 62 com uma cobertura ajustável 64, que permite o escapamento seletivo de vapor durante o transcorrer da extrusão. Em alguns casos, um dispositivo de vácuo (não-mostrado) pode ser usado em lugar da cobertura 64, para retirada mais efetiva de vapor e/ou redução nas pressões de processamento.

[0019] Os parafusos 18 e 20 são idênticos entre si e, desse modo, apenas um dos parafusos precisa ser descrito em detalhe. Com referência à figura 3, vai-se notar que o parafuso 20 como um todo inclui,

7/9 genericamente, um eixo central 66 com filete helicoidal 68 projetandose para fora do eixo 66. No entanto, o parafuso 20 é projetado especialmente e tem vários aspectos inovativos. Esses aspectos são melhor descritos por consideração de certos aspectos geométricos do parafuso 20 e por sua relação com o furo associado 16. Em particular, o eixo 66 tem um diâmetro de raiz R_D definido pela seta 70 na figura 3, bem como um diâmetro de crista de filete S_D, definido pelo diâmetro das cristas do filete helicoidal 68 da parafuso 20 e ilustrado pela seta 72. Em uma prática preferida, a razão S_d/Rd do diâmetro de crista de filete para o diâmetro de raiz é de cerca de 1,9 a - 2,5, e, mais preferivelmente, cerca de 2,35.

[0020] As seções individuais do filete helicoidal 68 têm também diferentes passos ao longo do parafuso 20, que são importantes pelas razões descritas abaixo. Adicionalmente, ao longo de certas seções do parafuso 20, há diferentes volumes livres dentro do furo 16, isto é, o volume do furo total, em uma seção inferior ao volume ocupado pelo parafuso dentro dessa seção, difere ao longo do comprimento do parafuso 20.

[0021] Em mais detalhes, o parafuso 20 inclui uma seção de alimentação de entrada 74, uma primeira seção de restrição de passo curto 76 dentro do cabeçote 30, uma primeira seção de passo mais longo 78 dentro do cabeçote 32, uma segunda seção de restrição de passo curto 80 dentro do cabeçote 34, uma segunda seção de passo mais longo 82 dentro dos cabeçotes 38 e 40, e uma terceira seção de restrição de passo curto 84 dentro do cabeçote 42. Será notado, desse modo, que os passos do filete helicoidal 68 nas seções de parafuso 76, 80 e 84 são substancialmente menores do que os passos correspondentes do filete helicoidal 68 nas seções de parafuso 78 e 82. Na prática preferida, os passos das seções de parafuso 76, 80 e 84 variam de cerca de 0,25 - 1,0 diâmetro de rosca e, particularmente, cerca

8/9 de 0,33 diâmetro de rosca. O passo de 78 e 82 variam de cerca de 1 2 diâmetros de rosca e são, especialmente, cerca de 1,5 diâmetros de rosca.

[0022] Esses aspectos geométricos são importantes para a obtenção dos propósitos da invenção e permitem, especifícamente, a incorporação de proporções significativamente maiores de vapor dentro do material passando pela extrusora 10, em comparação com os projetos convencionais. Essencialmente, os cabeçotes de restrição 30 e 34, e 34 e 42, juntamente com a seção de parafuso com filete de comprimento de passo curto 76, 80 e 84 neles, criam cooperativamente zonas de restrição de escoamento de vapor, que inibem a passagem de vapor injetado depois dessas zonas. Como tal, as zonas são uma forma de travas de vapor. Adicionalmente, a provisão das cabeças 32, 38 e 40, com as seções de parafuso com filete de passo mais longo 78 e 82 nelas, entre as zonas de restrição, cria zonas de injeção de vapor, que propiciam a injeção de maiores proporções de vapor do que antes possível. As seções de rosca de passo mais longo 78 e 82 resultam em um menor enchimento do tambor (não necessariamente um maior volume livre), e criam, desse modo, zonas de injeção de vapor. Finalmente, a orientação dos orifícios de injeção 44 e 46, e dos injetores correspondentes 48 e 50 neles, melhora mais ainda a incorporação de vapor no material passando pela extrusora 10.

[0023] Essa combinação de fatores dentro da extrusora 10 propicia, significativamente, que mais vapor seja injetado, em comparação com o projeto de extrusora convencional. Neste caso, apenas cerca de

- 5% de vapor podem ser injetados, com qualquer excesso passando simplesmente pela extrusora e saindo pela entrada do tambor. No entanto, na presente invenção, cerca de 6 - 8% ou mais em peso de vapor podem ser injetados com sucesso, sem a indevida perda de vapor injetado, com base no peso total de material seco (isto é, o peso total

9/9 dos ingredientes secos contendo apenas água natural, menos água do que o normalmente adicionado aos ingredientes secos, antes da passagem dele pela extrusora) dentro do tambor 12, em qualquer caso considerado como 100% em peso. Isso é particularmente importante no caso de certas rações animais, que são aperfeiçoadas por cozimento adicional dentro da extrusora, sem imposição de cozimento com cisalhamento e energia mecânica excessivos.

[0024] Embora a extrusora 10, ilustrada nas figuras, inclua o uso de um cabeçote de conjunto de válvula ajustável 36 e um cabeçote de saída de vapor 38, o uso desses cabeçotes não é essencial. O cabeçote 36 pode ser usado vantajosamente como uma outra restrição contra perda de vapor, e o cabeçote 38 pode ser usado em casos nos quais a ventilação de vapor na parte intermediária do tambor é desejada, por exemplo, quando produtos mais densos são desejados.

[0025] Além do mais, ainda que as concretizações ilustradas sejam na forma de uma extrusora de parafuso duplo, deve-se entender que os princípios e os aspectos construtivos da invenção podem ser usados também no contexto de extrusoras de parafuso único.

[0026] Finalmente, as extrusoras da invenção são extrusoras de cozimento, que são projetadas para cozinhar inteiramente ou pelo menos parcialmente o material passando por ela, enquanto também formando o material em formas distintas. Como tal, as extrusoras são equipadas com parafusos, que conferem cisalhamento e energia mecânica como uma parte do processo de cozimento, que é incrementado por injeção de vapor. Ainda mais, embora não-mostrado, esses tambores de extrusora de cozimento podem ser equipados com camisas externas para introdução de meios de troca térmica, para aquecer ou resfriar indiretamente o material passando pelas extrusoras.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Extrusora de cozimento, compreendendo:

um tambor tubular, alongado (12) tendo uma entrada (22), uma saída (24), espaçada da entrada (22), e um furo alongado (14) estendendo-se entre a entrada (22) e a saída (24) e apresentando um eixo longitudinal;

pelo menos um parafuso alongada de extrusão (18), com filete helicoidal, rotativo axialmente, localizado dentro do dito furo (14) e operante para transportar material da entrada (22) no sentido de, e através da referida saída (24); e uma pluralidade de orifícios de injeção de vapor alongados (44, 46), formados no tambor (12) entre a entrada (22) e a saída (24) e em comunicação com o dito furo (14) em respectivos pontos de injeção de vapor, os referidos orifícios de injeção de vapor alongados (44) sendo orientados a um ângulo oblíquo em relação ao dito eixo longitudinal do tambor (12); e uma matriz com orifício restrito adjacente à mencionada saída (24) do tambor (12);

caracterizada pelo fato de que:

- o dito parafuso (18) compreende uma primeira seção (78), adjacente aos mencionados orifícios (44), que possui um primeiro passo de filete, e segundas seções de parafuso (76, 80), nas extremidades opostas da dita primeira seção (78), que possuem segundos passos de filete, o primeiro passo da primeira seção (78) sendo maior do que os segundos passos das segundas seções (76, 80); e

- a referida primeira seção de parafuso (78) possui um diâmetro de raiz R_D e um diâmetro de parafuso S_D, a relação S_d/Rd sendo de 1,9 a 2,5.
2. Extrusora de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os ditos orifícios de injeção (44, 46) são orientados

2/2 de modo que resoluções ortogonais dos eixos longitudinais dos mesmos tenham um componente paralelo com o eixo longitudinal do tambor (12), estendendo-se no sentido da saída (24) do tambor (12).
3. Extrusora de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o tambor (12) possui um par de furos alongadas justapostas (14, 16), com um par de parafusos de extrusão intercaladas (18, 20), justapostas, alongadas e localizadas respectivamente dentro dos furos (14, 16) do tambor (12), havendo uma série separada dos referidos orifícios de injeção (44, 46) em comunicação com cada um dos ditos furos (14, 16) do tambor (12).
4. Extrusora de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que os ditos orifícios (44) são orientados a um ângulo de 30 - 85 graus em relação ao dito eixo longitudinal do tambor (12).
5. Extrusora de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o primeiro passo de filete é entre um e dois diâmetros da rosca e os segundos passos de filete são entre 0,25 e 1,0 diâmetros da rosca.

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