PT104430A - Processo e dispositivo de separação electrostática de partículas de idêntica condutividade eléctrica, aplicado à purificação de café em grão - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO REFERE-SE A UM PROCESSO QUE PERMITE A SEPARAÇÃO DOS GRÃOS DE CAFÉ TORREFACCIONADO DOS SEUS PAUS DE MADEIRA CONTAMINANTES ATRAVÉS DA UTILIZAÇÃO DE UM SEPARADOR ELECTROSTÁTICO ROTATIVO. ESTE PROCESSO DE SEPARAÇÃO NÃO ERA ATÉ AQUI EXEQUÍVEL POR MEIOS ELECTROSTÁTICOS, DEVIDO AO FACTO DE AMBAS AS PARTÍCULAS A SEPARAR SEREM NÃO CONDUTORAS E POSSUÍREM ELEVADA GRANULOMETRIA. A PRESENTE INVENÇÃO PERMITE REMOVER OS PAUS CONTAMINANTES ATRAVÉS DO AUMENTO DO TEMPO DE EXPOSIÇÃO DAS PARTÍCULAS AO CAMPO ELECTROSTÁTICO ANTES DA SUA DEPOSIÇÃO NO RÓTOR SEPARADOR (102), GARANTINDO ASSIM A SUA MAIOR ADERÊNCIA À SUPERFÍCIE (103) DO REFERIDO RÓTOR. ESTE EFEITO RESULTA DA ACÇÃO CONJUGADA DA COLOCAÇÃO DE UM ELÉCTRODO IONIZADOR (118) POSICIONADO SOBRE A CALHA TRANSPORTADORA (116), DA POSTERIOR ACÇÃO EXERCIDA SOBRE AS PARTÍCULAS POR UM ELÉCTRODO ESTÁTICO (101) E DO ALINHAMENTO PERPENDICULAR DOS PAUS CONTAMINANTES COM O EIXO DE ROTAÇÃO DO RÓTOR SEPARADOR (102) NO MOMENTO DA SUA DEPOSIÇÃO SOBRE ESTE.

Description

Descrição "Processo e dispositivo de separação electrostática de partículas de idêntica condutividade eléctrica, aplicado à purificação de café em grão" A separação electrostática utiliza o comportamento diferenciado da matéria relativamente à sua capacidade de condução de carga eléctrica para promover uma triagem selectiva de determinadas partículas contidas numa mistura. A capacidade de acumulação de carga eléctrica de uma partícula depende do seu tipo de matéria, da sua massa e da sua forma geométrica.

Os dispositivos electrostáticos são geralmente constituídos por um alimentador de partículas que transporta a mistura a separar até um rótor metálico rotativo. Ao serem depositadas sobre o rótor, as partículas adquirem carga eléctrica por bombardeamento iónico produzido por um eléctrodo de alta tensão. As partículas mais condutoras, em contacto com o rótor, perdem rapidamente a carga adquirida, sendo por isso segregadas para uma das extremidades do dispositivo pelo efeito conjugado da força centrífuga e da força gravítica. As partículas menos condutoras levam mais tempo a perder a sua carga, permanecendo aderidas ao rótor e sendo posteriormente removidas, no outro extremo do dispositivo, com o auxílio de um rótor de limpeza. Sob os rotores são colocados colectores para a recolha selectiva das partículas segregadas, as quais habitualmente apresentam uma fina granulometria, inferior a uma dezena de milímetros. 0 dispositivo criado nesta invenção utiliza o princípio da separação electrostática para purificar misturas constituídas por partículas de vários materiais, apresentando, pelo menos um deles, uma granulometria igual ou superior a 12 mm.

Os principais elementos do dispositivo são os seguintes: a) uma tremonha que fornece a mistura a separar às calhas transportadoras de modo uniforme em toda a sua largura; b) um rótor com superfície de material condutor onde as partículas cedem a sua carga; c) um mecanismo ou dispositivo de alimentação, responsável pela deposição alinhada das partículas na superfície 1 condutora do rótor; d) um eléctrodo ionizador que, por bombardeamento iónico, ioniza individualmente as partículas relativamente à sua mistura; e) um eléctrodo estático com a mesma polaridade do eléctrodo ionizador, ao qual as partículas são sujeitas quando depositadas no rótor separador; f) um conjunto de colectores, reguláveis individualmente através de deflectores e afinadores, afectos ao acondicionamento e à movimentação das partículas após separação; g) um rótor de limpeza, accionado solidariamente com o rótor de separação, que retira deste último as partículas que a este adiram.

De modo a melhorar o rendimento final da separação, as partículas classificadas como mistura (recolhida no colector colocado entre os extremos do dispositivo) são novamente sujeitas a um dispositivo idêntico ao anteriormente descrito nas alíneas a) a g), sendo desta forma a separação realizada por um processo sequencial.

APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA E ESTADO DA TÉCNICA 0 objectivo desta invenção é fornecer um separador electrostático que seja suficientemente compacto e que disponibilize caminhos alternativos aos fluxos de materiais a separar. Pretende-se que o dispositivo funcione de forma rápida e eficiente e que se aplique, primordialmente, na purificação de grãos de café após a fase de torrefacção, podendo, contudo, ser utilizado noutras aplicações. 0 problema que esta invenção pretende, fundamentalmente, resolver prende-se com a separação eficiente dos grãos de café dos seus elementos contaminantes - paus de madeira -, provenientes da planta do café e incorrectamente ensacados juntamente com este após a sua descasca. 0 dispositivo permite igualmente separar contaminantes metálicos, provenientes dos equipamentos e das ferramentas de manuseamento do café em grão durante a colheita, transporte e processamento.

Actualmente, a separação destes contaminantes dos grãos de café é realizada por dispositivos mecânicos que recorrem a técnicas de crivagem e de inspecção visual. As dificuldades na obtenção de eficácia destes processos são as seguintes, elencadas de acordo com a natureza do contaminante. 2 l.Contaminantes de madeira 1.1. Os actuais métodos não são suficientemente eficazes na eliminação destes contaminantes, uma vez que o diâmetro dos paus de madeira é da mesma ordem de grandeza do diâmetro dos grãos de café, conseguindo, assim, vencer a barreira colocada pela crivagem; 1.2. A inspecção visual não permite a remoção da totalidade destas impurezas presentes no café devido a dificuldades de identificação e ao baixo teor destes contaminantes face ao elevado volume de café processado; 1.3. A aplicação de processos de crivagem é eficiente na remoção de contaminantes de grande dimensão. No entanto, em infra-estruturas com elevada produção de café torrefaccionado, tendem a obstruir a cadeia de produção se os orifícios de passagem forem de diâmetro reduzido. Por esta razão, as instalações industriais possuem habitualmente uma malha de orifícios de dimensão muito superior ao diâmetro do café, permitindo a passagem, não apenas dos grãos de café mas também de uma elevada quantidade de material contaminante. 2.Contaminantes metálicos 2.1 Juntamente com os contaminantes de madeira, nos grãos de café também existem contaminantes metálicos de diversa natureza que afectam a higiene alimentar do produto final; 2.2 Esses contaminantes metálicos poderão ser elementos metálicos puros ou suas ligas, tais como as de alumínio, de cobre, ou de aço; 2.3 Alguns destes contaminantes são ferromagnéticos, sendo facilmente separados por imanes permanentes de elevada potência; 2.4 Os materiais não-ferromagnéticos apenas podem ser removidos após a torrefacção e já no processo final de empacotamento, através de detectores de metais e mecanismos pneumáticos auxiliares, e não através dos referidos imanes permanentes; 2.5 A detecção destes metais ocorre, portanto, no final da linha de produção, pelo que envolve, no que respeita ao material rejeitado, os custos da embalagem, do processamento e da mão-de-obra, não eliminando de facto os contaminantes, mas apenas retirando do processo uma 3 fracçao de café com contaminantes metálicos; 2.6 Caso se pretenda uma eficaz purificação, usando a detecção de metais, a técnica poderá implicar uma elevada rejeição de embalagens, dado que será necessária a utilização de uma regulação com elevada sensibilidade do detector para a identificação das impurezas metálicas de reduzidas dimensões, como se verificará particularmente no caso do empacotamento de café moido.

Actualmente, existem diversos dispositivos electrostáticos por efeito de Corona, destinados à separação de partículas. Porém, a maioria de tais dispositivos está, essencialmente, direccionada para a reciclagem de materiais e para a concentração de minérios, tais como os descritos nas patentes W00209882, US2548771, US3058589, US2006081507 e DE19836349.

Tanto os dispositivos de concentração de minérios como os de reciclagem aplicam-se à separação de materiais de diferente natureza eléctrica e não permitem a separação de misturas com granulometria superior a 12 mm. Pelo contrário, a purificação de café exige a separação de partículas de igual natureza eléctrica e de granulometria superior a 12 mm.

Existem ainda outros dispositivos que têm por base a tecnologia electrostática para a separação entre partículas não condutoras na área alimentar - é o caso das patentes US6225587, EP1038583 e EP0752281. Porém, estes dispositivos aplicam-se apenas na separação de partículas de granulometria muito fina ou na separação entre grãos e as suas cascas.

Todavia, tais dispositivos não permitem a separação dos contaminantes de madeira dos grãos de café, uma vez que se aplicam tão-só a materiais muito finos ou à separação de partículas com forma similar mas com diferenças de massa muito grandes. Dadas as grandes diferenças de forma mas, em contrapartida, as menores diferenças de massa que os grãos de café e os contaminantes de madeira apresentam em relação às partículas a cuja separação se destinam os dispositivos referidos em último lugar, estes não se adequam à purificação do café. A presente invenção explora o princípio de funcionamento da separação electrostática para remover do café em grão, após torrefacção, todos os seus contaminantes, conseguindo assim a separação tanto dos materiais de idêntica como dos de diferente condutividade eléctrica, bem como dos materiais de granulometria igual ou superior a 12 mm, condições ainda não permitidas por nenhuma outra técnica ou conjunto de técnicas. 4

FACTORES DECISIVOS DA INVENÇÃO A presente invenção baseia-se em dois aspectos fundamentais: o controlo do teor de humidade da mistura e a forma de exposição das partículas ao campo electrostático.

Controlo de Humidade

As partículas com diferente índice de humidade tornam-se mais ou menos condutoras em função do seu teor de humidade, isto é, uma amostra de café com um teor de humidade mais alto tem um comportamento eléctrico mais condutor do que o de uma amostra com teor de humidade mais baixo e mais isolante. Portanto, a ausência de controlo do índice de humidade pode conduzir a resultados ineficientes.

Para efeitos de separação electrostática, é decisivo que as partículas, ao atingirem o campo electrostático, possuam um padrão de condutividade eléctrica constante ao longo do tempo, para que o processo de separação seja efectivo e passível de parametrização constante.

Após a torrefacção da mistura, as partículas perdem quase totalmente a sua humidade, razão pela qual convém que a mistura de café a purificar por separação electrostática seja a esta submetida apenas após a torrefacção, de modo a que a mistura apresente um baixo e reprodutível teor de humidade.

Forma de exposição ao campo electrostático

As partículas metálicas são fácil e eficazmente separáveis das partículas não condutoras através da separação electrostática. No entanto, até à presente invenção, os materiais não condutores e contaminantes do café - os paus de madeira - não eram separáveis entre si, por apresentarem natureza eléctrica similar. A separação, por meios electrostáticos, entre os paus de madeira e os grãos de café, ambos não condutores, é conseguida em virtude da diferente quantidade de carga eléctrica que estes conseguem absorver, isto é: a) A massa específica dos paus de madeira, bem como a sua dimensão geométrica, é maior quando comparada com a dos grãos de café. Consequentemente, os paus de madeira contaminantes possuem uma massa maior do que os grãos de café, apresentando, por isso, maior capacidade de acumulação de carga eléctrica; 5 b) Os paus de madeira têm uma geometria predominantemente cilíndrica e apresentam maior aderência, comparativamente à do café em grão, quando depositados no rótor separador. 0 efeito aderente será mais intenso se a orientação do eixo principal dos paus de madeira for perpendicular ao eixo de rotação do rótor.

Ao serem expostas a um campo electrostático, as partículas da mistura não condutora adquirem níveis diferenciados de carga eléctrica, segundo a descrição efectuada nas duas alíneas anteriores, sendo selectivamente separadas em função do respectivo tempo de descarga da carga eléctrica anteriormente adquirida. Assim, sendo os paus inicialmente mais carregados, apresentam um maior tempo de descarga e, por isso, são depositados em local diferente do café.

DETALHES DA INVENÇÃO A presente invenção é explicada com maior pormenor com o auxílio dos seguintes desenhos anexos:

Figura 1 - representa o esquema de princípio da disposição dos diversos órgãos que constituem a unidade fundamental de separação (célula de separação);

Figuras 2, 3, 4 e 5 - representam exemplos de perfis (côncavo, triangular, convexo e dente de serra, respectivamente) a serem utilizados nas calhas transportadoras, para que estas se adaptem à geometria das impurezas de madeira existentes na mistura dos grãos de café e para que estas sejam depositadas no rótor separador com o seu eixo principal perpendicular ao eixo de rotação do referido rótor;

Figura 6 - representa um exemplo de utilização em cascata de células de separação para que a separação de contaminantes seja realizada com elevado rendimento;

Figura 7 - representa um exemplo de um sistema integrado de separação de impurezas metálicas e de madeira;

Figura 8 - representa um pormenor de um exemplo de perfil de amortecimento a ser utilizado nas condutas interiores do dispositivo, de modo a evitar a quebra ou a deterioração da forma geométrica dos grãos aquando da sua movimentação no interior do dispositivo;

Figura 9 - representa o esquema de princípio da disposição de duas unidades fundamentais de separação (células de separação) dispostas em espelho. 6 A célula de separação é composta pelos seguintes órgãos, representados na figura 1: • uma tremonha 117 que fornece a mistura a separar às calhas transportadoras 116 de modo uniforme em toda a sua largura; • um cilindro rotativo 102 com superfície condutora 103 de baixa rugosidade, denominado rótor separador, ao qual as partículas cedem a sua carga; • uma escova eléctrica estática 112 e o respectivo suporte, que promovem a ligação do rótor separador 102 ao pólo positivo da fonte de alimentação electrostática através do contacto eléctrico no seu eixo 111; • um sistema vibratório composto por um ou vários vibradores 115 e calhas transportadoras 116 para o fornecimento da mistura de partículas ao rótor separador 102; • um eléctrodo ionizador 118, carregado negativamente em relação ao rótor separador 102, que ioniza as partículas durante a sua movimentação nas calhas transportadoras 116; • um eléctrodo estático 101, carregado negativamente em relação ao rótor separador 102, ao qual as partículas são sujeitas quando depositadas no rótor separador; • um dispositivo de limpeza constituído por um cilindro rotativo 114, denominado rótor de limpeza, composto por uma escova, ou por associação de escovas de limpeza em material isolante, cujo eixo de rotação 113 é accionado solidariamente com o eixo 111 do rótor de separação 102, do qual retira as partículas aderentes e, opcionalmente, por um eléctrodo neutralizador AC 122; • um conjunto de colectores colocados sob os rotores, de modo a acondicionar, nos colectores 105 e 110, as partículas purificadas e menos aderentes ao rótor de separação 102, e, no colector 107, as partículas não separadas (mistura) , menos condutoras e mais aderentes ao rótor separador 102; • um conjunto de deflectores 104 e 108 reguláveis na sua posição horizontal, vertical ou angular, através dos afinadores 106 e 109, respectivamente, para melhor 7 definição da posição relativa dos colectores; • uma fonte electrostática de elevada tensão DC para a produção do campo electrostático. A mistura de partículas é fornecida por uma tremonha 117 a calhas transportadoras 116, montada na parte superior de um vibrador 115. A tremonha de alimentação 117 poderá ser vibrada através do acoplamento de um vibrador 119, caso seja necessário aumentar a velocidade de deposição da mistura.

Quando em contacto com as calhas transportadoras 116, as partículas são vibradas para que sejam uniformemente transportadas até ao rótor de separação 102. A vibração é obtida através do recurso a um vibrador 115 de elevada frequência e de baixa amplitude de vibração, de modo a que as partículas se disponham de forma pelicular ao longo das calhas transportadoras 116.

As calhas transportadoras poderão tomar diversas configurações, para as quais se sugere a utilização dos perfis ondulatórios representados nas figuras 2, 3, 4 e 5.

As calhas transportadoras 116 são adaptadas à geometria das impurezas de madeira existentes na mistura dos grãos de café, de modo a que estas sejam depositadas no rótor separador 102 com o seu eixo principal perpendicular ao eixo de rotação do referido rótor. Esta orientação é de primordial importância para conseguir que as partículas sejam electrizadas com maior densidade de carga, devido à existência de uma contínua superfície de exposição ao eléctrodo ionizador 118.

Um dos factores decisivos da presente invenção, tal como atrás enunciado, corresponde ao modo como as partículas são expostas ao campo electrostático, através da acção conjugada da colocação de um eléctrodo ionizador 118, posicionado sobre as calhas transportadoras 116, cujo comprimento deve ser suficiente para permitir aumentar o tempo de exposição das partículas ao eléctrodo ionizador 118, e do alinhamento perpendicular dos paus contaminantes com o eixo de rotação no momento da deposição sobre o rótor de separação 102, garantindo assim um maior tempo de exposição das partículas ao campo electrostático e uma maior aderência dos paus contaminantes à superfície 103 do rótor. Este efeito permite a obtenção de maior acumulação de carga eléctrica nos paus contaminantes a separar relativamente aos grãos de café e a eliminação de binários de rotação indesejáveis. 8

Para que as partículas mantenham, aquando da sua movimentação nas calhas transportadoras 116, o máximo da sua electrização, o material que constituí ou reveste as calhas transportadoras 116 deverá ser do tipo isolante, tal como a madeira, o cartão, os polímeros ou a cerâmica, devendo ser preferencialmente utilizado um material polimérico.

De modo a regular a intensidade do campo electrostático a que as partículas estão expostas, promove-se ou a variação da tensão electrostática ou a regulação da distância existente entre o eléctrodo ionizador 118 e as calhas transportadoras 116.

Após o transporte, as partículas são depositadas na parte superior do rótor separador 102. Os materiais de natureza isolante perdem lentamente a sua carga, aderindo ao rótor separador 102. Posteriormente e de forma contínua, a acção do eléctrodo estático 101 repele as partículas e reforça a sua aderência ao rótor separador 102. Estas apenas se libertam dele ou quando a força electrostática que as mantêm aderidas é vencida pela resultante das forças - gravítica e centrífuga -exercidas sobre estas, ou quando as partículas são sujeitas à acção do rótor de limpeza 114.

Os grãos de café após torrefacção apresentam uma forma semi-elipsoidal, com uma superfície superior curva e uma face inferior plana. Esta assimetria faz com que os grãos de café tenham comportamentos diferentes relativamente à cedência de carga quando em contacto com o rótor separador 102. Os grãos de café depositados com a face curva em contacto com o rótor separador 102 adquirem um baixo efeito aderente devido à reduzida superfície de contacto. Neste caso e dependendo do ângulo formado entre a tangente no ponto de contacto das partículas com o rótor 102 e o eixo 121, os grãos são projectados do rótor pela acção conjugada das forças centrífuga e gravítica, oponentes e de valor superior à força electrostática adquirida, sendo aqueles recolhidos nos colectores 105 e 110, posicionados em locais diametralmente opostos relativamente ao eixo 121.

Os grãos de café depositados com a face plana na superfície 103 do rótor separador 102 apresentam um elevado efeito aderente, pelo que são removidos na parte final do movimento do rótor 102, por acção seja da força gravítica seja do rótor de limpeza 114, depositando-se no colector 107.

De modo a melhorar a eficácia do rótor de limpeza 114 poderá ser utilizado, opcionalmente, um eléctrodo AC neutralizador 122. Este eléctrodo neutralizador tem como função a redução da carga eléctrica das partículas que estão em contacto com a superfície 103 do rótor separador e, consequentemente, a 9 diminuição da aderência das referidas partículas, facilitando, desta forma, a remoção das partículas pelo rótor de limpeza 114.

De modo a regular o ângulo de contacto das partículas com a superfície 103 do rótor separador 102, deverá ser ajustada a distância entre as calhas transportadoras 116 e o eixo 121.

Os paus de madeira são depositados no rótor separador 102 com o seu eixo principal perpendicular ao eixo de rotação deste rótor, evitando, desta forma, a existência de binários de rotação e melhorando o seu efeito aderente, não sendo projectados para o colector 105. Os paus permanecem aderidos ao rótor separador 102 enquanto a força electrostática for superior à soma da força centrífuga e da força gravítica, sendo apenas removidos num estágio intermédio, após a passagem no deflector 104, devido ao seu peso ou à acção do rótor de limpeza 114. Deste modo, os paus são recolhidos juntamente com alguma porção de café no colector 107.

EXEMPLOS DE APLICAÇAO 0 detalhe mostrado na figura 1 corresponde a uma célula fundamental de separação, representando uma unidade básica de separação de um dispositivo industrial final. Esta célula deverá ser repetida e individualmente parametrizada em função dos requisitos da aplicação, podendo ser utilizada: • Em sistemas multi-etapa, isto é, através da associação paralela de células de separação ou; • Em sistemas de células de separação em cascata; • Em sistemas de elevado caudal, com a associação em cascata de duas células de separação dispostas em espelho. A quantidade de células de separação, bem como os parâmetros reguladores do processo podem ser diferentes de dispositivo para dispositivo, sendo definidos em função da mistura em separação e do rendimento pretendido para o respectivo processo. Para o caso da separação de café em grão torrefaccionado, sugere-se o uso da configuração em cascata, representada na figura 6, de acordo com a qual três células de separação são individualmente parametrizadas para uma remoção eficiente de partículas de madeira. Este sistema organiza-se da seguinte forma: 10 a) A primeira célula 1 separa os grãos de café purificados para os colectores 105 e 110, posteriormente transportados para o exterior do dispositivo pelas condutas 11 e 12, respectivamente; b) A mistura não separada na primeira célula 1, depositada no colector 107, é direccionada para a tremonha 217 da segunda célula de separação 2, sendo sujeita a um segundo processo electrostático de separação; c) 0 café purificado na célula 2 é recolhido nos colectores 205 e 210 e transportado para o exterior do dispositivo pelas condutas 11 e 12, respectivamente; d) A mistura não separada na segunda célula 2 é fornecida à tremonha 317 da terceira célula de separação 3 após ter sido previamente recolhida no colector 207 para nova etapa de separação electrostática; e) o café purificado na célula 3 é direccionado inicialmente para os colectores 305 e 310 para depois ser adicionado ao café anteriormente separado e em movimento ao longo das condutas 11 e 12, respectivamente; f) a mistura não separada por este dispositivo é recolhida no colector 307 e enviada para o exterior pela conduta 13; g) as condutas interiores 11 e 12 do dispositivo são providas de superfícies de amortecimento 15, de modo a evitar a quebra ou deterioração da forma geométrica dos grãos de café aquando da sua movimentação no interior do dispositivo; h) nas aplicações em cascata, a tremonha 117 da célula de separação superior da montagem é provida de sonda de nível 120 que actua no accionamento da alimentação do dispositivo e evita a sua sobrealimentação; i) cada uma das células de separação admite uma parametrização independente, com vista à melhoria da eficiência do processo de purificação. A presente invenção poderá também ser utilizada em sistemas de purificação dos grãos de café de outros contaminantes não condutores, tais como as cascas de coco, igualmente presentes aquando do ensacamento do café em produção e provenientes dos coqueiros por vezes existentes nas plantações de café.

Esta aplicação é obtida através da regulação dos órgãos constituintes da célula de separação anteriormente descrita. A presente invenção poderá também ser utilizada em sistemas integrados de separação de contaminantes de madeira e de metais (sistemas mistos). A configuração sugerida para estes sistemas encontra-se representada na figura 7. 0 dispositivo proposto associa seis células de separação em cascata, destinando-se as três primeiras à separação dos 11 contaminantes metálicos e as restantes à remoção de impurezas de madeira. Entre as células 3 e 4 é incorporado um elevador 25 que tem como função o transporte entre estas duas células da mistura ainda não purificada.

Individualmente, cada célula do dispositivo misto, representado na figura 7, funciona segundo o princípio anteriormente descrito para a célula fundamental de separação. 0 dispositivo misto opera de modo semelhante ao dispositivo destinado à separação de contaminantes de madeira, apenas se observando a particularidade de a separação dos contaminantes metálicos ocorrer segundo um fluxo diferente de recolha de partículas: a) nas células 1, 2 e 3, destinadas à separação de contaminantes metálicos, estes são recolhidos nos colectores 105, 205 e 305 e transportados para o exterior do dispositivo pela conduta 11. 0 café isento de contaminantes metálicos mas não de paus de madeira é recolhido nos colectores 110, 210 e 310, e reencaminhado para a célula 4 ao longo da conduta 12 e dos transportadores 24 e 25. A mistura não separada de café contendo contaminantes metálicos vai sendo sucessivamente purificada, seguindo a rota definida pelos colectores 107, 207 e 307, e enviada para o exterior do dispositivo através da conduta 13; b) nas células 4, 5 e 6, destinadas à separação dos paus de madeira contaminantes, a recolha do café purificado decorre segundo o fluxo anteriormente descrito para o caso do dispositivo apresentado na figura 5, isto é, o café purificado é recolhido segundo o fluxo definido pelos colectores 405, 505, 605, 410, 510, e 610, sendo transportado para o exterior do dispositivo pelas condutas 21 e 22. A mistura não separada de café contendo partículas contaminantes de madeira vai sendo sucessivamente purificada, seguindo a rota definida pelos colectores 407, 507 e 607, e enviada para o exterior do dispositivo através da conduta 23; c) cada uma das células de separação admite uma parametrização independente, com vista à melhoria da eficiência do processo de purificação.

Para o processamento de caudais elevados, a presente invenção poderá também ser utilizada em sistemas que associem em cascata duas células de separação dispostas em espelho, tal como representado na figura 9.

Individualmente, cada célula do dispositivo em espelho, representado na figura 9, funciona segundo o princípio 12 anteriormente descrito para a célula fundamental de separação, apenas se observando a particularidade de a conjugação das partículas purificadas nos colectores 105 de ambas as células serem conjugadas num único colector 105C.

Em qualquer uma das configurações acima descritas, os parâmetros a utilizar em cada uma das células de separação podem ser individualmente configurados em função do modo de funcionamento pretendido. De uma forma geral, estes parâmetros variam do seguinte modo: • a velocidade de rotação do rótor separador 102 encontra-se habitualmente compreendida no intervalo de 10 a 120 rpm; • o campo electrostático é obtido, recorrendo a uma fonte de alimentação electrostática que permite uma diferença de potencial até 36 kV, aplicada mediante o uso dos eléctrodos 118 e 101, os quais poderão dispor do mesmo potencial eléctrico através da ligação eléctrica 100 ou de potenciais diferentes através da ligação de cada um deles a duas fontes de tensão independentes; • para os eléctrodos 118 e 101 sugere-se a utilização de eléctrodos de corona, tais como: a) eléctrodos em forma de pente ou escova metálica, constituídos por um conjunto de agulhas metálicas ionizantes, alinhadas, montadas num suporte e ligadas electricamente entre si, podendo estas ser dispostas paralelamente, de modo a que sejam construídos eléctrodos de maiores dimensões; b) eléctrodos comerciais, tradicionalmente usados na separação electrostática de misturas finas; c) uma associação de fios de corona, dispostos de forma paralela e ligados electricamente entre si; d) uma associação de tubos ou varetas de corona, dispostos de forma paralela e ligados electricamente entre si; • de modo a melhorar o rendimento da separação, o eléctrodo estático 101 poderá ser do tipo metálico ou do tipo dieléctrico, sendo que, com este último, o eléctrodo 101 poderá ser colocado mais próximo do rótor separador 102 para, desta forma, se obterem campos electrostáticos mais intensos e se evitarem arcos eléctricos entre o rótor separador 102 e o referido eléctrodo estático; • o eléctrodo estático 101 do tipo dieléctrico, referido no ponto anterior, poderá ser obtido através da utilização de um eléctrodo de corona, mas cuja parte metálica ionizante do fio, da agulha, do tubo ou da vareta seja revestida com um revestimento isolante; • de modo a que o campo electrostático produzido pelo eléctrodo estático 101 seja o mais uniforme possível, é 13 recomendável que o referido eléctrodo tenha a mesma curvatura que a do rótor separador 102; • o diâmetro do rótor separador 102, não sendo critico, devido à capacidade de variação de velocidade, encontra-se normalmente compreendido no intervalo de 125 a 500 mm e, preferencialmente, entre os 200 e os 320 mm; • a vibração das calhas transportadoras 116 pode ser ajustada para valores entre os 1500 e os 3000 batimentos por minuto; • a distância dos eléctrodos 101 e 118, respectivamente, relativamente ao rótor 102 e às calhas transportadoras 116, é ajustada em função dos parâmetros anteriores e do diâmetro das partículas a separar. Para o uso em sistemas de purificação de café em grão, são sugeridas distâncias de 0 a 75 mm e, preferencialmente, entre 20 e 30 mm; • a distância entre as calhas transportadoras 116 e o eixo 121 é regulável entre 0 e 40 mm.

Lisboa, 24 de Fevereiro de 2010 14

Claims (15)

1. Reivindicações 1. Dispositivo de separação entre os grãos de café torrefaccionado e os seus paus de madeira contaminantes, através da utilização de um separador electrostático rotativo que garante um maior tempo de exposição das partículas ao campo electrostático e aumenta a aderência dos paus contaminantes à superfície (103) do rótor (102), sendo constituído por: a) uma tremonha (117) que fornece a mistura a separar às calhas transportadoras (116) de modo uniforme em toda a sua largura, a qual poderá ser vibrada através do acoplamento de um vibrador (119), caso seja necessário o aumento da velocidade de deposição da mistura; b) um cilindro rotativo (102) com superfície condutora (103)de baixa rugosidade, denominado por rótor separador, ao qual as partículas cedem a sua carga eléctrica; c) uma escova eléctrica estática (112) e respectivo suporte que promovem a ligação do rótor separador (102) à fonte de alimentação electrostática através do contacto eléctrico no seu eixo (Ui); d) um sistema vibratório composto por um ou vários vibradores (115) e calhas transportadoras (116) para o fornecimento da mistura de partículas ao rótor separador (102); e) um eléctrodo ionizador (118), carregado negativamente em relação ao rótor separador (102), que ioniza as partículas durante a sua movimentação nas calhas transportadoras (116) ; f) um eléctrodo estático (101), carregado negativamente em relação ao rótor separador (102), ao qual as partículas são expostas quando depositadas no referido rótor; g) um dispositivo de limpeza constituído por um cilindro rotativo (114), denominado por rótor de limpeza, composto por uma escova ou por uma associação de escovas de limpeza em material isolante, cujo eixo de rotação (113) é accionado solidariamente com o eixo (111) do rótor de separação (102),do qual retira as partículas aderentes e, opcionalmente, por um eléctrodo neutralizador AC (122); h) um conjunto de colectores colocados sob os rotores, destinado a acondicionar, nos colectores (105) e (110) , as partículas purificadas e menos aderentes ao rótor de separação 1 (102) e, no colector (107), as partículas não separadas (mistura), menos condutoras e mais aderentes ao rótor separador (102); e caracterizado por: i) dispor de um eléctrodo ionizador (118) posicionado sobre as calhas transportadoras (116), de modo a permitir um maior tempo de exposição das partículas ao campo electrostático; j) dispor de calhas transportadoras (116) que permitem alinhar os paus de madeira contaminantes perpendicularmente com o eixo de rotação do rótor de separação (102) no momento da deposição dos contaminantes sobre este rótor e que devem ser suficientemente compridas para possibilitar a ionização das partículas pelo eléctrodo ionizador (118); k) dispor de dois colectores (105) e (110), colocados em locais diametralmente opostos relativamente ao eixo (121), para recolha das partículas purificadas; l) separar as partículas referidas na alínea anterior em função do ângulo formado entre a tangente ao rótor (102) no ponto de contacto das partículas com a superfície (103) e o eixo (121) .
2. 2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material que constitui ou reveste as calhas transportadoras (116) ser de natureza isolante: madeira, cartão, polímero ou cerâmica, preferencialmente em material polimérico.
3. 3. Dispositivo de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por o sistema de vibração do fornecimento da mistura de partículas ao rótor de separação (102) ser composto por um vibrador (115) ou uma associação de vibradores com velocidade de vibração regulável.
4. 4. Dispositivo de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por as calhas transportadoras (116) serem de perfil ondulado, côncavo, convexo, triangular ou em forma de dente de serra, devendo ser preferencialmente utilizado o perfil convexo.
5. 5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser regulável a distância entre as calhas transportadoras (116) e o eixo (121).
6. 6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser regulável a distância entre as calhas transportadoras (116) e o eléctrodo ionizador (118) . 2
7. 7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o eléctrodo ionizador (118) e o eléctrodo estático (101): a) disporem do mesmo potencial eléctrico, através da ligação eléctrica (100), ou disporem de potenciais eléctricos diferentes, através da ligação eléctrica de cada um deles a duas fontes independentes de tensão eléctrica; b) serem constituídos por uma associação de fios de corona, tubos ou varetas, dispostos de forma paralela e ligados electricamente entre si, ou por um conjunto de agulhas metálicas ionizantes, alinhadas, montadas num suporte e ligadas electricamente entre si, podendo estas ser dispostas paralelamente para possibilitar a construção de eléctrodos de maiores dimensões; c) o eléctrodo estático (101) ser do tipo metálico ou do tipo dieléctrico; d) o eléctrodo estático (101) ter a mesma curvatura que a do rótor separador (102).
8. 8. Dispositivo de acordo com as reivindicações 1 a 7, caracterizado por os deflectores (108) e (104) serem horizontal, vertical e angularmente posicionáveis, através da regulação dos afinadores (109) e (106).
9. 9. Dispositivo de acordo com as reivindicações 1 a 8, caracterizado por ser configurável à mistura a separar, sendo os resultados da separação optimizados pela regulação: a) da posição vertical e/ou angular do eléctrodo ionizador (118) com distância às calhas transportadoras (116) compreendida entre 0 e 75 mm, preferencialmente de 20 a 30 mm; b) da distância entre as calhas transportadoras (116) e o eixo (121) entre 0 e 40 mm; c) da posição do eléctrodo estático (101) com uma distância mínima à superfície do rótor (103) de 15 a 75 mm, preferencialmente de 20 a 30 mm; d) da variação da velocidade de rotação do rótor de separação (102) entre 10 e 120 rpm; e) da variação da tensão electrostática aplicada até 36 kV. 3
10. 10. Dispositivo multi-etapa de acordo com as reivindicações 1 9, caracterizado por ser obtido através da aplicação múltipla e simultânea, em cascata, em paralelo ou em espelho, de dispositivos de separação.
11. 11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por, nas aplicações em cascata, a tremonha (117) da célula de separação superior da montagem ser provida de uma sonda de nível (120) que actua no accionamento da alimentação externa de partículas ao dispositivo e evita a sua sobrealimentação, podendo as condutas internas (11) e (12) de fluxo de partículas ser providas de superfícies de amortecimento (15), de modo a evitar a quebra ou qualquer outra deterioração da forma geométrica das partículas.
12. 12. Utilização do dispositivo, de acordo com as reivindicações 10 e 11, caracterizada por ser utilizável na separação dos grãos de café dos seus paus de madeira contaminantes, ambos de natureza não condutora e de elevada granulometria.
13. 13. Utilização do dispositivo de acordo com as reivindicações 9 a 12, caracterizada por ser industrialmente utilizável em qualquer outra aplicação cujos materiais a separar sejam não condutores, tal como a separação de grãos de café das cascas de coco.
14. 14. Utilização do dispositivo, de acordo com as reivindicações 9 a 12, caracterizada por ser industrialmente utilizável em qualquer outra aplicação cuja mistura a separar seja constituída por materiais condutores e não condutores, mediante a alteração do fluxo dos materiais em separação, nomeadamente o acondicionamento, no colector (105), das partículas condutoras projectadas pela conjugação das forças centrífuga e gravítica e, no colector (110), das partículas não condutoras que aderem ao rótor separador (102), sendo entre estes colocado um colector (107) que acondicionará as partículas não separadas (mistura).
15. 15. Utilização do dispositivo de acordo com as reivindicações 9 a 14, caracterizada por ser ainda industrialmente utilizável noutras aplicações em que os materiais a separar possuam elevada granulometria, da ordem dos 12 mm ou superior. Lisboa, 24 de Fevereiro de 2010 4