WO2018058213A1 - Torre de umidificação, esterilização, resfriamento, congelamento e secagem de grãos - Google Patents

Torre de umidificação, esterilização, resfriamento, congelamento e secagem de grãos Download PDF

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Abstract

Torre de umidificação, esterilização, resfriamento, congelamento e secagem de grãos refere-se a uma torre utilizada com objetivo de prolongar a durabilidade dos grãos no período de sua estocagem, através de procedimentos de umidificação, esterilização, resfriamento, congelamento e secagem dos grãos, podendo estes serem aplicados em conjunto, ou separadamente, de acordo com a necessidade de cada cultura em particular, oferecendo uma torre multifuncional de alta performance com baixo consumo de combustível e energia elétrica, baixo ruído e ecologicamente correto, não contaminando os grãos que fazem o intercâmbio do calor com vapor.

Description

"TORRE DE UMIDIFICAÇÃO, ESTERILIZAÇÃO, RESFRIAMENTO, CONGELAMENTO E SECAGEM DE
GRÃOS"
Assunto:
[001] A presente patente de Invenção refere-se a uma torre utilizada com objetivo de prolongar a durabilidade dos grãos em silos de estocagem, através de procedimentos de umidificação, esterilização, resfriamento, congelamento e secagem dos grãos, podendo estes serem aplicados em conjunto, ou separadamente, de acordo com a necessidade de cada cultura em particular.
Estado da Técnica:
[002] A secagem prévia para posterior armazenamento de grãos, oleaginosas e forrageiras é necessário para que estes atinjam os padrões de % de b.u. (base úmida) exigidos tendo em vista a conservação dos mesmos e padrões estabelecidos pelo mercado. Como exemplo, podemos citar os percentuais exigidos: sementes de girassol:7% b.u., coisa: 8% b. u. , café: 12% b.u . , milho: 14% b. u. , trigo: 1 3% b.u. entre outros.
[003] Para garantir o equilíbrio higroscópico dos grãos, sua qualidade e durabilidade, é necessário o controle da umidade e da possibilidade de contaminação por fu ngos e a proliferação de insetos, uma vez que, em geral, o armazenamento é aeróbico, ou seja, sujeito a ataques de fungos e insetos, diminuindo a durabilidade dos grãos.
[004] Com relação ao índice de umidade dos grãos, deve ser controlado o excesso de umidade, o que aumenta muito a proliferação de fungos e até mesmo a fermentação, e também a falta de umidade, que ocasiona perda do produto em peso, trazendo prejuízos económicos.
[005] Dependendo do clima na época da colheita, quando quente e seco, os grãos são colhidos com índice de umidade abaixo do recomendado. Como exemplo, podemos citar a soja, com padrão de umidade definido em 14% b. u., normalmente colhido com índice de 10% b.u . , o que representa uma perda real de seu peso de 4,44%, resultando na necessidade de venda de mais matéria seca para repor o que foi perdido em água.
[006] Além disso, deve-se citar que a armazenagem no interior do silo, sem que haja nenhuma intervenção de procedimento e/ou processo, não é possível obter a padronização da umidade dos grãos.
[007] Esta problemática de difícil equilíbrio higroscópico dos grãos, relativo à capacidade dos grãos em absorver e ceder umidade e calor ao ambiente, resulta em sig nificativas perdas no setor.
[008] São conhecidas da técnica torres de secagem de grãos, que objetivam reduzir o índice de base úmida dos grãos armazenados no silo.
[009] Ditas torres de secagem consistem no aq uecimento dos grãos com ar quente, fazendo com que os grãos, ao aquecer, reduzam a umidade, atingindo os valores de base úmida exig idos pelo mercado. No entanto, a forma de aplicação do ar quente não garante homogeneidade no resultado final, gerando gradientes de temperatura e u midade, proporcionando ainda mais o aparecimento de fungos e insetos. [010] Com relação à posterior manutenção da temperatura dos grãos, de modo a manter o índice de base úmida atingido na torre de secagem e evitar a proliferação de fungos e insetos, são conhecidos sistemas de resfriamento de grãos que atuam através da injeção de ar frio na base do silo, com objetivo de resfriar os grãos. Ocorre que este método proporciona a concentração de impurezas na parte central e lateral dos silos, e aquecimento em diversos setores da massa de grãos armazenada. Existem também sistemas de aeração e resfriamento artificial , com alto custo de implantação e consumo de energia, permanecendo uma perda de até 10% dos grãos armazenados pelos problemas já citados.
Conceito Inventivo:
[01 1 ] A presente Torre de Umidificação, Esterilização, Resfriamento, Congelamento e Secagem de Grãos propõe um efeito técnico novo, pois tem como base o conceito inventivo de solução da problemática existente com relação ao estado da técnica do objeto.
[012] A torre em questão foi desenvolvida de modo a proporcionar, além da umidificação e secagem dos grãos, a esterilização, o resfriamento e congelamento dos mesmos, com objetivo de manter o índice de base úmida atingido na etapa de umidificação e torná-los im unes ao ataque de fungos e insetos através do resfriamento e/ou congelamento, aumentando m uito a sua durabilidade.
[01 3] Este objetivo é atingido pois a baixa temperatura reduz a taxa de respiração dos grãos, evitando o ataque de fungos, a perda de vigor, a germinação e queima de matéria seca. O fato da taxa de respiração dos grãos estar muito baixa, ou seja, com desprezível troca de umidade e calor com o ambiente, somado à sua característica de auto isolamento térmico, se reduz também o ataque de insetos, assegurando, no conjunto, a armazenagem seg ura de no m ínimo 12 meses, e no máximo de 5 anos, dependendo do grão, sem a utilização de qualquer produto qu ímico ou natural .
[014] A esterilização ocorre através da aplicação de vapor seco a 300°C ao longo da torre, sendo esta a única forma de exterminar com os fungos oriu ndos da lavoura, os quais, se se mantiverem nos grãos, irão transformar-se em aflatoxina. A aflatoxina é um dos principais tipos de substâncias tóxicas produzidas por fungos durante a ação de decomposição dos alimentos, altamente prejudicial à saúde, sendo, inclusive, cancerígena.
[015] As características de umidade e tem peratura de resfriamento e congelamento dos g rãos devem ser adequadas de acordo com o ti po de grão, oleaginosa ou forrageira, clima da região e período de conservação necessário.
[016] Para tanto, a torre descrita possui atuação multifuncional, q ue permite a circulação do ar de diversas formas, de acordo com o processo a ser realizado. Acoplado na torre, tem-se a câmara de tratamento de fluxo de ar, a qual contém em si os meios de distribuir vapor saturado, vapor seco preferencialmente a 300°C, ar quente e ú mido e ar refrigerado.
[01 7] Para o procedimento de umidificação dos grãos, a partir de vapor satu rado entre 1 00°C e 140°C, homogeneíza o índice de base de umidade no valor adequado à cultura. O vapor saturado é distribuído ao longo a torre, sendo que o todo o vapor saturado excedente é redirecionado à câmara de tratamento de fluxo de ar através do túnel de recuperação de vapor, resultando em um circuito fechado de fluxo de ar.
[01 8] Para realizar a esterilização, a câmara de tratamento de fluxo de ar trata e distribui vapor seco preferencialmente a 300°C, o quaí é d istribu ído verticaímente ao iongo da torre, ocorrendo, da mesma forma, a recuperação de excedente pelo túnel de recuperação de vapor. Nesta temperatura , o vapor seco penetra nos grãos e queima os ovos e larvas de insetos vivos, bem como elimina por completo os fungos que geram aflatoxina. Por este motivo, este processo é denominado esterilização.
[01 9] Nas situações em que o grão é colhido com umidade superior aos padrões, é necessário q ue ocorra a secagem dos mesmos. Para que ocorra a secagem dos g rãos, a câmara de tratamento de fluxo de ar trata e distribui fl uxo de ar entre 30°C a 1 50°C, o qual é distribuído verticalmente ao longo da torre. O ar ú mido é retirado do interior da torre por ventiladores centrífugos posicionados ao longo da mesma e o fl uxo de ar existente é recuperado totalmente através do túnel de recuperação de calor, retornando à câmara de tratamento de fluxo de ar, para condensar a umidade extraída do grão para posterior aquecimento, config urando um circuito fechado de secagem .
[020] O resfriamento dos grãos é a última etapa do processo, e possibilita a armazenagem de grãos na umidade ótima em uma temperatura de 1 0°C por até 3 anos. Para tanto, a câmara de tratamento de fluxo de ar, através de um radiador de frio, trata o ar refrigerado que é distribuído ao longo da torre de forma escalonada, por setores. Este escalonamento da distribuição do frio é necessário para que os g rãos da parte superior da torre, naturalmente em maior temperatu ra, tenham resfriamento gradual, mantendo suas características. Nos casos em que a temperatura do local esteja menor que a temperatura interna da torre, é aberto o registro superior para a saída do ar quente.
[021 ] Assim, com um único conjunto de equipamentos é possível a realização dos procedimentos distintos descritos para a conservação dos grãos no interior da torre, bastando, para tanto, escolher a forma de funcionamento.
Campo de Aplicação:
[022] A aplicação da presente Torre de Umid ificação, Esterilização, Resfriamento, Congelamento e Secagem de Grãos se dá na utilização deste para armazenamento de produtos agrícolas.
Vantagens:
[023] A presente proposta de Torre de Umidificação, Esterilização, Resfriamento, Congelamento e Secagem de Grãos tem como vantagens, com relação ao estado da técnica do objeto em questão:
• Possibilita a correção de índice de umidade no armazenamento e expedição de grãos, oleaginosas e forrageiras, de acordo com cada cultura em especial, evitando perdas em peso pela evaporação da umidade ou os danos e perdas pelo excesso de umidade.
• Possibilita, assim , o aumento do % de base úmida dos grãos para que atinja os padrões de mercado, através do procedimento de umidificação por vapor úmido;
• Possibilita a diminuição do % de base úmida dos grãos para que atinja os padrões de mercado, através do procedimento de secagem ; • Possibilita a esterilização dos grãos de forma a impedir a formação de aflatoxina, através do procedimento de aplicação de vapor seco;
• Possibilita o resfriamento dos grãos à tem peratu ra de 1 0°C ou menos, através do procedimento de refrigeração, permitindo sua armazenagem por 3 anos ou mais, sem a perda de suas características;
• Evita a infestação por fungos e a proliferação de insetos, evitando, consequentemente, o descarte dos grãos;
• Proporciona maior durabilidade e manutenção da qualidade dos g rãos armazenados e expedidos, o q ue significa ganhos reais ao produtor;
• Eficiência de controle de temperatura dos grãos;
• Proporciona o oferecimento ao consumidor de grãos de meihor qualidade, principalmente no tocante à não formação da aflatoxina, extremamente prejudicial à saúde.
Ilustrações:
[024] No intuito de facilitar a pesquisa e proporcionar entendimento da presente patente, conforme preconizado no relatório, segundo uma forma básica e preferencia! de realização elaborada peio requerente, faz-se referência às ilustrações anexas, que integram e subsidiam o presente relatório descritivo onde, a:
FIG. 01 - apresenta a torre contendo esquema de fluxo de ar no procedimento de umidificação e esterilização dos grãos;
FIG. 02 - apresenta a torre contendo esquema de fluxo de ar no procedimento de secagem dos g rãos;
FIG. 03 - apresenta a torre contendo esquema de fluxo de ar no procedimento de refrigeração dos grãos. Descrição:
[025] A Torre de Umídificação, Esterilização, Resfriamento, Congelamento e Secagem de Grãos é composta pela torre térm ica (1 ) dotada de bocal de alimentação (2), superior, por onde são colocados os grãos vindos da colheita, e de bocal de saída (3) para o descarregamento, na qual são expedidos grãos de diversos tipos.
[026] A localização dos grãos ocorre na câmara interna de grãos (5) ao redor da qual se tem a câmara de ar (6) por onde percorre o ar gerado na câmara de tratamento de fluxo de ar (7), para que cada procedimento seja realizado.
[027] Na câmara de ar (6) existem, superiormente, duas linhas de ventiladores centrífugos (8) intercalados por duas linhas de registros (9) e (1 0), e, inferiormente, uma linha de ventiladores centrífugos (1 1 ). I nteriormente a câmara de ar (6) possui os registros horizontais (12) e (13).
[028] A câmara de ar (6) e a câmara de tratamento de fluxo de ar (7) são interligadas pelo túnel de recuperação (14), de modo a permitir o fluxo contínuo entre estas.
[029] A câmara de tratamento de fluxo de ar (7) contempla o radiador de frio (1 5), o injetor de vapor úm ido (16) e o radiador de calor (17), que são acionados de acordo com cada procedimento, assim como o reg istro (1 8).
[030] Para o procedimento de umídificação dos grãos, o injetor de vapor úmido (16) injeta vapor úmido na temperatura de 1 00°C a 140°C, estando o registro (1 8) da câmara de tratamento de fluxo de ar (7) fechado, de forma a gerar o fluxo de ar úmido A, que percorre a câmara de ar (6), penetrando na câmara interna de g rãos (5). O registro (12) deve estar fechado, assim como os registros (9) e (1 0). O registro (13) deve estar aberto para permitir a circulação do fluxo de ar A e distribuição do vapor úmido ao longo da torre térmica (1 ).
[031 ] O vapor úmido retorna à câmara de tratamento de fiuxo de ar (7) peio túnel de recuperação (14), formando um circuito fechado, uma vez que os ventiladores centrífugos (8) e (1 1 ) estão fechados. Desta forma, a umidade que circula por entre os grãos permite que o % de base úmida seja adequado aos padrões. Opcionalmente o registro (12) pode estar aberto e o registro (13) fechado, ou ambos abertos, ou ambos fechados, conforme a quantidade de g rãos existentes na câmara interna de g rãos (5).
[032] Para que ocorra a esterilização dos grãos, o mesmo fluxo de ar A é injetado pelo injetor de vapor úmido (16) da câmara de tratamento de fluxo de ar (7), sendo que, neste caso, o vapor é seco, em temperatura entre 280°C a 320°C. Da mesma forma, o registro (12) deve estar fechado, assim como os registros (9) e (1 0), o reg istro (1 3) deve estar aberto. O excedente de vapor seco retorna à câmara de tratamento de fluxo de ar (7) pelo túnel de recuperação (14). Opcionalmente o registro (12) pode estar aberto e o registro (13) fechado, ou ambos abertos, ou ambos fechados, conforme a quantidade de grãos existentes na câmara interna de grãos (5).
[033] O procedimento de secagem dos grãos em circuito fechado ocorre pela circulação do fluxo de ar B , sendo que o ar ambiente recircula na câmara de tratamento de fluxo de ar (7) pelo registro (1 8), que fica fechado, e passa pelo radiador de frio (1 5). Os registros (12) e (1 3) ficam abertos de forma a possibilitar o livre fluxo do ar no interior da câmara de ar (6). O ar úm ido é retirado da torre térmica (1 ) pelos ventiladores centrífugos (8) e pelos registros (9) e (1 0) que permanecem fechados. O ar do fluxo B retorna à câmara de tratamento de fluxo de ar (7) pelo túnel de recuperação (14), para condensar a umidade extraída do grão para posterior aquecimento, configurando circuito fechado de secagem .
[034] Para a refrigeração dos grãos e sua permanência em 10°C ou menos e % de umidade básica padrão, é tratado e distribuído o fluxo de ar C pelo radiador de frio (1 5) da câmara de tratamento de fluxo de ar (7) com registro (1 8) fechado, sendo que este fl uxo de ar C é distribuído de forma escalonada nos setores I, II e II I , passando o ar frio primeiro nos g rãos do setor í , seguindo para os demais na sequencia. Para tanto, os registros (1 0), (12) e (13) devem estar fechados, assim como os ventiladores centrífugos (8) e (1 1 ). O reg istro (9) permanece aberto com regulagem para que ocorra a saída do ar quente. O ar do fíuxo C retorna câmara de tratamento de fluxo de ar (7) pelo túnel de recuperação (14).
[035] A circulação do fluxo de ar C pelos setores I , I I e II I ocorre através do fechamento dos registros (12) e (13) do interior da câmara de ar (6), fazendo com que os g rãos sejam resfriados gradualmente, de baixo para cima, proporcionando com isso a saída superior do ar quente remanescente.
Conclusão:
[036] Deste modo, a Torre de Umidificação, Esterilização, Resfriamento, Congelamento e Secagem de Grãos é subsidiado por características técnicas e funcionais inéditas, como se pode verificar nas figuras anexas e compreender no relatório descritivo, merecendo, portanto, a proteção iegal pleiteada.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. "TORRE DE UMIDIFICAÇÃO, ESTERILIZAÇÃO, RESFRIAMENTO, CONGELAMENTO E SECAGEM DE GRÃOS", é composto pela torre térmica (1 ) dotada de bocal de alimentação (2) e bocal de saída (3), caracterizado pelo armazenamento dinâmico na câmara interna de grãos (5) ao redor da quai se tem a câmara de ar (6) por onde percorre o ar gerado na câmara de tratamento de fluxo de ar (7) que contém o radiador de frio (15), o injetor de vapor (16) , o radiador de caior (17) e o registro (18); a câmara de ar (6) contempla, superiormente, duas linhas de ventiladores centrífugos (8) intercalados por linhas de registros (9) e (1 0), e, inferiormente, uma linha de ventiladores centrífugos (1 1 ); interiormente a câmara de ar (6) possui os registros horizontais ( 12) e (13); a câmara de ar (6) e a câmara de tratamento de fluxo de ar (7) são interligadas pelo túnel de recuperação (14) .
2. "TORRE DE UMIDIFICAÇÃO, ESTERILIZAÇÃO, RESFRIAMENTO, CONGELAMENTO E SECAGEM DE GRÃOS", é caracterizado pelo procedimento de umidificação dos grãos ocorrer através da injeção do fluxo de ar A, vapor úmido, na temperatura entre 1 00°C e 140°C pelo injetor de vapor úmido (16), estando o registro (18) da câmara de tratamento de fluxo de ar (7) fechado, que percorre a câmara de ar (6) e penetra na câmara interna de g rãos (5), sendo que o registro (12) deve estar fechado, assim como os registros (9) e (10) ; o registro (13) deve estar aberto para permitir a circulação do fluxo de ar A ao longo da torre térmica (1 ); os ventiladores centrífugos (8) e (1 1 ) devem estar fechados; o vapor úmido retorna à câmara de tratamento de fluxo de ar (7) pelo túnel de recuperação (14), formando um circuito fechado.
3. "TORRE DE UMIDIFICAÇÃO, ESTERILIZAÇÃO, RESFRIAMENTO, CONGELAMENTO E SECAGEM DE GRÃOS", tal como reivindicado em 2 é caracterizado por opcionalmente, o registro (12) estar aberto e o registro (13) estar fechado, ou ambos registros (12) e (13) fechados, ou ambos registros (12) e (13) abertos, de acordo com a quantidade de grãos existente na câmara interna de grãos (5).
4. "TORRE DE UMIDIFICAÇÃO, ESTERILIZAÇÃO, RESFRIAMENTO, CONGELAMENTO E SECAGEM DE GRÃOS", é caracterizado pelo procedimento de esterilização dos grãos ocorrer através da injeção do fluxo de ar A de vapor seco, em temperatura entre 280°C a 320°C, pelo injetor de vapor (16) da câmara de tratamento de fluxo de ar (7), o qual circula na câmara de ar (6) e penetra na câmara interna de grãos (5), sendo que o registro (12) deve estar fechado, assim como os registros (9) e (10), o registro (13) deve estar aberto; o de vapor seco retorna à câmara de tratamento de fluxo de ar (7) pelo túnel de recuperação (14), formando um circuito fechado.
5. "TORRE DE UMIDIFICAÇÃO, ESTERILIZAÇÃO, RESFRIAMENTO, CONGELAMENTO E SECAGEM DE GRÃOS", tal como reivindicado em 4 é caracterizado por opcionalmente, o registro (12) estar aberto e o registro (13) estar fechado, ou ambos registros (12) e (13) fechados, ou ambos registros (12) e (13) abertos, de acordo com a quantidade de grãos existente na câmara interna de grãos (5).
6. "TORRE DE U M I DI Fl CAÇÃO, ESTERILIZAÇÃO, RESFRIAMENTO, CONGELAMENTO E SECAGEM DE GRÃOS", é caracterizado pelo procedimento de secagem por circuito fechado dos grãos ocorrer através da circulação do fluxo de ar B na câmara de ar (6) que penetra na câmara interna de grãos (5), sendo que o ar recircula na câmara de tratamento de fluxo de ar (7), o registro (18) fica fechado e o ar passa pelo radiador de frio (15) para condensar a a água em vapor, após passa pelo radiador de calor (17) para aquecer o ar; os registros (12) e (13) devem ficar abertos; o ar úmido é retirado da torre térmica (1) pelos ventiladores centrífugos (8) e (11) pelo túnel de recuperação (14), a recuperação do fluxo B retorna à câmara de tratamento de fluxo de ar (7) pelo túnel de recuperação (14).
7. "TORRE DE UMIDIFICAÇÃO, ESTERILIZAÇÃO, RESFRIAMENTO, CONGELAMENTO E SECAGEM DE GRÃOS", é caracterizado pelo procedimento de refrigeração dos grãos à temperatura de 10°C ou menos através do tratamento e distribuição do fluxo de ar C pelo radiador de frio (15) da câmara de tratamento de fluxo de ar (7) com registro (18) fechado, sendo que este fluxo de ar C é distribuído de forma escalonada nos setores l, II e III da câmara de ar (6) e penetra na câmara interna (5), os registros (10), (12) e (13) devem estar fechados, assim como a linha de os ventiladores centrífugos (8) e (11); registro (9) permanece aberto com regulagem para saída do ar quente; o ar do fluxo C retorna à câmara de tratamento de fluxo de ar (7) pelo túnel de recuperação (14).
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