TORRE DE RESFRIAMENTO
1.- INTRODUÇÃO
As torres de resfriamento são equipamentos utilizados para o resfriamento de água industrial, como aquela proveniente de condensadores de usinas de geração de potência, ou de instalações de refrigeração, trocadores de calor, etc. A água aquecida é gotejada na parte superior da torre e desce lentamente através de “enchimentos” de diferentes tipos, em contracorrente com uma corrente de ar frio (normalmente à temperatura ambiente). No contato direto das correntes de água e ar ocorre a evaporação da água, principal fenômeno que produz seu resfriamento.
Uma torre de refrigeração é essencialmente uma coluna de transferência de massa e calor, projetada de forma a permitir uma grande área de contato entre as duas correntes. Isto é obtido mediante a aspersão da água líquida na parte superior e do “enchimento” da torre, isto é, bandejas perfuradas, colmeias de materiais plástico ou metálico, etc, que aumenta o tempo de permanência da água no seu interior e a superfície de contato água - ar.
O projeto de uma torre de resfriamento parte dos valores da vazão e da temperatura da água a ser resfriada. Então, uma vez especificada a geometria da torre em termos de suas dimensões e tipo de enchimento, o funcionamento adequado dependerá do controle da vazão de ar. Em termos de insumo energético, a torre demandará potência para fazer escoar o ar, sendo que o enchimento da torre é um elemento que introduz perda de carga; a água deverá ser bombeada até o ponto de aspersão.
Informações mais detalhadas a respeito de funcionamento, parâmetros característicos e procedimentos para projeto deste tipo de equipamentos podem ser encontrados em Kreith (1977), Bennet e Myers (1978), Trybal, (1980), Stocker (1981), Threkeld e Jones (ver bibliografia detalhada no final).
2.- OBJETIVOS DA EXPERIÊNCIA
• Realização dos balanços de massa e energia nas correntes de água e ar na torre;
• Determinação experimental das condições ótimas de funcionamento da torre disponível no laboratório, variando a vazão de ar ambiente para um dado par de temperatura e vazão de água na entrada da mesma;
3.- BALANÇO DE MASSA
Um esquema da torre pode ser visualizado na Fig. 1. Para a análise de desempenho dividiremos o equipamento em volumes de controle sucessivos, realizando as medições necessárias em cada ponto, para efetuar os balanços de massa e energia referentes a cada volume intermediário (não serão realizados no presente experimento) e ao volume global. Nos pontos de entrada e saída dos fluxos de ar e água na torre temos medições de vazão de ar e água, e também das temperaturas de bulbo seco e úmido do ar (que permitirão calcular o estado do ar úmido, e consequentemente, sua umidade absoluta, pressão parcial do vapor de água, entalpia, etc), assim como a temperatura da água.
O balanço básico das correntes de água e ar para um volume de controle genérico limitado pelas superfícies de controle “i-1” e “i” será (no caso do balanço global, “i-1” será o plano de entrada de ar na torre e “i” será o plano de saída de ar da torre, e vice-versa para o fluxo de água):
[1]
Sendo:
vazão de ar seco ao longo da coluna (constante)
vazão de vapor de água contido no ar nas posições “i-1” e “i” na coluna, ou seja, entrando e saindo do volume de controle considerado.
vazão de água líquida nas posições “i” e “i-1” na coluna, ou seja, entrando e saindo do volume de controle considerado.
Fig. 1: esquema da torre de resfriamento
Dividindo a equação [1] pela vazão de ar seco, e levando em conta a definição de umidade absoluta, Eq. [2], obtém - se uma expressão mais simples, que pode ser alternativamente utilizada para analisar o processo na torre:
[1a]
onde e são a umidade absoluta do ar nos pontos “i” e “i-1” da coluna,
[2]
isto é, mv , a massa de vapor de água [kg/s] contida num fluxo de ar seco, [kg/s].
Utilizando a equação [1] (ou [1a]), acima é possível realizar um balanço da transferência de massa na torre, sendo necessário, para tanto, calcular a vazão de ar seco e a umidade absoluta do ar, além de medir a vazão de água.
3.1 - Determinação da vazão de ar seco:
A vazão de ar que entra na torre é medida numa placa orificio ligada a um manômetro de coluna de água, cuja escala está diretamente calibrada em termos de vazão [m3/ h] para ar em condições padronizadas de temperatura e densidade, indicadas na própria escala. Para determinar a vazão mássica necessária , pode fazer-se:
[3]
onde:
vazão mássica de ar seco que entra.
vazão volumétrica de ar, lida no manômetro ligado à placa de orifício da torre,
para condições padrão: T = 28C, densidade do ar : = 1,15 kg/m3 .
(Dados informados pelo fabricante)
= volume específico do ar úmido, calculado com as equações indicadas na seqüência do texto; para tanto será necessário determinar a umidade do ar ambiente, medindo a temperatura de bulbo seco e bulbo úmido do mesmo num psicrômetro apropriado.
= razão das densidades do ar (seco), fator que corrige a leitura de vazão no bocal, da condição padronizada para as condição ambiente. Para tanto, meça a pressão e a temperatura ambiente e calcular a densidade do ar seco para estas condições, o que pode ser feito utilizando a equação dos gases ideais:
[4]
sendo:
Cálculo do volume específico do ar úmido
Utilizando a equação dos gases ideais:
[5]
A constante da mistura calcula-se segundo:
[6]
sendo
umidade absoluta do ar de entrada.
3.2 - Cálculo da umidade absoluta do ar
Para se proceder aos balanços de massa e energia na torre de resfriamento, seja em termos globais ou nas estações intermediárias (atualmente não operacionais), será necessária a determinação da umidade do ar. Esta umidade absoluta do ar será obtida a partir de medições das temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido. Para tanto pode-se usar o diagrama psicrométrico equações ou mesmo softwares de cálculo psicrométrico (veja a página de EM847 na rede). Na seqüência apresentamos as equações. Os conceitos necessários podem serem encontrados no livro: Moran & Shapiro, 1993, Cap.12: parágrafos 12.6 a 12.10.
A equação [2] definiu a umidade absoluta do ar:
[2]
sendo
a quantidade de vapor de água [kg/s] contido numa vazão de ar seco de [kg/s]. Considerando em que a mistura ar + vapor d’água é uma mistura ideal de gases, podemos também escrever:
[7]
onde:
pesos moleculares do vapor de água e do ar, respectivamente, e
pressão parcial do vapor d’água e do ar na mistura
Se o vapor d’água e o ar são os dois únicos componentes da mistura, então vale
[8]
Substituindo os pesos moleculares respectivos e usando a Eq. (8), vem:
[9]
A pressão parcial do vapor de água em cada ponto da torre (entrada, saída, pontos intermediários, etc) é inicialmente desconhecida. Entretanto, pode-se medir as temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido da mistura e recorrer a outro conceito para obter o valor da umidade: o de processo de saturação adiabática do ar (o processo de saturação de uma corrente de ar realizado adiabaticamente, isto é, todo calor latente necessário à saturação do ar é fornecido pelo ar). Aplicando-se este conceito chega- se à seguinte equação para o cálculo da umidade do ar:
[10]
onde:
umidade de saturação adiabática do ar à temperatura de bulbo úmido .
temperatura de bulbo seco
temperatura de bulbo úmido
calor específico do ar seco
entalpia de vaporização da água à temperatura de bulbo úmido, .
Para utilizar a equação [10] no cálculo da umidade do ar, precisaremos determinar algumas variáveis. A seguir estão as equações necessárias.
Umidade de saturação do ar:
A uma dada temperatura, o ar pode aceitar uma quantidade máxima de vapor de água misturada com ele. Diz-se então que o ar está “saturado de vapor de água”. Este estado corresponde a uma pressão parcial do vapor de água na mistura ar + vapor igual à pressão de equilíbrio, que varia com a temperatura da mistura.
Na determinação da umidade de saturação utiliza-se então a equação geral [9], mas a pressão de vapor de água deve ser a correspondente à pressão de equilíbrio:
[9a]
A pressão de equilíbrio, , pode ser lida nas tabelas de equilíbrio de água líquida + vapor (Moran & Shapiro, 1993), tendo a temperatura como dado de entrada. Ou também pode ser calculada com a correlação de Antoine (Reid, Prausnitz and Sherwood, 1977), dada abaixo:
[11]
onde:
pressão de vapor de saturação à temperatura
[11a]
esta correlação é válida no intervalo:
Os outros dados necessários para o cálculo da umidade do ar são:
Calor específico do ar seco:
[12]
Entalpia de vaporização do vapor de água:
[13]
- Vazão de vapor em cada ponto:
Deve-se levar em conta que na torre o ar está atuando como um “transportador” de vapor de água. Conseqüentemente, a sua massa não se modifica ao longo da coluna, mas a massa de vapor de água na mistura aumenta devido à evaporação da água. A massa de vapor de água na entrada, em pontos intermediários (medição não realizada atualmente) e na saída da torre será calculada para os valores correspondentes de temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido (utilizando as equações 2 e 10, transcritas abaixo, e os procedimentos recém descritos). Assim:
[14]
3.3 - Determinação da vazão de água
A vazão de água é medida na entrada (rotâmetro) e na saída da torre (tanque calibrado). Caso medições intermediárias fossem realizadas, a vazão de água em cada posição seria obtida através da medição do conteúdo de água na corrente de ar (água na entrada menos água evaporada).
4.- BALANÇO DE ENERGIA
Normalmente a análise do funcionamento da torre é feita considerando-se:
- processo adiabático, são desprezadas as perdas de calor para o ambiente.
- não existe trabalho de eixo dentro do volume de controle considerado.
- a variação das energias cinética e potencial nos fluxos de ar e água são desprezíveis frente às variações de entalpia nos mesmos.
Com estas considerações, o balanço de primeira lei num volume de controle genérico (entre a entrada e a saída da torre, por exemplo) fica reduzido a:
[15]
sendo:
[16]
onde:
[17]
[18]
Dividindo a equação [15] pela vazão de ar seco e rearranjando-a, tem - se:
[16a]
Mais adiante será necessário calcular a entalpia da água líquida:
[19]
Observar que nas entalpias acima definida, adotou-se como nível de referência, no caso da água, água em fase líquida a 0C; e no caso do ar, fase gás a 0C.
6.- ANÁLISE TERMODINÂMICA DO PROCESSO
Numa torre de resfriamento a água entra aquecida e o ar à temperatura ambiente. Vamos nos ater nesta análise às torres que operam em contra-corrente, água descendo e ar subindo. À medida que desce, a água se resfria; o ar, `medida em que sobe, se umidifica e aquece. Em algum ponto da torre a água líquida e o ar igualam suas temperaturas: este é o “ponto de estrangulamento” (“pinch point”) da torre; a partir deste ponto as temperaturas do ar e da água ficam muito próximas, ou seja, é o ponto em que a torre pára de operar.
Para analisar a operação de transferência de massa, entre as fases líquido e gás em contato, é útil imaginar uma gota d’água, à temperatura Tágua, rodeada por uma camada de ar que também está a Tágua,. A água que evapora da gota transforma-se em vapor nesta camada e depois “migra” para a corrente de ar na torre. Identifica-se então a “força motriz” do processo de transferência de massa como:
força motriz do processo de transferência de massa =
isto é, a diferença entre a umidade do ar a uma condição ideal de saturação à temperatura da água e a umidade do ar na condição em que ele se encontra no fluxo principal na torre. Em termos energéticos, essa mesma força motriz seria:
força motriz termodinâmica do processo =
É possível então traçar curvas características do funcionamento de uma torre de resfriamento colocando no eixo vertical a entalpia efetiva (valor medido) do ar úmido e no horizontal a temperatura da água. Para efeitos de comparação traça - se no mesmo gráfico a curva correspondente à entalpia do ar saturado à temperatura local da água (medida pelos termopares colocados nas bandejas ao longo da torre) (ver Fig. 2). A diferença locas das temperaturas chama-se “potencial de entalpia”.
No ponto de estrangulamento da torre, as duas curvas, real e ideal, se cruzam. Para uma torre bem dimensionada, o ponto de estrangulamento deve - se encontrar no seu extremo inferior, isto é, bem próximo de entrada de ar no nosso caso. A posição do ponto de estrangulamento na torre dependerá da relação da vazão de ar e de água, assim como da temperatura inicial da água.
Será então objetivo deste trabalho testar o funcionamento da torre, mantendo fixa a vazão de água e sua temperatura e variando a vazão de ar, com a finalidade de tentar encontrar o ponto ótimo de operação dela em termos da vazão de ar para uma dada condição da água que se deseja resfriar.
Fig. 2: diagrama do potencial de entalpia do processo.
Fig. 3: esquema da torre de resfriamento HILTON.
7.- EQUIPAMENTO
A torre de refrigeração HILTON, mostrada num diagrama esquemático na FIG.3, consiste numa coluna retangular (com o lado da frente transparente) contendo pilhas de bandejas perfuradas de alumínio expandido, como material de recheio. A água aquecida, a ser resfriada, é distribuída no topo da torre, e escoa em direção à parte inferior em contracorrente com o fluxo de ar, que entra através de um “plenum”.
A torre possui um conjunto de resistências para aquecimento da água e um soprador para insuflar o ar na mesma. Também possui um tanque de alimentação de água de nível constante, que garante uma vazão permanente. Para evitar que gotas de água sejam arrastadas pela corrente de ar, há um elemento de retenção (colméia) na parte superior.
O equipamento está instrumentado para permitir a medição de:
• vazão de ar na entrada da torre, parte inferior (placa orifício + manômetro)
• temperatura de bulbo seco e bulbo úmido do ar ambiente (psicrômetro)
• vazão e temperatura da água na entrada da torre, parte superior (rotâmetro e termopar)
• vazão e temperatura de água na saída da torre (tanque calibrado + cronômetro + termopar)
• temperatura de bulbo úmido e bulbo seco do ar, com termopares fixos, na entrada e saída do ar.
• temperatura de bulbo úmido e bulbo seco do ar, mediante uma pistola psicrométrica, em 5 pontos ao longo da torre (não operacional atualmente).
• temperatura da água em 5 pontos ao longo da torre (termopares).
As temperaturas nos termopares são lidas em um indicador digital de temperatura e uma chave seletora, localizados na lateral direita do equipamento. Na FIG. 4 está indicada a posição dos termopares e seu número na chave seletora.
8.- PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Cheque antes da operação:
1. Encha os dois reservatórios dos termopares de bulbo úmido com água destilada.
2. Feche a válvula do sistema de drenagem de água, localizada no lado esquerdo do tanque de coleta de água, na base.
3. Feche a válvula de controle do fluxo de ar, no painel de instrumentos.
4. Verifique se as chaves elétricas das resistências e do motor elétrico, localizadas na parte posterior da torre, estão na posição OFF.
5. Verifique se os quatro interruptores do sistema de aquecimento estão desligados (luz do piloto apagada)
6. Feche a válvula de controle da pistola psicrométrica no painel de instrumentos (não operacional atualmente).
8 (bulbo úmido)
estação 6 9 (bulbo seco)
13
entrada água pistola psicrométrica:
aquecida 5 10 (bulbo úmido)
11 (bulbo seco)
4
3
posterior: 14
entrada água da rede 2
1
6 (bulbo úmido)
7 (bulbo seco)
estação 0
12
Fig. 4 : Numeração e posição dos termopares
Procedimento de partida:
1. Abra a válvula de suprimento de água (torneira localizada atrás da torre), e deixe encher o tanque de nível constante até que se perceba que há fluxo através do dreno do tanque de nível constante.
2. Abra a válvula de controle do fluxo de água no painel de instrumentos, até que marque no rotâmetro uma altura de 25 cm. Aguarde até observar a água passando através das bandejas da torre. Verifique se para o fluxo indicado ainda há fluxo através do dreno do tanque de nível constante (para assegurar que a vazão a través da coluna é constante, deve estar sempre sendo descarregada parte da água de alimentação pelo dreno).
3. Deixe a água encher o tanque coletor na base da torre e passar através do sistema de “overflow” para o dreno, este “overflow em U” deve ser sempre mantido cheio de água para impedir que o ar que entra pela base retorne pelo tubo de drenagem.
4. Abra a válvula do tanque na base da torre; para esvazia-lo, ajuste a válvula de drenagem de água de modo que a mesma cubra o elemento sensível do termopar que mede a temperatura da água na saída, este termopar deve ficar sempre submerso na água.
5. Ligue ambas chaves de força localizadas atrás da torre.
6. Ligue o ventilador . O fluxo de ar pode ser ajustado com dois dispositivos: seja diminuindo a entrada de ar no ventilador ou pelo “by -pass” alocado na tubulação, antes da placa - orifício. Comece com uma vazão de ar de 350 m3/h.
7. Ligue os aquecedores de água (todos).
Testes
Mantendo a vazão de água constante ao longo da torre, realize três testes para diferentes fluxos de ar, começando por uma vazão de 350 m3/h. Para os testes sucessivos ajuste a vazão de ar de modo a obter um “ponto de estrangulamento” de funcionamento da torre em direção a sua base.
Em cada um dos testes terá que efetuar as medições indicadas na PLANILHA em anexo. Acompanhe seus resultados com a carta psicrométrica em anexo.
Levantamento de dados de funcionamento:
Umidade do ar na entrada
O ar que é aspirado pelo soprado é o ar do ambiente; a medição de suas temperaturas de bulbo úmido e seco deve ser realizada com o psicrômetro disponível no laboratório. Este ponto de medição é o que podemos chamar de ESTAÇÃO ZERO (talvez fosse mais apropriado estabelecer a Estação Zero como o ponto do escoamento mais próximo da placa de orifício, pois o soprador aquece o ar. Verifique a possibilidade). O psicrômetro que temos no laboratório tem dois termômetros e uma ventoinha:
1. Molhe a gaze do termômetro de bulbo úmido e ligue a ventoinha que assopra ar para os bulbos dos termômetros.
2. Quando a termperatura de bulbo úmido estiver estável, pode-se fazer sua leitura assim como a temperatura do termômetro de bulbo seco.
Pistola psicrométrica (não operacional atualmente)
1. Abra a válvula de controle de sucção de ar da pistola, no painel de instrumentos, de modo de modo a que o nível indicador da sucção fique numa posição intermediária. Verifique que não haja arraste de água líquida através da sucção.
2. Retire a tampa da primeira estação, introduza a pistola, e meça as temperaturas de bulbo úmido e bulbo seco do ar.
3. Sucessivamente, das estações 1 a 5, vá retirando, tampando e recolocando a pistola na estação subsequente.
Vazão de água na entrada:
. Meça no começo e no final de cada um dos testes.
Correlação de calibração do rotámetro:
Vazão [kg/h] = 10,6164 X - 3,10326
onde: X = leitura na escala do rotámetro
Se a vazão de água se altera durante o teste, mudando a condição de funcionamento da torre, o teste não terá validade. Então, durante cada um dos testes verifique sempre que o rotâmetro indica o mesmo valor.
Vazão de água na saída:
É medida no tanque calibrado que é o “pé” da torre. No final de cada teste, feche a válvula de saída da água e esta começará a subir no tanque. O processo pode ser controlado visualizando o nível no tubo de vidro conectado ao tanque. Meça o tempo de enchimento do tanque, com cronômetro, entre os dois pontos indicados no tubo de vidro. Repita a medição de tempo por três vezes.
Considerando que o tanque têm um volume de 4 kg de água, calcule a vazão de água que passa pela torre. Compare este valor com o que marca o rotâmetro que mede a vazão na entrada da torre. A diferença entre o que marca o rotâmetro e esta medição será vazão de água evaporada na torre.
Procedimento de parada
1. Desligue os aquecedores e o ventilador.
2. Desligue as chaves de força, posição retornando - as à posição OFF.
3. Feche a válvula de suprimento de água.
4. Abra as válvulas de drenagem da torre e esgote o sistema.
9.- RELATÓRIO
Para cada um dos três teste realizados:
1. Apresente na forma de uma planilha os dados medidos relativos a água e ar.
2. Balanço de massa:
A partir destes dados determine em cada estação de medida (não operacional atualmente, faça o balanço somente para o comprimento total da torre, entre as Estações 6 e Zero):
- a umidade de saturação e a umidade absoluta do ar
- massa de água evaporada de uma estação para outra
- com base neste último dado, a partir da vazão de entrada de água na torre, reporte o valor da vazão em cada estação, até a estação zero.
- compare este último dado com o dado lido no tanque de dreno ao pé da torre: não se preocupe se a diferença for grande: a vazão de água é grande em relação à quantidade evaporada, a ordem de grandeza da massa de água evaporada é a mesma que o erro dos instrumentos com os quais medimos a vazão.
3.- Balanço de energia:
- Determine em cada estação de medida (não operacional atualmente, faça o balanço somente para o comprimento total da torre, entre as Estações 6 e Zero):
- a entalpia específica do ar úmido
- a entalpia total da corrente de ar
- a entalpia específica da água líquida (este valor é obtido através da medições da temperatura da água nas bandejas intermediárias)
- a entalpia total da corrente de água
- o calor transferido em cada estação, da água para o ar.
- o calor total transferido, da água para o ar (balanço global)
4.- Análise de funcionamento:
Calcule, para cada estação de medida:
- A entalpia específica de ar úmido saturado à temperatura da água (no mesmo ponto de medida)
- Trace um gráfico do tipo indicado na FIG.2, determine o ponto de estrangulamento da torre e discuta comparativamente os resultados obtidos nos três testes realizados. Determine, entre os três, aquele correspondente à melhor condição de funcionamento da torre (melhor aproveitamento do equipamento, menor gasto de energia). Nesta análise, leve em conta a perda de carga medida na torre em cada teste.
BIBLIOGRAFIA
• Bennett, C.O. and Myers, J.E.; “Fenômenos de Transporte de Quantidade de Movimento Calor e Massa “, Edit. McGraw - Hill do Brasil Ltda., 1978.
• Jones, W.P.; “Engenharia de Ar Condicionado”.
• Kreith, F.; “Princípios da Transmissão de Calor”, Edit. Edgard Blücher Ltda.1977.
• Moran, M.J. and Shapiro, H.N.; “Fundamentals of Engineering Thermodynamics”, John Wiley & Sons, Inc., 1993.
• Reid, Prausnitz and Sherwood; “The Properties of Gases and Liquids” , Edit. McGraw-Hill Book Co., 1977.
• Stoecker, W.F.; “Refrigeration and Air Conditioning”, Edit. McGraw Hill , 1981.
• Threkeld, J.L.; “Thermal Environmental Engineering”; Edit. Prentice Hall Inc.
• Treybal, R.E.; “Mass Transfer Operations”; Edit. McGraw Hill Kogakusha Ltda., 1980.
segunda-feira, 31 de maio de 2010
S E G U R A N Ç A C O M S O L V E N T E S
“ S E G U R A N Ç A C O M S O L V E N T E S ”
A segurança no manuseio de solventes inflamáveis de petróleo, usados na extração por solvente de óleo de sementes, começa no projeto de uma nova indústria, com áreas exigindo rigorosa atenção, tais como recepção, estocagem e manuseio do solvente. Deve-se preparar e seguir rigorosos processos de operação e os funcionários devem ser constantemente alertados para os perigos envolvidos no manuseios de solventes inflamáveis. Grupos reconhecidamente categorizados delinearam as exigências de projeto e prática de operação, que devem ajudar gerentes e supervisores a garantir e aumentar a segurança na operação de suas indústrias.
O hexano (C6 H14) é um hidrocarboneto parafínico e um líquido incolor de odor forte e agradavél. Sua gravidade específica é cerca de 0,685, ou pouco menos que 5,6 libras/galão e tem um ponto de ebulição de 150-156o F (65,6 - 68, 9o C). Infelizmente, estas são as únicas características benéficas desse líquido. Seu “flash point” aberto, definido como a temperatura na qual os vapores de um líquido volátil misturado ao ar incendeiam-se imediatamente, é de -14, 4o F (-25, 8o C) e o flash point fechado é de - 7o F (-21, 7o C ). A taxa de propagação da chama em uma conflagração de vapor ao aberto é maior que 15 pés por segundo ( 4,6 m/segundo). Numa explosão em ar aberto, 20 galões de hexano têm um poder explosivo equivalente a 1 litro, 20 galões de hexano têm um poder explosivo equivalente a 1 libra de TNT. Este dado estatístico significa que a quantidade de hexano normalmente estocada em uma industria de processamento de sementes oleaginosas, quando misturada ao oxigênio adequado para combustão, poderia arrasar um quarteirão de tamanho normal.
Por quê desejaríamos nos submeter à proximidade de um material tão perigoso? Se alguém viesse me dizer que não se importa absolutamente perigoso? Se alguém viesse me dizer que não se importa absolutamente em trabalhar perto do hexano, eu questionaria sua capacidade mental. Mesmo antes que ocorresse o primeiro incêndio ou explosão em uma indústria que usava hexano como solvente, os técnicos já pesquisavam os solventes disponíveis, no intuito de descobrir um que não seja inflamável mas que seja funcional, para a extração de óleos vegetais e uma variedade de solventes tem sido testada nesse sentido. O tricloroetileno (TCE) é não-inflamável, tem um ponto de ebulição razoavelmente alto, com um desempenho magnífico na extração de óleo de oleaginosos; entretanto, apresenta uma desvantagem significativa: durante o processo de extração, entra em processo químico, deixando o farelo resultante com certos componentes que são tóxicos para os animais. O cloreto de metileno também faz um excelente trabalho de extração de óleo vegetal e não apresenta os efeitos tóxicos do TCE , mas tem um ponto de ebulição de 90-100o F (32 - 37, 8o C ), o que o torna inviável em climas quentes.
O hexano normal tem a melhor solubilidade, baixo calor latente de vaporização e baixo ponto de ebulição e ainda que um outro solvente não-inflamavel apresente esses requisitos e seja aprovado pelos departamentos apropriados do Governo, continuaremos a tratar com solventes inflamáveis e perigosos.
Para facilitar a demonstração de alguns dos processos de segurança, gostaria de revisar os elementos necessários para se produzir a combustão normal: combustível, oxigênio calor. Nas indústrias de extração com solvente o objetivo das normas e processos mais seguros é projetado para prevenir a combinação dessas três condições; e se possível, deve-se tentar prevenir até mesmo a combinação de dois desses elementos.
O número 36 do “National Fire Protection Bulletin” emitido pelo “National Fire Protection Association”, Av. Atlantic, 470 - Boston, MA 02210, deve estar sempre à mão para lembrá-lo de informações que não podem ser esquecidas.
Um método para se isolar o combustível (hexano) do oxigênio é manter o hexano fechado dentro de tanques especialmente projetados para esse propósito. Isto pode ser feito mantendo-se tanques e bombas eficazmente e verificação desses selos e vedações e quando tiverem que ser removidos para manutenção não devem ser reaproveitados ou recolocados. Quando os selos que estão separando o oxigênio do hexano se quebram durante um processo de manutenção, rompe-se a barreira protetora que evita a combustão desses dois elementos. Sendo assim, recomenda-se que antes da remoção dessa barreira, o hexano seja retirado do tanque.
Existe uma variedade de fontes de calor que devem ser impedidas de entrar em contato com o hexano, sendo que a mais evidente delas, naturalmente, é a constituída pelas chamas abertas. Por esta razão, caldeiras, engenhos de combustão interna e cigarros acesos são proibidos numa área de 30 metros ao redor de uma industria da extração por solvente. Dentro dessa mesma área de 30 metros, os cabos e chaves de energia elétrica devem estar dentro de invólucros à prova de explosão. Entenda-se que esta definição de “ á prova de explosão” não implica em prevenir totalmente o hexano de entrar em contato com fagulhas elétricas, mas significa que, no caso de ocorrência de explosão, esta ficará confinada dentro de tais invólucros. A eletricidade estática também constitui uma fonte de calor para o triângulo de combustão, podendo ser produzido, no mínimo, de 3 formas. Pode ser mecanicamente induzida pela rotação de máquinas, pessoalmente produzida pelo uso de roupas e sapatos inadequados, ou ( uma fonte sobre a qual não temos nenhum controle) pode ser induzida pelo tempo. As precauções que podem ser tomadas contra a eletricidade estática induzida mecanicamente são:
O aterramento adequado para todas as maquinas e
A proibição de transmissão por correias na área de extração.
Para a eletricidade estática induzida pelo tempo, na forma de relâmpago, os pára-raios, o aterramento do equipamento e construções adequadas oferecem a melhor proteção. O treinamento do pessoal é a melhor forma de se evitar a eletricidade estática produzida pelas pessoas. Recomenda-se proibir o uso de roupas de fibra sintética, ou seja, as roupas devem ser feitas de algodão. Os calçados devem ser do tipo sem bico de aço exposto, sendo também recomendado que não se use solas de borracha, porque isolaria o usuário, acumulando carga elétrica em seu corpo.
Não é grande o número de normas à serem lembradas, então, vejamos como podem ser aplicadas de forma prática.
O primeiro perigo está na recepção, descarga e armazenamento do hexano. As mesmas normas poder ser aplicadas, não importando se você recebe o hexano por caminhão ou vagão de trem. Na área de recepção do hexano, devem ser colocados avisos proibindo chamas abertas 100 pés ao redor do ponto de descarga. O tanque e o caminhão ou vagão devem ser estacionados em lugar determinado para tal. As rodas do caminhão ou vagão devem ser bloqueadas e o freio puxado para impedir qualquer movimento. O motor do caminhão deve estar desligado durante a descarga e o motorista deve manter-se por perto, atento a qualquer contratempo. O mais importante é que durante esse período deve estar presente um supervisor responsável para garantir que esse procedimentos sejam cumpridos em toda a operação de descarga. Após essa operação de descarga, o solvente é novamente confinado, com uma parede de aço como barreira para separá-lo do oxigênio.
O próximo período de perigo, durante o qual fica difícil separar os elementos de combustão é no processo de descarga. Uma análise detalhada dos procedimentos usados para descarga fica fora de propósito, porque todas as instalações de extração por solvente são diferentes entre si, de uma forma ou de outra. O objetivo de um método comum de descarga é retirar o hexano dos tanques de processo, para transferi-lo uma vez mais para um local seguro de armazenamento. Esse local de armazenamento pode ser um tanque perto do equipamento de extração, se tratar-se de uma descarga de curta duração, ou voltar ao tanque de armazenamento de hexano fora da industria, se a carga for de longa duração.
No processo de descarregamento, os tanques são esvaziados de forma metódica para, primeiramente, paralisar a alimentação de matéria prima para o extrator. O extrator deve, então, continuar a funcionar, até que a matéria prima tenha sido extraída, dissolvida e retirada do equipamento de extração. Por ser a maioria dos sistemas de extração do tipo contracorrente, o solvente e a miscela não podem ser retirados do tanque de extração até depois que os materiais utilizados estejam complemente processados. Após a remoção desses materiais do extrator, o fornecimento de solvente novo é paralisado. O bombeamento dos vários estágios prossegue até que os tanques ou recipientes para esses estágios estejam vazios, podendo então paralisar as respectivas bombas. Enquanto o extrator está sendo esvaziado e mesmo depois, os sistemas de destilação e recuperação de solvente continuam a funcionar até que toda miscela tenha sido evaporada e o solvente condensado. Neste ponto é que se deve tomar a decisão de purgar o sistema todo ou somente o tanque necessário para o trabalho.
A essa altura, devemos falar sobre o vapor inflamável. Nós todos estamos familiarizados com o carburador afogado de um carro. É que acontece quando a proporção de ar e combustível é rica demais para produzir uma mistura explosiva. O caso oposto também pode ocorrer quando a mistura de combustível e ar contém muito pouco combustível para haver explosão. Isto aplica-se à mistura de hexano e ar. Essa mistura explosiva está dentro dos limites de 1,1 e 7,5 % por peso. Esse porcentagens referem-se ao limite explosivo mais baixo e limite explosivo mais alto, ou seja, LEL E UEL.
Antes de se abrir um tanque contendo hexano na forma de líquido ou vapor, a mistura está bem acima do limite explosivo máximo e sua concentração aproxima-se de 100%. A purgação dos tanques ( particularmente do extrator ) ´é projetada para manter essa mistura fora dos limites de explosão. Podemos fazer isso usando um outro gás que não seja inflamável para substituir o vapor de hexano, antes da entrada do ar. O nitrogênio e o dióxido de carbono, quando colocados em um tanque, deslocam o vapor de hexano desse tanque. Isto feito, pode-se permitir a entrada do ar e o vapor de hexano terá sido removido do tanque sem ter entrada no limite explosivo.
O mesmo procedimento pode ser usado ao inverso, durante a partida, substituindo-se o ar com o gás inerte antes da entrada do hexano no tanque.
Fontes de calor de todos os tipos são usados na manutenção, tais como: equipamento de solda, maçaricos e ferramentas de aço. Por esse motivo, é preciso exercer controle absoluto sobre o uso desses equipamentos, recomendando-se que se estabeleça uma norma que proíba a entrada desses equipamentos na área de extração sem autorização por escrito do supervisor. Essa autorização deve ser dada somente depois de efetuada uma rigorosa inspeção e a área ter sido testada e declarada livre de vapores de hexano. Para reparos leves em áreas que estejam livres de vapor de hexano devem ser usadas ferramentas à prova de fagulhas, feitas de latão ou liga de alumínio.
Deve-se exercer controle rigoroso sobre os visitantes dentro das instalações de extração por solvente. Os visitantes certamente devem ser advertidos sobre o perigo de se trabalhar perto do hexano e devem deixar quaisquer caixa de fósforo ou outros artigos de fumantes em um lugar seguro, antes de penetrar nessa área. Devem também receber distintivos ou outro tipo de identificação para que os funcionários também devem ser instruídos para “barrar” qualquer visitante que não apresente essa identificação.
É possível que todas essas precauções venham a falhar e que se inicie um incêndio, mas há uma grande variedade de sistemas para proteção contra fogo. Eu não sou especialista em nenhum deles e sendo assim opinarei sobre qual é o melhor. Sugiro, entretanto, que qualquer que seja o sistema instalado, seu objetivo principal deve ser o de proteger as pessoas e não o equipamento. Os sistemas são ativados por calor e quando ativados, podem apagar um incêndio pequeno, mas principalmente oferecem proteção para as pessoas dentro do edifício e dão tempo suficiente para fuga. Seja qual for o sistema usado, é vital que o pessoal que trabalha na área esteja perfeitamente familiarizado com a operação desse sistema, afim de que fiquem alertas, para detectação de um fogo antes que sejam sentido pelo sistema, podendo assim , ativa-lo.
Também é importante ter à mão equipamentos de combate ao fogo, pois a maioria das industrias de extração por solvente são localizadas em áreas relativamente afastadas. Todas as pessoas que trabalham nessa área, devem estar familiarizadas com o uso de hidrantes e extintores, bem como ter ciência de suas respectivas localizações, para que possam, uma vez que estejam em segurança, fazer o possível para extinguir o fogo. Isto deve fazer parte de um programa de treinamento regular para funcionários.
O vapor de hexano possui uma perigosa características, frequentemente ignorada mesmo por aqueles que estão bastantes acostumados a trabalhar com hexano, ou seja, é perigoso respirar hexano em altas concentrações. Áreas com altas concentrações de hexano têm grande efeito embriagante e por ser o hexano mais denso que o ar, substitui o ar, o que pode levar à asfixia que respirar esses vapores. Por esse motivo, quando for necessário trabalhar em áreas de alta concentração, os operários devem levar um suprimento portátil de ar ou uma máscara com tubo conectado a um suprimento de ar fora dessa área. Isto somente não é precação suficiente, pois o equipamento pode apresentar um mal funcionamento. Além disso, a opinião do trabalhador (que estiver sendo submetido ao vapor de hexano) não pode ser levada em conta, porque sendo o hexano embriagante, afetará seu raciocínio. Assim é imperativo que haja contentemente um observador do lado de fora do setor para observar o trabalhador ou trabalhadores dentro o setor e detectar o aparecimento de situações perigosas, para poder ajudar, se necessário.
Prevenir a combinação dos três elementos de combustão é bastante simples, entretanto, as numerosas condições sob as quais pode ocorrer essa combinação torna o trabalho complicado. Por esse motivo, deve-se implantar um sistema regular de inspeções e relatórios e também um comitê de segurança dentro da industria. Esse comitê deve oferecer cargos rotativos, para que todos os empregados tenham oportunidade de se familiarizarem com eles e possam sentir uma responsabilidade pessoal por suas vidas e pela segurança de seus colegas de trabalho. Devem ser realizados mensalmente reuniões do comitê e suas respectivas atas de reunião devem ser publicadas, para que todos os empregados possam tomar conhecimento. As recomendações do comitê com relação à melhoria das normas de segurança devem ser encaradas como de alta prioridade pela gerência industrial e as observações sobre violação das normas de segurança devem ser punidas imediatamente.
REFERÊNCIAS:
CUGAM, K. UNCOFINED VAPOR CLOUD EXPLOSIONS , GULF PUBLISHERS 1979.
FIRE PROTECTION MANUAL FOR HYDROCARBON PROCESSING PLANTS EDITED BY C. VERVALIN GULFF PUBLISHERS, 1974
SOLVENT EXTRACTION PLANTS, 1978 NATIONAL FIRE PROTECTION, BOSTON, MA,1978.
A segurança no manuseio de solventes inflamáveis de petróleo, usados na extração por solvente de óleo de sementes, começa no projeto de uma nova indústria, com áreas exigindo rigorosa atenção, tais como recepção, estocagem e manuseio do solvente. Deve-se preparar e seguir rigorosos processos de operação e os funcionários devem ser constantemente alertados para os perigos envolvidos no manuseios de solventes inflamáveis. Grupos reconhecidamente categorizados delinearam as exigências de projeto e prática de operação, que devem ajudar gerentes e supervisores a garantir e aumentar a segurança na operação de suas indústrias.
O hexano (C6 H14) é um hidrocarboneto parafínico e um líquido incolor de odor forte e agradavél. Sua gravidade específica é cerca de 0,685, ou pouco menos que 5,6 libras/galão e tem um ponto de ebulição de 150-156o F (65,6 - 68, 9o C). Infelizmente, estas são as únicas características benéficas desse líquido. Seu “flash point” aberto, definido como a temperatura na qual os vapores de um líquido volátil misturado ao ar incendeiam-se imediatamente, é de -14, 4o F (-25, 8o C) e o flash point fechado é de - 7o F (-21, 7o C ). A taxa de propagação da chama em uma conflagração de vapor ao aberto é maior que 15 pés por segundo ( 4,6 m/segundo). Numa explosão em ar aberto, 20 galões de hexano têm um poder explosivo equivalente a 1 litro, 20 galões de hexano têm um poder explosivo equivalente a 1 libra de TNT. Este dado estatístico significa que a quantidade de hexano normalmente estocada em uma industria de processamento de sementes oleaginosas, quando misturada ao oxigênio adequado para combustão, poderia arrasar um quarteirão de tamanho normal.
Por quê desejaríamos nos submeter à proximidade de um material tão perigoso? Se alguém viesse me dizer que não se importa absolutamente perigoso? Se alguém viesse me dizer que não se importa absolutamente em trabalhar perto do hexano, eu questionaria sua capacidade mental. Mesmo antes que ocorresse o primeiro incêndio ou explosão em uma indústria que usava hexano como solvente, os técnicos já pesquisavam os solventes disponíveis, no intuito de descobrir um que não seja inflamável mas que seja funcional, para a extração de óleos vegetais e uma variedade de solventes tem sido testada nesse sentido. O tricloroetileno (TCE) é não-inflamável, tem um ponto de ebulição razoavelmente alto, com um desempenho magnífico na extração de óleo de oleaginosos; entretanto, apresenta uma desvantagem significativa: durante o processo de extração, entra em processo químico, deixando o farelo resultante com certos componentes que são tóxicos para os animais. O cloreto de metileno também faz um excelente trabalho de extração de óleo vegetal e não apresenta os efeitos tóxicos do TCE , mas tem um ponto de ebulição de 90-100o F (32 - 37, 8o C ), o que o torna inviável em climas quentes.
O hexano normal tem a melhor solubilidade, baixo calor latente de vaporização e baixo ponto de ebulição e ainda que um outro solvente não-inflamavel apresente esses requisitos e seja aprovado pelos departamentos apropriados do Governo, continuaremos a tratar com solventes inflamáveis e perigosos.
Para facilitar a demonstração de alguns dos processos de segurança, gostaria de revisar os elementos necessários para se produzir a combustão normal: combustível, oxigênio calor. Nas indústrias de extração com solvente o objetivo das normas e processos mais seguros é projetado para prevenir a combinação dessas três condições; e se possível, deve-se tentar prevenir até mesmo a combinação de dois desses elementos.
O número 36 do “National Fire Protection Bulletin” emitido pelo “National Fire Protection Association”, Av. Atlantic, 470 - Boston, MA 02210, deve estar sempre à mão para lembrá-lo de informações que não podem ser esquecidas.
Um método para se isolar o combustível (hexano) do oxigênio é manter o hexano fechado dentro de tanques especialmente projetados para esse propósito. Isto pode ser feito mantendo-se tanques e bombas eficazmente e verificação desses selos e vedações e quando tiverem que ser removidos para manutenção não devem ser reaproveitados ou recolocados. Quando os selos que estão separando o oxigênio do hexano se quebram durante um processo de manutenção, rompe-se a barreira protetora que evita a combustão desses dois elementos. Sendo assim, recomenda-se que antes da remoção dessa barreira, o hexano seja retirado do tanque.
Existe uma variedade de fontes de calor que devem ser impedidas de entrar em contato com o hexano, sendo que a mais evidente delas, naturalmente, é a constituída pelas chamas abertas. Por esta razão, caldeiras, engenhos de combustão interna e cigarros acesos são proibidos numa área de 30 metros ao redor de uma industria da extração por solvente. Dentro dessa mesma área de 30 metros, os cabos e chaves de energia elétrica devem estar dentro de invólucros à prova de explosão. Entenda-se que esta definição de “ á prova de explosão” não implica em prevenir totalmente o hexano de entrar em contato com fagulhas elétricas, mas significa que, no caso de ocorrência de explosão, esta ficará confinada dentro de tais invólucros. A eletricidade estática também constitui uma fonte de calor para o triângulo de combustão, podendo ser produzido, no mínimo, de 3 formas. Pode ser mecanicamente induzida pela rotação de máquinas, pessoalmente produzida pelo uso de roupas e sapatos inadequados, ou ( uma fonte sobre a qual não temos nenhum controle) pode ser induzida pelo tempo. As precauções que podem ser tomadas contra a eletricidade estática induzida mecanicamente são:
O aterramento adequado para todas as maquinas e
A proibição de transmissão por correias na área de extração.
Para a eletricidade estática induzida pelo tempo, na forma de relâmpago, os pára-raios, o aterramento do equipamento e construções adequadas oferecem a melhor proteção. O treinamento do pessoal é a melhor forma de se evitar a eletricidade estática produzida pelas pessoas. Recomenda-se proibir o uso de roupas de fibra sintética, ou seja, as roupas devem ser feitas de algodão. Os calçados devem ser do tipo sem bico de aço exposto, sendo também recomendado que não se use solas de borracha, porque isolaria o usuário, acumulando carga elétrica em seu corpo.
Não é grande o número de normas à serem lembradas, então, vejamos como podem ser aplicadas de forma prática.
O primeiro perigo está na recepção, descarga e armazenamento do hexano. As mesmas normas poder ser aplicadas, não importando se você recebe o hexano por caminhão ou vagão de trem. Na área de recepção do hexano, devem ser colocados avisos proibindo chamas abertas 100 pés ao redor do ponto de descarga. O tanque e o caminhão ou vagão devem ser estacionados em lugar determinado para tal. As rodas do caminhão ou vagão devem ser bloqueadas e o freio puxado para impedir qualquer movimento. O motor do caminhão deve estar desligado durante a descarga e o motorista deve manter-se por perto, atento a qualquer contratempo. O mais importante é que durante esse período deve estar presente um supervisor responsável para garantir que esse procedimentos sejam cumpridos em toda a operação de descarga. Após essa operação de descarga, o solvente é novamente confinado, com uma parede de aço como barreira para separá-lo do oxigênio.
O próximo período de perigo, durante o qual fica difícil separar os elementos de combustão é no processo de descarga. Uma análise detalhada dos procedimentos usados para descarga fica fora de propósito, porque todas as instalações de extração por solvente são diferentes entre si, de uma forma ou de outra. O objetivo de um método comum de descarga é retirar o hexano dos tanques de processo, para transferi-lo uma vez mais para um local seguro de armazenamento. Esse local de armazenamento pode ser um tanque perto do equipamento de extração, se tratar-se de uma descarga de curta duração, ou voltar ao tanque de armazenamento de hexano fora da industria, se a carga for de longa duração.
No processo de descarregamento, os tanques são esvaziados de forma metódica para, primeiramente, paralisar a alimentação de matéria prima para o extrator. O extrator deve, então, continuar a funcionar, até que a matéria prima tenha sido extraída, dissolvida e retirada do equipamento de extração. Por ser a maioria dos sistemas de extração do tipo contracorrente, o solvente e a miscela não podem ser retirados do tanque de extração até depois que os materiais utilizados estejam complemente processados. Após a remoção desses materiais do extrator, o fornecimento de solvente novo é paralisado. O bombeamento dos vários estágios prossegue até que os tanques ou recipientes para esses estágios estejam vazios, podendo então paralisar as respectivas bombas. Enquanto o extrator está sendo esvaziado e mesmo depois, os sistemas de destilação e recuperação de solvente continuam a funcionar até que toda miscela tenha sido evaporada e o solvente condensado. Neste ponto é que se deve tomar a decisão de purgar o sistema todo ou somente o tanque necessário para o trabalho.
A essa altura, devemos falar sobre o vapor inflamável. Nós todos estamos familiarizados com o carburador afogado de um carro. É que acontece quando a proporção de ar e combustível é rica demais para produzir uma mistura explosiva. O caso oposto também pode ocorrer quando a mistura de combustível e ar contém muito pouco combustível para haver explosão. Isto aplica-se à mistura de hexano e ar. Essa mistura explosiva está dentro dos limites de 1,1 e 7,5 % por peso. Esse porcentagens referem-se ao limite explosivo mais baixo e limite explosivo mais alto, ou seja, LEL E UEL.
Antes de se abrir um tanque contendo hexano na forma de líquido ou vapor, a mistura está bem acima do limite explosivo máximo e sua concentração aproxima-se de 100%. A purgação dos tanques ( particularmente do extrator ) ´é projetada para manter essa mistura fora dos limites de explosão. Podemos fazer isso usando um outro gás que não seja inflamável para substituir o vapor de hexano, antes da entrada do ar. O nitrogênio e o dióxido de carbono, quando colocados em um tanque, deslocam o vapor de hexano desse tanque. Isto feito, pode-se permitir a entrada do ar e o vapor de hexano terá sido removido do tanque sem ter entrada no limite explosivo.
O mesmo procedimento pode ser usado ao inverso, durante a partida, substituindo-se o ar com o gás inerte antes da entrada do hexano no tanque.
Fontes de calor de todos os tipos são usados na manutenção, tais como: equipamento de solda, maçaricos e ferramentas de aço. Por esse motivo, é preciso exercer controle absoluto sobre o uso desses equipamentos, recomendando-se que se estabeleça uma norma que proíba a entrada desses equipamentos na área de extração sem autorização por escrito do supervisor. Essa autorização deve ser dada somente depois de efetuada uma rigorosa inspeção e a área ter sido testada e declarada livre de vapores de hexano. Para reparos leves em áreas que estejam livres de vapor de hexano devem ser usadas ferramentas à prova de fagulhas, feitas de latão ou liga de alumínio.
Deve-se exercer controle rigoroso sobre os visitantes dentro das instalações de extração por solvente. Os visitantes certamente devem ser advertidos sobre o perigo de se trabalhar perto do hexano e devem deixar quaisquer caixa de fósforo ou outros artigos de fumantes em um lugar seguro, antes de penetrar nessa área. Devem também receber distintivos ou outro tipo de identificação para que os funcionários também devem ser instruídos para “barrar” qualquer visitante que não apresente essa identificação.
É possível que todas essas precauções venham a falhar e que se inicie um incêndio, mas há uma grande variedade de sistemas para proteção contra fogo. Eu não sou especialista em nenhum deles e sendo assim opinarei sobre qual é o melhor. Sugiro, entretanto, que qualquer que seja o sistema instalado, seu objetivo principal deve ser o de proteger as pessoas e não o equipamento. Os sistemas são ativados por calor e quando ativados, podem apagar um incêndio pequeno, mas principalmente oferecem proteção para as pessoas dentro do edifício e dão tempo suficiente para fuga. Seja qual for o sistema usado, é vital que o pessoal que trabalha na área esteja perfeitamente familiarizado com a operação desse sistema, afim de que fiquem alertas, para detectação de um fogo antes que sejam sentido pelo sistema, podendo assim , ativa-lo.
Também é importante ter à mão equipamentos de combate ao fogo, pois a maioria das industrias de extração por solvente são localizadas em áreas relativamente afastadas. Todas as pessoas que trabalham nessa área, devem estar familiarizadas com o uso de hidrantes e extintores, bem como ter ciência de suas respectivas localizações, para que possam, uma vez que estejam em segurança, fazer o possível para extinguir o fogo. Isto deve fazer parte de um programa de treinamento regular para funcionários.
O vapor de hexano possui uma perigosa características, frequentemente ignorada mesmo por aqueles que estão bastantes acostumados a trabalhar com hexano, ou seja, é perigoso respirar hexano em altas concentrações. Áreas com altas concentrações de hexano têm grande efeito embriagante e por ser o hexano mais denso que o ar, substitui o ar, o que pode levar à asfixia que respirar esses vapores. Por esse motivo, quando for necessário trabalhar em áreas de alta concentração, os operários devem levar um suprimento portátil de ar ou uma máscara com tubo conectado a um suprimento de ar fora dessa área. Isto somente não é precação suficiente, pois o equipamento pode apresentar um mal funcionamento. Além disso, a opinião do trabalhador (que estiver sendo submetido ao vapor de hexano) não pode ser levada em conta, porque sendo o hexano embriagante, afetará seu raciocínio. Assim é imperativo que haja contentemente um observador do lado de fora do setor para observar o trabalhador ou trabalhadores dentro o setor e detectar o aparecimento de situações perigosas, para poder ajudar, se necessário.
Prevenir a combinação dos três elementos de combustão é bastante simples, entretanto, as numerosas condições sob as quais pode ocorrer essa combinação torna o trabalho complicado. Por esse motivo, deve-se implantar um sistema regular de inspeções e relatórios e também um comitê de segurança dentro da industria. Esse comitê deve oferecer cargos rotativos, para que todos os empregados tenham oportunidade de se familiarizarem com eles e possam sentir uma responsabilidade pessoal por suas vidas e pela segurança de seus colegas de trabalho. Devem ser realizados mensalmente reuniões do comitê e suas respectivas atas de reunião devem ser publicadas, para que todos os empregados possam tomar conhecimento. As recomendações do comitê com relação à melhoria das normas de segurança devem ser encaradas como de alta prioridade pela gerência industrial e as observações sobre violação das normas de segurança devem ser punidas imediatamente.
REFERÊNCIAS:
CUGAM, K. UNCOFINED VAPOR CLOUD EXPLOSIONS , GULF PUBLISHERS 1979.
FIRE PROTECTION MANUAL FOR HYDROCARBON PROCESSING PLANTS EDITED BY C. VERVALIN GULFF PUBLISHERS, 1974
SOLVENT EXTRACTION PLANTS, 1978 NATIONAL FIRE PROTECTION, BOSTON, MA,1978.
SUBPRODUTOS DO ALGODÃO
Subprodutos do Algodão
Os subprodutos do algodão podem ser classificados como primários, secundários, terciários e até em potencial.
A espécie de algodoeiro G. hirsutum L.r. latifolium Hutch., mais plantada no mundo, com 33,31 milhões de hectares e que produz sementes com línter, é responsável por 90% da produção mundial de algodão em caroço ou algodão em rama, bastante usada pela humanidade. Devido às inúmeras aplicações dessa malvácea, é consideranda “o boi vegetal” e, ainda, por ser totalmente aproveitada pelo homem.
O algodoeiro não é somente uma planta fibrosa e oleaginosa mas também, produtora de proteína de qualidade, podendo funcionar como suplemento protéico na alimentação animal e humana, na ausência de gossipol.
Logo após a separação da fibra, seu principal produto, é em escala de importância o óleo comestível. No processamento de extração do óleo obtém-se os subprodutos primários, que são: o línter, a casca e a amêndoa; os secundários, farinha integral, óleo bruto, torta e farelo; os terciários, óleo refinado, borra, farinha desengordurada (Figura1).
Semente
A semente, coberta com línter e rica em óleo, contém em média 60% de caroço e 40% de fibra. A amêndoa liberada com a quebra das cascas, possui de 30 % a 40 % de proteínas e de 35% a 40% de lipídios.
A semente ou caroço é o subproduto do beneficiamento e/ou descaroçamento, visando à separação da fibra. Constitui uma das principais matérias-primas para a indústria de óleo comestível. Ela fornece inúmeros subprodutos, como resíduos da extração do óleo, torta e farelo, ricas fontes de proteína de boa qualidade e bastante utilizados no preparo de rações.
FIG. 1. Produtos do caroço de algodão e sua utilização.
Trata-se de uma semente de alto valor protéico, constituindo uma fonte de proteína para alimentação humana, com a eliminação do gossipol, composto tóxico que, ao se combinar com a lisina disponível, induz a redução nutricional da torta e da farinha. Por outro lado, o gossipol induz, sinais clínicos graves no homem e nos animais monogástricos, tais como edemas pulmonares e hemorragias hepáticas, tornando-se um composto indesejável na alimentação humana. Entre os meios empregados no processo de retirada do gossipol, o procedimento genético é o mais adequado, por não acarretar perdas no valor nutricional das proteínas. Na Tabela 1, pode-se verificar a composição média do caroço de algodão com e sem línter.
Tabela 1. Composição média do caroço de algodão com e sem línter.
Item Caroço de algodão
Integral Sem línter
Matéria seca % 91,6 90
Proteína bruta % 22,5 25
Fibra em detergente ácido % 38,8 26
Fibra em detergente neutro % 47,2 37
Fibra Bruta %7 29,5 17,2
Extrato etéreo % 17,8 23,8
Cinza % 3,8 4,5
Composição em minerais
Cálcio % 0,14 0,12
Magnésio % 0,35 0,41
Fósforo % 0,56 0,54
Potássio % 1,14 1,18
Sódio % 0,008 0,01
Enxofre % 0,2 -
Cobre mg/kg 7 11
Ferro mg/kg 50 108
Manganês mg/kg 15 14
Molibdênio mg/kg 1,6 -
Zinco mg/kg 33 36
Fonte: Cherry & Leffler (1984).
Em pesquisas iniciadas na década de 50, nos Estados Unidos foi desenvolvido um tipo de algodão sem glândulas produtoras de gossipol, possibilitando, assim, a criação de variedades comerciais livres desse composto, denominados “glandless”. Desta forma, são realizados inúmeros trabalhos no mundo, com o objetivo de maximizar a valorização dos derivados protéicos do algodão. Além das pesquisas nutricionais do CIRAD-CA, na França; o INCAP, na Guatemala; o USDA, nos Estados Unidos ou, ainda, a Texas A&M University, vêm estudando o valor nutricional das proteínas do algodoeiro.
Óleo
Após a remoção da pluma, o caroço do algodão é aberto, liberando o grão, que é esmagado para a extração do óleo, processo feito por prensagem hidráulica ou usando extratores químicos.
O óleo obtido das sementes de algodão é de coloração escura, provocada por pigmentos que acompanham o gossipol no interior das glândulas distribuídas nos cotilédones e hipocótilo. A presença desses compostos leva à necessidade de se proceder ao refinamento do óleo para eliminação através do calor, uma vez que os mesmos são termolábeis e durante o refino são destruídos.
Trata-se do óleo vegetal mais antigo produzido industrialmente, tendo sido consumido em larga escala no Brasil, e reduzido com o aumento da produção de soja. Em função de sua composição, destaca-se na produção de gorduras compostas.
Os principais ácidos graxos são o palmítico, o oléico e o linoléico. O óleo de algodão está classificado na categoria dos semi-secativos. Seu índice de iodo varia de 100 a 110; o índice de acidez de 0,04 a 0,08, o índice de saponificação de 192 a 195, o índice tiocianogênio de 61 a 65 e o índice de refração de 1,4697 a 1,4698.
Óleo refinado
Durante o processo de refino dos óleos comestíveis, a clarificação é a etapa de maior importância na determinação da qualidade e estabilidade do produto final. O óleo bruto é submetido a três etapas do processo de clarificação, de acordo com o fluxograma da Figura 2.
FIG. 2. Fluxograma básico de processamento de clarificação do óleo de algodão.
No refinamento do óleo, Figura 2, pigmentos são removidos no estágio de neutralização, por adição do hidróxido de sódio e branqueamento por adsorção em sólidos, usualmente argilas ativadas.
Após o refino, pode-se obter um óleo comestível utilizado em tempero e frituras de excelente qualidade nutricional, devido à presença de ácidos graxos essenciais, o mais conhecido e, praticamente, o mais importante, como o ácido linoléico, que no organismo é transformado em ácido araquidônico, verdadeiramente “essencial” para o organismo humano. Além do mais, o óleo de algodão é rico em vitamina E ou alfa tocoferol, que é um antioxidante natural, o que lhe confere maior vida-de-prateleira, apresentando melhor estado de conservação, com menor probabilidade de rancificação e sofrendo menos alteração que os óleos de milho e de soja; uma colher de óleo de algodão, pesando 11g, pode satisfazer nove vezes as necessidades diárias do organismo em vitamina E.
Na Tabela 2, verifica-se o padrão recomendado, pela AOCS, para o óleo de algodão refinado.
Tabela 2. Padrão recomendado pela AOCS, para o óleo de algodão refinado.
Gravidade específica a 25/25C 0,916 – 0,918
Índice de refração a 25C 1,468 – 1,472
Índice de iodo 99 - 113
Índice de saponificação 189 - 198
Material insaponificável (%) não acima de 1,5
Título (%) 30 - 37
Àcidos graxos livres não acima de 0,25
Fonte: Swern (1979).
Tortas e farinhas
A torta de algodão, obtida após a extração do óleo, pode ser usada como fertilizante na indústria de corantes, na alimentação animal e na fabricação de farinhas alimentícias, após desintoxicação; entretanto, sua principal aplicação reside na elaboração de rações animais, devido ao seu alto valor protéico.
Tradicionalmente, na alimentação animal são utilizados os subprodutos, como o caroço, o farelo e as cascas da semente do algodão, fornecendo proteína e energia aos ruminantes, por meio da ração. São usados principalmente na alimentação de poligástricos, pois o gossipol é tóxico aos monogástricos; é inofensivo aos ruminantes se fornecido em quantidades controladas. Galinhas alimentadas com caroço de algodão adicionado à dieta, produzem ovo com gema esverdeada, após período de estocagem; em suínos, não se pode colocar mais que 5% em sua ração.
O caroço, compreende o grão e as cascas. Nele ficam ainda as fibras curtas bastante presas, denominadas línter, cujo teor pode variar de 4% a 8% no caroço, que também servem como fonte de fibra facilmente digestível para os ruminantes. Quando o caroço de algodão é aberto para liberar o grão que será esmagado, sobram as cascas, excelente fonte de fibra efetiva, com real capacidade de estimular o rúmen e de alta palatabilidade para os ruminantes. As cascas podem ser misturadas à torta para a alimentação de gado, de forma que o teor de fibra bruta não seja superior a 25%, conforme determinação do Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento, visando ao controle da concentração protéica que, após a moagem, recebe a denominação de farelo de algodão com casca. Na Tabela 3 pode-se comparar a composição das cascas com os farelos obtidos da mistura. Um fator importante é que a variação na composição do farelo acontece em função da quantidade de casca adicionada. Desta forma, é necessário conhecer o conteúdo de proteína do farelo adquirido, pois a proteína diminui com o aumento de casca adicionada e, conseqüente, aumento no teor de fibra da ração.
Tabela 3. Composição de subprodutos do algodão usados na como matéria-prima na ração animal.
Subproduto Composição (%)
Umidade
(máx.) Proteína bruta
(mín.) Extrato etéreo
(mín.) Fibra bruta
(máx.) Cinzas
(máx.)
Farelo (solvente) tipo 50 12 50 - 8 6
Farelo (solvente) tipo 40 12 40 2 15-16 6
Farelo c/ casca tipo 30 10 30 2 23 6
Farelo c/ casca tipo 25 12 25 - 25 7,5
Casca de algodão 10 3-3,5 - 40-44 3
Fonte: Brasil (1989).
O farelo do algodão é o subproduto resultante da extração do óleo contido no grão que, ao ser esmagado, é denominado torta; é usada na forma obtida ou moída e peletizada, para uso animal. Em função do tipo da extração, pode-se produzir dois tipos de torta: a torta gorda (5% de óleo residual) mais energética, proveniente apenas da prensagem mecânica, porém com menor teor de proteína; torta magra (menos de 2% de óleo residual) oriundo da extração por solventes, apresenta concentração, relativamente maior de proteína. Verifica-se, através da Tabela 4, a composição média dos tipos de torta. A moagem da torta produz o farelo.
Tabela 4. Composição química média da torta de algodão obtida pelos dois métodos de extração.
Substância Extração
mecânica Extração
por solvente
Matéria seca (%) 92,3 89,1
Proteína bruta (%) 46,1 47,6
Extrato etéreo (%) 4,6 2,2
Fibra bruta (%) 11,4 11,2
Cinzas (%) 7,2 7,5
Minerais (macro e micro)
Cálcio (%) 0,21 0,22
Magnésio (%) 0,65 0,66
Fósforo (%) 1,14 1,20
Potássio (%) 1,68 1,72
Sódio (%) 0,007 0,14
Enxofre (%) 0,43 0,44
Cobre (mg/kg) 10,9 12,5
Ferro (mg/kg) 106 126
Manganês (mg/kg) 18,7 20,1
Molibdênio (mg/kg) 2,4 2,5
Zinco (mg/kg) 62,8 63,7
Fonte: Cottonseed Feed Products Guide (1998).
As limitações de uso dos subprodutos, são devidas ao fato da presença do gossipol. Os suínos são bastante sensíveis a esse pigmento tóxico, podendo intoxicar-se com níveis tão baixos quanto 0,002% de gossipol livre na ração. Os sintomas de intoxicação variam de leves tremores até a morte, em casos severos, devido aos danos causados no fígado e no coração. Em geral, bois e carneiros não são muito afetados, porém coelhos e porcos morrem ao serem alimentados com freqüência, com torta ou farelo de algodão. Em ruminantes a desintoxicação ocorre no próprio rúmen, pelo fato do gossipol se ligar a proteínas solúveis ou pela diluição no local.
O gossipol pode comprometer as funções hepáticas, a taxa de respiração e a capacidade de transporte do oxigênio pelos eritrócitos, possibilitando o ataque cardíaco. Recomenda-se adicionar sulfato de ferro, óxido ou hidróxido de cálcio a dietas contendo caroço de algodão, para neutralizar os efeitos do gossipol. Deve-se ter cuidado, ainda, com a idade do animal, pois animais mais jovens sofrem mais o efeito deletérico do gossipol. O nível de tolerância para vacas é de 9.000 mg/kg e bezerros acima de quatro meses de idade, toleram até 200 mg/kg. Os touros são dez vezes mais susceptíveis aos efeitos do gossipol que as vacas, pois podem apresentar redução súbita na quantidade de sêmen produzida. Para bovinos, não se deve fornecer acima de 15% ou 20% da ração; além desse valor de consumo em vacas em leiteiras, pode haver um acréscimo no teor de gordura com decréscimo de proteína. A qualidade do material a ser utilizado na ração é de suma importância, pois deve estar livre de fragmentos estranhos e apresentar cor branca ou cinza-claro. O bom caroço de algodão deve conter umidade adequada para o armazenamento. Com a estocagem inadequada, os grãos não são conservados por longo período, podendo apresentar o desenvolvimento de microrganismos e, conseqüentemente, baixo estado de conservação do produto com alterações químicas, acarretando redução das qualidades nutricionais. O nível crítico do teor de umidade para oleaginosas é de 11%.
Na Tabela 5 observa-se o teor médio de gossipol em subprodutos do algodoeiro, que podem variar significativamente em função de variedades e locais de cultivo.
Tabela 5. Teor médio de gossipol em subprodutos do algodoeiro.
Substância (%) Farelo de algodão Caroço
de algodão Cascas
de algodão
prensado solvente
Gossipol total 1,09 1,16 0,66 0,107
Gossipol livre 0,06 0,14 0,68 0,049
Fonte: Cottonseed Feed Products Guide (1998).
A farinha de algodão, proveniente da extração direta com o hexano, deixa a farinha de cor clara e textura fina e com bastante proteína, variando de 60% a 68% (% N x 6,25) podendo fornecer uma suplementação protéica a diversos produtos de panificação, como pães, biscoitos doces e salgados; esses produtos são comercializados e bastante apreciados em países do continente africano.
Pesquisas sobre novas possibilidades de uso dos grãos, sobretudo da farinha de algodão, visando à sua valorização comercial, vêm sendo realizadas, principalmente no Laboratório de Tecnologia de Algodão do CIRAD, em parceria com a Universidade das Ciências em Montpellier, cujas ações de pesquisa em andamento contemplam o estudo das propriedades filmogênicas das proteínas de algodão para a formação de materiais biodegradáveis; a farinha de algodão deslipidada ou não, constitui matéria-prima protéica interessante para a realização dos filmes biodegradáveis, competindo com os existentes, já comercializados. A textura e as propriedades de aderência dos filmes oriundos de farinhas glandled, favorece sua utilização dentro da medicina, como na fabricação de próteses e de bandagens.
1- O caroço e transportado até as indústrias. A amostra é retirada e o algodão é levado até os silos após a pesagem.
2- Retira-se o línter, que protege o caroço e retém a água, agindo como isolante.
3- A armazenagem tem que ser feita com alguns cuidados:
- Evitar umidade acima de 13% (sendo 13% o teto permitido);
- Evitar temperaturas acima de 25ºC.
Pois esses dois fatores, especialmente se combinados, podem gerar microorganismos que irão prejudicar a qualidade do algodão.
Depois disso é feita a pré-limpeza pelas máquinas chamadas: " Peneirões Pneumáticos", que evitam danos que possam ser causados às máquinas e também para controle de rendimento através de pesagem do produto.
4- Os peneirões têm três crivos:
- Furos grossos, que retém pedras e outros objetos grandes;
- Furos médios, que separa as sementes;
- Furos pequenos, que separa as sementes peladas;
As sementes de bom estado são enviadas às destilarias.
5- As impurezas retiradas servem de combustível para as caldeiras. Ao chegar na indústria, os caroços, estão envolvidos por uma fibra chamada línter. Esse caroço passa por uma máquina chamada deslintadeiras.
6- A retirada do línter ocorre em três etapas (cortes):
- O primeiro e o segundo ocorrem seguidamente nas deslintadeiras;
- O terceiro ocorre após o descascamento, nas desfribadeiras.
O línter de 1º corte é constituído por fibras mais longas e portanto de qualidade superior. O línter de 2º corte é retirado por serras menores, na segunda passagem pela deslintadeira, e tem o mesmo destino do línter de 1º corte.
7- Após a retirada do línter, o caroço tem aproximadamente 5% de lã. Se constatar mais que isso a deslintadeira precisa ser afiada (esse processo ocorre mais ou menos a cada 6 meses). O caroço segue então para as máquinas decorticadoras que irão descascar os caroços, separando a casca de baixo teor de óleo. Após o decorticamento, as amêndoas são separadas das cascas. As cascas seguem para as desfibradeiras onde são retiradas fibras chamadas línter de 3º corte, que tem o mesmo destino do 1º e 2º cortes. Essas fibras são enviadas junto com o algodao para que sejam produzidos fios, após um processo de limpeza do algodão e então enviados ao mercado. Esse línter também pode ser usado em alguns produtos alimentícios.
8- As cascas livres de fibras são aproveitadas no balanceamento da proteína do farelo ou então como combustível para as caldeiras. As amêndoas não podem ser estocadas por muito tempo, pois são muito sensíveis ao fungo. Isso ocorre devido a acidez, pois antes as amêndoas eram protegidas pelas cascas.
Essas amêndoas são levadas para o processamento que consiste em cozimento, trituradores e laminação. Após esse processo vem a prensagem de onde retiramos o óleo.
Importante: A amêndoa não pode ser cozida por muito tempo, senão o óleo fica com uma aparência escura diminuindo as propriedades nutritivas do farelo.
9- Após a prensagem o caroço ainda cntém 40% do óleo que produz. Esse óleo é retirado através de solvente. O óleo bruto, retirado na prensagem, é encaminhado a um aparelho chamado D-Canter que funciona como um filtro separador retirando os possíveis bagaços. O óleo bruto vai para um tanque onde aguarda o processamento.
10- A extração do óleo pelo solvente constitui uma operação de transferência de massa com contato sólido-líquido.
O extrator gira no sentido contrário do solvente, fazendo com que o solvente puro encontre a torta mais pobre do óleo e vice-versa. A temperatura ideal para isso é entre 55ºC e 65ºC. Mais que isso o solvente evapora e menos que isso não há extração de óleo. Após isso a mistura gerada por solvente + óleo (miscela) passa por um processo de separação que constitui em evaporação do solvente e posteriormente recondicionamento do mesmo. Esse já é o processo de refinação do óleo.
11- O objetivo da refinação é a remoção das impurezas indesejadas no óleo. As impurezas variam por sua natureza e podem ser químicas ou físicas. Por isso a sua eliminação é feita com várias etapas ou operações.
12- O óleo então é utilizado com vários objetivos, mas o principal é para a culinária. Utilizado em cozinhas industrias e/ou em casa. Também é utilizado em indústrias para a fabricação de margarinas. Atualmente é o 3º óleo mais produzido no mundo e é um dos poucos óleos reconhecidos e aceitados no mercado por seu reduzido teor de gordura saturada, os demais são: óleos de soja, milho, canola e girassol.
13- O óleo de algodão também é rico em vitaminas, especialmente em vitamina E ativada e também contribui para conservação dos alimentos que ficam longo período nas prateleiras.
É um dos produtos favoritos para alguns tipos de culinária, entre elas: os pratos orientais e frituras, pois o óleo de algodão, ao contrário de outros óleos não perde seu sabor quando elevado a grandes temperaturas. Poucos alimentos podem ser tão puros e refinados, e ainda manter suas qualidades nutricionais.
Os subprodutos do algodão podem ser classificados como primários, secundários, terciários e até em potencial.
A espécie de algodoeiro G. hirsutum L.r. latifolium Hutch., mais plantada no mundo, com 33,31 milhões de hectares e que produz sementes com línter, é responsável por 90% da produção mundial de algodão em caroço ou algodão em rama, bastante usada pela humanidade. Devido às inúmeras aplicações dessa malvácea, é consideranda “o boi vegetal” e, ainda, por ser totalmente aproveitada pelo homem.
O algodoeiro não é somente uma planta fibrosa e oleaginosa mas também, produtora de proteína de qualidade, podendo funcionar como suplemento protéico na alimentação animal e humana, na ausência de gossipol.
Logo após a separação da fibra, seu principal produto, é em escala de importância o óleo comestível. No processamento de extração do óleo obtém-se os subprodutos primários, que são: o línter, a casca e a amêndoa; os secundários, farinha integral, óleo bruto, torta e farelo; os terciários, óleo refinado, borra, farinha desengordurada (Figura1).
Semente
A semente, coberta com línter e rica em óleo, contém em média 60% de caroço e 40% de fibra. A amêndoa liberada com a quebra das cascas, possui de 30 % a 40 % de proteínas e de 35% a 40% de lipídios.
A semente ou caroço é o subproduto do beneficiamento e/ou descaroçamento, visando à separação da fibra. Constitui uma das principais matérias-primas para a indústria de óleo comestível. Ela fornece inúmeros subprodutos, como resíduos da extração do óleo, torta e farelo, ricas fontes de proteína de boa qualidade e bastante utilizados no preparo de rações.
FIG. 1. Produtos do caroço de algodão e sua utilização.
Trata-se de uma semente de alto valor protéico, constituindo uma fonte de proteína para alimentação humana, com a eliminação do gossipol, composto tóxico que, ao se combinar com a lisina disponível, induz a redução nutricional da torta e da farinha. Por outro lado, o gossipol induz, sinais clínicos graves no homem e nos animais monogástricos, tais como edemas pulmonares e hemorragias hepáticas, tornando-se um composto indesejável na alimentação humana. Entre os meios empregados no processo de retirada do gossipol, o procedimento genético é o mais adequado, por não acarretar perdas no valor nutricional das proteínas. Na Tabela 1, pode-se verificar a composição média do caroço de algodão com e sem línter.
Tabela 1. Composição média do caroço de algodão com e sem línter.
Item Caroço de algodão
Integral Sem línter
Matéria seca % 91,6 90
Proteína bruta % 22,5 25
Fibra em detergente ácido % 38,8 26
Fibra em detergente neutro % 47,2 37
Fibra Bruta %7 29,5 17,2
Extrato etéreo % 17,8 23,8
Cinza % 3,8 4,5
Composição em minerais
Cálcio % 0,14 0,12
Magnésio % 0,35 0,41
Fósforo % 0,56 0,54
Potássio % 1,14 1,18
Sódio % 0,008 0,01
Enxofre % 0,2 -
Cobre mg/kg 7 11
Ferro mg/kg 50 108
Manganês mg/kg 15 14
Molibdênio mg/kg 1,6 -
Zinco mg/kg 33 36
Fonte: Cherry & Leffler (1984).
Em pesquisas iniciadas na década de 50, nos Estados Unidos foi desenvolvido um tipo de algodão sem glândulas produtoras de gossipol, possibilitando, assim, a criação de variedades comerciais livres desse composto, denominados “glandless”. Desta forma, são realizados inúmeros trabalhos no mundo, com o objetivo de maximizar a valorização dos derivados protéicos do algodão. Além das pesquisas nutricionais do CIRAD-CA, na França; o INCAP, na Guatemala; o USDA, nos Estados Unidos ou, ainda, a Texas A&M University, vêm estudando o valor nutricional das proteínas do algodoeiro.
Óleo
Após a remoção da pluma, o caroço do algodão é aberto, liberando o grão, que é esmagado para a extração do óleo, processo feito por prensagem hidráulica ou usando extratores químicos.
O óleo obtido das sementes de algodão é de coloração escura, provocada por pigmentos que acompanham o gossipol no interior das glândulas distribuídas nos cotilédones e hipocótilo. A presença desses compostos leva à necessidade de se proceder ao refinamento do óleo para eliminação através do calor, uma vez que os mesmos são termolábeis e durante o refino são destruídos.
Trata-se do óleo vegetal mais antigo produzido industrialmente, tendo sido consumido em larga escala no Brasil, e reduzido com o aumento da produção de soja. Em função de sua composição, destaca-se na produção de gorduras compostas.
Os principais ácidos graxos são o palmítico, o oléico e o linoléico. O óleo de algodão está classificado na categoria dos semi-secativos. Seu índice de iodo varia de 100 a 110; o índice de acidez de 0,04 a 0,08, o índice de saponificação de 192 a 195, o índice tiocianogênio de 61 a 65 e o índice de refração de 1,4697 a 1,4698.
Óleo refinado
Durante o processo de refino dos óleos comestíveis, a clarificação é a etapa de maior importância na determinação da qualidade e estabilidade do produto final. O óleo bruto é submetido a três etapas do processo de clarificação, de acordo com o fluxograma da Figura 2.
FIG. 2. Fluxograma básico de processamento de clarificação do óleo de algodão.
No refinamento do óleo, Figura 2, pigmentos são removidos no estágio de neutralização, por adição do hidróxido de sódio e branqueamento por adsorção em sólidos, usualmente argilas ativadas.
Após o refino, pode-se obter um óleo comestível utilizado em tempero e frituras de excelente qualidade nutricional, devido à presença de ácidos graxos essenciais, o mais conhecido e, praticamente, o mais importante, como o ácido linoléico, que no organismo é transformado em ácido araquidônico, verdadeiramente “essencial” para o organismo humano. Além do mais, o óleo de algodão é rico em vitamina E ou alfa tocoferol, que é um antioxidante natural, o que lhe confere maior vida-de-prateleira, apresentando melhor estado de conservação, com menor probabilidade de rancificação e sofrendo menos alteração que os óleos de milho e de soja; uma colher de óleo de algodão, pesando 11g, pode satisfazer nove vezes as necessidades diárias do organismo em vitamina E.
Na Tabela 2, verifica-se o padrão recomendado, pela AOCS, para o óleo de algodão refinado.
Tabela 2. Padrão recomendado pela AOCS, para o óleo de algodão refinado.
Gravidade específica a 25/25C 0,916 – 0,918
Índice de refração a 25C 1,468 – 1,472
Índice de iodo 99 - 113
Índice de saponificação 189 - 198
Material insaponificável (%) não acima de 1,5
Título (%) 30 - 37
Àcidos graxos livres não acima de 0,25
Fonte: Swern (1979).
Tortas e farinhas
A torta de algodão, obtida após a extração do óleo, pode ser usada como fertilizante na indústria de corantes, na alimentação animal e na fabricação de farinhas alimentícias, após desintoxicação; entretanto, sua principal aplicação reside na elaboração de rações animais, devido ao seu alto valor protéico.
Tradicionalmente, na alimentação animal são utilizados os subprodutos, como o caroço, o farelo e as cascas da semente do algodão, fornecendo proteína e energia aos ruminantes, por meio da ração. São usados principalmente na alimentação de poligástricos, pois o gossipol é tóxico aos monogástricos; é inofensivo aos ruminantes se fornecido em quantidades controladas. Galinhas alimentadas com caroço de algodão adicionado à dieta, produzem ovo com gema esverdeada, após período de estocagem; em suínos, não se pode colocar mais que 5% em sua ração.
O caroço, compreende o grão e as cascas. Nele ficam ainda as fibras curtas bastante presas, denominadas línter, cujo teor pode variar de 4% a 8% no caroço, que também servem como fonte de fibra facilmente digestível para os ruminantes. Quando o caroço de algodão é aberto para liberar o grão que será esmagado, sobram as cascas, excelente fonte de fibra efetiva, com real capacidade de estimular o rúmen e de alta palatabilidade para os ruminantes. As cascas podem ser misturadas à torta para a alimentação de gado, de forma que o teor de fibra bruta não seja superior a 25%, conforme determinação do Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento, visando ao controle da concentração protéica que, após a moagem, recebe a denominação de farelo de algodão com casca. Na Tabela 3 pode-se comparar a composição das cascas com os farelos obtidos da mistura. Um fator importante é que a variação na composição do farelo acontece em função da quantidade de casca adicionada. Desta forma, é necessário conhecer o conteúdo de proteína do farelo adquirido, pois a proteína diminui com o aumento de casca adicionada e, conseqüente, aumento no teor de fibra da ração.
Tabela 3. Composição de subprodutos do algodão usados na como matéria-prima na ração animal.
Subproduto Composição (%)
Umidade
(máx.) Proteína bruta
(mín.) Extrato etéreo
(mín.) Fibra bruta
(máx.) Cinzas
(máx.)
Farelo (solvente) tipo 50 12 50 - 8 6
Farelo (solvente) tipo 40 12 40 2 15-16 6
Farelo c/ casca tipo 30 10 30 2 23 6
Farelo c/ casca tipo 25 12 25 - 25 7,5
Casca de algodão 10 3-3,5 - 40-44 3
Fonte: Brasil (1989).
O farelo do algodão é o subproduto resultante da extração do óleo contido no grão que, ao ser esmagado, é denominado torta; é usada na forma obtida ou moída e peletizada, para uso animal. Em função do tipo da extração, pode-se produzir dois tipos de torta: a torta gorda (5% de óleo residual) mais energética, proveniente apenas da prensagem mecânica, porém com menor teor de proteína; torta magra (menos de 2% de óleo residual) oriundo da extração por solventes, apresenta concentração, relativamente maior de proteína. Verifica-se, através da Tabela 4, a composição média dos tipos de torta. A moagem da torta produz o farelo.
Tabela 4. Composição química média da torta de algodão obtida pelos dois métodos de extração.
Substância Extração
mecânica Extração
por solvente
Matéria seca (%) 92,3 89,1
Proteína bruta (%) 46,1 47,6
Extrato etéreo (%) 4,6 2,2
Fibra bruta (%) 11,4 11,2
Cinzas (%) 7,2 7,5
Minerais (macro e micro)
Cálcio (%) 0,21 0,22
Magnésio (%) 0,65 0,66
Fósforo (%) 1,14 1,20
Potássio (%) 1,68 1,72
Sódio (%) 0,007 0,14
Enxofre (%) 0,43 0,44
Cobre (mg/kg) 10,9 12,5
Ferro (mg/kg) 106 126
Manganês (mg/kg) 18,7 20,1
Molibdênio (mg/kg) 2,4 2,5
Zinco (mg/kg) 62,8 63,7
Fonte: Cottonseed Feed Products Guide (1998).
As limitações de uso dos subprodutos, são devidas ao fato da presença do gossipol. Os suínos são bastante sensíveis a esse pigmento tóxico, podendo intoxicar-se com níveis tão baixos quanto 0,002% de gossipol livre na ração. Os sintomas de intoxicação variam de leves tremores até a morte, em casos severos, devido aos danos causados no fígado e no coração. Em geral, bois e carneiros não são muito afetados, porém coelhos e porcos morrem ao serem alimentados com freqüência, com torta ou farelo de algodão. Em ruminantes a desintoxicação ocorre no próprio rúmen, pelo fato do gossipol se ligar a proteínas solúveis ou pela diluição no local.
O gossipol pode comprometer as funções hepáticas, a taxa de respiração e a capacidade de transporte do oxigênio pelos eritrócitos, possibilitando o ataque cardíaco. Recomenda-se adicionar sulfato de ferro, óxido ou hidróxido de cálcio a dietas contendo caroço de algodão, para neutralizar os efeitos do gossipol. Deve-se ter cuidado, ainda, com a idade do animal, pois animais mais jovens sofrem mais o efeito deletérico do gossipol. O nível de tolerância para vacas é de 9.000 mg/kg e bezerros acima de quatro meses de idade, toleram até 200 mg/kg. Os touros são dez vezes mais susceptíveis aos efeitos do gossipol que as vacas, pois podem apresentar redução súbita na quantidade de sêmen produzida. Para bovinos, não se deve fornecer acima de 15% ou 20% da ração; além desse valor de consumo em vacas em leiteiras, pode haver um acréscimo no teor de gordura com decréscimo de proteína. A qualidade do material a ser utilizado na ração é de suma importância, pois deve estar livre de fragmentos estranhos e apresentar cor branca ou cinza-claro. O bom caroço de algodão deve conter umidade adequada para o armazenamento. Com a estocagem inadequada, os grãos não são conservados por longo período, podendo apresentar o desenvolvimento de microrganismos e, conseqüentemente, baixo estado de conservação do produto com alterações químicas, acarretando redução das qualidades nutricionais. O nível crítico do teor de umidade para oleaginosas é de 11%.
Na Tabela 5 observa-se o teor médio de gossipol em subprodutos do algodoeiro, que podem variar significativamente em função de variedades e locais de cultivo.
Tabela 5. Teor médio de gossipol em subprodutos do algodoeiro.
Substância (%) Farelo de algodão Caroço
de algodão Cascas
de algodão
prensado solvente
Gossipol total 1,09 1,16 0,66 0,107
Gossipol livre 0,06 0,14 0,68 0,049
Fonte: Cottonseed Feed Products Guide (1998).
A farinha de algodão, proveniente da extração direta com o hexano, deixa a farinha de cor clara e textura fina e com bastante proteína, variando de 60% a 68% (% N x 6,25) podendo fornecer uma suplementação protéica a diversos produtos de panificação, como pães, biscoitos doces e salgados; esses produtos são comercializados e bastante apreciados em países do continente africano.
Pesquisas sobre novas possibilidades de uso dos grãos, sobretudo da farinha de algodão, visando à sua valorização comercial, vêm sendo realizadas, principalmente no Laboratório de Tecnologia de Algodão do CIRAD, em parceria com a Universidade das Ciências em Montpellier, cujas ações de pesquisa em andamento contemplam o estudo das propriedades filmogênicas das proteínas de algodão para a formação de materiais biodegradáveis; a farinha de algodão deslipidada ou não, constitui matéria-prima protéica interessante para a realização dos filmes biodegradáveis, competindo com os existentes, já comercializados. A textura e as propriedades de aderência dos filmes oriundos de farinhas glandled, favorece sua utilização dentro da medicina, como na fabricação de próteses e de bandagens.
1- O caroço e transportado até as indústrias. A amostra é retirada e o algodão é levado até os silos após a pesagem.
2- Retira-se o línter, que protege o caroço e retém a água, agindo como isolante.
3- A armazenagem tem que ser feita com alguns cuidados:
- Evitar umidade acima de 13% (sendo 13% o teto permitido);
- Evitar temperaturas acima de 25ºC.
Pois esses dois fatores, especialmente se combinados, podem gerar microorganismos que irão prejudicar a qualidade do algodão.
Depois disso é feita a pré-limpeza pelas máquinas chamadas: " Peneirões Pneumáticos", que evitam danos que possam ser causados às máquinas e também para controle de rendimento através de pesagem do produto.
4- Os peneirões têm três crivos:
- Furos grossos, que retém pedras e outros objetos grandes;
- Furos médios, que separa as sementes;
- Furos pequenos, que separa as sementes peladas;
As sementes de bom estado são enviadas às destilarias.
5- As impurezas retiradas servem de combustível para as caldeiras. Ao chegar na indústria, os caroços, estão envolvidos por uma fibra chamada línter. Esse caroço passa por uma máquina chamada deslintadeiras.
6- A retirada do línter ocorre em três etapas (cortes):
- O primeiro e o segundo ocorrem seguidamente nas deslintadeiras;
- O terceiro ocorre após o descascamento, nas desfribadeiras.
O línter de 1º corte é constituído por fibras mais longas e portanto de qualidade superior. O línter de 2º corte é retirado por serras menores, na segunda passagem pela deslintadeira, e tem o mesmo destino do línter de 1º corte.
7- Após a retirada do línter, o caroço tem aproximadamente 5% de lã. Se constatar mais que isso a deslintadeira precisa ser afiada (esse processo ocorre mais ou menos a cada 6 meses). O caroço segue então para as máquinas decorticadoras que irão descascar os caroços, separando a casca de baixo teor de óleo. Após o decorticamento, as amêndoas são separadas das cascas. As cascas seguem para as desfibradeiras onde são retiradas fibras chamadas línter de 3º corte, que tem o mesmo destino do 1º e 2º cortes. Essas fibras são enviadas junto com o algodao para que sejam produzidos fios, após um processo de limpeza do algodão e então enviados ao mercado. Esse línter também pode ser usado em alguns produtos alimentícios.
8- As cascas livres de fibras são aproveitadas no balanceamento da proteína do farelo ou então como combustível para as caldeiras. As amêndoas não podem ser estocadas por muito tempo, pois são muito sensíveis ao fungo. Isso ocorre devido a acidez, pois antes as amêndoas eram protegidas pelas cascas.
Essas amêndoas são levadas para o processamento que consiste em cozimento, trituradores e laminação. Após esse processo vem a prensagem de onde retiramos o óleo.
Importante: A amêndoa não pode ser cozida por muito tempo, senão o óleo fica com uma aparência escura diminuindo as propriedades nutritivas do farelo.
9- Após a prensagem o caroço ainda cntém 40% do óleo que produz. Esse óleo é retirado através de solvente. O óleo bruto, retirado na prensagem, é encaminhado a um aparelho chamado D-Canter que funciona como um filtro separador retirando os possíveis bagaços. O óleo bruto vai para um tanque onde aguarda o processamento.
10- A extração do óleo pelo solvente constitui uma operação de transferência de massa com contato sólido-líquido.
O extrator gira no sentido contrário do solvente, fazendo com que o solvente puro encontre a torta mais pobre do óleo e vice-versa. A temperatura ideal para isso é entre 55ºC e 65ºC. Mais que isso o solvente evapora e menos que isso não há extração de óleo. Após isso a mistura gerada por solvente + óleo (miscela) passa por um processo de separação que constitui em evaporação do solvente e posteriormente recondicionamento do mesmo. Esse já é o processo de refinação do óleo.
11- O objetivo da refinação é a remoção das impurezas indesejadas no óleo. As impurezas variam por sua natureza e podem ser químicas ou físicas. Por isso a sua eliminação é feita com várias etapas ou operações.
12- O óleo então é utilizado com vários objetivos, mas o principal é para a culinária. Utilizado em cozinhas industrias e/ou em casa. Também é utilizado em indústrias para a fabricação de margarinas. Atualmente é o 3º óleo mais produzido no mundo e é um dos poucos óleos reconhecidos e aceitados no mercado por seu reduzido teor de gordura saturada, os demais são: óleos de soja, milho, canola e girassol.
13- O óleo de algodão também é rico em vitaminas, especialmente em vitamina E ativada e também contribui para conservação dos alimentos que ficam longo período nas prateleiras.
É um dos produtos favoritos para alguns tipos de culinária, entre elas: os pratos orientais e frituras, pois o óleo de algodão, ao contrário de outros óleos não perde seu sabor quando elevado a grandes temperaturas. Poucos alimentos podem ser tão puros e refinados, e ainda manter suas qualidades nutricionais.
SECAGEM DE SEMENTES GRÃOS SOJA
SECAGEM DE SEMENTES
1. Introdução
A colheita de sementes com grau de umidade acima dos recomendados para
armazenamento seguro torna-se uma prática comum entre os produtores de sementes,
pois, as sementes permanecendo na lavoura após a maturidade fisiológica, ficam
expostas à ação das flutuações de temperatura e umidade relativa e do orvalho e/ou
chuvas que, em processos alternados de sorção e dessorção de água, podem causar
significativos danos físicos e fisiológicos.
Assim, para evitar o “armazenamento de campo” torna-se necessário antecipar
ao máximo o momento de colheita, obtendo sementes com grau de umidade tal que
ocorrerá a necessidade de secagem imediata, mas, em contrapartida, possibilitando obter
sementes que apresentem reduzidos índices de danificação e deterioração, permitindo ao
produtor melhor planejar a colheita.
O intervalo de tempo que separa o final da colheita do início do processo de
secagem deve ser o mais reduzido possível porque, nesta fase do processo, as sementes
com umidade elevada apresentam altas taxas de atividade respiratória e, o consumo
antecipado de reservas provoca um desgaste fisiológico que, na prática, produzirão
baixos índices de germinação e vigor no futuro.
2. Princípios de Secagem
O vapor d’água presente nas sementes tende a ocupar todos os espaços
intercelulares, gerando pressões em todas direções. Por outro lado a água presente no ar
de secagem sob a forma de vapor exerce, também, uma pressão parcial, designada
pressão parcial de vapor d’água no ar.
O processo de secagem envolve a retirada parcial de água das sementes através
da transferência simultânea de calor do ar para as sementes e de água, por meio de fluxo
de vapor, das sementes para o ar. Assim, a secagem de sementes, mediante convecção
forçada do ar aquecido compreende, essencialmente, dois processos simultâneos: a)
evaporação da água superficial das sementes para o ar circundante; b) movimento de
água do interior para a superfície das sementes, em virtude de gradiente hídrico entre
essas duas regiões.
O modo mais utilizado para aumentar o diferencial entre as pressões de vapor da
superfície das sementes e do ar de secagem é o aquecimento do ar, diminuindo sua
umidade relativa, que adquire maior capacidade de retirada de água.
3. Métodos de Secagem
3.1.Secagem Natural
A secagem natural utiliza as energias solar e eólica para remover a umidade das
sementes, utilizando recursos como eiras ou lonas. Cuidados especiais devem ser
tomados para que as sementes não sofram aquecimento excessivo e que a secagem
ocorra do modo mais uniforme possível. Este método, em geral, é pouco suscetível a
riscos de danificação mecânica e térmica sendo, no entanto, dependente das condições
psicrométricas do ar ambiente, que muitas vezes não são adequadas para a secagem das
sementes.É um método adequado para reduzida quantidade de sementes.
3.2. Secagem artificial
3.2.1. Secagem estacionária.
Consiste, basicamente, no insuflamento de ar aquecido através de um volume de
sementes que permanece estático. A secagem ocorre em camadas com a formação de
zonas de secagem onde, a camada de sementes onde mais efetivamente se verifica a
passagem de água das sementes para o ar é denominada de frente de secagem.
Os secadores estacionários mais utilizados para secagem de sementes utilizando
este método são os silos com distribuição axial ou radial do fluxo de ar (Figura 1).
Deve-se ter cuidados operacionais para evitar secagem excessiva na camada de
sementes próxima a entrada de ar quente e a demora de secagem das camadas mais
distantes. Resultados de pesquisas indicam para sementes com 16 a 18% de umidade a
utilização de fluxos de ar de 8 a 10 m³/min./t, temperatura do ar máxima de 40 a 43°C,
umidade relativa do ar mínima de 40% e altura da camada de sementes não superior a
1,5m para sementes com dimensões semelhantes a soja.
Figura 1. Silo para secagem estacionária de sementes
3.2.2. Secagem Intermitente.
Na secagem intermitente, as sementes são submetidas à ação do ar aquecido na
câmara de secagem a intervalos regulares de tempo permitindo, assim, a
homogeneização da umidade e resfriamento quando as mesmas estão passando pelas
partes do sistema onde não recebem ar aquecido (elevador e câmara de equalização ou
resfriamento) (Figura 2).
Neste método a rapidez e uniformidade de secagem são as características mais
relevantes. A secagem de sementes empregando ar aquecido durante intervalos
regulares de tempo, intercalado por períodos sem aquecimento (equalização), possibilita
a redistribuição de umidade, reduzindo os gradientes hídrico e térmico e, como
conseqüência os danos físicos (fissuras) às sementes.
Em razão da intermitência, é possível o emprego de temperaturas do ar aquecido
que alcançam até 70 a 80°C, sem, no entanto ocasionar excessivo aquecimento das
sementes que, em geral, não atingem temperaturas acima de 40 a 43°C.
Figura 2. Secador intermitente
Operação de fornalhas em secadores cascata
Para a realização do processo de secagem artificial quase sempre é necessário aumentar o potencial de secagem do ar. E isto é feito com o aumento da temperatura do ar. Para tanto, geralmente são empregadas as fornalhas.
As fornalhas devem ser dimensionadas para garantir a combustão completa dos combustíveis que são classificados em:
(1) sólidos – lenha e carvão;
(2) gasosos – gás natural e gás liquefeito de petróleo - GLP; e
(3) líquidos – fuel oil, gasolina e óleo diesel.
Em função do tipo de combustível as fornalhas são tipificadas em: (i) fornalhas para combustíveis sólidos, (ii) fornalhas para combustíveis sólidos pulverizados, (iii) fornalhas para combustíveis líquidos e (iv) fornalhas para combustíveis gasosos.
Uma das características importantes dos combustíveis é o poder calorífico. Esta medida corresponde à quantidade de energia calorífica liberada na combustão, sendo expressa em quilocalorias liberadas por quilo do combustível queimado. Conforme mostrado na Tabela 1, por exemplo, ao ser queimado um quilo pinho são liberadas 3.300 quilocalorias.
Tabela 1 – Poder calorífico de alguns combustíveis
Combustível - Poder Calorífico (k Calorias / kg)
Cabreúna 4.115
Canelinha 4.010
Eucalipto 2.800 – 3.340
Figueira 3.390
Ipê 4.020
Jacarandá 3.780
Pinho 3.300
Óleo diesel 10.300
Gasolina 11.000
Álcool 6.214
Gás GLP 11.000
Fuel Oil 9.600
Carvão 4.400
Fonte: WEBER (2001)
Devido ao baixo custo de aquisição, a lenha é o combustível mais utilizado na secagem de grãos no Brasil. E esta, quando totalmente seca, 0% de umidade, possui a seguinte composição química: (i) 49% de carbono, (ii) 6% de hidrogênio, (iii) 38% de oxigênio e (iv) 2% de minerais - que é a porção convertida em cinzas.
No entanto, quando cortada, a lenha possui teor de umidade entre 40 a 55% e quando seca ao ar apresenta teores entre 20 a 25%. É certo afirmar que quanto menor é o teor de umidade da lenha, maior é o poder calorífico.
As principais vantagens do uso da lenha são: (i) menor custo por tonelada na produção de energia, isto no Brasil; (ii) emprego de mão-de-obra não qualificada, o que promove a fixação do homem no campo; (iii) fácil armazenagem a céu aberto; e (iv) a geração de baixos teores de cinza e enxofre. Além disto, é um combustível renovável.
As principias desvantagens são: (i) exigências ambientais que fazem requerer o uso racional, sendo então, necessário o planejamento do cultivo e exploração; (ii) fornecimento irregular; (iii) baixo poder calorífico; e (iv) difícil automatização das fornalhas.
1. Processo de Combustão
A combustão ou queima é uma reação química que permite produzir calor mediante a interação de três fatores: (i) combustível, (ii) oxigênio e (iii) a ocorrência da temperatura de ignição. Estes três fatores constituem o Triângulo do Fogo (Figura 1).
O combustível trata da matéria que irá liberar a energia calorífica. O oxigênio é fornecido pelo ar atmosférico. O ar normalmente em sua composição apresenta 20% de oxigênio. A temperatura de ignição corresponde o nível de temperatura que o combustível deve atingir para iniciar a queima. Para lenha, a temperatura de ignição é de aproximadamente 300 oC, enquanto que para o carvão é 350 oC e para gás GLP, 500 oC.
Na falta de um dos fatores do Triângulo do Fogo, a combustão não ocorre. Conhecendo este principio, o mesmo pode ser aplicado para o controle de incêndios. Pois, basta neste caso eliminar um dos fatores.
2. Componentes das Fornalhas a Lenha
As fornalhas devem ser dimensionadas para: (1) possibilitar o aquecimento do combustível para que seja atingida a temperatura de ignição de forma auto-sustentável, (2) promover a mistura do ar com o combustível a uma dosagem ideal, e (3) propiciar a retenção dos gases oriundos da queima do combustível por um intervalo tempo, de tal forma, a ocorrer à combustão completa. Isto porque estes gases ao sofrer combustão também liberam energia calorífica. Estes fatores constituem os 3Ts da combustão, que são: Temperatura do combustível, Tempo de execução e Turbulência do ar.
a) Temperatura do combustível: para que ocorra a combustão o combustível deve atingir a temperatura de ignição. Para lenha é a temperatura de 300 oC, se a temperatura for inferior, ocorrerá combustão incompleta, o que gera fumaça e carvão em excesso. Por outro lado, se a temperatura for muito superior a de ignição, ocorrerá à fusão do combustível.
b) Tempo de execução: o combustível e os gases voláteis gerados devem permanecer na fornalha por um intervalo de tempo necessário para que ocorra a combustão completa.
c) Turbulência ? o desenho da fornalha deve favorecer o movimento turbulento do ar. Assim, todo o combustível poderá ser envolvido pelo oxigênio presente no ar. Deste modo, a reação de combustão ocorrerá de forma ideal.
Nas Figuras 2 e 3 são representados esquematicamente dois modelos de fornalhas mais utilizados nas unidades armazenadoras brasileiras e suas partes são descritas a seguir:
Figura 2 – Fornalha para lenha com tiragem superior do ar aquecido (ANDRADE et al, 1996)
Figura 3 – Fornalha para lenha com tiragem inferior do ar aquecido (WEBER, 2001)
Câmara de combustão: É o espaço projetado para que ocorra a combustão da lenha e gases voláteis gerados. Conforme é demonstrado nas Figuras 2 e 3, normalmente, a câmara de combustão é dividida em três estágios. O primeiro estágio, que corresponde a 50% do volume da câmara, é utilizado para combustão da lenha. O segundo e terceiro estágios são utilizados para queima dos gases voláteis gerados no primeiro estágio. Cada um destes deve corresponder a 25% do volume da câmara. Estes dois estágios devem propiciar a circulação dos gases da combustão por três motivos: (1) permitir a retenção dos gases voláteis por um intervalo de tempo que possibilite a combustão completa; (2) eliminar fagulhas, e (3) quebrar as chamas. Na Tabela 2, são feitas indicações de volumes de câmaras de combustão conforme a capacidade de secagem de secadores cascata. Deste modo, por exemplo, a fornalha acoplada a um secador de 60 t/h deverá ter uma grelha com a área mínima de 6,92 m2 e o volume interno da câmara de combustão deverá ser de no mínimo 20,11 m3. Esta fornalha terá um consumo médio de 1.100 kg de lenha por hora, ou seja, 2,4 m3 de lenha por hora.
Tabela 3 – Área de grelha, volume da câmara de combustão e consumo de lenha em função da capacidade de secagem de secadores cascata.
Portas de carregamento: São aberturas na câmara de combustão empregadas para o abastecimento de lenha. É recomendado que estas sejam instaladas a cada um metro.
Grelha: É a grade metálica localizada na câmara de combustão com a função de manter a lenha suspensa. Isto facilita o envolvimento da lenha pelo ar. Na Tabela 3 são apresentados valores de áreas de grelha em função da capacidade horária de secagem de secadores tipo cascata. É recomendado que a profundidade da grelha não ultrapasse a 2 metros. Isto para facilitar a operação de abastecimento. No projeto de fornalhas, cada metro quadrado de grelha deve permitir a queima de 80 a 160 kg de lenha/hora.
Entradas de ar primário: São aberturas abaixo da linha da grelhas, situadas geralmente na parte frontal das fornalhas. Estas aberturas têm por função propiciar a entrada da vazão de ar (metros cúbicos/hora) necessária para combustão. Em modelos antigos de secadores, cerca de 10% do volume de ar sugado pelo sistema ventilação deve passar pelas entradas de ar primário, enquanto que para os novos modelos, cerca de 15%. Assim, por exemplo, em um secador de 40 t/h, cerca de 15.000 m3 de ar/h deve passar pelas entradas de ar primário. Geralmente a fornalha de um secador de 40 t/h, possui seis entradas de ar primário na dimensão de 0,40 x 0,40 m. Isto implica que a velocidade do ar por estas entradas deve ser em torno de 5 m/s. Esta velocidade pode ser medida por meio de um anemômetro, Figura 3.
Cinzeiros: São aberturas localizadas na parte inferior do corpo da fornalha que tem por objetivo proporcionar a limpeza dos resíduos da combustão. Estas aberturas devem ser mantidas fechadas durante o uso da fornalha. Geralmente, os usuários confundem a finalidade dos cinzeiros com as das aberturas de ar primário. Estas últimas devem ser mantidas abertas durante o uso da fornalha.
Figura 4 – Anemômetro (modelos Airflow) destinados à medição da velocidade do ar.
Misturador tangencial ou Ciclone: Esta estrutura tem por principal função misturar o ar proveniente da fornalha com o ar ambiente. Cerca de 35 a 45 % do ar sugado pelo sistema de ventilação do secador deverá passar pelas entradas de ar localizado no corpo do misturador tangencial. Pela operação da mistura dos fluxos devem ser alcançados os seguintes objetivos: (i) obter cerca de 40% do volume de ar aspirado pelo sistema de ventilação do secador, (ii) eliminar fagulhas que podem causar incêndios no secador, e (iii) remover partículas sólidas (cinzas) presentes no ar.
3. Cuidados na Operação de Fornalhas.
Conforme citado acima, em média cerca de 10 a 15 % da vazão do ar aspirada pelo sistema de ventilação dos secadores tipos cascata devem passar pelas entradas de ar primário. Deste modo, no caso, por exemplo, de um secador de 40 t/h, com reaproveitamento do ar da câmara de resfriamento, se for empregada à vazão de ar de secagem igual a 100 mil m3 de ar/h tem-se que: (i) 60% (60 mil m3 de ar/h) deve ser proveniente da câmara de resfriamento, e (ii) 40% (40 mil m3 de ar/h) do sistema fornalha mais misturadora tangencial (quebra chamas).
Dos 40 mil m3 de ar/h, 37,5% (15 mil m3 de ar/h) deve passar pelas estradas de ar sob grelha. Os outros 62,5% deve ser proveniente do ar ambiente que entra pelas aberturas situadas no corpo do misturador tangencial.
Desta forma, ao ser processado o balanço geral da vazão de ar secagem (100 mil m3 de ar/h), é tido em média que: (i) 60% deve ser proveniente da câmara de resfriamento, (ii) 25 % do misturador tangencial, e (iii) 15 % da fornalha. Observação: Estes valores podem variar em função da capacidade de secagem, marca do secador, modelo de fornalha e condições ambientes: temperatura e umidade relativa.
Estes dados servem para demonstrar a importância da regulagem adequada das aberturas das entradas de ar primário. Infelizmente, existe por parte de alguns operadores a preocupação exclusiva com a temperatura registrada pelo termômetro instalado na câmara de secagem. Para tanto, tratam de estrangular as estradas de ar pela fornalha e pelo misturador tangencial. Assim, facilmente é atingida a temperatura desejada. No entanto, o sistema de ventiladores não consegue sugar a vazão de ar necessária devido à resistência imposta ao fechar estas entradas de ar. Como conseqüência, o rendimento do secador é afetado negativamente.
O importante é atingir a temperatura do ar de secagem desejada, como também, propiciar vazão de ar demandada pelo secador conforme especificações dos fabricantes.
Como procedimentos complementares são citados abaixo mais alguns cuidados na operação de fornalhas:
1. Limpar periodicamente a estrutura metálica das grelhas. Isto desobstrui a passagem de ar que propicia o arrefecimento das grades metálicas, conseqüentemente ocorre o aumento da vida útil.
2. Distribuir a lenha uniformemente pela área da grelha. Isto garante melhor aproveitamento do combustível.
3. Abastecer a fornalha somente com a quantidade de lenha necessária. O abastecimento deve ser feito periodicamente, por exemplo, a cada 20 minutos. Com isto é evitado o desperdício, como também, o superaquecimento da grelha e demais estruturas da fornalha.
4. Remover freqüentemente cinzas acumuladas abaixo da grelha e demais seções da fornalha. Isto evita a emissão de fagulhas na câmara de secagem.
5. Manter fechadas as portas de abastecimento durante a operação. Caso contrário o fluxo de ar pela fornalha não seguirá os sentidos apresentados na Figura 2. Assim, o rendimento da fornalha estará comprometido.
6. Observar as características das cinzas abaixo da grelha. Se for detectado muito carvão é indicativo de falta de oxigênio para combustão. Desde modo, os registros das entradas de ar primário devem ser regulados para uma abertura maior.
7. Manter abertas e desobstruídas as entradas de ar primário, isto para garantir o volume de ar necessário para combustão.
8. Manter fechados os registros dos cinzeiros instalados no corpo da fornalha e no misturador tangencial. Caso contrário ocorrerá entrada de ar por locais não desejáveis e isto compromete a performance da fornalha.
9. Manter desobstruídas a área de circulação ao redor da fornalha. Motivos: (i) garantir entradas de ar pelas aberturas primárias, como também, (ii) possibilitar o arrefecimento da fornalha.
10. Parar de abastecer a fornalha instante antes de finalizar a secagem. Motivos: (i) economizar combustível; e (ii) promover o arrefecimento da fornalha o que aumentada a vida útil.
11. Limpar e fazer manutenção da fornalha nas entressafras. A limpeza visa eliminar o abrigo de roedores e outras pragas. A manutenção objetiva garantir o perfeito rendimento da fornalha o que representa economia de consumo e aumenta a vida útil.
ARMAZENAGEM
Secadores verticais
Secagem Contínua
O secador é composto basicamente de duas câmaras de secagem, uma câmara de resfriamento, geração de ar quente e sistema de exaustão de ar.
Recirculação do ar
O ar quente proveniente da câmara de resfriamento é duplamente reaproveitado no processo de secagem, o que proporciona uma significativa economia de energia térmica e elétrica.
Ventiladores axiais
O Fluxo de ar é gerado por ventiladores axiais, com maior eficiência e economia de energia elétrica.
Calha Cônica
(Desenvolvido pela Tecnal, conforme patente N.6300790-8)
Maior área de entrada com maior volume de ar na massa de grãos.
Secagem completa e homogênea, pois a velocidade e a distribuição do ar quente são iguais ao longo das calhas
Sistema modular
Vantagens do sistema modular de fabricação:
Totalmente parafusado
Facilidade na montagem e na manutenção
Possibilidade de ampliação do equipamento
Condições de ser fabricado totalmente galvanizado
Fluxo de ar
Introdução
A produção de grãos tem sofrido, nos últimos anos, grandes pressões por aumento de produtividade. Em função destas pressões, as práticas culturais, de manuseio e de armazenagem estão em acelerado processo de evolução.
Cada cultura e cada região procura adequar suas práticas na busca de maior produção, menor custo e maior qualidade, o trinômio que atualmente expressa, de forma abrangente, o conceito de produtividade.
Os fatores mais determinantes no potencial de produtividade de uma dada cultura são os relativos às práticas culturais e às condições climáticas. Há que se adequar a seleção de sementes, o preparo do solo, a época de plantio e os cuidados sanitários, entre outros fatores, para que se possa tirar o máximo de rendimento da cultura. A isto somam-se as variáveis climáticas que acabam por introduzir fatores ainda mais decisivos no desempenho da produção.
De qualquer forma, volume e qualidade são feitos no campo. O momento e a forma de proceder a colheita, por sua vez, introduzem outros elementos que afetam o resultado final de uma cultura.
De forma geral, a colheita é condicionada por uma série de fatores e nem sempre se consegue efetuá-la no momento mais adequado. Clima, disponibilidade de colheitadeiras e capacidade de secagem são alguns dos fatores que acabam por definir o momento e o ritmo de colheita possíveis.
Maturidade fisiológica
Os grãos ou sementes alcançam sua maturidade fisiológica (momento em que possuem o máximo de matéria seca) em níveis de umidade que impedem a colheita mecânica, além de não permitirem armazenamento seguro. Na maioria dos grãos, este nível de umidade está acima de 30%.
Como na maioria das vezes não se pode colher os grãos no momento exato de sua maturidade fisiológica, uma vez que colheitadeiras não são capazes de colher grãos com umidades muito elevadas, os grãos são colhidos mais secos, o que resulta em alguma perda. Como esta umidade de colheita ainda é elevada para uma armazenagem segura, normalmente é necessária a secagem artificial.
Como uma das poucas exceções de grãos colhidos no ponto de maturidade fisiológica, temos sementes de milho que são colhidas e secas em espigas e só debulhadas após a secagem. Importante ressaltar que este é um caso onde se procura preservar o máximo de rendimento em volume e qualidade do produto, ainda que incorrendo em custos de colheita, secagem e debulha mais elevados, mas aceitáveis no caso de sementes de alto valor econômico.
Já grãos como o soja, por exemplo, são colhidos, em algumas regiões, com um grau de umidade com o qual pode ser diretamente armazenado em silos com aeração. Nestes casos é recomendável que os silos sejam dotados de controle de aeração. Milho e arroz seguem tendência inversa e são colhidos tão cedo quanto possível, demandando significativo esforço de secagem.
A secagem
Dentre todos os processos que se aplicam para o trato pós-colheita, conservação e armazenagem adequada de grãos, a secagem é o de maior consumo energético. E energia, como bem se sabe, é produto caro e, ultimamente, escasso. Água deve ser evaporada para que os grãos reduzam sua umidade a níveis que possibilitem armazenamento seguro; e a termodinâmica nos dá muito pouca margem de manobra no que se refere a quanta energia temos que aplicar para que esta água se evapore. Sempre estaremos consumindo uma quantidade de energia superior ao calor latente de vaporização da água, que é algo em torno de 540 kcal/kg de H2O.
Além disto, os grãos são entidades biológicas extremamente sensíveis à ação do calor e da temperatura, que podem, quando excessivos, causar danos importantes nas características dos mesmos. Alguns atributos de qualidade e funcionais dos grãos podem ser seriamente comprometidos pelas agressões térmicas, e entre eles podemos citar o nível de trincas, a integridade de tecidos, a acidez, os níveis de proteínas, o poder germinativo, a aparência, apenas para citar alguns.
O estado da técnica conhece uma série de maneiras de secagem que podem ser aplicadas para secar diferentes produtos. As de aplicação prática sempre utilizam o ar como meio secante, ainda que existam outras formas de proceder a secagem. O ar é usado, na maior parte dos sistemas de secagem, como elemento que entrega calor aos grãos ao mesmo tempo que extrai a umidade. Assim sendo, as diferentes estratégias diferem apenas na forma como o ar e a energia transitam pelo sistema de secagem.
Os principais sistemas de secagem contam com secadores mecânicos, onde o produto a ser secado transita, em bateladas ou de forma contínua, para que se retire sua umidade. Via de regra, ar aquecido a temperaturas que variam conforme o desenho do secador é feito passar através do produto, aquecendo-o e retirando a umidade que captura por suas características higroscópicas.
Secadores apresentam diversas faixas de consumo de energia em função de seu sistema construtivo. Secadores de coluna ou de cavaletes sem recirculação de ar podem consumir algo como 1500kcal/kg de H2O evaporada, enquanto que secadores com recirculação do ar de resfriamento e de parte do ar de secagem, como os modelos Kepler Weber-DRM, podem reduzir este número a valores inferiores a 950 kcal/kg de H2O evaporada. Outros modelos de secadores como o de fluxo concorrente, que trabalham com temperaturas mais elevadas, operam na faixa de 1200kcal/kg de H2O evaporada, e desempenho similar é alcançado por secadores intermitentes com câmara de repouso.
Estes números, evidentemente, podem mudar em função do produto secado, das faixas de redução de umidade e de características próprias dos secadores, principalmente seu volume interno, taxas de ventilação e temperaturas de secagem. Dentre todos estes fatores, um dos que tem maior efeito no consumo específico de um secador é a temperatura de secagem; quanto mais elevada, mais termicamente eficiente é o secador. Este beneficio, no entanto, é contrabalançado pelo dano que altas temperaturas podem causar nos grãos, o que acaba por limitar as temperaturas de secagem e, conseqüentemente, o rendimento térmico que cada máquina pode alcançar. Diferentes fabricantes usam diferentes critérios de desenho, tentando encontrar o melhor compromisso entre vazões específicas, volumes em processo e temperaturas de secagem que resultem em equipamentos com a melhor relação custo/benefício e que causem a menor agressão possível aos grãos.
Um outro aspecto importante dos secadores é potência instalada. Diferentes concepções construtivas podem afetar de forma importante o número de HP's que uma máquina consome. Este aspecto é de vital importância, dependendo de onde se instale o sistema de secagem, pois em muitos lugares a energia elétrica é cara ou limitada, ou ainda pior, racionada. Como regra, secadores recirculados têm menor consumo específico. No primeiro caso, o motivo é a diminuição do volume total de ar processado pelo sistema de ventilação da máquina e, no segundo, é a menor perda de carga que se consegue em corpos de secagem com cavaletes.
As estratégias de secagem mecânicas podem ser as mais variadas. Uma forma é utilizar aerações potentes. Neste caso, eliminam-se as perdas de campo, mas aumenta-se o consumo de energia elétrica, cara e de difícil disponibilidade. Esta estratégia tem ainda o problema de conviver com taxas elevadas de respiração por períodos que podem ser longos, dependendo do tipo e qualidade da aeração, incorrendo, desta maneira, em perdas de matéria seca e qualidade. Além disso, estudos científicos demonstram que uma secagem diferida (feita a posteriori) em silos inocula defeitos e perdas de qualidade que vão se agravando ao longo do período de armazenagem.
Desde o ponto de vista da qualidade dos grãos, o mais recomendável seria a colheita em seu ponto de maturidade fisiológica e secagem imediata em temperaturas e taxas de ventilação que não agridam o produto.
Faz sentido, então, aplicar secadores de alto rendimento para melhorar a equação econômica, cujos fatores mais favoráveis estão em aspectos que por vezes não são avaliados, como rendimento de massa seca e qualidade final do produto. Num sistema com esta proposta, os custo típicos são da ordem de US$ 0,25/ton em eletricidade e US$ 0,90/ton em combustível (a custos médios de US$ 0,11 por Kwh e US$ 12,00 por metro cúbico de lenha). Num sistema alternativo, em que se seque até, por exemplo, 16% de umidade e se encaminhe o grão para silos com ventilação mais potente para resfriamento e conservação, estes custos mudam para US$ 0,37/ton em eletricidade e US$ 0,67/ton em combustível. Sem considerar custos de mão-de-obra e depreciação do ativo fixo, a opção com secagem parcial mostra-se ligeiramente mais econômica no total, ainda que gastando mais em energia elétrica. Esta diferença cresce se forem utilizados combustíveis mais caros como óleo ou gás.
Seria lógico imaginar que esta tendência se mantivesse até o ponto onde não se secasse os grãos e se executasse toda secagem por aeração, como sugerido acima. Esta opção, no entanto, apresenta sérias limitações, pois pode resultar em perdas importantes de qualidade e de perdas de peso e matéria seca por respiração e deterioração. Os valores econômicos destas perdas podem ultrapassar, de longe, as eventuais economias feitas com a eliminação da secagem. Além disto, produto não seco armazenado está sempre correndo risco pela eventualidade de falha no abastecimento elétrico, o que causaria interrupção na aeração, prejudicando o produto.
Há que se considerar ainda a questão mencionada anteriormente, de que retardamento na secagem incorpora defeitos potenciais no produto, defeitos estes que só se manifestarão ao longo do período de armazenamento, sendo tão grandes quanto maior for o retardamento da secagem.
Como se pode perceber pelo exposto, a decisão de que tipo de sistema utilizar é muito complexa.
Como regra, secagens mais imediatas, feitas com máquinas que tratem o grão com mais cuidado (vale dizer máquinas grandes), são mais caras e produzem grãos de melhor qualidade, ao passo que secagens feitas de forma parcial, ou até diferidas, são mais baratas, mas inevitavelmente causam algum dano à qualidade do produto, além de reduzirem o volume final de matéria seca; e este fator não permite verificação de forma definitiva, pois trata de valores absolutos não comparáveis em safras ou locais distintos.
A qualidade da secagem
Cada vez mais os consumidores estão cônscios do valor da qualidade dos grãos e podem remunerar melhor produtos com mais qualidade ou simplesmente não adquirir produtos com qualidade comprometida. Isto vale para o arroz, onde conta a porcentagem de grãos inteiros, a cor e a aparência; vale para o soja, onde a acidez do produto aumenta os custos de refino do óleo; vale para o milho, onde contaminações por toxinas reduzem a convertibilidade do alimento produzido; vale para sementes, onde devem ser mantidos a germinação e o vigor, etc.
Como a secagem é potencialmente agressiva e a umidade do grão também o é, temos que tomar um compromisso quanto a como e quanto secar. A não secagem acarreta os problemas de respiração, deterioração e desenvolvimento de fungos e suas toxinas. Este é um ponto importante, pois as toxinas têm-se mostrado como um dos grandes vilões da qualidade de grãos. No caso do milho, por exemplo, a simples permanência do produto em umidades superiores a 17% por períodos superiores há dois dias, em condições usuais de temperatura, possibilita a produção de aflatoxina. Produtos armazenados com umidades de 16% podem perder até 50 kg de matéria seca por tonelada por mês, somente por conta da respiração. Perdas desta ordem podem facilmente ser superiores aos custos da secagem completa.
A secagem, por sua vez, pode ser uma inoculadora de comentado, pode causar agressões térmicas que são
sempre danosas para os grãos. Por esta razão, a secagem mecânica deve ser objeto de muita atenção e cuidado.
Os processos devem ser tais que os grãos não atinjam temperaturas superiores a um certo valor. Este valor muda de acordo com o produto e seu uso final. Produtos sensíveis como arroz, cevada malteira e sementes em geral não devem ultrapassar 39ºC. Também a taxa de remoção de umidade não pode ser muito elevada, pois pode resultar em elevado stress no grão, gerando trincas e quebras.
A prática recomenda remoções de 1,5 a 2 pontos percentuais por hora, no caso do arroz e das sementes; de 3 pontos, no caso do milho; e de até 5 pontos, no caso do soja. Esta limitação serve como parâmetro para definição do tamanho do secador ou do sistema de secagem requerido para cada tipo de produto e cada capacidade.
Além destas questões de caráter mais amplo, no volume de grão secado existem questões que afetam os grãos de forma individual.
A primeira delas é quanto o sistema de secagem é capaz de tratar todo e cada um dos grãos de forma homogênea. Sistemas de secagem em camada estática, como secagem em silos sem misturadores, tratam de forma diferente os grãos da camada inferior, se comparados com os da camada superior. Secadores com problemas no fluxo dos grãos ou de ar em seu interior também dão tratamento desigual aos grãos, quando estes, ao passarem por diferentes caminhos no corpo do secador, estão sujeitos a distintas condições de secagem. Estas diferenças de tratamento podem fazer com que alguns grãos estejam sujeitos a condições extremamente desfavoráveis no que se refere à manutenção da qualidade, ainda que os parâmetros médios, do secador como um todo, estejam como desejado.
Os próprios grãos podem introduzir diferenças individuais, pois nem todos estão no mesmo grau de umidade. Grãos de um mesmo pé de soja, de uma mesma espiga de milho ou de um mesma panícula de arroz podem apresentar diferenças de umidade superiores a 5%.
Esta diferença pode causar sobressecagem ou subssecagem em alguns grãos, ainda que a média esteja correta. Neste caso, pouco pode ser feito no que se refere aos equipamentos, porém cabe ressaltar uma vez mais: qualquer processo mais lento será mais favorável, uma vez que dará mais tempo para que os grão busquem alcançar o equilíbrio de umidade.
Tipos de secagem
Existem diversos tipos de secagem e cada um deles tem características que podem ser mais indicadas para um ou outro tipo de produto e condição da cultura ou do local. Os processos de secagem mais eficazes são os mecânicos e podem ser listados como segue:
a) Secagem em silos: o produto é carregado úmido num silo com aeração onde é ventilado até secar. O ar da ventilação pode ser aquecido ou não. Atualmente existem sistemas computadorizados que podem controlar adequadamente tanto ventiladores quanto aquecedores de ar, de tal forma a proceder a secagem com o menor risco possível e da maneira mais econômica. De qualquer forma, podem ser esperadas perdas de 0,5% em matéria seca e algum prejuízo na qualidade.
b) Secagem em silos com misturadores: e um
processo semelhante ao anterior mas conta com dispositivos que ficam misturando os grãos no interior do silo à medida em que ele é ventilado com ar aquecido.
A mistura é feita por meio de roscas verticais que varrem a superfície do silo. Este sistema homogeneiza a massa de grãos e elimina potenciais problemas de sobre ou sub-secagem. Como no sistema anterior, opera por bateladas e, uma vez concluída a secagem, o produto pode ficar armazenado no próprio silo.
c) Secagem em silo secador Top-Dry: trata-se de um silo dotado de uma superfície perfurada sob o teto do mesmo, onde camadas seqüenciais de grãos são secas em camada fixa. Os grãos quando secos, ainda quentes, são descarregados no silo onde passam a ser resfriados. Este ar de resfriamento adicionado de ar aquecido é utilizado para secagem da camada fixa seguinte. É um sistema com bom rendimento térmico, consumindo menos de 1000 kcal por kg de água evaporada.
d) Secagem em secadores intermitentes com câmara de repouso: são secadores onde o produto a ser secado circula no interior da máquina, com ventilação de ar quente, até que se alcance a umidade desejada. É um secador muito apropriado para produtos com altos graus de umidade. Trata-se sistema de secagem muito seguro, pois, por dispor de câmara de repouso, só uma pequena parcela do volume de grãos está sofrendo secagem a cada instante, limitando o potencial agressivo da mesma. Funciona bem com cargas parciais, o que o torna um sistema apropriado para pequenas produções ou onde haja descontinuidade de produção.
e) Secagem intermitente em secadores convencionais: um secador contínuo convencional é carregado com produto úmido e recircula o mesmo até que a umidade desejada seja alcançada. É mais utilizado para remoção de grandes quantidades de umidade, como no caso do milho e do arroz. Permite a segregação de cargas com umidades diferentes, bem como uma regulação precisa da taxa de remoção de umidade a ser providenciada.
f) Secagem contínua: um secador contínuo, ventilado com ar aquecido, é carregado com produto úmido que, após ficar um determinado tempo em seu interior, sai seco, de forma contínua, pronto para os processos subseqüentes. Os secadores podem ser de fluxo cruzado (coluna ou cavalete) ou fluxo concorrente. Podem ter ou não sistema de resfriamento incorporado, dependendo de o resto da instalação dispor ou não de dispositivos para resfriamento.
Secadores podem ser colocados em seqüência e, quando antecedendo silos ventilados, podem ser utilizados em processos de seca-aeração.
Características importantes de um secador
Conforme já mencionado, a eficiência térmica de um secador é um atributo de elevada importância. Como o recomendável é a secagem imediata de grãos colhidos tão proximamente quanto possível da maturidade fisiológica, muita água deve ser evaporada, fazendo com que a eficiência no uso da energia seja um fator muito relevante.
Há que se observar ainda a capacidade do equipamento em proporcionar tratamento homogêneo a todo e cada um dos grãos que processa. Sistemas ou equipamentos que tratem de forma desigual grãos que estejam em locais ou caminhos distintos devem ser vistos com cuidado para verificar se esta não-homogeneidade pode ou não causar problemas ao produto ou parte dele.
Também se espera que os sistemas de secagem não causem danos mecânicos no produto que processem. Neste aspecto, os principais vilões são os dispositivos de carga e de descarga.
Secadores devem ainda atender a questões atinentes à facilidade de limpeza e manutenção.
Vale dizer que devem ter acesso fácil e franco às zonas onde haja peças móveis e elementos de desgaste ou consumo, bem como a lugares onde haja acumulação de sujeira e rejeitos. Também é importante que sejam dotados de sistemas de comando automáticos, que permitam uma operação mais adequada, cuidadosa e eficiente do secador.
Finalmente há que se mencionar as questões ambientais. Secadores, por seu princípio de funcionamento, emitem ar contendo partículas de cereal, o que pode ser um inconveniente. Para contornar este problema, os secadores devem possibilitar a instalação de acessórios que reduzam a emissão destes particulados para a atmosfera.
Outras questões
Limpeza -As impurezas, além de consumirem energia para sua secagem e manuseio, podem causar problemas no funcionamento dos sistemas de secagem, dificultando tanto o fluxo do ar como o do produto. Por estas razões, aconselha-se que o produto passe por máquinas de limpeza previamente à secagem.
A questão das impurezas ainda enfrenta uma impertinente questão comercial, onde as regras de comercialização permitem um certo nível de impurezas, o que faz com que a limpeza mais apurada não pareça atrativa ou conveniente.
São vicissitudes que talvez se alterem num futuro próximo, quando ficar claro que não há muito sentido em manusear, secar, transportar e armazenar impurezas.
Fonte de calor -A escolha do combustível ou fonte térmica é importante. Deve-se levar em conta disponibilidade e custo e qualidade do ar de secagem produzido. Cada região e cada aplicação tem a fonte mais adequada, não existindo, portanto, uma fonte de calor ideal.
Na maioria dos casos, a combustão de biomassa ainda é a opção mais conveniente. Nestes casos, um cuidado a ser tomado é quanto à capacidade de combustão das fornalhas.
De maneira geral, as biomassas (madeira, cascas e resíduos) têm queima difícil e requerem altas temperaturas e câmaras de combustão amplas para que possam queimar de forma completa, evitando a geração de gases incombustos e poluentes, além da quantidade de calor necessária para o bom funcionamento dos secadores. Além disto, as fornalhas de biomassa não devem produzir fagulhas, que são as potenciais causadoras de incêndio.
Conclusão
Como se pode inferir do apresentado, a secagem de grãos é um tema complexo e deve ser analisado desde uma perspectiva balizada pelas condicionantes de cada caso específico. Não há verdades absolutas e, na grande maioria das vezes, a instalação que se dispõe é a possível e não a ideal. Além disso, em muitas ocasiões, os sistemas de secagem são obrigados a operar fora do seu regime normal para que a unidade como um todo possa maximizar sua performance.
De qualquer sorte, é importante que os usuários e operadores estejam cônscios das condições de secagem e armazenagem que conseguem proporcionar aos grãos, buscando maximizar os benefícios possíveis ou, por outra perspectiva, limitar ao máximo as inevitáveis perdas nas quais sempre se incorre ao armazenar qualquer produto de origem vegetal.
1. Introdução
A colheita de sementes com grau de umidade acima dos recomendados para
armazenamento seguro torna-se uma prática comum entre os produtores de sementes,
pois, as sementes permanecendo na lavoura após a maturidade fisiológica, ficam
expostas à ação das flutuações de temperatura e umidade relativa e do orvalho e/ou
chuvas que, em processos alternados de sorção e dessorção de água, podem causar
significativos danos físicos e fisiológicos.
Assim, para evitar o “armazenamento de campo” torna-se necessário antecipar
ao máximo o momento de colheita, obtendo sementes com grau de umidade tal que
ocorrerá a necessidade de secagem imediata, mas, em contrapartida, possibilitando obter
sementes que apresentem reduzidos índices de danificação e deterioração, permitindo ao
produtor melhor planejar a colheita.
O intervalo de tempo que separa o final da colheita do início do processo de
secagem deve ser o mais reduzido possível porque, nesta fase do processo, as sementes
com umidade elevada apresentam altas taxas de atividade respiratória e, o consumo
antecipado de reservas provoca um desgaste fisiológico que, na prática, produzirão
baixos índices de germinação e vigor no futuro.
2. Princípios de Secagem
O vapor d’água presente nas sementes tende a ocupar todos os espaços
intercelulares, gerando pressões em todas direções. Por outro lado a água presente no ar
de secagem sob a forma de vapor exerce, também, uma pressão parcial, designada
pressão parcial de vapor d’água no ar.
O processo de secagem envolve a retirada parcial de água das sementes através
da transferência simultânea de calor do ar para as sementes e de água, por meio de fluxo
de vapor, das sementes para o ar. Assim, a secagem de sementes, mediante convecção
forçada do ar aquecido compreende, essencialmente, dois processos simultâneos: a)
evaporação da água superficial das sementes para o ar circundante; b) movimento de
água do interior para a superfície das sementes, em virtude de gradiente hídrico entre
essas duas regiões.
O modo mais utilizado para aumentar o diferencial entre as pressões de vapor da
superfície das sementes e do ar de secagem é o aquecimento do ar, diminuindo sua
umidade relativa, que adquire maior capacidade de retirada de água.
3. Métodos de Secagem
3.1.Secagem Natural
A secagem natural utiliza as energias solar e eólica para remover a umidade das
sementes, utilizando recursos como eiras ou lonas. Cuidados especiais devem ser
tomados para que as sementes não sofram aquecimento excessivo e que a secagem
ocorra do modo mais uniforme possível. Este método, em geral, é pouco suscetível a
riscos de danificação mecânica e térmica sendo, no entanto, dependente das condições
psicrométricas do ar ambiente, que muitas vezes não são adequadas para a secagem das
sementes.É um método adequado para reduzida quantidade de sementes.
3.2. Secagem artificial
3.2.1. Secagem estacionária.
Consiste, basicamente, no insuflamento de ar aquecido através de um volume de
sementes que permanece estático. A secagem ocorre em camadas com a formação de
zonas de secagem onde, a camada de sementes onde mais efetivamente se verifica a
passagem de água das sementes para o ar é denominada de frente de secagem.
Os secadores estacionários mais utilizados para secagem de sementes utilizando
este método são os silos com distribuição axial ou radial do fluxo de ar (Figura 1).
Deve-se ter cuidados operacionais para evitar secagem excessiva na camada de
sementes próxima a entrada de ar quente e a demora de secagem das camadas mais
distantes. Resultados de pesquisas indicam para sementes com 16 a 18% de umidade a
utilização de fluxos de ar de 8 a 10 m³/min./t, temperatura do ar máxima de 40 a 43°C,
umidade relativa do ar mínima de 40% e altura da camada de sementes não superior a
1,5m para sementes com dimensões semelhantes a soja.
Figura 1. Silo para secagem estacionária de sementes
3.2.2. Secagem Intermitente.
Na secagem intermitente, as sementes são submetidas à ação do ar aquecido na
câmara de secagem a intervalos regulares de tempo permitindo, assim, a
homogeneização da umidade e resfriamento quando as mesmas estão passando pelas
partes do sistema onde não recebem ar aquecido (elevador e câmara de equalização ou
resfriamento) (Figura 2).
Neste método a rapidez e uniformidade de secagem são as características mais
relevantes. A secagem de sementes empregando ar aquecido durante intervalos
regulares de tempo, intercalado por períodos sem aquecimento (equalização), possibilita
a redistribuição de umidade, reduzindo os gradientes hídrico e térmico e, como
conseqüência os danos físicos (fissuras) às sementes.
Em razão da intermitência, é possível o emprego de temperaturas do ar aquecido
que alcançam até 70 a 80°C, sem, no entanto ocasionar excessivo aquecimento das
sementes que, em geral, não atingem temperaturas acima de 40 a 43°C.
Figura 2. Secador intermitente
Operação de fornalhas em secadores cascata
Para a realização do processo de secagem artificial quase sempre é necessário aumentar o potencial de secagem do ar. E isto é feito com o aumento da temperatura do ar. Para tanto, geralmente são empregadas as fornalhas.
As fornalhas devem ser dimensionadas para garantir a combustão completa dos combustíveis que são classificados em:
(1) sólidos – lenha e carvão;
(2) gasosos – gás natural e gás liquefeito de petróleo - GLP; e
(3) líquidos – fuel oil, gasolina e óleo diesel.
Em função do tipo de combustível as fornalhas são tipificadas em: (i) fornalhas para combustíveis sólidos, (ii) fornalhas para combustíveis sólidos pulverizados, (iii) fornalhas para combustíveis líquidos e (iv) fornalhas para combustíveis gasosos.
Uma das características importantes dos combustíveis é o poder calorífico. Esta medida corresponde à quantidade de energia calorífica liberada na combustão, sendo expressa em quilocalorias liberadas por quilo do combustível queimado. Conforme mostrado na Tabela 1, por exemplo, ao ser queimado um quilo pinho são liberadas 3.300 quilocalorias.
Tabela 1 – Poder calorífico de alguns combustíveis
Combustível - Poder Calorífico (k Calorias / kg)
Cabreúna 4.115
Canelinha 4.010
Eucalipto 2.800 – 3.340
Figueira 3.390
Ipê 4.020
Jacarandá 3.780
Pinho 3.300
Óleo diesel 10.300
Gasolina 11.000
Álcool 6.214
Gás GLP 11.000
Fuel Oil 9.600
Carvão 4.400
Fonte: WEBER (2001)
Devido ao baixo custo de aquisição, a lenha é o combustível mais utilizado na secagem de grãos no Brasil. E esta, quando totalmente seca, 0% de umidade, possui a seguinte composição química: (i) 49% de carbono, (ii) 6% de hidrogênio, (iii) 38% de oxigênio e (iv) 2% de minerais - que é a porção convertida em cinzas.
No entanto, quando cortada, a lenha possui teor de umidade entre 40 a 55% e quando seca ao ar apresenta teores entre 20 a 25%. É certo afirmar que quanto menor é o teor de umidade da lenha, maior é o poder calorífico.
As principais vantagens do uso da lenha são: (i) menor custo por tonelada na produção de energia, isto no Brasil; (ii) emprego de mão-de-obra não qualificada, o que promove a fixação do homem no campo; (iii) fácil armazenagem a céu aberto; e (iv) a geração de baixos teores de cinza e enxofre. Além disto, é um combustível renovável.
As principias desvantagens são: (i) exigências ambientais que fazem requerer o uso racional, sendo então, necessário o planejamento do cultivo e exploração; (ii) fornecimento irregular; (iii) baixo poder calorífico; e (iv) difícil automatização das fornalhas.
1. Processo de Combustão
A combustão ou queima é uma reação química que permite produzir calor mediante a interação de três fatores: (i) combustível, (ii) oxigênio e (iii) a ocorrência da temperatura de ignição. Estes três fatores constituem o Triângulo do Fogo (Figura 1).
O combustível trata da matéria que irá liberar a energia calorífica. O oxigênio é fornecido pelo ar atmosférico. O ar normalmente em sua composição apresenta 20% de oxigênio. A temperatura de ignição corresponde o nível de temperatura que o combustível deve atingir para iniciar a queima. Para lenha, a temperatura de ignição é de aproximadamente 300 oC, enquanto que para o carvão é 350 oC e para gás GLP, 500 oC.
Na falta de um dos fatores do Triângulo do Fogo, a combustão não ocorre. Conhecendo este principio, o mesmo pode ser aplicado para o controle de incêndios. Pois, basta neste caso eliminar um dos fatores.
2. Componentes das Fornalhas a Lenha
As fornalhas devem ser dimensionadas para: (1) possibilitar o aquecimento do combustível para que seja atingida a temperatura de ignição de forma auto-sustentável, (2) promover a mistura do ar com o combustível a uma dosagem ideal, e (3) propiciar a retenção dos gases oriundos da queima do combustível por um intervalo tempo, de tal forma, a ocorrer à combustão completa. Isto porque estes gases ao sofrer combustão também liberam energia calorífica. Estes fatores constituem os 3Ts da combustão, que são: Temperatura do combustível, Tempo de execução e Turbulência do ar.
a) Temperatura do combustível: para que ocorra a combustão o combustível deve atingir a temperatura de ignição. Para lenha é a temperatura de 300 oC, se a temperatura for inferior, ocorrerá combustão incompleta, o que gera fumaça e carvão em excesso. Por outro lado, se a temperatura for muito superior a de ignição, ocorrerá à fusão do combustível.
b) Tempo de execução: o combustível e os gases voláteis gerados devem permanecer na fornalha por um intervalo de tempo necessário para que ocorra a combustão completa.
c) Turbulência ? o desenho da fornalha deve favorecer o movimento turbulento do ar. Assim, todo o combustível poderá ser envolvido pelo oxigênio presente no ar. Deste modo, a reação de combustão ocorrerá de forma ideal.
Nas Figuras 2 e 3 são representados esquematicamente dois modelos de fornalhas mais utilizados nas unidades armazenadoras brasileiras e suas partes são descritas a seguir:
Figura 2 – Fornalha para lenha com tiragem superior do ar aquecido (ANDRADE et al, 1996)
Figura 3 – Fornalha para lenha com tiragem inferior do ar aquecido (WEBER, 2001)
Câmara de combustão: É o espaço projetado para que ocorra a combustão da lenha e gases voláteis gerados. Conforme é demonstrado nas Figuras 2 e 3, normalmente, a câmara de combustão é dividida em três estágios. O primeiro estágio, que corresponde a 50% do volume da câmara, é utilizado para combustão da lenha. O segundo e terceiro estágios são utilizados para queima dos gases voláteis gerados no primeiro estágio. Cada um destes deve corresponder a 25% do volume da câmara. Estes dois estágios devem propiciar a circulação dos gases da combustão por três motivos: (1) permitir a retenção dos gases voláteis por um intervalo de tempo que possibilite a combustão completa; (2) eliminar fagulhas, e (3) quebrar as chamas. Na Tabela 2, são feitas indicações de volumes de câmaras de combustão conforme a capacidade de secagem de secadores cascata. Deste modo, por exemplo, a fornalha acoplada a um secador de 60 t/h deverá ter uma grelha com a área mínima de 6,92 m2 e o volume interno da câmara de combustão deverá ser de no mínimo 20,11 m3. Esta fornalha terá um consumo médio de 1.100 kg de lenha por hora, ou seja, 2,4 m3 de lenha por hora.
Tabela 3 – Área de grelha, volume da câmara de combustão e consumo de lenha em função da capacidade de secagem de secadores cascata.
Portas de carregamento: São aberturas na câmara de combustão empregadas para o abastecimento de lenha. É recomendado que estas sejam instaladas a cada um metro.
Grelha: É a grade metálica localizada na câmara de combustão com a função de manter a lenha suspensa. Isto facilita o envolvimento da lenha pelo ar. Na Tabela 3 são apresentados valores de áreas de grelha em função da capacidade horária de secagem de secadores tipo cascata. É recomendado que a profundidade da grelha não ultrapasse a 2 metros. Isto para facilitar a operação de abastecimento. No projeto de fornalhas, cada metro quadrado de grelha deve permitir a queima de 80 a 160 kg de lenha/hora.
Entradas de ar primário: São aberturas abaixo da linha da grelhas, situadas geralmente na parte frontal das fornalhas. Estas aberturas têm por função propiciar a entrada da vazão de ar (metros cúbicos/hora) necessária para combustão. Em modelos antigos de secadores, cerca de 10% do volume de ar sugado pelo sistema ventilação deve passar pelas entradas de ar primário, enquanto que para os novos modelos, cerca de 15%. Assim, por exemplo, em um secador de 40 t/h, cerca de 15.000 m3 de ar/h deve passar pelas entradas de ar primário. Geralmente a fornalha de um secador de 40 t/h, possui seis entradas de ar primário na dimensão de 0,40 x 0,40 m. Isto implica que a velocidade do ar por estas entradas deve ser em torno de 5 m/s. Esta velocidade pode ser medida por meio de um anemômetro, Figura 3.
Cinzeiros: São aberturas localizadas na parte inferior do corpo da fornalha que tem por objetivo proporcionar a limpeza dos resíduos da combustão. Estas aberturas devem ser mantidas fechadas durante o uso da fornalha. Geralmente, os usuários confundem a finalidade dos cinzeiros com as das aberturas de ar primário. Estas últimas devem ser mantidas abertas durante o uso da fornalha.
Figura 4 – Anemômetro (modelos Airflow) destinados à medição da velocidade do ar.
Misturador tangencial ou Ciclone: Esta estrutura tem por principal função misturar o ar proveniente da fornalha com o ar ambiente. Cerca de 35 a 45 % do ar sugado pelo sistema de ventilação do secador deverá passar pelas entradas de ar localizado no corpo do misturador tangencial. Pela operação da mistura dos fluxos devem ser alcançados os seguintes objetivos: (i) obter cerca de 40% do volume de ar aspirado pelo sistema de ventilação do secador, (ii) eliminar fagulhas que podem causar incêndios no secador, e (iii) remover partículas sólidas (cinzas) presentes no ar.
3. Cuidados na Operação de Fornalhas.
Conforme citado acima, em média cerca de 10 a 15 % da vazão do ar aspirada pelo sistema de ventilação dos secadores tipos cascata devem passar pelas entradas de ar primário. Deste modo, no caso, por exemplo, de um secador de 40 t/h, com reaproveitamento do ar da câmara de resfriamento, se for empregada à vazão de ar de secagem igual a 100 mil m3 de ar/h tem-se que: (i) 60% (60 mil m3 de ar/h) deve ser proveniente da câmara de resfriamento, e (ii) 40% (40 mil m3 de ar/h) do sistema fornalha mais misturadora tangencial (quebra chamas).
Dos 40 mil m3 de ar/h, 37,5% (15 mil m3 de ar/h) deve passar pelas estradas de ar sob grelha. Os outros 62,5% deve ser proveniente do ar ambiente que entra pelas aberturas situadas no corpo do misturador tangencial.
Desta forma, ao ser processado o balanço geral da vazão de ar secagem (100 mil m3 de ar/h), é tido em média que: (i) 60% deve ser proveniente da câmara de resfriamento, (ii) 25 % do misturador tangencial, e (iii) 15 % da fornalha. Observação: Estes valores podem variar em função da capacidade de secagem, marca do secador, modelo de fornalha e condições ambientes: temperatura e umidade relativa.
Estes dados servem para demonstrar a importância da regulagem adequada das aberturas das entradas de ar primário. Infelizmente, existe por parte de alguns operadores a preocupação exclusiva com a temperatura registrada pelo termômetro instalado na câmara de secagem. Para tanto, tratam de estrangular as estradas de ar pela fornalha e pelo misturador tangencial. Assim, facilmente é atingida a temperatura desejada. No entanto, o sistema de ventiladores não consegue sugar a vazão de ar necessária devido à resistência imposta ao fechar estas entradas de ar. Como conseqüência, o rendimento do secador é afetado negativamente.
O importante é atingir a temperatura do ar de secagem desejada, como também, propiciar vazão de ar demandada pelo secador conforme especificações dos fabricantes.
Como procedimentos complementares são citados abaixo mais alguns cuidados na operação de fornalhas:
1. Limpar periodicamente a estrutura metálica das grelhas. Isto desobstrui a passagem de ar que propicia o arrefecimento das grades metálicas, conseqüentemente ocorre o aumento da vida útil.
2. Distribuir a lenha uniformemente pela área da grelha. Isto garante melhor aproveitamento do combustível.
3. Abastecer a fornalha somente com a quantidade de lenha necessária. O abastecimento deve ser feito periodicamente, por exemplo, a cada 20 minutos. Com isto é evitado o desperdício, como também, o superaquecimento da grelha e demais estruturas da fornalha.
4. Remover freqüentemente cinzas acumuladas abaixo da grelha e demais seções da fornalha. Isto evita a emissão de fagulhas na câmara de secagem.
5. Manter fechadas as portas de abastecimento durante a operação. Caso contrário o fluxo de ar pela fornalha não seguirá os sentidos apresentados na Figura 2. Assim, o rendimento da fornalha estará comprometido.
6. Observar as características das cinzas abaixo da grelha. Se for detectado muito carvão é indicativo de falta de oxigênio para combustão. Desde modo, os registros das entradas de ar primário devem ser regulados para uma abertura maior.
7. Manter abertas e desobstruídas as entradas de ar primário, isto para garantir o volume de ar necessário para combustão.
8. Manter fechados os registros dos cinzeiros instalados no corpo da fornalha e no misturador tangencial. Caso contrário ocorrerá entrada de ar por locais não desejáveis e isto compromete a performance da fornalha.
9. Manter desobstruídas a área de circulação ao redor da fornalha. Motivos: (i) garantir entradas de ar pelas aberturas primárias, como também, (ii) possibilitar o arrefecimento da fornalha.
10. Parar de abastecer a fornalha instante antes de finalizar a secagem. Motivos: (i) economizar combustível; e (ii) promover o arrefecimento da fornalha o que aumentada a vida útil.
11. Limpar e fazer manutenção da fornalha nas entressafras. A limpeza visa eliminar o abrigo de roedores e outras pragas. A manutenção objetiva garantir o perfeito rendimento da fornalha o que representa economia de consumo e aumenta a vida útil.
ARMAZENAGEM
Secadores verticais
Secagem Contínua
O secador é composto basicamente de duas câmaras de secagem, uma câmara de resfriamento, geração de ar quente e sistema de exaustão de ar.
Recirculação do ar
O ar quente proveniente da câmara de resfriamento é duplamente reaproveitado no processo de secagem, o que proporciona uma significativa economia de energia térmica e elétrica.
Ventiladores axiais
O Fluxo de ar é gerado por ventiladores axiais, com maior eficiência e economia de energia elétrica.
Calha Cônica
(Desenvolvido pela Tecnal, conforme patente N.6300790-8)
Maior área de entrada com maior volume de ar na massa de grãos.
Secagem completa e homogênea, pois a velocidade e a distribuição do ar quente são iguais ao longo das calhas
Sistema modular
Vantagens do sistema modular de fabricação:
Totalmente parafusado
Facilidade na montagem e na manutenção
Possibilidade de ampliação do equipamento
Condições de ser fabricado totalmente galvanizado
Fluxo de ar
Introdução
A produção de grãos tem sofrido, nos últimos anos, grandes pressões por aumento de produtividade. Em função destas pressões, as práticas culturais, de manuseio e de armazenagem estão em acelerado processo de evolução.
Cada cultura e cada região procura adequar suas práticas na busca de maior produção, menor custo e maior qualidade, o trinômio que atualmente expressa, de forma abrangente, o conceito de produtividade.
Os fatores mais determinantes no potencial de produtividade de uma dada cultura são os relativos às práticas culturais e às condições climáticas. Há que se adequar a seleção de sementes, o preparo do solo, a época de plantio e os cuidados sanitários, entre outros fatores, para que se possa tirar o máximo de rendimento da cultura. A isto somam-se as variáveis climáticas que acabam por introduzir fatores ainda mais decisivos no desempenho da produção.
De qualquer forma, volume e qualidade são feitos no campo. O momento e a forma de proceder a colheita, por sua vez, introduzem outros elementos que afetam o resultado final de uma cultura.
De forma geral, a colheita é condicionada por uma série de fatores e nem sempre se consegue efetuá-la no momento mais adequado. Clima, disponibilidade de colheitadeiras e capacidade de secagem são alguns dos fatores que acabam por definir o momento e o ritmo de colheita possíveis.
Maturidade fisiológica
Os grãos ou sementes alcançam sua maturidade fisiológica (momento em que possuem o máximo de matéria seca) em níveis de umidade que impedem a colheita mecânica, além de não permitirem armazenamento seguro. Na maioria dos grãos, este nível de umidade está acima de 30%.
Como na maioria das vezes não se pode colher os grãos no momento exato de sua maturidade fisiológica, uma vez que colheitadeiras não são capazes de colher grãos com umidades muito elevadas, os grãos são colhidos mais secos, o que resulta em alguma perda. Como esta umidade de colheita ainda é elevada para uma armazenagem segura, normalmente é necessária a secagem artificial.
Como uma das poucas exceções de grãos colhidos no ponto de maturidade fisiológica, temos sementes de milho que são colhidas e secas em espigas e só debulhadas após a secagem. Importante ressaltar que este é um caso onde se procura preservar o máximo de rendimento em volume e qualidade do produto, ainda que incorrendo em custos de colheita, secagem e debulha mais elevados, mas aceitáveis no caso de sementes de alto valor econômico.
Já grãos como o soja, por exemplo, são colhidos, em algumas regiões, com um grau de umidade com o qual pode ser diretamente armazenado em silos com aeração. Nestes casos é recomendável que os silos sejam dotados de controle de aeração. Milho e arroz seguem tendência inversa e são colhidos tão cedo quanto possível, demandando significativo esforço de secagem.
A secagem
Dentre todos os processos que se aplicam para o trato pós-colheita, conservação e armazenagem adequada de grãos, a secagem é o de maior consumo energético. E energia, como bem se sabe, é produto caro e, ultimamente, escasso. Água deve ser evaporada para que os grãos reduzam sua umidade a níveis que possibilitem armazenamento seguro; e a termodinâmica nos dá muito pouca margem de manobra no que se refere a quanta energia temos que aplicar para que esta água se evapore. Sempre estaremos consumindo uma quantidade de energia superior ao calor latente de vaporização da água, que é algo em torno de 540 kcal/kg de H2O.
Além disto, os grãos são entidades biológicas extremamente sensíveis à ação do calor e da temperatura, que podem, quando excessivos, causar danos importantes nas características dos mesmos. Alguns atributos de qualidade e funcionais dos grãos podem ser seriamente comprometidos pelas agressões térmicas, e entre eles podemos citar o nível de trincas, a integridade de tecidos, a acidez, os níveis de proteínas, o poder germinativo, a aparência, apenas para citar alguns.
O estado da técnica conhece uma série de maneiras de secagem que podem ser aplicadas para secar diferentes produtos. As de aplicação prática sempre utilizam o ar como meio secante, ainda que existam outras formas de proceder a secagem. O ar é usado, na maior parte dos sistemas de secagem, como elemento que entrega calor aos grãos ao mesmo tempo que extrai a umidade. Assim sendo, as diferentes estratégias diferem apenas na forma como o ar e a energia transitam pelo sistema de secagem.
Os principais sistemas de secagem contam com secadores mecânicos, onde o produto a ser secado transita, em bateladas ou de forma contínua, para que se retire sua umidade. Via de regra, ar aquecido a temperaturas que variam conforme o desenho do secador é feito passar através do produto, aquecendo-o e retirando a umidade que captura por suas características higroscópicas.
Secadores apresentam diversas faixas de consumo de energia em função de seu sistema construtivo. Secadores de coluna ou de cavaletes sem recirculação de ar podem consumir algo como 1500kcal/kg de H2O evaporada, enquanto que secadores com recirculação do ar de resfriamento e de parte do ar de secagem, como os modelos Kepler Weber-DRM, podem reduzir este número a valores inferiores a 950 kcal/kg de H2O evaporada. Outros modelos de secadores como o de fluxo concorrente, que trabalham com temperaturas mais elevadas, operam na faixa de 1200kcal/kg de H2O evaporada, e desempenho similar é alcançado por secadores intermitentes com câmara de repouso.
Estes números, evidentemente, podem mudar em função do produto secado, das faixas de redução de umidade e de características próprias dos secadores, principalmente seu volume interno, taxas de ventilação e temperaturas de secagem. Dentre todos estes fatores, um dos que tem maior efeito no consumo específico de um secador é a temperatura de secagem; quanto mais elevada, mais termicamente eficiente é o secador. Este beneficio, no entanto, é contrabalançado pelo dano que altas temperaturas podem causar nos grãos, o que acaba por limitar as temperaturas de secagem e, conseqüentemente, o rendimento térmico que cada máquina pode alcançar. Diferentes fabricantes usam diferentes critérios de desenho, tentando encontrar o melhor compromisso entre vazões específicas, volumes em processo e temperaturas de secagem que resultem em equipamentos com a melhor relação custo/benefício e que causem a menor agressão possível aos grãos.
Um outro aspecto importante dos secadores é potência instalada. Diferentes concepções construtivas podem afetar de forma importante o número de HP's que uma máquina consome. Este aspecto é de vital importância, dependendo de onde se instale o sistema de secagem, pois em muitos lugares a energia elétrica é cara ou limitada, ou ainda pior, racionada. Como regra, secadores recirculados têm menor consumo específico. No primeiro caso, o motivo é a diminuição do volume total de ar processado pelo sistema de ventilação da máquina e, no segundo, é a menor perda de carga que se consegue em corpos de secagem com cavaletes.
As estratégias de secagem mecânicas podem ser as mais variadas. Uma forma é utilizar aerações potentes. Neste caso, eliminam-se as perdas de campo, mas aumenta-se o consumo de energia elétrica, cara e de difícil disponibilidade. Esta estratégia tem ainda o problema de conviver com taxas elevadas de respiração por períodos que podem ser longos, dependendo do tipo e qualidade da aeração, incorrendo, desta maneira, em perdas de matéria seca e qualidade. Além disso, estudos científicos demonstram que uma secagem diferida (feita a posteriori) em silos inocula defeitos e perdas de qualidade que vão se agravando ao longo do período de armazenagem.
Desde o ponto de vista da qualidade dos grãos, o mais recomendável seria a colheita em seu ponto de maturidade fisiológica e secagem imediata em temperaturas e taxas de ventilação que não agridam o produto.
Faz sentido, então, aplicar secadores de alto rendimento para melhorar a equação econômica, cujos fatores mais favoráveis estão em aspectos que por vezes não são avaliados, como rendimento de massa seca e qualidade final do produto. Num sistema com esta proposta, os custo típicos são da ordem de US$ 0,25/ton em eletricidade e US$ 0,90/ton em combustível (a custos médios de US$ 0,11 por Kwh e US$ 12,00 por metro cúbico de lenha). Num sistema alternativo, em que se seque até, por exemplo, 16% de umidade e se encaminhe o grão para silos com ventilação mais potente para resfriamento e conservação, estes custos mudam para US$ 0,37/ton em eletricidade e US$ 0,67/ton em combustível. Sem considerar custos de mão-de-obra e depreciação do ativo fixo, a opção com secagem parcial mostra-se ligeiramente mais econômica no total, ainda que gastando mais em energia elétrica. Esta diferença cresce se forem utilizados combustíveis mais caros como óleo ou gás.
Seria lógico imaginar que esta tendência se mantivesse até o ponto onde não se secasse os grãos e se executasse toda secagem por aeração, como sugerido acima. Esta opção, no entanto, apresenta sérias limitações, pois pode resultar em perdas importantes de qualidade e de perdas de peso e matéria seca por respiração e deterioração. Os valores econômicos destas perdas podem ultrapassar, de longe, as eventuais economias feitas com a eliminação da secagem. Além disto, produto não seco armazenado está sempre correndo risco pela eventualidade de falha no abastecimento elétrico, o que causaria interrupção na aeração, prejudicando o produto.
Há que se considerar ainda a questão mencionada anteriormente, de que retardamento na secagem incorpora defeitos potenciais no produto, defeitos estes que só se manifestarão ao longo do período de armazenamento, sendo tão grandes quanto maior for o retardamento da secagem.
Como se pode perceber pelo exposto, a decisão de que tipo de sistema utilizar é muito complexa.
Como regra, secagens mais imediatas, feitas com máquinas que tratem o grão com mais cuidado (vale dizer máquinas grandes), são mais caras e produzem grãos de melhor qualidade, ao passo que secagens feitas de forma parcial, ou até diferidas, são mais baratas, mas inevitavelmente causam algum dano à qualidade do produto, além de reduzirem o volume final de matéria seca; e este fator não permite verificação de forma definitiva, pois trata de valores absolutos não comparáveis em safras ou locais distintos.
A qualidade da secagem
Cada vez mais os consumidores estão cônscios do valor da qualidade dos grãos e podem remunerar melhor produtos com mais qualidade ou simplesmente não adquirir produtos com qualidade comprometida. Isto vale para o arroz, onde conta a porcentagem de grãos inteiros, a cor e a aparência; vale para o soja, onde a acidez do produto aumenta os custos de refino do óleo; vale para o milho, onde contaminações por toxinas reduzem a convertibilidade do alimento produzido; vale para sementes, onde devem ser mantidos a germinação e o vigor, etc.
Como a secagem é potencialmente agressiva e a umidade do grão também o é, temos que tomar um compromisso quanto a como e quanto secar. A não secagem acarreta os problemas de respiração, deterioração e desenvolvimento de fungos e suas toxinas. Este é um ponto importante, pois as toxinas têm-se mostrado como um dos grandes vilões da qualidade de grãos. No caso do milho, por exemplo, a simples permanência do produto em umidades superiores a 17% por períodos superiores há dois dias, em condições usuais de temperatura, possibilita a produção de aflatoxina. Produtos armazenados com umidades de 16% podem perder até 50 kg de matéria seca por tonelada por mês, somente por conta da respiração. Perdas desta ordem podem facilmente ser superiores aos custos da secagem completa.
A secagem, por sua vez, pode ser uma inoculadora de comentado, pode causar agressões térmicas que são
sempre danosas para os grãos. Por esta razão, a secagem mecânica deve ser objeto de muita atenção e cuidado.
Os processos devem ser tais que os grãos não atinjam temperaturas superiores a um certo valor. Este valor muda de acordo com o produto e seu uso final. Produtos sensíveis como arroz, cevada malteira e sementes em geral não devem ultrapassar 39ºC. Também a taxa de remoção de umidade não pode ser muito elevada, pois pode resultar em elevado stress no grão, gerando trincas e quebras.
A prática recomenda remoções de 1,5 a 2 pontos percentuais por hora, no caso do arroz e das sementes; de 3 pontos, no caso do milho; e de até 5 pontos, no caso do soja. Esta limitação serve como parâmetro para definição do tamanho do secador ou do sistema de secagem requerido para cada tipo de produto e cada capacidade.
Além destas questões de caráter mais amplo, no volume de grão secado existem questões que afetam os grãos de forma individual.
A primeira delas é quanto o sistema de secagem é capaz de tratar todo e cada um dos grãos de forma homogênea. Sistemas de secagem em camada estática, como secagem em silos sem misturadores, tratam de forma diferente os grãos da camada inferior, se comparados com os da camada superior. Secadores com problemas no fluxo dos grãos ou de ar em seu interior também dão tratamento desigual aos grãos, quando estes, ao passarem por diferentes caminhos no corpo do secador, estão sujeitos a distintas condições de secagem. Estas diferenças de tratamento podem fazer com que alguns grãos estejam sujeitos a condições extremamente desfavoráveis no que se refere à manutenção da qualidade, ainda que os parâmetros médios, do secador como um todo, estejam como desejado.
Os próprios grãos podem introduzir diferenças individuais, pois nem todos estão no mesmo grau de umidade. Grãos de um mesmo pé de soja, de uma mesma espiga de milho ou de um mesma panícula de arroz podem apresentar diferenças de umidade superiores a 5%.
Esta diferença pode causar sobressecagem ou subssecagem em alguns grãos, ainda que a média esteja correta. Neste caso, pouco pode ser feito no que se refere aos equipamentos, porém cabe ressaltar uma vez mais: qualquer processo mais lento será mais favorável, uma vez que dará mais tempo para que os grão busquem alcançar o equilíbrio de umidade.
Tipos de secagem
Existem diversos tipos de secagem e cada um deles tem características que podem ser mais indicadas para um ou outro tipo de produto e condição da cultura ou do local. Os processos de secagem mais eficazes são os mecânicos e podem ser listados como segue:
a) Secagem em silos: o produto é carregado úmido num silo com aeração onde é ventilado até secar. O ar da ventilação pode ser aquecido ou não. Atualmente existem sistemas computadorizados que podem controlar adequadamente tanto ventiladores quanto aquecedores de ar, de tal forma a proceder a secagem com o menor risco possível e da maneira mais econômica. De qualquer forma, podem ser esperadas perdas de 0,5% em matéria seca e algum prejuízo na qualidade.
b) Secagem em silos com misturadores: e um
processo semelhante ao anterior mas conta com dispositivos que ficam misturando os grãos no interior do silo à medida em que ele é ventilado com ar aquecido.
A mistura é feita por meio de roscas verticais que varrem a superfície do silo. Este sistema homogeneiza a massa de grãos e elimina potenciais problemas de sobre ou sub-secagem. Como no sistema anterior, opera por bateladas e, uma vez concluída a secagem, o produto pode ficar armazenado no próprio silo.
c) Secagem em silo secador Top-Dry: trata-se de um silo dotado de uma superfície perfurada sob o teto do mesmo, onde camadas seqüenciais de grãos são secas em camada fixa. Os grãos quando secos, ainda quentes, são descarregados no silo onde passam a ser resfriados. Este ar de resfriamento adicionado de ar aquecido é utilizado para secagem da camada fixa seguinte. É um sistema com bom rendimento térmico, consumindo menos de 1000 kcal por kg de água evaporada.
d) Secagem em secadores intermitentes com câmara de repouso: são secadores onde o produto a ser secado circula no interior da máquina, com ventilação de ar quente, até que se alcance a umidade desejada. É um secador muito apropriado para produtos com altos graus de umidade. Trata-se sistema de secagem muito seguro, pois, por dispor de câmara de repouso, só uma pequena parcela do volume de grãos está sofrendo secagem a cada instante, limitando o potencial agressivo da mesma. Funciona bem com cargas parciais, o que o torna um sistema apropriado para pequenas produções ou onde haja descontinuidade de produção.
e) Secagem intermitente em secadores convencionais: um secador contínuo convencional é carregado com produto úmido e recircula o mesmo até que a umidade desejada seja alcançada. É mais utilizado para remoção de grandes quantidades de umidade, como no caso do milho e do arroz. Permite a segregação de cargas com umidades diferentes, bem como uma regulação precisa da taxa de remoção de umidade a ser providenciada.
f) Secagem contínua: um secador contínuo, ventilado com ar aquecido, é carregado com produto úmido que, após ficar um determinado tempo em seu interior, sai seco, de forma contínua, pronto para os processos subseqüentes. Os secadores podem ser de fluxo cruzado (coluna ou cavalete) ou fluxo concorrente. Podem ter ou não sistema de resfriamento incorporado, dependendo de o resto da instalação dispor ou não de dispositivos para resfriamento.
Secadores podem ser colocados em seqüência e, quando antecedendo silos ventilados, podem ser utilizados em processos de seca-aeração.
Características importantes de um secador
Conforme já mencionado, a eficiência térmica de um secador é um atributo de elevada importância. Como o recomendável é a secagem imediata de grãos colhidos tão proximamente quanto possível da maturidade fisiológica, muita água deve ser evaporada, fazendo com que a eficiência no uso da energia seja um fator muito relevante.
Há que se observar ainda a capacidade do equipamento em proporcionar tratamento homogêneo a todo e cada um dos grãos que processa. Sistemas ou equipamentos que tratem de forma desigual grãos que estejam em locais ou caminhos distintos devem ser vistos com cuidado para verificar se esta não-homogeneidade pode ou não causar problemas ao produto ou parte dele.
Também se espera que os sistemas de secagem não causem danos mecânicos no produto que processem. Neste aspecto, os principais vilões são os dispositivos de carga e de descarga.
Secadores devem ainda atender a questões atinentes à facilidade de limpeza e manutenção.
Vale dizer que devem ter acesso fácil e franco às zonas onde haja peças móveis e elementos de desgaste ou consumo, bem como a lugares onde haja acumulação de sujeira e rejeitos. Também é importante que sejam dotados de sistemas de comando automáticos, que permitam uma operação mais adequada, cuidadosa e eficiente do secador.
Finalmente há que se mencionar as questões ambientais. Secadores, por seu princípio de funcionamento, emitem ar contendo partículas de cereal, o que pode ser um inconveniente. Para contornar este problema, os secadores devem possibilitar a instalação de acessórios que reduzam a emissão destes particulados para a atmosfera.
Outras questões
Limpeza -As impurezas, além de consumirem energia para sua secagem e manuseio, podem causar problemas no funcionamento dos sistemas de secagem, dificultando tanto o fluxo do ar como o do produto. Por estas razões, aconselha-se que o produto passe por máquinas de limpeza previamente à secagem.
A questão das impurezas ainda enfrenta uma impertinente questão comercial, onde as regras de comercialização permitem um certo nível de impurezas, o que faz com que a limpeza mais apurada não pareça atrativa ou conveniente.
São vicissitudes que talvez se alterem num futuro próximo, quando ficar claro que não há muito sentido em manusear, secar, transportar e armazenar impurezas.
Fonte de calor -A escolha do combustível ou fonte térmica é importante. Deve-se levar em conta disponibilidade e custo e qualidade do ar de secagem produzido. Cada região e cada aplicação tem a fonte mais adequada, não existindo, portanto, uma fonte de calor ideal.
Na maioria dos casos, a combustão de biomassa ainda é a opção mais conveniente. Nestes casos, um cuidado a ser tomado é quanto à capacidade de combustão das fornalhas.
De maneira geral, as biomassas (madeira, cascas e resíduos) têm queima difícil e requerem altas temperaturas e câmaras de combustão amplas para que possam queimar de forma completa, evitando a geração de gases incombustos e poluentes, além da quantidade de calor necessária para o bom funcionamento dos secadores. Além disto, as fornalhas de biomassa não devem produzir fagulhas, que são as potenciais causadoras de incêndio.
Conclusão
Como se pode inferir do apresentado, a secagem de grãos é um tema complexo e deve ser analisado desde uma perspectiva balizada pelas condicionantes de cada caso específico. Não há verdades absolutas e, na grande maioria das vezes, a instalação que se dispõe é a possível e não a ideal. Além disso, em muitas ocasiões, os sistemas de secagem são obrigados a operar fora do seu regime normal para que a unidade como um todo possa maximizar sua performance.
De qualquer sorte, é importante que os usuários e operadores estejam cônscios das condições de secagem e armazenagem que conseguem proporcionar aos grãos, buscando maximizar os benefícios possíveis ou, por outra perspectiva, limitar ao máximo as inevitáveis perdas nas quais sempre se incorre ao armazenar qualquer produto de origem vegetal.
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