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SECAGEM DE GRÃOS COM ENERGIA SOLAR  CAPÍTULO 7    Viçosa ‐ MG


Capítulo 7

Secagem com Energia Solar

Capítulo

7 SECAGEM DE GRÃOS COM ENERGIA SOLAR

Juarez de Sousa e Silva Sérgio Maurício Lopes Donzelles Paulo César Corrêa

1. INTRODUÇÃO Como descrito no capítulo referente ao estudo dos métodos de secagem, os processos de secagem na própria planta, em terreiros e em plataformas elevadas foram os primeiros métodos utilizados para secagem de grãos e desidratação de alimentos perecíveis. Ainda hoje, estes métodos são amplamente utilizados em regiões subdesenvolvidas e/ou em desenvolvimento. Falta de energia convencional, desconhecimento de técnicas mais modernas, condições climáticas desfavoráveis e reduzido investimento em capital são apontados como os principais motivos para a utilização da secagem solar em terreiros e plataformas. Apesar das dificuldades da utilização da energia solar em grande escala, como será visto mais adiante, desde 1974, quando da primeira crise do petróleo, tem havido grande interesse na possibilidade de se usar essa fonte de energia para substituir as fontes convencionais (principalmente os derivados do petróleo) na secagem de produtos agrícolas ou em outras aplicações. 2. SECAGEM SOLAR EM TERREIROS A secagem solar em terreiros difere da secagem natural simplesmente pelo fato de o produto ser retirado da planta e colocado em uma superfície plana (solo batido ou revestido com tijolos, concreto ou asfalto) previamente preparada para receber o produto a ser secado. A energia utilizada para a remoção da umidade é proveniente da radiação solar e da entalpia do ar. Apesar de ser muito utilizada, em todo o mundo, por pequenos agricultores para secagem do arroz, milho e feijão etc., a secagem solar em terreiros e plataformas é especialmente utilizada para secagem do café e do cacau. A secagem em terreiros apresenta a desvantagem da dependência dos fatores climáticos, que, se forem desfavoráveis, retardam o processo e propiciam a infecção do produto por microrganismos que causam a deterioração, com redução na qualidade. O uso exclusivo do terreiro (Figuras 1 e 2) por muitos cafeicultores deve-se, Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas

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principalmente, a problemas energéticos, à não-preocupação com características qualitativas do produto depois da secagem, ou ao baixo poder aquisitivo e nível técnico da propriedade. A principal vantagem do método é a economia de energia, pois durante a secagem só se utiliza a radiação solar. Além disso, os raios solares têm ação germicida e não são poluentes. Em contrapartida, para o processo de secagem em terreiros, exigem-se extensas áreas, muita mão de obra e, o produto pode ficar sujeito a condições ambientais inadequadas. A plataforma coberta utilizada para cacau, reduz, mas não elimina, os problemas de condições climáticas adversas e suas conseqüências.

Figura 1 - Terreiros improvisados para secagem de café.

Figura 2 - Operação de distribuição e revolvimento de café em terreiros com alto padrão de construção.

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2.1. Manejo e Características Técnicas do Terreiro No caso do café, depois dos primeiros dias de secagem (em torno do quinto dia), quando o café já estiver parcialmente seco, às 3 horas da tarde aproximadamente, o produto deve ser enleirado no sentido da maior declividade do terreiro e as leiras devem ser cobertas com lonas plásticas. A cobertura do produto enleirado favorecerá a conservação do calor absorvido durante a exposição aos raios solares, garantindo melhor uniformização e redistribuição da umidade na massa de grãos. Ao amanhecer, por volta das 9 horas, as leiras devem ser descobertas e removidas do local de pernoite, para que o piso utilizado seja secado. Em seguida, o produto deve ser espalhado sobre o terreiro, repetindo-se as operações feitas no dia anterior, até atingir o teor de umidade ideal para o armazenamento ou até o ponto de meia-seca (30% b.u.), ponto ideal para se iniciar a complementação da secagem na maioria dos secadores mecânicos, como será visto mais adiante. Para o arroz, a secagem em terreiro não significa, necessariamente, uma garantia de qualidade, como acontece com alguns produtos. O manejo inadequado da secagem em terreiros pode produzir grãos trincados em nível superior aos produzidos por secadores a altas temperaturas. Se o arroz for espalhado em camadas muito finas (inferior a 3,0 cm) e a intensidade de radiação solar for elevada, o índice de trincas será elevado, independentemente do número de revolvimento. Manejado adequadamente, o arroz secado em terreiro pode ter a sua qualidade comparada ao produto secado em secadores mecânicos. Sempre que possível, o terreiro deve estar localizado em área plana e bem drenada, ensolarada, ventilada, em nível inferior às instalações de recepção e preparo inicial e superior às instalações de armazenamento e beneficiamento. Como dito anteriormente, um terreiro pode ser construído em terra batida, com tijolos, asfalto ou concreto. O piso de tijolos parece ser o mais aconselhável, porque tem a propriedade de absorver parte dos raios solares, não transmite gosto estranho e em geral apresenta menor custo. Os terreiros concretados, entretanto, apresentam melhores resultados, são mais duráveis, mais fáceis de manejar e apresentam melhores características de limpeza. No caso especial do café, a área do terreiro pode ser calculada em função da produção média da lavoura por mil covas, do número de cafeeiros e das condições climáticas da região. Na hipótese de se utilizar apenas o terreiro para a secagem, o cálculo da área poderá ser feito segundo a equação 1: S=0,055QT

eq. 1

em que S = área do terreiro, m2 para produção de 1.000 pés; Q = produção média anual em cereja, no de volumes de 110 L/1000 pés; e T = tempo médio de secagem na região, dias.

Quando da utilização somente do terreiro para realizar a meia-seca, ou seja, para Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas

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reduzir o teor de umidade de 60% para aproximadamente 30% b.u. (o que ocorre em cerca de cinco dias) e complementar a secagem em secadores mecânicos, a área do terreiro poderá ser reduzida para pelo menos 1/3 do valor. Na medida do possível, o terreiro deverá ser dividido em quadras, para facilitar a secagem dos lotes segundo sua origem, seu teor de umidade e sua qualidade. A fim de facilitar o escoamento das águas pluviais, o terreiro deverá ser construído com declividade de 0,5 a 1,5% e provido de ralos na parte inferior. Estes ralos, medindo 0,4 x 0,25 m, devem ser construídos em chapa de aço com 50% de perfuração e furos quadrados de 3 mm de lado, no máximo, para impedir a passagem dos grãos. Aconselha-se construir muretas de proteção medindo 0,20 m de altura por 0,15 m de espessura ao redor do terreiro, para evitar perdas ou misturas de material dos diferentes tipos de cafés. A partir do ponto de meia-seca, o café completará sua secagem em montes, onde se estabelecerá o equilíbrio entre as camadas externas e a parte interna do grão e dos grãos entre si. Para tanto, diariamente, o café deve ser revirado e exposto por duas ou três horas ao sol e, a seguir, amontoado e coberto. Clique para ver o vídeo sobre o terreiro de lama asfáltica: vídeo 1

3. SECADOR HÍBRIDO (TERREIRO-BIOMASSA) O secador híbrido nada mais é que um terreiro comum construído em alvenaria de cimento onde se adaptou um sistema de ventilação com ar aquecido. Cada unidade do secador híbrido deve ser constituída por uma área com as dimensões de 10,0 por 15,0 m, aproximadamente. Na direção do comprimento, o terreiro-secador é dotado de uma tubulação central para ventilação. Desta, são derivadas aberturas para 6 (seis) câmaras de secagem em camada fixa, ou igual número de tubulações secundárias para secagem em leiras (Figura 3 A e B). As câmaras de secagem, portáteis e construídas em caixas com um fundo falso, feito em chapas perfuradas, ficam simplesmente apoiadas sobre as aberturas da tubulação principal (Figura 4A). A Figura 4B, mostra um secador híbrido trabalhando com seis câmaras de secagem. Já as tubulações secundárias, construídas com tubos de PVC 150 mm perfurados, ficam encaixadas nas aberturas do duto principal. Ao duto principal é acoplado um ventilador centrífugo acionado por motor elétrico de 5 cv, 1.750 rpm, que possibilita uma vazão de 1,5 m3/s de ar. Na ausência de radiação solar, incidência de chuvas e durante o período noturno, o produto é recolhido às câmaras de secagem ou enleirado sobre os dutos secundários para secagem com ar aquecido. Em ambos os casos, devem-se providenciar cobertura para proteção dos grãos durante períodos chuvosos. Assim, a secagem poderá ser realizada durante as 24 horas, por meio da utilização da energia solar durante os dias ensolarados e da energia proveniente da combustão de biomassa (lenha ou carvão vegetal) durante a ausência da radiação solar. Durante os dias ensolarados, o terreiro terá funcionamento normal, como visto anteriormente, e, ainda assim, podem-se usar as câmaras para secagem com ar a altas 182

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temperaturas; se ganha, com isso, em produtividade de secagem. Para o funcionamento do terreiro com ar a alta temperatura, deve-se proceder de modo semelhante ao da secagem em camada fixa, como visto no capítulo 5 – Secagem e Secadores.

Figura 3 – Vista superior (A) e corte longitudinal do secador híbrido (B), com opções para secagem em camada fixa ou em leiras.

Figura 4 A – Câmara de secagem construída com caixa de fibra de 2.500 litros

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Figura 4 B – Secador híbrido trabalhando com seis câmaras de 1000 litros. Clique para ver:

vídeo 1

vídeo 2

vídeo 3

4. ENERGIA SOLAR Como dito anteriormente, há muito tem havido grande interesse na possibilidade de se usar a energia solar para a secagem mecânica de produtos agrícolas e em outras aplicações. Porém, a quantidade de energia solar que pode incidir em uma superfície perpendicular aos raios solares é relativamente diluída, ou seja, em um dia completamente claro (ausência de nebulosidade) e numa latitude média do Brasil, é de aproximadamente 4.800 kcal ou 20.000 kJ/dia, por metro quadrado de área coletora. Isso significa que uma superfície absorvedora com 2,5 m2 só poderia, na melhor das hipóteses, interceptar uma quantidade de energia solar equivalente a 1 kg de óleo diesel ou 3 kg de carvão vegetal por dia. Infelizmente, existem fatores que impedem coletar e usar eficientemente o total de energia incidente. Primeiramente, o sol não está descoberto todos os dias, e, por outro lado, dependendo da região, a poluição atmosférica impede uma boa utilização da radiação solar. Finalmente, a orientação do coletor tem grande efeito na quantidade total recebida e, em muitos casos, é quase impossível orientar um coletor de maneira que ele fique perpendicular aos raios solares, pois os investimentos adicionais para o direcionamento da superfície coletora inviabilizariam o sistema. Uma opção econômica seria aceitar uma menor eficiência na captação de energia com a fixação da superfície coletora em uma posição que possa captar maior quantidade de energia. A maioria dos trabalhos que tratam do aproveitamento da energia solar para a secagem de grãos tem sido direcionada para sistemas de secagem a baixas temperaturas, uma vez que seria difícil sua aplicação em sistemas que funcionam a altas temperaturas, em razão do alto nível de energia necessária (120.000 a 300.000 kJ/hr) para secadores mecânicos de média capacidade. Como visto no capítulo referente ao estudo dos métodos de secagem, os sistemas de secagem a baixas temperaturas envolvem, geralmente, a secagem em silos, nos quais o incremento da temperatura do ar fica pouco acima da temperatura ambiente, ou seja, 184

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um incremento abaixo de 10 oC, incluindo o aumento de temperatura proveniente do atrito do ar no ventilador e nos dutos de distribuição deste ar. Neste caso, a energia solar tem grande potencial como fonte de energia para a secagem. A secagem a baixa temperatura requer longo tempo de operação, possibilitando a deterioração das camadas superiores, caso o sistema não seja criteriosamente dimensionado. Teores de umidade superiores a 20% b.u. propiciam a deterioração em curto espaço de tempo, exigindo altos fluxos de ar na secagem, tornando o sistema inviável técnica e economicamente. Esse problema pode ser amenizado se for adotado um sistema de secagem em combinação, com uma pré-secagem a altas temperaturas, em secadores convencionais. Neste caso, o teor de umidade do produto seria reduzido a níveis seguros para o complemento da secagem a baixas temperaturas, em silos, com energia solar. Tal procedimento, além de evitar a deterioração do produto, acarretará uma economia substancial de tempo e de energia convencional. 5. O COLETOR DE ENERGIA SOLAR Pode-se encontrar na literatura especializada, apesar de muita semelhança, grande variedade de tipos de coletores solar. Será descrito neste capítulo um tipo que parece ser o mais recomendável, em caso de se adotar a secagem com energia solar. É um coletor plano e não exige nenhum dispositivo mecânico para mantê-lo perpendicular aos raios solares. Como dito anteriormente, o coletor deve ser fixo e orientado na direção norte-sul, com a superfície absorvedora voltada para o norte. Outro ponto importante e que deve ser obedecido é quanto à inclinação da superfície absorvedora com a horizontal (nível do solo). Neste caso, uma inclinação ótima para a variação anual pode ser tomada como igual ao valor da latitude onde o sistema será instalado (Figura 5).

Figura 5 – Inclinação ótima para coletores planos. Uma grande vantagem do coletor plano é que ele irá absorver a energia solar direta emitida pelo sol e a radiação difusa, aquela espalhada pelas nuvens e constituintes da atmosfera, que atingem a superfície da terra. Com um coletor plano, é possível, dependendo do fluxo de ar adotado, incrementar a temperatura do ar em até 30 oC, em dias de céu descoberto. Um incremento de 5 oC é considerado um bom valor para se obter uma eficiência razoável do sistema. Além dos fatores mencionados, o coletor plano de energia solar é de construção relativamente fácil e de custo mais baixo que outros tipos de coletores. Isso faz com que os coletores planos sejam a melhor escolha para a secagem de produtos agrícolas. Como dito anteriormente, há vários modelos de coletores planos, mas todos eles Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas

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possuem duas características básicas: a) uma placa preta, para absorver a energia solar; e b) um fluido circulante (ar ambiente), para retirar o calor da chapa e levá-lo para o ponto de utilização, que, no caso de secagem, é uma câmara que contém os grãos a serem secados. O secador solar rotativo é uma exceção ao que foi dito e será estudado mais adiante. Um coletor de energia solar, tendo o ar como fluido circulante, pode ser construído com uma simples chapa de aço ou telha de cimento-amianto, pintados em preto fosco, ou ser construído com materiais mais sofisticados. A chapa ou telha deverá formar um canal com a estrutura por onde deverá ser forçada a passagem do ar (Figura 6A). Um segundo tipo possui ainda uma cobertura transparente sobre a placa coletora, com a finalidade de aumentar o rendimento total do sistema. Esta cobertura transparente pode ser de vidro ou mesmo um simples lençol de plástico transparente. A cobertura transparente tem por finalidade evitar as perdas de calor da chapa coletora para o ambiente e formar um segundo canal de ventilação para aumentar a superfície de troca de calor (Figura 6 B). Há diferentes maneiras de melhorar a eficiência de um coletor. Entretanto, para que essa melhoria seja levada a cabo, deve-se analisar o benefício do investimento adicional. Usualmente, os coletores mais eficientes são também os mais caros.

A

B Figura 6 – Cortes transversais de coletores sem cobertura (A) e com cobertura (B). 5.1. Construção do Coletor Solar Os coletores solares podem ser construídos de diferentes materiais. Entretanto, esses materiais devem ser bastante resistentes às variações de temperaturas, à chuva, ao vento, à radiação solar e aos agentes poluidores. De modo geral, o projeto de um coletor deve permitir fácil manuseio e fornecer o máximo de calor com um mínimo de manutenção e reparos. 186

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5.1.1. Cobertura transparente Usualmente, o vidro é a melhor cobertura para os coletores para aquecimento de ar. O vidro é bastante transparente à radiação solar e relativamente opaco às radiações em forma de calor, constituindo-se em um componente eficiente para reter o calor irradiado, na forma de ondas longas, pela placa absorvedora (este fenômeno é conhecido como efeito estufa e explica o porquê de os carros fechados permanecerem bastante quentes, quando expostos ao sol). Lençóis de plástico transparente são também bastante usados como cobertura para os coletores. Entretanto, são menos duráveis do que as coberturas em vidro. Usualmente, a vida útil da cobertura transparente em plástico não é superior a dois anos. O lençol plástico é mais transparente à radiação solar do que o vidro comum. Por outro lado, é bem menos opaco à radiação em forma de calor. Nesse caso, o usuário deve optar pelo que lhe for mais conveniente. Para baixas temperaturas, como secagem de café, os lençóis de plástico são mais convenientes. Eles são flexíveis, mais fáceis de instalar e custam bem menos que uma lâmina de vidro de igual tamanho. Ao montar um coletor solar com cobertura transparente em vidro, deve-se levar em conta o tamanho e o número de placas. Em caso de quebra, placas menores custam menos e são mais fáceis de serem substituídas. 5.1.2. Placa coletora As características desejáveis de uma placa absorvedora são: - absorver o máximo da radiação solar; - perder o mínimo de calor para o ambiente; e - transferir facilmente o calor absorvido para o ar circulante. Se a placa for pintada de preto, ela irá absorver mais energia radiante do que em qualquer outra coloração. Uma superfície preta fosca pode absorver até 95% da radiação que atravessa a cobertura transparente. Os materiais mais usados como placa coletora são o cobre, o alumínio, o ferro, o cimento-amianto e o plástico. O cobre é o mais caro, mas possui a mais alta condutividade térmica. Por outro lado, o cimento-amianto é menos caro e bastante aplicável no caso de secagem de grãos (é durável e de fácil instalação). A superfície da placa coletora afeta também a transferência de calor para o ar dentro dos coletores. Alguns tipos são feitos de material corrugado, com a finalidade de aumentar a área de transferência de calor. Por esses motivos, a telha de cimento-amianto foi escolhida para o projeto dos coletores modelos UFV. 5.1.3. Caixa protetora Metal, fibra de vidro, concreto e madeira podem ser usados para acondicionar a placa coletora e completar o coletor. No entanto, a estrutura de madeira é mais leve e facilmente encontrada no mercado, exigindo apenas um carpinteiro para a confecção de toda a estrutura do coletor. Isolamento térmico pode ser adicionado no fundo e nas laterais da caixa protetora, para evitar as perdas de calor. Entretanto, o investimento em isolamento poderá ser superior ao valor da energia adicional coletada. Lã de vidro é o material mais utilizado para isolar os coletores solares. Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas

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Quando o coletor não estiver em operação ou estiver com a ventilação desligada, a temperatura pode atingir valores acima de 80 oC. Dessa maneira, é aconselhável cobrir o coletor, para evitar danos ocasionados por estas altas temperaturas e, se possível, retirar o lençol plástico, quando não em uso, para maior durabilidade. 5.1.4. Propriedades dos coletores planos a) Coletor sem a cobertura transparente: - o acréscimo de temperatura é inferior a 15 oC; - a velocidade máxima do ar dentro do coletor deve estar ao redor de 250 m.min. -1; - o espaço entre a chapa coletora e o fundo da caixa deve estar entre quatro e cinco centímetros; e - o material para a placa coletora deve ser de cimento-amianto ou metal pintado de preto fosco que contenha na sua composição negro fumo; e b) Coletor com cobertura transparente: - o acréscimo de temperatura poderá atingir 40 oC; - a velocidade máxima do ar deve estar ao redor de 250 m.min-1; - o espaço entre a placa e o fundo do coletor deve ser de dois centímetros, e de três centímetros entre a placa e a cobertura transparente; - o material para chapa coletora deve ser de cimento-amianto ou metal pintado de preto fosco; e - o material transparente para cobertura deve ser de vidro ou plástico. 6. SECAGEM COM ENERGIA SOLAR Mesmo com a existência de vários tipos de secadores que usam energia solar, como o utilizado para pequenas produções de café (Figura 7), dois sistemas foram construídos e testados na Universidade Federal de Viçosa. O primeiro, um secador registrado como UFV - J2, se assemelha a um secador de camada fixa horizontal, possuindo um teto solar (coletor solar), um ventilador, um duto de conexão e uma câmara de secagem (Figuras 8, 9 e10). O segundo, um secador solar rotativo registrado como UFV-JPC1, que é um melhoramento do secador solar suspenso (figura 7), consta apenas de uma caixa formada por laterais de madeira, com frente e fundos em tela de aço com malha quadrada de 4 mm. A caixa possui um eixo central (tubo de ferro de 3/4 de polegadas), que é apoiado em dois pequenos pilares de madeira, para permitir uma fácil rotação. O próprio produto a secar (café) constitui o material absorvedor de calor neste tipo de secador (Figura 11). A ventilação natural é o meio que retira o calor absorvido e elimina a umidade, como acontece nos terreiros tradicionais ou secadores suspensos. Nos secadores solares rotativos o café passa simultaneamente por operações de secagem e limpeza, dispensando, assim, a utilização de terreiros e não requerendo outra forma de energia. Como nos secadores suspensos, o produto, por não estar em contato direto com o piso do terreiro, que apresenta problemas de limpeza e desinfecção, tem menor chance de ser contaminado por microrganismos indesejáveis. Já o secador com 188

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teto solar s necesssita de pequuena área de d terreiro para a secaggem inicial ddo café com m alto teor de umidadee e, ainda, de energiaa elétrica paara o acionaamento do ventilador. Para produutos relativamente secoos, como é o caso do milho, m arroz ou feijão, a secagem in nicial em teerreiros é tootalmente diispensada. Em compparação à seecagem com m ar naturall, este secaddor tem maior capacidaade de secaggem por cauusa da elevaação da tem mperatura do o ar. Caso o secador soolar UFV-J2 2 seja usado em combinação com m o secador solar rotativ vo UFV-JPC1, o terreiiro é elimin nado e o proocesso tornaa-se mais fáácil e com maior m capaciidade de seccagem.

Figu ura 7 - Secaadores em telas t suspen nsas, para secagem s soolar.

Figu ura 8 – Vistta geral do secador sollar UFV - J2 J

Figu ura 9– Planta baixa doo secador do d secador solar s UFV--J2. S Secagem e Armazenage A em de Produutos Agrícolas

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Figura 10 – Corte transversal (b) do secador do secador solar UFV-J2.

Figura 11 - Vista geral dos secadores solares rotativos (UFV-JPC1). 6.1. Manejo dos Secadores Solares 1 - Secador UFV-J2: no caso da secagem do café, o produto, depois de lavado, deverá passar por uma pré-secagem em terreiro ou em secador solar rotativo durante um período de três dias, dependendo das condições ambientais. A altura total da camada de café no tanque secador não deve ultrapassar 0,5 m, e ela pode ser colocada em camadas (uma pequena camada por dia). Se as condições forem ideais, a secagem poderá ser completada em torno de seis dias (até os três primeiros dias, o ventilador deverá funcionar também durante a noite). Para evitar a ocorrência de gradientes elevados de umidade, é aconselhável fazer o revolvimento da camada de grão pelo menos duas vezes ao dia durante todo o período de secagem. Para secagem de milho, arroz ou feijão, a carga do secador pode ser feita em uma única vez. Como no caso do café, é aconselhável revolver a camada de grãos, principalmente para o arroz. 2 - Secador UFV-JPC1: ao contrário do caso anterior, depois de lavado, o café é colocado diretamente no secador rotativo solar. Os secadores devem ser orientados na direção norte-sul, ocupando quatro posições durante o dia, como indicado na Figura 12. Antes de se colocar o secador numa determinada posição, o produto deve ser homogeneizado, por meio de pelo menos cinco giros no secador. Ao girar o secador, o operador deve ter o cuidado de fazê-lo de maneira lenta, para que o produto fique bem 190

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misturado. Se as condições forem favoráveis, depois de cinco dias de exposição ao sol, e no caso do café, o volume do material dentro dos secadores rotativos deverá estar em torno de 60% do volume inicial. Nesse ponto, o material de um secador deve ser transferido para outros dois, e o primeiro imediatamente recarregado, de acordo com o esquema da Figura 13. Para grãos que não sofrem redução substancial do volume durante a secagem (milho, feijão, arroz etc.), não há necessidade da operação anterior. A única restrição para a secagem destes produtos fica no tamanho da malha das telas dos secadores rotativos (Figura 14).

Figura 12 - Diferentes posições do secador solar rotativo durante a secagem.

Figura 13 - Esquema de funcionamento dos secadores solar rotativos. Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas

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Figura 14 – Detalhes do secador solar rotativo. 6.2. Quantidade Necessária de Secadores Solares Rotativos Como os secadores rotativos são mais indicados para a secagem de café, devido à relação entre preço do produto e custos dos secadores, o cálculo da capacidade de secagem ficará restrito a este produto. 1 - Secador Solar Rotativo. Suponha que em uma pequena propriedade é colhido 1,2 m3 de café por dia. Calcular o número de secadores rotativos de 1,2 x 1,2 x 0,15 m necessários para atender à secagem do café durante o período de colheita. Solução. Em regiões favoráveis, são necessários, em média, treze dias de exposição ao sol para que o teor de umidade do café seja reduzido de 60% b.u. (colheita) para um valor próximo a 12,5% b.u., considerado ideal para uma armazenagem segura ou para a comercialização. Isto quer dizer que cada secador solar rotativo ficará ocupado por igual período. Após este intervalo de tempo, o secador é descarregado e nova operação é iniciada. Como dito anteriormente, após cinco dias de exposição ao sol, o volume de café dentro do secador será reduzido para 60% do valor inicial, como indicado na Figura 13. Neste ponto, o material contido em um secador deve ser transferido para completar o volume inicial de outros dois secadores. Realizada esta operação, o secador descarregado é liberado para nova carga com produto úmido. Este procedimento é repetido até o ponto em que os secadores completem, em média, os treze dias de funcionamento. O número de secadores necessários é, então, determinado pela equação 2: Nts=13Nsd-(8Nsd / 3)

eq. 2

em que Nts = número total de secadores; e Nsd = número de secadores usados por dia. Assim, o resultado da colheita de 1,2 m3/dia será colocado em seis secadores de 1,2 x 1,2 x 0,15 m, com capacidade de 0,2 m3 cada. Substituindo os valores na Eq. 2, obtém-se Nst = 13 x 6 - (8 x 6) /3 = 62 secadores rotativos 192

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2 - Secador Solar UFV-J2. Suponha que a mesma quantidade de café do exemplo anterior seja colhida (1,2 m3/dia). Determinar as dimensões do secador e quantos metros quadrados de terreiro ou secadores rotativos serão necessários. Solução. A carga do secador solar UFV-J2 deverá ser feita em camadas, depois de três dias de pré-secagem nos secadores solar rotativos ou em terreiro. Assim, para cada dia de colheita, após o terceiro dia de exposição ao sol, aproximadamente 1,2 m3 de café será transferido para o secador solar UFV-J2, o qual, após quatro camadas consecutivas, conterá 1,2 x 4 = 4,8 m3 de café. Com seis dias de secagem, depois de se colocar a quarta camada (dependendo das condições de insolação), o secador poderá ser descarregado, iniciando-se novo carregamento. Dessa maneira, 18 secadores rotativos (ou 90 m2 de terreiro) serão necessários para operar em conjunto com um secador solar UFV-J2 que contenha câmara de secagem com as seguintes dimensões: 4,8 x 2,0 x 0,5 m e um teto solar de 7 x 3 = 21 m2 de área coletora. Um ventilador que forneça 10 m3.min-1.m-3 de café deverá ser acoplado ao sistema. 6.3. Terreiro Suspenso Portátil O terreiro suspenso e transportável ou portátil, de acordo com Darfet citado por SILVA et al. 2005, foi inventado por Geronymo L. C. Souza, em 1888. O secador consiste, resumidamente, de diversas caixas retangulares com tela de arame, formando um tabuleiro falso 3.0 x 1.5 m, montados em pilares de madeira com 0,8 m de altura (Figura 15). Como se pode ver, o terreiro suspenso e fixo comercializado no Brasil (Figura 7) tem o o projeto básico similar e não difere muito do secador portátil idealizado por Geronymo Souza. Trabalhos de pesquisa realizados por Vilela (1997) e Hardoim (2001), indicam que o tempo de secagem nestes secadores é mais longo que no terreiro convencional com piso de concreto.

Figura 15 – Esquema básico do Terreiro Suspenso portátil 6.4. Terreiro Suspenso Móvel Privilégio registrado em Novembro de 1889 por Correia da Silva, consiste de diversos tabuleiros com fundo telado para reter os grãos. Os tabuleiros, com dimensões apropriadas, são montadas em um sistema de trilhos. O conjunto, quando não em funcionamento, fica abrigado sob uma cobertura fixa para proteger o produto de chuvas ou condensações noturnas. O operador do secador tem que puxar os tabuleiros para expô-los sob a radiação solar para secar o produto que deve ser revolvido periodicamente (Figuras 16 A e B).

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Seecagem com m Energia Solar S

ura 16 A – Esquema E básico to terrreiro suspenso móvell Figu

Figu ura 16 B – Vista V geral do secadorr tipo terreiro suspensso móvel 6.5. Secador S Flex O Seador Flex é um ma fusão do secador de camada fixxa tradicionaal com o secador por convecção c n natural (Cappítulo 5) e, ainda, a com secador solar UFV-J2. O ar de secagem pode p ser aquuecido com m a energia de combusstão da lenh ha, do carvãão, do gás, ser aqueciido com ennergia solar ou com a mistura dee energia so olar e energgia da com mbustão. Pello fato de usar u diferen ntes fontes de energia,, a denomin nação “Secador Flex”” (Figuras 17 e 18) é uma hom menagem à industria automobillística brasiileira que produziu p o importantee motor fleex para quaalquer propporção “álcool e gasollina” como combustíveel. Basicam mente, o secaador flex, à semelhançça do secaddor por convvecção natu ural, é compposto por um ma fornalhaa comum, um u trocador de calor dee tubo únicoo e uma cham miné. Ao conjunto, c fooi adicionaado um venntilador parra forçar a convecção do ar e vencer v facilm mente a ressistência ofeerecida por camadas de d grãos maais profundaas. Nesse caaso, o secaddor funcionna como se fosse um secador s de camada fixxa tradicionnal com forrnalha para aquecimentto indireto do d ar de seccagem. É importtante observvar que na ausência dee eletricidadde, fato muuito freqüen nte no meioo rural, a secagem s não será intterrompida,, pois o seecador teráá funcionam mento contiinuado pelaa convecçãoo natural. Nesse N caso, deve-se redduzir a alturra da camada de grãoss ou revolvêê-la com maais freqüênccia. Além dee forçar a convecção c n câmara “plenum” na “ d secador, outra funçãão do do ventiilador é fazzer com quee o ar de seecagem passse pelos caanais do “teelhado colettor” e seja aquecido pela p energiaa solar. Coomo dito an nteriormentte, o aprovveitamento dessa 194

Secaggem e Armazzenagem dee Produtos A Agrícolas


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Secagem com Energia Solar

energia, além de reduzir substancialmente o consumo de outros combustíveis, não é poluidora e o “telhado coletor” é apenas um pouco mais caro que um telhado comum.

Figura 17 - Secador Flex com “telhado coletor” de energia solar

Figura 18 - Detalhes dos componentes do Secador Flex 7. FUTURO DA SECAGEM COM ENERGIA SOLAR A energia do sol, devido a características próprias, parece ser gratuita; no entanto, coletar, armazenar e distribuir esta forma de energia pode torná-la mais onerosa que qualquer outra fonte energética. A sua adoção para a secagem de produtos agrícolas, que é responsável pelo maior gasto de energia destinada ao processo de produção (em alguns casos, superior a 50%), irá depender do suprimento e preço dos derivados de petróleo e de outras fontes convencionais, como lenha e carvão, bem como de outras formas não-convencionais, como de resíduos agrícolas. A utilização da energia solar dependerá do desenvolvimento de sistemas de secagem eficientes e econômicos. Nesse sentido, o campo de investigação é amplo e várias pesquisas específicas deverão ser desenvolvidas. Para isso, algumas questões como as que seguem devem ser investigadas:

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a) É necessária alguma forma de armazenar energia para a secagem? b) Economicamente, pode-se armazenar a energia solar? c) O coletor solar poderia ser utilizado para múltiplas finalidades, como para secagem, aquecimento de água e de ambiente, refrigeração e outros? d) Haveria maneira de viabilizar a aplicação da energia solar em sistemas de secagem a altas temperaturas? e) Onde ou sob que condições a energia solar poderia ser utilizada com economia e segurança para a secagem a baixas temperaturas? Em muitas regiões brasileiras, durante dias ensolarados, a grande maioria dos produtos agrícolas, como milho, soja, sorgo, arroz e café descascado (abaixo de 25% b.u.), pode ser secada a teores de umidade seguros para a armazenagem (12 a 13%) com o uso do ar sob condições naturais. Qualquer quantidade de calor adicionado ao ar de secagem reduz a umidade relativa e pode causar uma supersecagem do produto, principalmente nas camadas inferiores do silo (veja capítulos referentes à qualidade de grãos e os métodos de secagem). Grãos supersecos podem ser reumedecidos, com subsequente ventilação durante dias com altas umidades relativas ou mesmo durante a noite. Entretanto, a secagem e o reumedecimento alternados podem causar redução na qualidade do produto, como é o caso do arroz, que produzirá grande quantidade de grãos quebrados após o beneficiamento. Este problema pode, em muitos casos, ser solucionado com a adoção de dispositivos de revolvimento, cuja finalidade é misturar grãos secos e úmidos, minimizando o gradiente de umidade ao longo da camada. Muitos métodos podem ser usados para armazenar a energia solar; dentre eles, o mais simples é transferir o calor coletado para uma camada de pedras e usar o calor armazenado durante os períodos noturnos, quando a umidade relativa é alta. Obviamente, os sistemas que visam armazenamento de energia solar terão custos bastante elevados e, neste caso, é melhor usar a energia armazenada para aplicações mais dispendiosas do que a secagem de grãos. O uso múltiplo do sistema, como em secagem de grãos, aquecimento e refrigeração de ambiente, dentre outros, pode ser uma opção para reduzir os custos. Entretanto, a adaptação de um sistema solar para secagem junto com outras atividades selecionadas, além de difícil, poderá aumentar ainda mais os custos em decorrência do posicionamento de cada atividade dentro da propriedade agrícola. Caso não seja necessário o armazenamento da energia, o uso de coletores portáteis poderia ser uma opção para solucionar este problema. Como dito anteriormente, dependendo das condições ambientais, cereais podem ser secados em silos com o uso de ar natural ou sem aquecimento. Assim, a adaptação de um ventilador de maior vazão no sistema de secagem trará mais sucesso que adicionar calor suplementar, com energia solar ou qualquer outra fonte de energia. Nas regiões úmidas, o calor adicional é necessário para reduzir a umidade relativa do ar e possibilitar a secagem de grãos a teores de umidade adequados à armazenagem. Nessas áreas, o calor fornecido pela radiação solar poderá ser uma opção, mas sua adoção deverá ser baseada em resultados de pesquisa que indicarem relativo sucesso na operação de secagem. Concluindo, pode-se afirmar que, com a atual tecnologia, a energia solar, por meio de coletores convencionais, para a secagem de grãos só se viabilizará caso haja 196

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Secagem com Energia Solar

uma drástica redução no suprimento, ou aumento substancial no custo da energia proveniente de fontes energéticas. 8. LITERATURA CONSULTADA 1.

CORREA, P.C., SILVA, J.S & MICHELENA, M.C. Secado de cafe con energia solar. Conferencia internacional de Mecanizacion Agraria. Zaragoza, Espãna. 1992. p 695-701.

2.

HARDOIM, P.C. Secagem de café cereja, bóia e cereja desmucilado em terreiros de concreto, de lama asfáltica, de chão batido e de leito suspenso em Lavras. In: 27º. Congresso Brasileiro de Pesquisas Cafeeiras, 27, Uberaba, 2001. Anais.

3.

SILVA, J.S. Determinação das dimensões dos coletores planos de energia solar. Viçosa, Universidade Federal de Viçosa, Imprensa Universitária, 1973. 35p. (Tese de Mestrado)

4.

SILVA, J.S. & CORREA, P.C. Secagem com energia solar. In: Préprocessamento de produtos agrícolas. Juiz de Fora, Instituto Maria. 1995. 509p.

5. SILVA, J.S.; NOGUEIRA, R.M & ROBERTO, C.D., Tecnologias de Secagem e Armazenagem para a Agricultura Familiar, Visconde do Rio Branco 0- MG, SUPEMA, 2005. 137p. 6.

USDA. Solar grain drying. Washington, D.C. Information Bulletin No 401

7.

VILELA, E. R. Secagem de Café em terreiro e silo com energia solar. 1977. Dissertação (Mestrado).Universidade Estadual de Campinas, Campinas, SP.

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SECAGEM DE GRÃOS COM ENERGIA SOLAR  

Neste capítulo pode-se estudar a maneira de secar produtos agrícolas utilizando a energia direta do sol, por meio de aquecedores solar, ou p...

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