Manual de Construção e Manejo de Equipamentos Pós-colheita do Caafé

Manual de Construção e Manejo de Equipamentos Pós-colheita do Café

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Silva, Donzeles, Moreli, Soares, Lopes e Vitor

Juarez de Sousa e Silva Sergio M. L. Donzeles Aldemar Palonini Moreli Sammy Fernandes Soares Roberto Precci Lopes Douglas Gonzaga Vitor

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Juarez de Sousa e Silva

VIÇOSA – MG 2018

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PREFÁCIO Para a sustentabilidade da cafeicultura, o Brasil tem que seguir o caminho da qualidade. O café tem o seu preço baseado em parâmetros qualitativos, ou seja, quanto melhor a qualidade, maior é o valor de mercado. Assim, o amplo conhecimento das técnicas de produção de um café de qualidade, com equipamentos apropriados e com custo acessível, é indispensável para uma cafeicultura moderna.

Qualidade com sustentabilidade foi a base para o desenvolvimento deste manual. Para isso, foram detalhados os equipamentos industrializados e disponíveis no mercado brasileiro e, de maneira mais econômica, foi mostrado como os interessados (artesãos e cafeicultores) podem construir ou montar os principais equipamentos utilizados nas operações de pós-colheita do café. Para atingir esse objetivo o Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa, em associação com a Epamig, Embrapa-Café e IFES (Venda Nova do Imigrante - ES), com o apoio do Consórcio Pesquisa Café, vem trabalhando na busca de alternativas tecnológicas viáveis para a pequena e média produção, que contribuam para a manutenção da qualidade do café e que possam ser construídas na fazenda ou em pequenas oficinas metalúrgicas próximas aos locais de produção.

Como não foi possível, abordar todos os detalhes construtivos dos elementos necessários para fornecer uma infraestrutura mínima para produção de café com qualidade, foi feita, em alguns casos, apenas a descrição de cada componente.

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Informamos que as instituições parceiras, via autores deste manual, podem oferecer treinamentos para que os interessados, com os recursos locais, possam construir toda a infraestrutura necessária para atender, com sucesso, as operações de póscolheita do café.

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Sumário 1. Introdução, 9 2. Alternativas Tecnológicas, 11 2.1. Abanação 2.2. Construção da Abanadora 2.3. Lavagem e Separação do Café 3. Águas do Processamento do Café, 47 3.1. Sistema de Limpeza da Água de Processamento (SLAP).

3.2. Construção do SLAP 4. Secagem e Secadores para Café, 57 4.1. Construção e operação de terreiros convencionais 4.2. Construção e operação do Terreiro Híbrido 4.3. Construção e Operação de Secador em Camada Fixa 4.4. Secadores em camada fixa alternativos 4.5. Secador Rotativo Intermitente 4.6. Envoltório do Cilindro Secador 4.7. Montagem do Cilindro Secador Sobre Chassi 4.8. Adaptação do Ventilador 4.9. Considerações Finais Sobre o Secador Rotativo Intermitente 5. Secagem Combinada, 149 5.1. Combinação (Terreiro e Secadores mecânicos) 5.2. Combinação (Terreiro e Silo secador) 5.3. Combinação (Terreiro híbrido e Secador mecânico)

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5.4. Combinação (Terreiro hibrido e Silo secador) 5.5. Combinação (Terreiro hibrido, Secador mecânico e Silo secador) 5.6. Sistema Sete Silos ou Tulhas com Ventilação 5.7. Construção de um "silo-secador” 6. Fornalhas para Secagem, 168 6.1. Combustão 6.2. Combustíveis 6.3. Fornalhas para secagem de café 6.4. Construção da Fornalha Horizontal Tipo Tubo/Carcaça 6.5. Construção de Fornalha com Fluido Térmico 6.6. Fornalhas com Aquecimento Direto para Secagem 6.7. Fornalha de Aquecimento Misto com Abastecimento Diário 7. Construção de Ventiladores Centrífugos, 247 7.1. O Ventilador Centrífugo 7.2. Usos dos Ventiladores na Secagem 7.3. Grandezas Características 7.4. Especificações dos Ventiladores 7.5. Queda de Pressão no Produto 7.6. Queda de Pressão na Chapa 7.7. Queda de Pressão em Dutos 7.8. Curvas Características dos Ventiladores 7.9. Curva Característica do Sistema 7.10. Ventilador Centrífugo de Pás Radiais 7.11. O Ventilador e sua Construção 7.12. Montagens dos Componentes

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7.13. Materiais Necessรกrios 8. Literatura Consultada, 275

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Introdução A busca por qualidade é hoje uma das maiores preocupações da cafeicultura brasileira, já que o café é um dos poucos produtos cujo valor cresce com o nível de qualidade, ou seja, quanto melhores a aparência, a sanidade e a qualidade da bebida, maiores serão os preços pagos pelo produto em um mercado normal.

Além da condução da lavoura, os processos de colheita, de preparo, de secagem e de armazenagem são fundamentais para a manutenção da qualidade do produto após a colheita.

Portanto, a escolha e o manejo corretos da infraestrutura para atender à fase final da produção do café são de suma importância.

O Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa, em associação com a Epamig, Embrapa-Café e IFES (Venda Nova do Imigrante - ES), com o apoio do Consórcio Pesquisa Café, vem trabalhando na busca de alternativas tecnológicas viáveis para a pequena e média produção, que contribuam para a manutenção da qualidade do café e que possam ser construídas na fazenda ou em pequenas oficinas metalúrgicas próximas aos locais de produção.

No Brasil, em virtude do método de colheita empregado, o café colhido é constituído de uma mistura de frutos verdes, maduros (cereja e verdoengos), passas e secos, folhas, ramos, torrões e pedras. Após a colheita por derriça sobre o solo, sobre o pano ou semimecanizada, o café deve ser submetido ao processo de separação das impurezas, o que pode ser feito por peneiramento manual ou por máquinas de pré-limpeza, que é, depois da colheita, o primeiro passo para atingir a qualidade desejada pelo mercado externo.

Desde que possua infraestrutura adequada, é durante a colheita e nas operações subsequentes que as pequenas e médias cafeiculturas podem fazer a diferença na produção de café de qualidade. Se obtiver financiamento para as operações de

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colheita e pós-colheita, o cafeicultor pode optar por uma colheita programada, que, além de fornecer lotes de excelência, não danifica o cafezal e manterá uma excelente produtividade média durante o período produtivo.

Para a melhoria da produtividade e da qualidade do café, não basta apenas usar eficientemente os insumos, a mão de obra e os tratos culturais. É com uma colheita apropriada e gerenciamento das operações posteriores (transporte, separação, secagem, armazenamento e beneficiamento) que o cafeicultor garante qualidade próxima à obtida antes da colheita.

No Brasil, apesar de o cerrado mineiro possuir os cafezais mais tenrificados, devido, principalmente, à topografia e ao clima ideal para colheita, existem excelentes cafezais, em clima ideal para a produção de cafés finos, espalhados pelas matas de Minas e montanhas do Espírito Santo, de São Paulo, da Bahia e do Paraná. Segundo dados da Federação da Agricultura do Estado de Minas Gerais, o Estado de Minas é líder na produção cafeeira do Brasil, com cerca de 50% da safra.

Para a sustentabilidade da cafeicultura, o Brasil tem que seguir o caminho da qualidade. O café tem o seu preço baseado em parâmetros qualitativos, ou seja, quanto melhor a qualidade, maior é o valor de mercado. Assim, o amplo conhecimento das técnicas de produção de um café de qualidade, com equipamentos apropriados e com custo acessível, é indispensável para uma cafeicultura moderna.

Qualidade com sustentabilidade será a base para o desenvolvimento deste manual. Para isso, serão detalhados os equipamentos industrializados e disponíveis no mercado brasileiro ou, de maneira mais econômica, será mostrado como os interessados (artesãos e cafeicultores) podem construir ou montar os principais equipamentos utilizados nas operações de pós-colheita do café.

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1. Alternativas Tecnológicas Com o objetivo de facilitar e aperfeiçoar a colheita, evitar a degradação do solo, reduzir as fontes de contaminação, valorizar a mão de obra nas etapas de preparo, secagem e armazenagem e atender às exigências socioambientais, serão discutidas, neste manual, as alternativas tecnológicas para que o pequeno ou médio cafeicultor possa adquirir, construir e/ou montar a infraestrutura mínima, a custo competitivo, a fim de colocá-lo em condições de competir com grandes produtores e de torná-lo reconhecido como produtor de cafés de qualidade.

Como não é função nem é possível, neste manual, abordar todos os detalhes construtivos dos elementos necessários para fornecer uma infraestrutura mínima para produção de café com qualidade, será feita, em alguns casos, apenas a descrição de cada componente e informado que o Departamento de Engenharia Agrícola da UFV, em associação com a Epamig, Embrapa- Café e IFES (Venda Nova do Imigrante - ES), pode oferecer treinamentos para que os interessados, com os recursos locais, possam construir toda a infraestrutura necessária.

Sugere-se, antes de optar por determinada sequência produtiva, que o cafeicultor procure o extensionista ou o técnico da cooperativa, para ajudá-lo na tomada de decisão. Se a opção for pela colheita a dedo, podem-se eliminar determinados equipamentos. Se a colheita for pelo método convencional de derriça no pano, não se pode eliminar a abanação, a pré-limpeza e a separação hidráulica. Como é objetivo produzir café de qualidade e com higiene, o cafeicultor deve esquecer a existência de derriça total sobre o solo.

2.1. Abanação Admitindo que o cafeicultor tenha decidido pela derriça no pano, a segunda operação é a abanação. Durante essa fase,

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não se deve transportar o café com as impurezas grosseiras (folhas, paus e pedaços de ramos). Numa cafeicultura de pequeno ou médio porte, deve-se colher o café com cuidado para evitar danificar a planta. Uma planta de café bem enfolhada depois da colheita é sinal de que poderá produzir bem na próxima safra. Para realização da abanação, pode-se usar um dos processos mostrados na Figura 1.

Figura 1 - Processos de abanação ou pré-limpeza e espera para o transporte.

Abanação é o processo de pré-limpeza do café varrido ou derriçado, que se faz separando folhas, gravetos, torrões, pedras etc. Pode ser feito manualmente, com peneiras, com máquinas de acionamento manual ou elétrico ou, ainda, com máquinas acionadas pela tomada de força do trator.

A finalidade da abanação é poder ensacar o café limpo e deixar os resíduos orgânicos na própria lavoura. Com a abanação, parte das impurezas leves e materiais finos são eliminados. Como mencionado, uma abanação bem feita elimina a maior parte dos problemas nas operações posteriores à colheita do café e dificulta o seu aquecimento antes de ser transportado.

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Durante todo o processo de colheita por derriça manual ou parcialmente mecanizada, a operação de abanação ou prélimpeza é muito importante para obtenção de cafés de qualidade. É na pré-limpeza que são eliminadas as principais impurezas que acompanham o café logo após a colheita. Além de evitar contaminações por microrganismos e suas consequências, a eliminação das impurezas reduzirá os constantes transtornos nas operações de secagem, de armazenagem e de beneficiamento, em razão do gasto excessivo de energia e mão de obra e do desgaste desnecessário dos equipamentos envolvidos nessas operações.

Se o café não foi submetido a uma pré-limpeza no campo, antes de ser levado ao separador hidráulico ou lavador, deve obrigatoriamente passar pelo separador de folhas (Figura 2) e pelo sistema de peneiras, localizados a montante do lavador.

O restante das impurezas é separado na bica apropriada e eliminado por meio de um dispositivo próprio de cada lavador.

Figura 2 - Separador de folhas.

A abanação manual com peneiras, como mostrado na primeira imagem da Figura 1, é uma operação de baixo rendimento, desgastante e insalubre no caso de o café ser derriçado sobre o solo ou quando é recolhido o café de varrição. Outro

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inconveniente é que nem sempre existe a ventilação natural, que auxilia na eliminação de folhas, cascas, ramos e frutos chochos.

Independentemente de ser executada por homem ou mulher, a abanação com peneiras tradicionais é trabalho penoso: além de requerer resistência física, necessita de muita habilidade para a sua execução.

As máquinas utilizadas para separar as impurezas, ainda no campo, facilitam muito os trabalhos subsequentes à colheita. Uma pré-limpeza antes do sistema de lavagem pode resultar numa sensível redução no consumo de água pelos lavadores e no aumento da eficiência de separação dos lavadores ou separadores hidráulicos.

Na colheita seletiva e, principalmente, na colheita a dedo, parte dos problemas pode ser eliminada. Nesses sistemas de colheita, o café está praticamente limpo ao chegar à unidade de preparo.

Atualmente, com a dificuldade de contratação de mãode-obra (menos problemático na cafeicultura familiar), a tendência natural é a expansão do sistema misto, ou seja, o emprego equilibrado de mão-de-obra e máquinas derriçadoras (Figura 3), sobretudo nas regiões de cafeicultura de montanha, que, por falta de tecnologia apropriada, não é, ainda, mecanizada.

Figura 3 - Derriçadora mecânica utilizada em regiões com escassez de mão de obra.

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Abanadora Manual para Café Devido às dificuldades apontadas e à necessidade de aumentar o ganho dos colhedores de café, desenvolveu-se uma máquina para abanação e separação dos frutos. O objetivo deste trabalho foi o de ensinar ao cafeicultor ou simplesmente mostrar para o pequeno empresário as possibilidades e as técnicas de construção de uma pequena máquina de pré-limpeza para uso na lavoura, logo após a derriça dos frutos. Trata-se de um equipamento portátil, de baixo custo, fácil de transportar e de operar e que pode ser construído em oficinas modestas.

No caso de uma cafeicultura de maior porte, pode-se pensar em uma máquina para cada dez colhedores (segunda e terceira imagens da Figura 1). Para os grandes produtores, existem excelentes equipamentos motorizados e produzidos pela indústria brasileira (Figura 4).

Figura 4 - Abanadora para café produzida pela Pinhalense.

Fonte: (http://www.pinhalense.com.br/equipamento.php?id_maquina=401).

A abanadora manual para café (Figura 5) é um equipamento constituído por um conjunto de duas peneiras oscilantes e uma fixa (opcional), dispostas de forma a separar

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impurezas maiores (folhas, paus, torrões) do café cereja e de frutos muito pequenos ou malformados.

A vibração das peneiras é obtida por meio do acionamento da manivela ou motor elétrico e de um jogo de polias. O carregamento é feito no depósito (moega), localizado na parte superior da máquina. Da moega, o material (café + impurezas) passa pela peneira superior, onde são retidas as impurezas maiores (folhas, paus etc.), que são direcionadas para as calhas, situadas nas extremidades das peneiras. O refugo (frutos de pequenas dimensões) pode ser recolhido na peneira fixa (opcional), localizada na parte inferior da máquina.

(a) (b) Figura 5 - Vista lateral (a) e frontal (b) da abanadora manual para café com uma peneira fixa.

2.2. Construção da Abanadora Neste manual são apresentados todos os detalhes para a construção da tecnologia adaptada por nossa equipe, com o objetivo de facilitar a produção de café com qualidade. Vale ressaltar que todos os componentes da abanadora serão descritos de forma detalhada, para que o interessado possa, de maneira

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rápida e com baixo custo, construir um equipamento útil não apenas para o café, mas para outros tipos de grãos agrícolas. Na Figura 6 são mostrados todos os componentes essenciais da abanadora, nomeados como segue: a) reservatório para o café a ser abanado; b) base de sustentação dos componentes da abanadora, construída em metalon de perfil quadrado de 50 mm ou similar; c) peneira superior (crivos maiores ou de 15 a 20 mm) para separação das impurezas, como torrões grandes, pedras, galhos e folhas; d) peneira inferior (crivos menores que 5 a 7 mm) para separação do café limpo; e) polia e manivela para o acionamento das peneiras.

Figura 6 - Vista detalhada dos componentes da abanadora manual.

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Base de sustentação e sistema de oscilação das peneiras As dimensões e os detalhes para a construção da base da abanadora são detalhados nas Figuras 7 e 8. As dimensões cotadas (Figura 8) são aproximações, e o construtor, sem se afastar muito desses valores, pode usar perfis metálicos e dimensões mais convenientes para o seu trabalho.

Figura 7 - Base de sustentação ou chassi da abanadora manual, com detalhe do sistema de oscilação.

Figura 8 - Base para sustentação, mostrando o sistema manual de vibração das peneiras.

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Materiais necessários para a construção da base e sistema de suspensão/oscilação: além de polias, manivela, rolamentos e eixos, devem ser adquiridos:  Cantoneiras: de 30 x 30 x 3 mm; e 50 x 50 x 5 mm.  Tubo de perfil retangular: metalon de 50 x 70 mm.  Tubo de perfil quadrado: metalon de 50 x 50 mm.  Ferro chato de 50 x 5 mm.  Correia de lona de 50 x 5 mm.  Parafusos.  Material para solda elétrica.

Peneiras Além da base com sistema de oscilação, a abanadora possui duas peneiras fixas entre si, suspensas por tirantes flexíveis (Figura 9) e oscilantes em relação ao suporte ou chassi, por intermédio de uma biela fixa em um eixo excêntrico. A fixação das duas peneiras é feita por cantoneiras (30 x 30 x 3 mm) e lâmina (50 x 5 mm), e elas podem ser construídas nos formatos apresentados na Figura 9.

Figura 9 - Conjunto de peneiras para separação das impurezas grosseiras e finas.

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Peneira para separação de material grosseiro É a primeira peneira a receber o produto e tem como objetivo fazer a separação das impurezas maiores, como: paus, pedras, folhas e torrões com dimensões superiores às dos frutos de café. Os detalhes e dimensões das duas opções de formato dessas peneiras são detalhados na Figura 10. O diâmetro da perfuração ou malha dessa peneira deve estar entre 15 e 20 mm.

Figura 10 - Opções de formato para as peneiras de separação de material grosseiro.

Peneira para impurezas finas Esta peneira tem como objetivo a separação das impurezas mais finas (frutos diminutos, terra, pedras e resíduos) menores que os frutos normais. O diâmetro dos furos ou crivo dessa peneira deve ser superior a 7 mm e inferior a 15 mm.

Opcionalmente, pode-se adicionar uma peneira fixa com crivo de

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5 mm, para separar os frutos “tamanho chumbinho”. A Figura 11 ilustra a peneira de separação do café. As peneiras devem ter o mesmo formato e dimensões, só diferenciando quanto aos diâmetros dos furos ou crivos. Em ambos os casos, devem ser montadas (aparafusadas) nas molduras construídas em chapa de 2 mm de espessura e 100 mm de largura, como mostra a Figura 12.

Figura 11 - Opções de formato para as peneiras de separação do café.

Figura 12 - Moldura para fixação das chapas perfuradas.

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Sistema de fixação e suspensão das peneiras O conjunto de peneiras deve ser fixado ao chassi, por meio de dois pares de tirantes construídos com correia de lona emborrachada e presilhas de cantoneiras (Figura 13). Para que haja inclinação adequada do conjunto de peneiras, os tirantes de saída devem ser 100 mm mais compridos que os tirantes posteriores. O conjunto peneiras/tirantes (Figura 14) deve ser fixado de modo a permitir a oscilação simultânea, por meio de uma biela fixa a um eixo excêntrico, convenientemente instalado, com rolamentos, na parte posterior do chassi, como mostra a Figura 7. Na Figura 15 é mostrado o modo de fixação das peneiras no chassi.

Figura 13 - Elemento de suspensão das peneiras, construído com correia e presilha de cantoneira.

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Figura 14 - Conjunto de peneiras com sistemas de suspensão por correia e oscilação por biela.

Figura 15 - Cortes laterais da abanadora, mostrando os detalhes de fixação das peneiras no chassi.

Sistema de oscilação manual com transmissão por correia Para fazer com que o produto passe pelo processo de separação e limpeza, o conjunto de peneiras inclinadas deve ser submetido a um movimento oscilatório com uma frequência tal

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que permita que as impurezas grossas e os frutos de café saiam pelas extremidades das peneiras superior e inferior, respectivamente. Por outro lado, os materiais finos, menores que o café, serão depositados sob a peneira inferior (Figura 16).

O sistema oscilatório é composto pela polia motora, eixo excêntrico com polias e rolamentos, biela e correia de transmissão, como mostram as Figuras 16 e 17. A ligação da biela é mostrada na Figura 18.

Figura 16 - Detalhes de operação da abanadora, mostrando as impurezas finas sobre o solo.

Figura 17 - Detalhes do sistema de oscilação e transmissão.

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Figura 18 - Detalhes da ligação: excêntrico e biela.

Moega de recepção A moega de recepção pode ser confeccionada em chapa de 1 mm e ter as dimensões mostradas na Figura 19. Deve ser aparafusada na base, de modo que mantenha a rigidez do conjunto (Figuras 6 e 15).

Figura 19 - Detalhes da moega de recepção e dimensões aproximadas.

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Nota Final: O interessado em confeccionar a abanadora manual não deve ficar preso aos pequenos detalhes mostrados neste manual. Deve procurar usar a sua experiência e confeccionar o equipamento com materiais alternativos, para que tenha baixo custo e não prejudique o desempenho do sistema de limpeza.

2.3. Lavagem e Separação do Café O cafeicultor que pretende produzir café com qualidade nunca dever esquecer que, mesmo retirando todas as impurezas (paus, terra, pedras, folhas etc.) durante o processo de abanação no campo, o café deve, obrigatoriamente, passar por um lavador, para a retirada de material fino aderido à superfície dos frutos e a separação dos frutos e materiais estranhos por diferença de densidade. É no lavador ou separador hidráulico que, em função da densidade, os frutos (secos, brocados, malformados e imaturos), denominados “boias”, flutuam na água e são separados dos frutos perfeitos (maduros e verdoengos), que devem ser preparados e armazenados separadamente.

Mesmo utilizando a pré-limpeza no campo, é conveniente que, antes do lavador, seja adaptado um equipamento de limpeza, como mostrado nas Figuras 2 e 20, para melhorar o sistema geral do processamento e operações subsequentes, como o descascamento, a secagem e o beneficiamento.

Se houver condições, seria conveniente que, depois do sistema de limpeza, fosse adaptada uma máquina de separação por tamanho, para que, depois de lavado, o café seja processado em pelo menos dois lotes mais homogêneos.

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Figura 20 - Lavador equipado com pré-limpeza.

Fonte: PINHALENSE, 2013.

Mesmo aquele produtor que não pretende produzir o café cereja descascado deve adotar, por questões técnicas e econômicas, um lavador separador de café. Somente com a instalação do lavador ele reduz o tamanho do terreiro e a mão de obra para o processo de secagem e, acima de tudo, produzirá dois lotes diferenciados (cafés de alta densidade e cafés boias).

Necessitará de um terreiro menor, e estima-se que obterá na venda dos lotes diferenciados, valor adicional 10% superior ao valor que obteria pelo café que não passou pelo processo de lavagem e separação. Considerando que a fazenda processou 2.100 sacas e conseguiu um adicional médio de R$20,00 por saca, devido à segregação dos lotes (cerejas e boias), ele obteria um total de R$42.000,00 acima do valor de venda do café “bica corrida”. Um sistema lavador/separador de boa qualidade tem custo bastante inferior ao valor obtido com a venda diferenciada em apenas uma safra.

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Tipos de lavadores Sabe-se que a indústria brasileira disponibiliza para a cafeicultura excelentes lavadores de média a grande capacidade (Figura 21). Entretanto, poucas fornecem lavadores para atender à cafeicultura familiar. Existem no mercado modelos que podem atender ao cafeicultor familiar (potência de 1 HP e 2000 L/H de capacidade). O modelo da Figura 22 tem a vantagem de possuir um sistema de pré-limpeza que facilita ainda mais os trabalhos posteriores.

Figura 21 - Sistema mecânico para lavagem e separação hidráulica do café.

Fonte: SILVA; BERBERT; LOPES, 2011.

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Figura 22 - Modelo de lavador mecânico que atende à necessidade da cafeicultura familiar.

Fonte: Dos autores.

Para aqueles que, por motivo financeiro, não têm condições de adquirir um lavador mecanizado ou para aqueles que possuem habilidade e condições para construir seu próprio equipamento, sugerimos os modelos ilustrados nas Figuras 23 e 24 ou, em último caso, um lavador semelhante ao mostrado na Figura 25.

Os dois modelos (Figuras 23 e 24) podem ser facilmente construídos em uma pequena indústria metalúrgica ou na própria fazenda. São ideais para pequenas produções e constam simplesmente de dois depósitos, sendo que o primeiro retém a água de lavagem. Podem ser construídos em chapa metálica e fixados sobre rodas (lavador portátil), ou com o depósito de água construído em alvenaria e fixado sobre o solo (lavador fixo). Em ambos os lavadores, o segundo depósito é basculante e construído com chapa perfurada, que serve para reter o café pesado.

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Depois de retirado o café boia, por meio de peneira comum ou com pá perfurada, o café pesado é descarregado pelo sistema basculante e transportado para a próxima operação, ou seja, despolpamento, para produção de café descascado, ou direto para a secagem, para café natural.

O ideal para o funcionamento desse tipo de lavador é que haja alimentação contínua (tubulação de ½ polegada) com água limpa. Caso não haja água corrente suficiente para renovação contínua da água de lavagem do café, a água do depósito deve ser trocada a cada lavagem de 500 litros de café (1 litro de água por litro de café seria razoável).

Outro sistema de lavagem que funciona relativamente bem, apesar de um pouco mais trabalhoso, é o lavador de caixa, ilustrado na Figura 25. Esse sistema parece ser a melhor opção para o pequeno produtor que está implantando a cafeicultura ou que esteja com poucos recursos para adquirir algo que seja menos trabalhoso.

Figura 23 - Lavador móvel com sistema basculante para descarga do café cereja.

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Figura 24. Lavador fixo com sistema basculante.

Figura 25 - Lavador rústico para café, utilizando caixa-d’água e tela sombrite.

O modelo representado pela Figura 24 pode ser substituído pelo modelo da Figura 26, onde o sistema basculante foi substituído por uma rosca sem fim com tubo condutor em chapa perfurada, para facilitar o escoamento da água. Vale lembrar que o fundo da caixa (Figura 26) é inclinado para facilitar a retirada do café pesado e que a rosca sem fim, por ser

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um equipamento caro, deve ser adaptada de forma a ser retirada e guardada após a safra.

(a)

(b)

(c) Figura 26 - Lavador de caixa com rosca sem fim (a); detalhes (b); vista em transparência; e (c) lavador real em Venda Nova do Imigrante-ES. O terceiro tipo de lavador que pode ser construído na propriedade é o tradicional lavador “Maravilha”, cujos elementos básicos são mostrados na Figura 27. Este lavador consiste basicamente em um tanque e uma calha metálica ou de madeira com saída ramificada e provida de fundo falso, onde cai o material denso (cereja, verdoengos e impurezas pesadas) (Figura 28a).

Possui, ainda, um sistema injetor de água com pressão controlada,

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para separar os cafés pesados das pedras e fazer o direcionamento do café cereja para a calha apropriada. Assim, o café pesado recebe o jato de água e retorna à superfície pela calha de cerejas. O material leve passa livremente sobre o fundo falso e é descarregado no final da calha de boias, que nada mais é que a continuidade da calha de café vindo da moega (Figura 28b).

(a) Figura 27a - Modelo de lavador Maravilha, mostrando a moega de recepção, tanque de flutuação e calhas de separação.

(b) Figura 27b - Lavador Maravilha com sistema de recirculação de água.

Fonte: SILVA; LOPES; DONZELES; COSTA, 2011.

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(a) (b) Figura 28 - Esquema da calha do lavador Maravilha (a) e detalhes da separação (b).

Fonte: SILVA; BEBERT; LOPES, 2011.

Muito usado no passado, quando água limpa não era fator limitante, os lavadores Maravilha foram sendo gradualmente substituídos pelos modelos mecânicos (Figuras 21 e 22). A grande desvantagem do lavador Maravilha é o consumo exagerado de água, que, dependendo do projeto e do estado de impureza do café, poderá ser superior a 10 litros de água para cada litro de café separado. O alto consumo de água do lavador Maravilha deve-se ao fato de que grande parte da água é usada para transportar o café pelas bicas de separação.

Caso haja disponibilidade de água e cuidados para não comprometer o meio ambiente, o lavador Maravilha pode ser construído para uma produção de até 10.000 litros de frutos por hora.

Para economizar água, pode-se construir o lavador com um sistema de recirculação total ou parcial da água de lavagem.

Nesse caso, a cada dia trabalhado, a água deve ser utilizada para irrigação ou encaminhada para as lagoas de infiltração.

O lavador Maravilha com recirculação de água consiste de um tanque moega, um tanque de recepção (lavador/separador) e tanque de recirculação com “chicanas”, para decantação e purificação da água de lavagem. Uma bomba

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com rotor semiaberto, para recirculação e descarga do efluente, é utilizada para fornecimento de água para transporte.

Além do menor consumo de água e menor uso de mão de obra, os lavadores mecânicos, por serem compactos (Figuras 21 e 22), ocupam menor espaço e podem ser remanejados ou comercializados em caso de desistência da atividade cafeeira.

Por outro lado, o lavador Maravilha adaptado (Figura 27b), se não for considerada a mobilidade, tem as mesmas características do lavador mecânico.

Após a limpeza e a lavagem, independentemente do tipo de lavador, o café pode ser encaminhado para o processo de preparo por via seca, que consiste na secagem do fruto inteiro e que dá origem ao “café natural”. Caso seja usado o processo via úmida, antes da secagem, o café deve ser submetido às operações de descascamento, lavagem e/ou retirada da mucilagem, para dar origem aos cafés “cereja descascado” ou “lavado”.

Construção de lavadores De modo geral, todos os sistemas alternativos aos lavadores mecânicos tradicionais podem ser construídos com materiais (alvenaria, madeira e ferragem) e mão de obra (pedreiro/carpinteiro) que se encontram próximos à fazenda.

Mesmo sendo de fácil construção, várias opções apresentadas necessitam de investimento para a compra de materiais, pagamento de mão de obra especializada, aquisição de componentes metálicos e material elétrico (motores, fios, iluminação, chaves de segurança etc.).

Caso o cafeicultor esteja descapitalizado, dificilmente o agente financiador, por falta de mais informações sobre o assunto ou obedecendo a uma norma desatualizada, disponibilizaria recursos financeiros para a construção de um secador, de um silo ou mesmo de um sistema de lavagem e

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separação com técnicas usuais na construção civil. Os financiadores entendem que os equipamentos citados são máquinas e, portanto, devem ser produzidos em fábricas devidamente registradas.

Assim, desse ponto em diante, além de atender às expectativas do extensionista e do cafeicultor, este manual será destinado, também, às pequenas e médias metalúrgicas devidamente credenciadas que queiram produzir e comercializar as tecnologias aqui apresentadas. Para o último caso, o interessado deve solicitar o treinamento e licenciamento prévio, para que não ocorram erros na difusão das tecnologias.

Lavador com sistema basculante Os modelos de lavadores com o sistema basculante para separação de cerejas foram pensados para serem construídos com parte dos recursos encontrados na fazenda. O modelo representado pela Figura 24, principalmente, pode ter 50% de sua estrutura feita em alvenaria e devidamente impermeabilizada com argamassa de cimento. A sua desvantagem em relação ao modelo da Figura 23 é que não pode, por algum motivo, ser deslocado para facilitar determinada operação. Nada impede, entretanto, que o fabricante do kit forneça a mão de obra e os materiais necessários para finalizar e instalar o equipamento para o cafeicultor.

Como a diferença entre os modelos representados pelas Figuras 23 e 24 se refere ao modo de construção do depósito de água, iremos, neste trabalho, descrever o modo de fabricação do modelo apresentado pela Figura 23. O projeto geral do lavador será como apresentado na Figura 29, e o equipamento, composto, basicamente, dos seguintes componentes: Tanquebase – destinado a receber a água de lavagem e separação por densidade. Deve ser todo construído nas dimensões mostradas na Figura 30 e, preferencialmente, em aço inox de 1,5 mm de espessura; Tanque perfurado – tem a finalidade de reter o café

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tipo cereja, de alta densidade, e permitir a drenagem da água de lavagem (Figura 31).

Como no tanque-base, deve possuir as laterais construídas em aço inox de 2 mm e o fundo em tela inox, com perfuração inferior a 5 mm. As laterais de ambos os tanques são mostradas na Figura 32; Bica de descarga – tem a finalidade de facilitar a descida do café cereja, retido no tanque perfurado, para o secador ou para o descascador de cerejas. A bica de descarga é mostrada na Figura 31 e detalhada na Figura 33; Sistema basculante – como a quantidade de café cereja retida no tanque perfurado é relativamente pesada, o lavador/separador deve ser dotado de um multiplicador de força composto por cabo de aço, manivela e roldanas (roldana guia e roldana de tração), como ilustrado nas Figuras 29 e 34. O sistema basculante é dotado, ainda, de eixos e barras de sustentação, que permitem girar o tanque perfurado até ângulos próximos a 90º, para facilitar a descarga do produto molhado. Faz parte do sistema a alça estabilizadora (Figura 34a), que serve também, quando dobrada, para auxiliar no deslocamento do lavador (Figura 34b). O ideal é que o diâmetro da roldana de tração seja 1/5 do braço da manivela e, se possível, dotado de catraca/freio.

As molduras dos tanques devem ser confeccionadas com cantoneiras (aço inox) de 30 x 30 x 3 mm; os eixos, com tubos de 35 mm; e o suporte, com barra estabilizadora e de tração em tubos retangulares de 50 x 70 mm (aço inox); Sistema hidráulico – o lavador/separador deve ser dotado de, pelo menos, um registro de 2” (polegadas) para drenagem da água de lavagem. Caso seja possível, pode-se usar entrada e saída de água constante, durante o período de lavagem.

Para a confecção do modelo mostrado na Figura 24, devem-se adotar os mesmos procedimentos anteriores e construir o tanque-base em alvenaria de tijolos e impermeabilizá-lo. O tanque de alvenaria deve ser construído de modo que permita a retirada dos componentes metálicos (Figura

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34a) para serem guardados após a safra. O resultado final do lavador de tanque fixo é mostrado na Figura 35b.

Figura 29 - Lavador separador de café com sistema basculante modelo UFV.

Figura 30 - Tanque-base do lavador separador – modelo UFV.

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Figura 31 - Tanque com fundo perfurado, para descarga do café cereja de alta densidade.

(a) (b) Figura 32 - Dimensões das laterais do tanque-base e do tanque perfurado.

Figura 33 - Detalhes da bica de descarga do tanque perfurado.

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(a)

(b) Figura 34 - Detalhes do sistema basculante do lavador separadormodelo UFV.

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(a) (b) Figura 35 - Componentes metálicos para montagem e resultado final do lavador com tanque em alvenaria.

Lavador Maravilha Muito usado no final do século XX e muito divulgado pelo antigo Instituto Brasileiro do Café (IBC), quando água e tratamento dos rejeitos ou águas do processamento não eram levados a sério, o lavador de café, denominado Maravilha, era dotado simplesmente de moega de recepção, do tanque de flutuação e das calhas de separação (Figura 27a).

Bastante eficiente no processo de separação e facilmente construído na fazenda, pecava pelo alto consumo de água requerida para fazer o transporte dos frutos. Hoje, com as possibilidades de materiais alternativos e disponibilidades energética e tecnológica, os lavadores Maravilha foram substituídos pelos lavadores mecânicos. Entretanto, um lavador moderno nada mais é que um lavador Maravilha com sistema de transporte mecanizado e com racionalização do uso da água.

Para aqueles que têm condições de construir seu próprio lavador, as figuras que seguem auxiliarão nessa tarefa. A única

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peça que pode trazer algum problema, a calha de separação (Figura 36), pode ser facilmente construída em uma serralheria modesta e deve ser confeccionada, preferencialmente, em aço inox, conforme Figuras 37a, 37b, 37c, 38 e 39.

Depois de convenientemente adaptado, o lavador Maravilha, na sua concepção original, fica como mostrado nas Figuras 27 e 40.

Para economizar água, pode-se construir o lavador com um sistema de recirculação total ou parcial da água de lavagem.

Nesse caso, a cada três dias trabalhados, a água deve ser utilizada para irrigação ou encaminhada para tanques de tratamento, antes de lançá-la nos cursos de água e, preferencialmente, sobre o solo.

Figura 36 - Calha de separação do lavador Maravilha.

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(a)

(b)

(c) Figura 37 - Cortes das chapas, dobras e montagem e aspecto final do separador de cerejas.

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Figura 38 - Cortes das chapas, dobras e montagem das calhas de boia e de cerejas.

Figura 39 - Vista da montagem das calhas com o separador de cerejas.

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Figura 40 - Forma original do lavador separador Maravilha.

Fonte: SILVA; NOGUEIRA; ROBERTO, 2005.

Lavador tipo caixa e tela sombrite Como nos sistemas basculantes, mostrados nas Figuras 23 e 24, a caixa-d’água pode ser de material impermeável (Figura 25) ou em madeira. Nesse caso, é necessário usar uma lona impermeável para reter a água de lavagem (Figura 41).

Uma tela do tipo “sombrite” (Figura 25) deve ser colocada dentro da caixa-d’água, a fim de reter o café pesado despejado sobre ela. O café boia e materiais leves são retirados com o auxílio de uma peneira comum, muito utilizada na abanação do café. Para retirar o café pesado (maduros e verdoengos), basta levantar a tela sombrite (Figura 42), drenar a água de lavagem e separação e transportar o café para a operação seguinte.

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Figura 41 - Lavador de caixa com lona plรกstica e saco sombrite.

Figura 42 - Lavador de caixa impermeรกvel e saco sombrite sendo retirado.

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3. Águas do Processamento do Café Tanto no processo de preparo do café por via seca (produção de café natural) quanto, principalmente, no processo por via úmida (produção de cereja descascado), gasta-se uma grande quantidade de água, que varia entre 3 e 5 litros de água por litro de frutos processados nos processos convencionais.

Durante os processos de lavagem, descascamento e degomagem, fragmentos de folhas, de ramos, dos frutos, das cascas, a mucilagem e diversas impurezas que vinham aderidas ao chamado “café de roça” se juntam à água de preparo, formando a água do processamento do café.

Devido ao potencial nutritivo dessas impurezas, que são ricas em sais minerais e matéria orgânica, a água de processamento do café não pode ser lançada em corpos hídricos sem tratamento adequado, de modo que atenda às condições e padrões para o lançamento de efluentes, conforme disposto na Resolução 430, de maio de 2011, do CONAMA. O artigo 27 desta resolução informa que: com fontes potencial ou efetivamente poluidoras dos recursos hídricos devem-se adotar práticas de gestão de efluentes com vistas ao uso eficiente da água, à aplicação de técnicas para redução da geração e melhoria da qualidade de efluentes gerados e, sempre que possível e adequado, proceder à reutilização do efluente (CONAMA, 2011).

Portanto, é preciso desenvolver, difundir e adotar tecnologias para diminuir o consumo de água, a fim de não comprometer a sustentabilidade da produção do café cereja descascado. Para tal, a indústria vem disponibilizando máquinas cada vez mais eficientes no uso da água, que deverão compor as novas unidades de processamento de café, diminuindo o consumo de água.

O gasto de água pode ser reduzido, também, pelo reúso da água do processamento. Nesse caso, a remoção de parte dos resíduos sólidos da água de processamento facilita seu fluxo no

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sistema hidráulico da unidade de processamento, permitindo que seja reutilizada sem comprometer o processo com entupimentos frequentes, que causam transtornos e muita mão de obra.

A remoção dos elementos que podem inviabilizar o reúso da água no descascador de cerejas pode ser feita pelo “sistema de limpeza da água de processamento – SLAP”, que pode ser construído na propriedade, com pequeno investimento. A reutilização da água do processamento dos frutos do café é uma opção para reduzir o consumo de água, principalmente, em unidades mais antigas, que operam com equipamentos tradicionais.

Para reutilizar a água de processamento do café, é preciso retorná-la por meio de uma bomba com rotor aberto para uma caixa de reúso situada a montante da unidade e que permite regular o fluxo de retorno para o descascador.

Em algumas unidades de processamento, a água do processamento é bombeada do tanque de decantação para a caixa de reúso. Nesse caso, removem-se apenas os resíduos mais densos que a água. Os mais leves e aqueles com densidade próxima à da água não são removidos e podem entupir o “esguicho” do descascador. A remoção de parte dos resíduos sólidos contidos na água do processamento possibilita que ela seja reutilizada durante mais tempo no processamento, diminuindo o seu consumo.

Existem no mercado máquinas de várias marcas, denominadas filtro separador ou regenerador (Figura 43), que dispõem de uma peneira de malha fina capaz de remover impurezas muito pequenas, evitando obstruções dos esguichos.

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Figura 43 - Filtro separador ou regenerador ou ecofiltro.

3.1. Sistema de Limpeza da Água de Processamento (SLAP) Uma forma alternativa e muito eficiente no reuso da água é o Sistema de Limpeza da Água do Processamento (SLAP). É um sistema simples e que pode ser construído na fazenda a um custo bem mais baixo que um filtro industrializado. O SLAP, que será detalhado mais adiante, é uma criação conjunta de técnicos da Embrapa-Café, Epamig e Incaper e que vem recebendo colaboração do DEA/UFV, no seu melhoramento continuado.

Soares, Moreli, Donzeles e Prezotti (2013) constataram que o reúso da água do processamento, após passar pelo SLAP, possibilita reduzir em 76% o gasto de água no processamento dos frutos do cafeeiro e que, além desse aspecto, o sistema de filtragem evita o entupimento frequente dos orifícios por onde sai a água do descascador quando a remoção dos resíduos grosseiros não é realizada.

O modelo mais simples do SLAP é composto por três caixas de 1.000 litros interligadas por tubos de PVC de 100 mm (Figura 44) e duas peneiras cilíndricas. A primeira e a segunda peneira, com 22 cm de diâmetro e 100 cm de comprimento, são construídas em malhas de 1,5 mm e 1,0 mm, respectivamente.

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Estas peneiras são dispostas em sequência, com inclinação de 30o, entre a saída da água da terceira caixa e o tanque de bombeamento (Figura 45) para a caixa de reuso situado a montante do sistema de processamento.

O sistema com três caixas de 1.000 litros é ideal para o processamento de 3.000 litros de café por hora para até cinco dias de processamento, dependendo da limpeza do café após a colheita. Para maiores volumes de processamento, devem-se adotar três ou mais caixas com volume total equivalente a 1 (um) litro de água por litro de café por hora, ou seja, para o processamento de 6.000 litros de café por hora devem-se adotar três ou mais caixas com volume total de no mínimo 6.000 litros para até cinco dias de processamento.

No sistema SLAP, as caixas retêm os resíduos mais densos que a água por decantação e os menos densos por flotação. Os resíduos, com potencial para obstruir os esguichos do cilindro do descascador, carreados para fora da terceira caixa são retidos nas peneiras (filtro) do SLAP. Assim que a água tenha sido usada em quatro ou cinco recirculações, ela é destinada ao processo de fertirrigação, e o resíduo das caixas (decantado e sobrenadante) é encaminhado para o processo de compostagem.

Figura 44 - Sistema de limpeza da água do processo de processamento, com detalhes das caixas de decantação.

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Figura 45 - Peneiras de retenção.

Apesar de o conjunto de três caixas industrializadas apresentar alguns aspectos vantajosos, como montagem rápida e possibilidade de desmontagem para preservar o conjunto por ocasião da entressafra, o modelo mostrado na Figura 46 é mais prático, seguro, durável e de menor custo. Como mostra a figura, o SLAP pode ser construído com mais de três caixas.

Quanto maior o número de barreiras, mais limpa será a água de recirculação. Pela figura, nota-se que as peneiras cilíndricas, mostradas na Figura 45, foram substituídas por peneiras quadradas e removíveis, para facilitar a limpeza.

Pelas figuras, vê-se que a bomba de recirculação capta somente a água da última caixa e, como no modelo anterior, depois que a água de reuso tenha passado pelas duas peneiras.

Para isso, existe um registro que impede a saída de água de outras caixas diretamente para a bomba. Esse registro só será aberto por ocasião de aplicação preestabelecida para água do processamento, que pode ser por diferentes maneiras de deposição sobre o solo ou aplicada em fertirrigação. Nota-se, na Figura 46 (b), que foi adicionado um peneirão na primeira caixa, para evitar que grandes pedaços de casca de café venham a aumentar o material depositado nas caixas de retenção. O ideal é que esse tipo de peneirão ou pré-filtro fique localizado próximo ao ponto de recolhimento das cascas.

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Em muitas unidades de processamento fica difícil instalar as caixas do SLAP logo abaixo das máquinas de preparo, como mostrado na Figura 47, e muito menos com a mesma forma de arranjo. A Nesta figura tem-se um exemplo de um arranjo alternativo das caixas do SLAP. Também, devido à topografia do local e à opção pelas peneiras de filtro cilíndricas, um novo arranjo deve ser programado para atender à inclinação dessas peneiras, no caso de se usar o modelo visto nas Figuras 44 e 45.

(a)

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(b) Figura 46 - Sistema de limpeza da água de processamento do café (SLAP), com detalhes das peneiras (a) e a adição de um peneirão auxiliar (b).

Uma opção razoável, como mostrado na Figura 48, é colocar uma caixa de retenção da água do processamento logo em seguida às máquinas de preparo. Essa caixa, denominada pré-filtro, deve conter peneiras verticais para dificultar a passagem de material mais grosseiro e facilitar o funcionamento das caixas de decantação/flotação e peneiras de filtro. Assim, a bomba de rotor aberto seria instalada, preferencialmente, abaixo do nível do pré-filtro, para evitar problemas de cavitação.

Um erro muito comum (Figura 49), para quem adquire um filtro industrializado, é colocá-lo na saída do último equipamento de preparo. O pior é que essa orientação é feita pelo fabricante do filtro. O ideal seria colocá-lo logo depois da caixa de decantação, como é feito para o SLAP.

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Figura 47 - Arranjo alternativo para as caixas do SLAP.

Figura 48 - Instalação do SLAP a montante das instalações de preparo.

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Figura 49 - Ecofiltros erroneamente instalados na primeira saída da água de processamento.

3.2. Construção do SLAP Independentemente da forma de arranjo das caixas (1,0 m de largura por, no mínimo, 1,0 m de comprimento), elas devem ser construídas em sequência, para aproveitamento das paredes divisórias para instalação dos tubos de passagem. O conjunto é construído em alvenaria e impermeabilizado com cerâmica ou argamassa de cimento no traço 1:5 (cimento/areia fina) e impermeabilizante, se possível. O principal inconveniente do projeto em alvenaria, como mostrado na Figuras 47, é ser uma unidade permanente e que não permitirá muita improvisação, caso seja necessária alguma mudança no conjunto de equipamentos da unidade de processamento.

Sempre que possível, à semelhança da construção de uma caixa-d’água, deve-se adicionar um ou dois reforços horizontais (cinta de concreto com ferragens no SLAP), como visto na Figura 50.

Os tubos de passagem com estabilizadores de fluxo podem ser montados com tubulação, curvas e tampões de PVC de 100 mm. Para vedação da tubulação, deve-se usar silicone.

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Não se devem usar colas para facilitar a desmontagem da tubulação durante a entressafra. A abertura do tubo estabilizador, como mostra a Figura 51, deve ficar voltada e ligeiramente inclinada contra a direção do fluxo de água.

Figura 50 - Detalhes construtivos das caixas do SLAP, com informações sobre os tubos de passagem.

Figura 51 -Tubulação de passagem em PVC de 100 mm.

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4. Secagem e Secadores para Café Sabendo que já pode construir e operar alguns equipamentos destinados ao pré-processamento do café, o leitor irá entender que o próximo passo é a possibilidade de construção e operação de alguns tipos de secadores.

Como são várias as possibilidades de secagem, o cafeicultor deve ficar atento e escolher a melhor opção quando for decidir na vida real, ou seja, comprar um equipamento industrializado ou construir, como nos casos anteriores, seu próprio sistema de secagem. Como será visto no decorrer deste tópico, nem sempre a tecnologia mais utilizada significa a melhor opção. O cafeicultor deve entender que a secagem de café é comparativamente mais difícil de ser executada do que a de outros produtos agrícolas.

Além do elevado teor de açúcar presente na mucilagem, o teor de umidade inicial, geralmente acima de 65% b.u., faz com que a taxa de deterioração, logo após a colheita, seja bastante alta.

Se desejar um café de qualidade, o cafeicultor vai entender que só terá os três primeiros dias para evitar uma grande redução na qualidade obtida durante a colheita, pois a qualidade máxima está com o fruto maduro na planta. Assim, quaisquer que sejam os sistemas de secagem utilizados (comprados ou construídos), como será mostrado mais adiante, devem-se ressaltar os seguintes aspectos para que se obtenha êxito no preparo do café: a) Evitar fermentações indesejáveis antes da colheita e preparo e durante a secagem. b) Temperaturas excessivamente elevadas devem ser evitadas. O café tolera 40 °C por um ou dois dias, 50 °C por poucas horas e 60 °C por menos de uma hora, sem se danificar. c) Devem-se secar os frutos (café natural) ou os grãos (cereja descascado), evitando os efeitos danosos de temperatura, no

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menor tempo possível até o teor de umidade de 18% b.u. (abaixo deste teor de umidade o café é menos suscetível à deterioração rápida).

No Brasil, segundo os aspectos tecnológicos envolvidos, utilizam-se basicamente dois métodos para secagem de café: na secagem em terreiros, esparrama-se o produto em pisos, que podem ser de cimento, de tijolos ou de asfalto; e, na secagem em secadores, força-se o ar aquecido a passar através da massa de grãos.

Para a secagem, na grande maioria dos secadores tradicionais de café, a umidade inicial e a exsudação da mucilagem, durante o revolvimento dos frutos no secador ou da própria mucilagem, na secagem do café “cereja descascado”, fazem com que seja necessária uma pré-secagem em terreiros ou pré-secadores.

Mais recentemente, a secagem em combinação (présecador/secador e silo-secador) vem sendo estudada e aplicada em localidades específicas. Nessa combinação, faz-se uma présecagem em terreiro ou secadores e a secagem complementar em silo ou tulha secadora com ar natural ou levemente aquecido.

Todos esses sistemas serão detalhados mais adiante, de modo que possam ser alternativas que podem ser construídas na fazenda ou em comunidades próximas à fazenda.

A Figura 52 mostra a redução da qualidade do café desde o momento da colheita, quando o café apresenta 100% de sua qualidade potencial, até os 12 meses, quando ele é destinado ao consumo. Como se vê, é durante os três primeiros dias que o cafeicultor deve ter o máximo de cuidado.

Os 10 primeiros dias foram colocados em escala logarítmica, para enfatizar a redução da qualidade, no período de secagem. Nota-se que um café que foi bem cuidado até o terceiro dia de colheita teve redução total de 20% de sua qualidade inicial e que isso aconteceu entre a torrefação e o

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consumidor (analise a faixa verde do gráfico). Por outro lado, o café que, no terceiro dia depois de colhido, teve 15% de sua qualidade reduzida continuou se deteriorando até o final de secagem segura, que ocorreu no décimo dia, para um valor de 50% da qualidade inicial.

Figura 52 - Perda de qualidade entre a colheita e o consumo final no período de um ano.

A partir do ponto de seca, os dois tipos de cafés tiveram, proporcionalmente, a mesma variação na redução da qualidade.

Portanto, se até o terceiro dia depois de colhido o café for secado em um nível de umidade seguro, o cafeicultor poderá entregar a cooperativa um produto de qualidade. Uma umidade segura é de 18% b.u. Nesse nível de umidade, o café pode ser secado com ar em baixas temperaturas, durante o período de armazenagem na fazenda.

Na maioria das regiões produtoras, a secagem em terreiro facilita o desenvolvimento de microrganismos na superfície dos frutos e o aumento da respiração e da temperatura do produto, que são fatores que aceleram o processo de fermentação. Apesar desses riscos, pequenos e médios produtores utilizam intensivamente os terreiros como única etapa na secagem do café.

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Se as condições climáticas forem favoráveis e a operação do terreiro for feita dentro das recomendações técnicas, o café natural estará seco em 15 a 20 dias, e o café cereja descascado, entre 10 e 15 dias. Portanto, sistemas de secagem que possam colocar o produto em condições de segurança dentro de três dias ou 50 horas de secagem em até 18% de umidade devem ser instalados.

4.1. Construção e operação de terreiros convencionais Não é mais concebível, nos dias atuais, continuar vendo grande parte de nossos produtores executarem a secagem do café em terreiros de chão “batido”. Além da falta de higiene, a secagem é lenta e normalmente reumedece o café, por não facilitar o aquecimento de sua superfície e permitir a translocação da água do solo para o café.

Independentemente do tipo de piso, uma das restrições no processo de secagem em terreiros se refere a problemas climáticos.

Por ser considerado um gargalo para muitas regiões produtoras, o terreiro convencional tem sido inadequado. Ele expõe o produto a condições adversas do clima, apresenta baixa eficiência de secagem e exige muita mão de obra para sua operacionalização.

Desconsiderando as desvantagens citadas, a inconstância da radiação solar e a possibilidade de períodos chuvosos durante a colheita, a secagem em terreiros tem inviabilizado a produção de cafés de qualidade em regiões de altitudes ou com baixa incidência de radiação solar.

Esse é o caso da Zona da Mata de Minas, Serras do Espírito Santo, Planalto da Conquista e Chapada Diamantina (Bahia). Por tudo isso, a secagem em terreiros, devido à grande

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possibilidade de redução na qualidade do café, é considerada a operação de custo mais elevado no custo final de produção.

Para ter sucesso com a secagem em terreiros, é obrigatória a manutenção periódica, como: correção e retificação do piso; correção do sistema de drenagem; manejo correto do terreiro; e higienização diária de todo o sistema.

Se for compulsória a utilização do terreiro, a área de piso, necessária para a secagem, deve ser calculada em função da produção média da lavoura por mil covas, do número total de cafeeiros, das condições climáticas da região e da umidade de saída em caso de “meia-seca” para secagem complementar em secadores ou silos.

Na hipótese de se utilizar a secagem total em terreiros e para café natural, o cálculo da área poderá ser feito segundo a equação 1.

S = 0,0005 Q.T eq. 1 Na equação, “S” é igual à área do terreiro em metros quadrados para a produção de 1.000 covas; “Q” é igual à média anual de produção de café cereja, ou seja, a quantidade de litros/1.000 covas; e “T” é o tempo médio de secagem na região, que é dado em dias. Quando da utilização do terreiro para realizar a pré-secagem, ou seja, para reduzir o teor de umidade de 65% para aproximadamente 30% b.u., e com a secagem complementar sendo realizada em secadores mecânicos, a área do terreiro poderá ser reduzida para 1/3 do valor calculado para a secagem somente em terreiro.

Sempre que possível, o terreiro deverá ser dividido em quadras (Figura 53), a fim de facilitar a secagem dos lotes, segundo sua origem, seu teor de umidade e sua qualidade. A pré-secagem em terreiros convencionais, com boa insolação, ocorre em torno de seis dias.

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Figura 53 - Divisão do terreiro em quadras, para facilitar a secagem de lotes separados. É muito comum, no Brasil, ver terreiros confeccionados com tecnologia asfáltica. Quando é usada para grandes áreas que permitem um bom trabalho de máquinas de compactação e a aplicação correta do piso asfáltico, a única inconveniência é a elevada temperatura, que pode causar sérios danos ao café “cereja descascado”. Infelizmente, existe disseminação inadequada de uma tecnologia que, quando não aplicada corretamente, traz, além de problemas financeiros, com reparos frequentes, problemas de qualidade pela contaminação do produto. Nesse tipo de terreiro foram observados problemas de ordem prática em pequenas áreas com piso de asfalto, como: aderência da camada asfáltica, resistência mecânica, desuniformidade da superfície, alta porosidade e aparecimento de vegetação.

Um bom terreiro deve ser construído em concreto, ser capaz de suportar carga e ser cercado de modo a impedir entrada de animais. Deve ser provido de muretas sem quinas vivas, para facilitar o ajuntamento do café e permitir uma boa higienização.

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Caso seja utilizado para cafés de diferentes dias de preparo ou diferentes tipos de café, o terreiro deve possuir, além das divisórias fixas, como mostrado na Figura 53, divisórias móveis quando houver necessidade de colocar diferentes lotes de café em uma mesma área limitada pelas divisórias fixas (Figura 54). É de fundamental importância que o terreiro seja manejado corretamente e que seja mantida a higienização diária de todo o sistema.

Figura 54 - Terreiro cercado e higienizado e detalhes de divisórias móveis para lotes diferenciados.

Para proteger o café durante a noite ou em dias chuvosos, barreiras circulares ou semicirculares podem ser construídas dentro do terreiro. Essas barreiras nada mais são do que pequenas muretas de seção triangular de 5 cm de altura e até 3 m de diâmetro, cuja finalidade é servir de local para se amontoar o café, evitando escorrimento da água de chuva sob a lona que cobre o café (Figura 55).

Deve-se evitar a construção de terreiros em lugares úmidos, como baixados, e muito próximos a represas ou em locais sombreados por árvores ou construções nas faces leste e oeste. Devem-se evitar, também, construções localizadas próximas à face norte do terreiro. Devido aos terrenos acidentados, essa orientação é muito dificultada em regiões de montanhas, como as Matas de Minas e Serras do Espírito Santo.

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Figura 55 - Barreiras circulares com cobertura, para proteção do café durante as chuvas.

A construção de bons terreiros em pequenas e médias propriedades representa grande investimento e que onera o custo de produção do café. Assim, muitos produtores secam o café em terreiros de chão batido, que, por sua vez, são contraindicados na maioria das regiões produtoras, em consequência da má qualidade final do café. Para facilitar a construção de terreiros revestidos, especialmente em relação à redução de custo, podese utilizar o sistema saibro-cimento como alternativa ao recomendado terreiro concretado.

Pela Tabela 1, pode-se fazer uma avaliação do custo do terreiro com o piso de concreto. Para isso, basta atualizar os custos. Um terreiro de saibro-cimento custará a metade do valor mostrado na tabela. Deve-se lembrar de que não foi incluído serviço de terraplenagem total (apenas nivelamento). O terreiro de saibro, com espessura de 5 cm, pode ser construído com uma mistura de oito partes de saibro e uma de cimento. Não se pode esperar, entretanto, que os dois tipos de terreiro tenham a mesma vida útil e a mesma quantidade de manutenção.

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Tabela 1 - Materiais necessários à construção de 150 m2 de terreiro em concreto Discriminação Unidade

Preço Quantidade Preço Total Unitário Participação Geral (R$) (R$)

Trator de esteira

hora

2

80.00

160,00

4,04

Servente

dia

29

25,00

725,00

18,32

Pedreiro

dia

16

50,00

800,00

20,21

Cimento

saco

58

16,00

928,00

23,45

3

11

45,00

495,00

12,51

Brita

3

m

11

65,00

715,00

18,06

Sarrafo

m

75

1,30

84,50

2,16

Tijolos

unidade

250

0,20

50,00

1,26

3.957,50

100,00

Areia

m

TOTAL GERAL Custo/m2 = R$ 26,38 – Julho de /2008.

A secagem em terreiros acontece, primeiramente, com o aquecimento da superfície do terreiro pelos raios solares e a ventilação natural para facilitar a remoção do vapor d’água (Figura 56). Só depois de aquecido, por volta de nove horas da manhã, é que se deve espalhar o café no terreiro, com uma camada de aproximadamente 4 cm de espessura. Em seguida, com um rodo apropriado, devem-se formar pequenas leiras no sentido da sombra do operador.

Essas leiras devem ser mudadas de posição assim que a parte descoberta do terreiro estiver aquecida novamente. A operação de formação e mudança das leiras deve ser realizada de hora em hora, preferencialmente.

Após o quarto ou quinto dia de secagem, deve-se, às três horas da tarde, amontoar o café, ainda aquecido, e cobrir com um sistema de lona com isolamento térmico, para evitar o reumedecimento com o orvalho noturno. No dia seguinte, por

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volta de nove horas da manhã, deve-se espalhar e revolver o café, como explicado anteriormente.

Figura 56 - Esquema de como acontece a secagem em terreiros. É aconselhável, durante o processo de secagem em terreiros, trabalhar com lotes homogêneos, considerando-se tanto o dia de colheita quanto o estádio de maturação ou teor de umidade, para obtenção de um produto final uniforme e de boa qualidade. No início da operação de secagem, quando o teor de umidade do café é elevado, ou quando este é retirado do lavador, a superfície do terreiro fica completamente molhada. Caso parte da superfície do terreiro não seja exposta à secagem imediata do excesso de água, o produto fica altamente suscetível à contaminação, devido à alta umidade na parte inferior da camada. Para isso, deve-se abrir a camada do café, pelo menos nos cinco primeiros dias, de maneira a formar pequenas leiras, como mostrado nas duas primeiras ilustrações da Figura 57. As leiras devem ser quebradas e refeitas continuamente em intervalos regulares, nunca superiores a 60 minutos.

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Figura 57 - Manejo do terreiro nos primeiros dias de secagem do café saído do sistema de preparo.

As mini leiras podem ser feitas com auxílio de um raspador-enleirador ou com um soprador de folhas, principalmente depois que a água superficial foi removida. Em todos os casos, o operador deve ter cuidado para que parte do terreiro seja raspada ou soprada, de modo a ficar exposta ao sol, a fim de que a sua secagem e o seu aquecimento propiciem, indiretamente, a secagem do café na próxima virada. Ao final da secagem em terreiro, ou nos últimos três a quatro dias de secagem, o produto deve ser secado em leiras maiores. Nesse caso, uma ferramenta mais apropriada deve ser usada.

Passados os primeiros dias de secagem (em torno do quinto dia), quando o café já estiver parcialmente seco, às três horas da tarde aproximadamente, o produto deve ser distribuído em grandes leiras, no sentido da maior declividade do terreiro, as quais devem ser cobertas com sacos de aniagem e, por cima destes, com lonas plásticas (Figura 58).

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A cobertura, assim formada, permitirá a conservação do calor absorvido durante a exposição aos raios solares, garantindo melhor uniformização e distribuição da umidade no interior da massa de grãos. No dia seguinte, aproximadamente às nove horas, as leiras devem ser descobertas e removidas do local de pernoite, para que o piso seja secado. Em seguida, o produto deve ser espalhado sobre o terreiro, repetindo-se as operações feitas nos dias anteriores, até atingir o teor de umidade ideal para o armazenamento (12% b.u.), ou até o ponto de meia-seca (35% b.u.), que é o ideal para o início da secagem em secadores mecânicos, ou a 18% b.u., para secagem complementar em silos, como será visto adiante.

Figura 58 - Enleiramento e proteção do café, para pernoite no terreiro.

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4.2. Construção e operação do Terreiro Híbrido Como já se falou em alguma parte deste manual, a cafeicultura representa importante papel nas exportações brasileiras, e o Brasil, além de ser o maior produtor, ocupa o segundo lugar como consumidor mundial de café. Além da produção, o País também se destaca como o maior consumidor entre os países produtores. Portanto, para a manutenção de uma cafeicultura competitiva em produção, produtividade, qualidade e economicamente sustentável, o conhecimento de técnicas modernas de produção é indispensável.

Para o mercado exportador, é de fundamental importância que o café apresente propriedades organolépticas e químicas desejáveis, e elas dependem da eficiência do préprocessamento. Como é amplamente comentado, o método de secagem é a operação que exerce maior influência na qualidade final do café. É durante os três primeiros dias, após a colheita, que o cafeicultor tem condições de manter a qualidade do produto colhido. Para atingir padrão de qualidade, basta que, depois de devidamente preparado, o café seja secado até 18% antes de cinquenta horas após lavagem ou descascamento.

Para solucionar esse problema de forma garantida e dentro das possibilidades do cafeicultor, a tecnologia “Terreiro Híbrido”, ou “Terreiro Secador”, foi desenvolvida para atingir esses objetivos, pois até recentemente não havia sido difundido nenhum sistema de secagem de café para atender, satisfatoriamente, a maioria dos produtores, principalmente aqueles que produzem café nas regiões montanhosas.

Como é sabido, a secagem em terreiro é considerada um gargalo para muitas regiões produtoras; se o terreiro for inadequado, expõe o produto a condições adversas do clima, apresenta baixa eficiência de secagem e exige muita mão de obra.

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Os secadores mecânicos comerciais ou os que podem ser, total ou parcialmente, construídos na fazenda, como se verá mais adiante, além de necessitarem de manutenção e de disponibilidade energética, precisam de uma pré-secagem; se durante a pré-secagem a qualidade for piorada, não se pode esperar muito do secador mecânico em altas temperaturas.

Um conjunto bem dimensionado, dotado de sistemas de carga, revolvimento, descarga, aquecimento e ventilação, produzirá um café de qualidade se a matéria-prima, saída da présecagem (natural ou artificial), for de qualidade. Assim, não se pode melhorar a qualidade de um produto no secador mecânico se ele já veio deteriorado com a pré-secagem no terreiro.

Portanto, dependendo das condições ambientais, se a umidade do café não atingir níveis seguros, até o terceiro dia após a colheita, não se pode esperar um café de qualidade superior, mesmo possuindo um excelente sistema de secagem complementar.

Alto custo de implantação, custo da mão de obra, inconstância da radiação solar e a possibilidade de chuvas durante a colheita inviabilizam a produção de cafés de qualidade com a secagem em terreiros. Como mencionado, Zona da Mata de Minas, Serras do Espírito Santo, Planalto da Conquista e Chapada Diamantina (Bahia) são exemplos de lugares onde a secagem em terreiros, diferentemente do Cerrado Mineiro, é problemática.

O Terreiro Híbrido nada mais é que o uso de parte de um terreiro convencional onde se adapta um sistema de ventilação composto de ventilador, túnel e distribuidores de ar, que é aquecido, preferencialmente, por uma fornalha para biomassa (Figura 59). A secagem ocorre com o produto enleirado sobre as calhas de distribuição de ar quente, como veremos mais adiante.

O sistema é simples, econômico e capaz de secar o café recémsaído do lavador ou descascador em, aproximadamente, 50 horas efetivas de funcionamento, com o ar a 50 oC.

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Considerando-se que, na maioria das propriedades produtoras de café, já existem terreiros convencionais, pesquisadores da UFV e Epamig projetaram e adaptaram um sistema de ventilação com ar quente para melhorar o desempenho e reduzir o tempo de secagem de um terreiro convencional, dando origem ao terreiro híbrido.

Mesmo funcionando com qualquer fonte de calor, os autores optaram por uma fornalha a carvão vegetal para transformar um terreiro convencional em um secador em altas temperaturas durante os períodos noturnos, chuvosos ou na ausência de radiação solar. Como se pode ver na Figura 60, o terreiro híbrido ocupa uma pequena parte do terreiro convencional. Um terreiro híbrido equivale a mil metros quadrados de terreiro convencional e ocupa apenas 60 m2 em área de secagem em altas temperaturas. A Figura 60 detalha, também, alguns elementos, como calhas de distribuição, tomadas de ar e muretas para separação de diferentes lotes de café, além do ventilador.

Figura 59 - Detalhes de um terreiro secador na secagem de café cereja descascado.

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Figura 60 - Detalhe do posicionamento do terreiro híbrido no terreiro convencional.

Como o terreiro híbrido é uma adaptação do terreiro convencional, o cafeicultor pode fazer essa adaptação da maneira que for mais conveniente para ele. Apesar de um pouco mais caro, é recomendado, como mostrado nas duas primeiras ilustrações da Figura 61, cobrir a área do terreiro que contém o sistema de ventilação (fornalha, ventilador, dutos e calhas) com um telhado permanente. Entretanto, para reduzir custos iniciais de implantação do sistema, pode-se cobrir o sistema com lonas durante a noite ou em períodos chuvosos, como mostrado na terceira ilustração da Figura 61.

Figura 61 - Diferentes sistemas e usos do terreiro híbrido na secagem do café.

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Na segunda ilustração da Figura 61 ou na Figura 60, vêse que o terreiro híbrido foi projetado para ser construído acima do piso do terreiro convencional; isso evita problemas com chuvas fortes, que podem molhar o café em caso de a construção ser feita no mesmo nível do terreiro convencional. Se for de conveniência, a cobertura comum pode ser substituída por um teto coletor solar (Figura 62). Nesse caso, é mais econômico e prático deixar o produto enleirado durante os períodos de incidência solar, desligar a fonte de aquecimento e usar apenas a energia fornecida pelo teto solar para a secagem do produto.

Figura 62 - Terreiro híbrido com cobertura adaptada para captar a energia solar.

Construção passo a passo Passo 1 – A primeira providência para a construção do terreiro híbrido é a seleção do local. Como o terreiro não é muito dependente da disponibilidade de radiação solar para o bom funcionamento, esse item pode não ter muita importância, e o melhor local para a instalação dependerá do manejo que se pode dar ao produto. Terreiros híbridos, como os mostrados na Figura 61, devem ser localizados em posição que torne fácil o recebimento do produto úmido do lavador ou do descascador e o transporte do produto parcialmente seco ou seco para o secador ou para a armazenagem, respectivamente.

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Um terreiro híbrido de tamanho normal ocupará uma área de, aproximadamente, 70 m2, incluindo a fonte de aquecimento (fornalha ou queimadores) e o depósito para o combustível (lenha ou carvão) a ser consumido diária ou semanalmente.

Passo 2 – A segunda etapa se refere ao posicionamento do sistema de aquecimento (ventilador e fornalha). Sua importância está em usar a melhor distribuição do ar quente devido ao comprimento do terreiro (15 m é o comprimento máximo aconselhado) e, se houver necessidade de adaptação de terreiro híbrido maior, é conveniente construir duas ou mais unidades. Caso queira, pode-se usar sistema de aquecimento único (ventilador e fornalha), bem dimensionado, para atender a dois terreiros híbridos.

Como é conveniente utilizar parte do terreiro convencional para a adaptação do sistema de aquecimento e consequente transformação em “Terreiro Híbrido”, o posicionamento da fornalha pode dificultar o projeto.

Na Figura 63a, o sistema de aquecimento (ventilador e fornalha) foi localizado no meio do comprimento do terreiro híbrido, e é o posicionamento que permite a melhor distribuição e desempenho do ventilador. Por outro lado, na Figura 63b é mostrada a opção de se instalar a fornalha na extremidade do terreiro híbrido.

Como o ar deve ser igualmente distribuído ao longo do canal principal, deve-se, para o segundo caso, construir um canal paralelo para permitir a entrada de ar no meio do canal principal (Figura 63b).

Para construção do terreiro híbrido, podem-se usar duas opções em relação ao nível do piso do terreiro convencional, ou seja, construir os canais (túneis) do terreiro híbrido abaixo do nível do piso do terreiro convencional, como na Figura 64, ou construir os canais acima do piso do terreiro (Figura 62) ou com metade acima e metade abaixo do piso do terreiro. Nada impede,

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porém, que o terreiro seja construído em local independente do terreiro convencional. De qualquer modo, as dimensões internas dos canais (principal ou de distribuição) devem ser de, no mínimo, 40 x 40 cm.

(a)

(b) Figura 63 - Posicionamento do sistema de ventilação (a) perpendicular ao comprimento e (b) paralelo e na extremidade do terreiro.

Figura 64 - Terreiro híbrido com os canais abaixo do nível do piso do terreiro convencional.

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Passo 3 – O terceiro passo, depois da marcação do local de construção, se refere à escavação dos locais de construção dos dutos (túneis) e paredes laterais, caso os canais do terreiro híbrido sejam construídos abaixo do nível do terreiro convencional. Nesse caso, apesar de apresentar menor custo, o cafeicultor deve estar certo de que não haverá problemas com águas de chuva.

Passo 4 – Construção e acabamento interno dos dutos.

Caso o sistema seja construído no nível do terreiro convencional, a locação e a escavação do local de construção do sistema de dutos são o início da adaptação do terreiro (Figura 65). Entretanto, a adaptação do terreiro híbrido acima do piso do terreiro convencional é garantia de que não haverá problema com escoamento de águas de chuva.

Figura 65 - Construção dos canais (túneis) do terreiro híbrido abaixo do nível do terreiro convencional.

Deste ponto em diante, serão mostrados todos os detalhes para a adaptação do terreiro híbrido acima do piso do terreiro convencional, como apresentado na Figura 59. Na Figura 62 é mostrada parte de um terreiro convencional transformado em terreiro híbrido com uma fornalha a carvão vegetal. Entretanto, o cafeicultor pode usar qualquer tipo de fornalha ou mesmo queimadores a gás como fonte de aquecimento para o ar de secagem.

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Como se vê na figura, o terreiro híbrido foi construído sob uma cobertura permanente, projetada com telhado. Apesar de um investimento adicional, a cobertura é mais aconselhável no médio prazo. Se preferir, o proprietário poderá investir um pouco mais e cobrir o terreiro híbrido com um teto solar semelhante ao da Figura 62.

Figura 66 - Terreiro híbrido construído acima do nível do terreiro convencional, sob cobertura permanente.

Passo 5 – Considerando-se que a construção do terreiro híbrido será acima do nível do terreiro convencional, o quinto passo consiste na marcação dos locais de construção das paredes laterais e dos canais de distribuição de ar quente (Figura 67).

Figura 67 - Detalhes da marcação do terreiro híbrido sobre o terreiro convencional.

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Passo 6 – Após marcação, as paredes podem ser construídas e, como mostrado na Figura 68, a altura deve ser de 40 cm. As dimensões internas dos canais, depois de acabado, devem ser de 40 x 40 cm. Como será necessária uma determinada resistência das paredes, é aconselhável que a argamassa de assentamento dos tijolos seja preparada em um traço forte (cimento, cal e areia).

Figura 68 - Detalhes das paredes laterais e dos canais de distribuição.

Passo 7 – Confecção da laje ou piso do terreiro híbrido.

Para esse passo, três possibilidades podem ser empregadas: 1. Usando tablados de madeira (taipas) entre as paredes laterais e as dos canais e, sobre eles, a montagem das lajes (Figura 69). Nesse caso, a madeira ficará permanentemente sob as lajes.

2. Usando segmentos pré-moldados, como na Figura 70; nesse caso, recomenda-se a leitura de Silva et al. (2003).

3. Exceto para os canais, encher os espaços entre as paredes com terra, que deve ser compactada antes de receber a ferragem e o concreto. O desenho representado na Figura 71 e a foto (Figura 72) tirada durante a construção de um terreiro híbrido ilustram a importância do passo 7.

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Figura 69 - Construção das lajes sobre formas de madeira.

Figura 70 - Construção do piso com lajes pré-moldadas.

Figura 71 - Desenho mostrando detalhes da construção do piso sobre aterro e dos canais com telhas de amianto.

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Figura 72 - Detalhe da construção da laje piso e colocação dos anéis de PVC para formar a tomada de ar quente.

Passo 8 – Construção das lajes sobre os canais de distribuição de ar quente. Deve-se lembrar de que a laje de distribuição longitudinal deve possuir pelo menos seis aberturas circulares com 20 a 25 cm de diâmetro. Podem ser construídas com anéis de PVC ou com pedaços de madeira cilíndricos.

Assim que a laje atingir um determinado nível de endurecimento, os anéis ou cilindros de madeira devem ser removidos para permanecerem os furos circulares (Figuras 73 e 74), para distribuição de ar para as calhas.

Figura 73 - Esquema das lajes sobre os canais de distribuição de ar quente.

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Figura 74 - Detalhes dos anéis de PVC para formação das tomadas de ar quente, antes de adicionar o concreto para formação do piso.

Passo 9 – O nono passo consiste no acabamento da laje e construção das paredes (extremidade e divisórias). Caso queira, as paredes divisórias podem ser substituídas por divisórias móveis de madeira. Como as paredes da extremidade, elas devem ser construídas com altura mínima de 80 cm (Figuras 75 e 76).

Figura 75 - Terreiro híbrido, mostrando paredes, posição do ventilador e tomadas de ar de secagem.

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Figura 76 - Detalhes do piso concretado e construção das divisórias em alvenaria de tijolos e posicionamento da calha de perfurada.

Passo 10 – Acabamento do sistema e construção das rampas de acesso (Figura 77). A partir desse ponto, o agricultor pode optar pelo tipo de fornalha e pelo sistema de cobertura.

Como o telhado coletor solar é apenas um pouco mais caro que o telhado comum, sugere-se que o telhado, como na Figura 62, seja construído com a opção para receber o sistema de cobertura transparente próprio para captar a energia solar.

Figura 77 - Detalhes do terreiro pronto para receber fornalha e telhado.

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Passo 11 – Com a parte essencial do terreiro pronta, o proprietário deve decidir pelo tipo de fornalha e tamanho do telhado. Admitindo que a opção seja pela fornalha a carvão vegetal, nas Figuras 78 e 79 é mostrado o aspecto final do terreiro híbrido. Ao adquirir o kit para construção do sistema híbrido, não se deve esquecer de que, além da fornalha e do ventilador, o fornecedor deve incluir três calhas de distribuição, semelhantes à observada nas Figuras 64 e 80, e um termômetro, que deve ser instalado depois da saída do ventilador.

Figura 78 - Aspecto geral do terreiro híbrido com fornalha e teto solar, visto pela fornalha.

Figura 79 - Aspecto geral do terreiro híbrido com fornalha e teto solar, visto pela frente.

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Figura 80 - Detalhes da calha de distribuição do ar de secagem.

Operação do terreiro híbrido Como detalhado anteriormente, na direção do comprimento, o terreiro-secador é dotado de uma tubulação central ou túnel para ventilação. Desse são derivadas seis ou mais aberturas para as calhas de distribuição de ar quente, sobre as quais são colocadas as leiras de produto a ser secado (Figura 59), que deve ser revolvido a cada duas a três horas de secagem com ar quente. Opcionalmente, as calhas podem ser substituídas por caixas removíveis, com fundo falso (câmara plenum).

Assim, a secagem do produto (lotes individualizados) ocorreria em pequenos secadores tipo camada fixa (Figura 81).

As caixas de secagem, portáteis e construídas com um fundo falso, feitas em chapas perfuradas (20% de perfuração), ficam simplesmente apoiadas sobre as aberturas da tubulação principal (Figura 82).

Ao sistema de duto deve ser 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 aquecido por uma fornalha e, quando houver disponibilidade de radiação solar, pelo calor captado pelo teto-coletor solar. Portanto, na ausência de

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radiação solar, na incidência de chuvas ou durante os períodos noturnos, o produto que se encontra espalhado no terreiro convencional deve ser recolhido e enleirado sobre as calhas de secagem ou distribuído nas caixas para secagem com ar aquecido.

Caso o terreiro híbrido não seja dotado de cobertura permanente, deve-se providenciar cobertura plástica para proteção dos grãos durante os períodos chuvosos e à noite (Figura 61).

Assim, a secagem poderá ser realizada durante as 24 horas, por meio da utilização da energia solar durante os dias ensolarados (no terreiro convencional), e sob uma cobertura (terreiro híbrido), com ar aquecido pela combustão de biomassa (lenha ou carvão vegetal) durante a ausência da radiação solar.

Trabalho realizado por Donzeles (2002) mostrou que, mesmo tendo disponibilidade de energia solar, o tempo de secagem do café somente sobre a leira, usando ar aquecido, é quase a metade do tempo quando se combina o terreiro convencional com o sistema em leiras ou com as caixas de secagem. Portanto, se o cafeicultor quiser economizar energia da biomassa, ele deve instalar um teto-coletor solar, como recomendado por Silva et al. (2005). A energia solar coletada durante os dias ensolarados (para o modelo em pauta) é praticamente igual à energia fornecida pela queima de 15 kg por hora de lenha em uma fornalha com aquecimento indireto.

Figura 81 - Secador híbrido trabalhando com seis caixas, para secagem de lotes individualizados.

Fonte: SILVA, 2008.

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Figura 82 - Secador híbrido trabalhando com seis caixas, para secagem de lotes individualizados.

Uma fornalha a carvão vegetal, como a analisada por Lopes (2002) e que será vista mais adiante, tem vantagens, como: queima contínua do combustível e manutenção da temperatura do ar de secagem constante. Ela foi projetada para funcionar automaticamente, dispensando a presença constante do operador e permitindo que ele exerça atividades paralelas durante o funcionamento do sistema. O operador deve ser alertado de que a cada três horas de secagem deve revolver a leira ou a camada de café dentro das caixas de secagem. O carvão vegetal com queima direta, como utilizado na fornalha, tem como vantagem ser fonte de energia limpa, ou seja, gerar calor livre de fumaça e de contaminantes durante a secagem.

4.3. Construção e Operação de Secador em Camada Fixa Na secagem em camada fixa, o produto permanece num compartimento de fundo perfurado, por onde passa o ar de secagem, insuflado por um ventilador. Normalmente a secagem

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em camada fixa é feita em silos, independentemente da forma ou do material de construção. São providos de piso perfurado, semelhantes aos usados na secagem com baixas temperaturas.

Na secagem em camada fixa, a temperatura do ar de secagem é muito superior à temperatura do ambiente (acima de 10 ºC) e a camada de produto é geralmente inferior a 1,0 m. Um ventilador, devidamente dimensionado, acoplado a uma fonte de aquecimento, faz parte desse sistema.

Com o objetivo de diminuir o custo de implantação de um sistema de secagem em camada fixa, os componentes metálicos podem ser substituídos por uma construção em alvenaria (Figura 83), permitindo que a tecnologia fique acessível a um grande número de pequenos e médios agricultores. Outro aspecto interessante desse secador é sua versatilidade. Além de ser usado para secar grãos e sementes em geral, milho em espiga, café (de todas as formas), feijão em rama, raspa de mandioca etc. O secador é, também, usado para a produção de feno e desidratação de cana-de-açúcar picada.

Dependendo do tipo e forma do material, a altura da camada de produto pode variar. Para grãos em geral, a altura da camada deve ser inferior 0,4 m. Altura acima dessa faixa poderá acarretar problemas, como o alto gradiente de umidade que se forma entre as camadas inferiores e superiores do produto.

O secador em camada fixa, como mostrado na Figura 83, é de operação simples, e a massa de grãos ou sementes deve ser revolvida, manualmente, com auxílio de pás, em intervalos regulares de até três horas, para maior uniformidade na secagem (Tabela 2). Existe no mercado um sistema revolvedor que pode ser adaptado ao secador (Figura 84).

Infelizmente, o equipamento revolvedor tem custo semelhante ao do secador. Como o secador tem capacidade estática para até 7 m3 e uma batelada de café pode ser preparada em cinquenta horas, o secador em pauta pode, também, ser usado para secagem comercial de grãos dos pequenos

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produtores de sementes (milho, arroz, feijão e soja) em até dez horas por batelada. Por exemplo, uma bateria de três secadores pode secar facilmente 40 toneladas de semente de soja por dia, em dois turnos de trabalho.

Quando trabalhando com sementes de feijão ou de soja, o operador deve ter o cuidado para que a temperatura do ar de secagem nunca ultrapasse 40 ºC e a umidade relativa ar não seja inferior a 40%.

Estudos realizados com o secador modelo UFV mostraram que a secagem de café com camada de 40 cm de espessura, temperatura do ar de secagem de 50 ºC e intervalo de revolvimento de três horas necessita, em média, de 50 horas efetivas de funcionamento para reduzir o teor de umidade de 65% para 12% b.u. Nessas condições, a operação de secagem não compromete a qualidade da bebida e o tipo obtido é, geralmente, superior ao mesmo café secado em diferentes tipos de terreiro.

Vantagens:  Menor custo operacional.  Baixo investimento inicial.  O armazenamento poder ser feito no próprio silo secador, quando se utiliza o silo convencional adaptado como secador de camada fixa.  Fácil construção.

Desvantagens:  Alto gradiente de umidade ao longo da camada de grãos, caso o revolvimento não seja feito corretamente.  Baixa capacidade de processamento, devido ao fato de a espessura da camada recomendada para o café ser inferior a 0,4 m.

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Figura 83 - Vista geral de um secador de camada fixa (modelo UFV).

Tabela 2 - Parâmetros de secagem para o secador de camada fixa ou silo secador com baixa temperatura Prod.

Milho

Feijão Arroz Soja

Café

Semente Consumo Semente Semente Consumo Semente Consumo Semente Consumo Consumo

Temp. (ºc) 40 60 45 40 45 40 45 40 45 50

Consumo

50

Fins

* intervalo entre revolvimentos (min).

Forma Espiga Granel Rama Granel Granel Granel Granel Granel Granel Cereja Descasca do

Camada (cm) 100 40 60 30 40 30 40 30 50 40

Revolvimento* não há 180 120 60 120 60 120 60 120 180

40

180

90

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Figura 84 - Sistema revolvedor para o secador em camada fixa.

Detalhes da construção do secador em camada fixa horizontal O secador deve ser construído em área coberta, para permitir a secagem mesmo em condições atmosféricas desfavoráveis. Com mostrado na Figura 83, o secador em pauta consta dos itens a seguir.

Tanque secador ou câmara de secagem – é um recipiente composto de duas partes: Câmara de secagem e Câmara plenum, separadas por uma superfície horizontal em chapa perfurada ou telada e sobre a qual é depositado o produto a ser secado. Em pontos estratégicos das câmaras, devem-se adaptar portas para descarga do produto e para limpeza ou reparo do plenum.

Fornalha – é o dispositivo onde é feita a queima do combustível (lenha, carvão vegetal ou qualquer tipo de biomassa). Nada impede, entretanto, que o aquecimento do ar de secagem possa ser feito, também, pela queima de GLP ou biogás. O cafeicultor deve optar pelo que for mais econômico ou disponível na fazenda. Mais adiante, neste manual, serão apresentados os diferentes tipos de fornalha que podem ser usados neste ou em outros secadores.

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Ventilador – deve ser do tipo centrífugo ou axial por correia, se for para succionar ar quente. O ventilador deve ser dimensionado para fazer passar o ar aquecido na massa de café e deve ficar entre a fornalha e o elemento de transição, que direciona o ar de secagem para a câmara plenum.

Em um ponto de fácil leitura, localizado no elemento de transição, deve-se instalar um termômetro (até 100 ºC) para o controle da temperatura do ar de secagem. Lembramos aqui que, neste tipo de secador, a temperatura do ar de secagem não deve ser superior a 50 ºC na entrada da câmara plenum.

Plantas e detalhes As especificações para a construção do secador são vistas nas Figuras 85 a 90. Apesar da possibilidade de uso de diferentes materiais, é recomendável que o corpo do secador seja construído em alvenaria, para evitar perdas excessivas de calor e dar maior durabilidade ao sistema.

Como mencionado, o tanque secador consta, basicamente, de duas partes: câmara de secagem e câmara plenum. A altura total do tanque secador deve ser de no mínimo 140 cm, sendo de 60 cm o mínimo para a altura da câmara plenum (espaço entre a chapa perfurada e o nível do piso onde será construído o secador) e de 80 cm para a câmara de secagem (Figura 90). A chapa perfurada ou plataforma telada (Figura 88) deve ter perfuração correspondendo ao mínimo de 25% da área do piso, e os furos ou tamanho da malha, no caso de fundo telado, devem ser menores que o menor grão a ser secado. Se for exclusivamente para café, recomendam-se furos ou malhas de 3 a 4 mm (três a quatro milímetros). Ao espaço acima da chapa perfurada dá-se o nome de câmara de secagem (Figura 90); em razão da impossibilidade de se adaptar o mecanismo de revolvimento da massa da massa de grãos, recomenda-se um raio máximo de 2,5 m.

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A forma geométrica do tanque secador poderá ser a mais variada possível. Entretanto, a forma circular apresenta melhor estabilidade na construção, melhor uniformidade na distribuição de ar e, consequentemente, uma secagem também mais uniforme em toda a área projetada do secador (Figura 85).

Infelizmente, o não revolvimento da camada pode trazer muitos problemas, como o alto gradiente de umidade ao longo da altura da camada de grãos.

Figura 85 - Detalhe da marcação da planta baixa, para construção do secador.

Figura 86 - Detalhe da construção da base do secador, mostrando a abertura do elemento de transição.

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Figura 87 - Detalhe do suporte ou engradamento para o fundo perfurado.

Figura 88 - Detalhe do posicionamento do fundo perfurado sobre o suporte.

Figura 89 - Detalhe da formação da base do secador (câmara plenum, transição e ventilador).

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Figura 90 - Detalhe da formação do conjunto secador de camada fixa, sem a fornalha.

Como o custo e a dificuldade da mão de obra têm trazido problemas para o custo de produção, muitos produtores têm trabalhado com esse tipo de secador, sem o revolvimento da camada. Sendo assim, vamos detalhar, nesse ponto, alguns problemas com a adoção desse procedimento.

Na secagem em secador tipo camada fixa, o ar entra quente e seco pela chapa perfurada e é exaurido frio e úmido na superfície superior da camada de café, como se pode observar na Figura 91. Simplificando um pouco mais, ao atravessar a camada total de café (dividida em várias subcamadas ou camadas finas), e atravessando cada uma dessas subcamadas, o ar vai sendo resfriado e umidificado pela água liberada dos grãos da subcamada inferior. Assim, na Figura 91, cada camada apresenta uma umidade diferente, que estão representadas por cores. Na figura (após várias horas de secagem), a cor amareloclara representa a camada de grãos mais secos e quentes, e a cor vermelho-escura, grãos mais úmidos e frios.

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Figura 91 - Comportamento do ar de secagem em secador de camada fixa.

Dependendo da temperatura do ar de secagem, do fluxo de ar empregado, da umidade inicial do café e da altura da camada de grãos na “Câmara de secagem ou Caixa”, a secagem ocorre segundo uma faixa ou frente que se move de baixo para cima. Os projetistas de secador chamam essa faixa de frente de secagem, conforme esquematizado na Figura 92. A figura indica que, depois de decorridas algumas horas de secagem (20 horas, por exemplo), formou-se a frente de secagem, e ela já se moveu e secou algumas subcamadas. Portanto, abaixo da frente de secagem, todo o produto está seco e em equilíbrio com o ar de secagem, ou seja, não seca mais e, com o passar do tempo (50 horas, por exemplo), a frente de secagem já terá atravessado toda a camada de grãos. Assim, todo o produto estará seco e com o mesmo teor de umidade, ou seja, na umidade de equilíbrio com o ar de secagem.

Figura 92 - Comportamento da frente de secagem em secador de camada fixa.

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Como toda a camada de café estará em equilíbrio e com a mesma umidade final, o cafeicultor pode pensar que não precisa revolver a camada de café com a temperatura recomendada (50 °C). Realmente, todos os grãos ou frutos do café atingiram a umidade de equilíbrio com o ar de secagem em alta temperatura e baixa umidade relativa e, portanto, com o ar muito seco. Nesse ponto é que está o problema que muitos ignoram, ou seja, o café estará muito seco, com prejuízo para qualidade, consumo de energia e de tempo.

Suponha que na fazenda, durante a secagem do café nesse tipo de secador, as médias de temperatura e de umidade relativa do ar ambiente sejam de 22 °C e 62%, respectivamente.

Se o ar nessa condição fosse passado por uma camada de café de 50 cm, depois de certo tempo (120 horas, por exemplo), todo o café estaria seco a uma umidade de 12,5% (umidade de equilíbrio com o ar ambiente). Acontece que um café úmido, mesmo gastando menos de 120 horas para secar, pode ter sofrido alguma fermentação nas camadas superiores e prejudicado a qualidade final do produto.

Para acelerar o processo de secagem para cinquenta horas, por exemplo, a única solução seria aumentar a temperatura de secagem (aumentar o fluxo de ar, outra opção, não seria econômico). Aumentar a temperatura de secagem para 40 °C pode ser uma solução. Assim, a umidade relativa do ar de secagem, antes com 62%, passaria a ser de 25%. Com o novo ar de secagem (40 °C de temperatura e 25% de umidade relativa) e depois de determinado tempo, as camadas abaixo da frente de secagem, até a última camada fina ter secado no nível desejado (12% de umidade), terão atingido uma umidade final de 7%. Se continuar a secagem até que a frente de secagem desapareça, toda a massa de café estará homogênea em temperatura e umidade; entretanto, ela estará muito seca e sujeita a quebras durante o beneficiamento, trazendo grande prejuízo financeiro por causa, principalmente, da perda de peso, do consumo de

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energia e de possíveis problemas na composição do grão de café.

Para solucionar parte do problema, em função do não revolvimento da camada, alguns projetistas procuram, para determinada situação, dimensionar a altura máxima da camada de grãos igual ou menor que a espessura da frente de secagem, tolerando os gradientes de temperatura e umidade para cada tipo de grão e umidade inicial (SILVA, 2008). Dos grãos comerciais, o único que permite uma variação gradual no teor de água é o milho comum; nesse caso, é de três pontos percentuais entre a camada mais seca e a mais úmida, para uma umidade média final de 13%.

Infelizmente, para um café de qualidade, a tolerância máxima é de 0,5 ponto percentual, que é a variação da umidade média indicada por um bom medidor de umidade. Caso a variação de umidade entre os grãos aumente, o café apresentará um dos mais sérios defeitos, que é a “torra má”. Na Figura 93a, observa-se que a torra é inferior à do café mostrado na Figura 93b (torra não homogênea), que mostra, claramente, a quantidade de grãos passados do ponto de torra ideal, e isso não é tolerável para um café de qualidade.

(a) (b) Figura 93 - (a) Seca desuniforme dos grãos; (b) seca homogênea dos grãos.

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Diante do exposto, pode-se dizer: em secadores tradicionais, é quase impossível secar café sem o devido revolvimento das camadas se a temperatura do ar de secagem estiver 10 °C acima da temperatura média do ambiente e a umidade relativa, abaixo de 50%. Portanto, o café deve ser revolvido continuamente ou no máximo, dependendo da temperatura e do fluxo do ar de secagem, de três em três horas.

Para que se tenha melhor ideia sobre o assunto, admitase que o secador em camada fixa ou “secador tipo caixa” esteja sendo operado com o ar a 40 °C e nas condições ambientes de 22 °C de temperatura e 62% de umidade. Como foi mencionado, a 40 °C, a umidade relativa do ar de secagem passa a ser de 25%. Com esse ar (40 °C de temperatura e 25% de umidade relativa), e depois de um tempo relativamente curto, os cafés, na primeira subcamada, terão atingido uma umidade final de 7%.

Nesse tempo, as subcamadas superiores ainda estarão secando.

Se o operador parar a secagem porque amostras retiradas das subcamadas superiores atingiram 12% de umidade, ele descarregará o secador com a massa de café apresentando uma umidade média de 9,5% sob gradiente de umidade de cinco pontos percentuais (cinco pontos de umidade entre a primeira e a última subcamada).

Suponha agora que o operador retire amostras com cuidado de todas as camadas do “Secador Caixa ou de Camada fixa” e interrompa a secagem quando a umidade média das camadas atingir 12%. Nesse caso, as subcamadas superiores poderão estar com umidade superior a 18%, e nenhum classificador consciente aprovará esse café depois de uma análise criteriosa. Devemos lembrar que os determinadores de umidade não medem a umidade de grãos individualmente. O medidor indica o valor médio da umidade da amostra. Uma secagem desuniforme só será notada durante o beneficiamento e, principalmente, na torra do café, que é feita por ocasião da classificação por bebida.

Mais adiante, quando for mencionada a secagem complementar em silos, durante a armazenagem, o assunto será

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abordado quando for descrita a pré-secagem em camada fixa para o café cereja descascado, que, devidamente trabalhado, pode dispensar o revolvimento da camada em secadores de camada fixa.

4.4. Secadores em camada fixa alternativos Como é difícil convencer o cafeicultor que não quer ou não pode adquirir um secador com revolvimento mecanizado ou não quer investir em mão de obra para o adequado revolvimento do café, serão mostradas, a partir deste ponto, alternativas de secadores em camada fixa que, com pequeno investimento adicional em roscas transportadoras ou rosca-sem-fim, podem solucionar parte das dificuldades apresentadas pelos secadores em camada fixa horizontais, também conhecidos como secadores “caixa”, os quais podem produzir um excelente café sem os problemas anteriormente mencionados.

Secador em camadas fixas inclinadas Os secadores em camada fixa inclinada nas formas de “V” ou de “V invertido”, mostrados nas Figuras 94 e 95, respectivamente, necessitam de três roscas-sem-fim fixas ou de uma fixa e uma rosca móvel para fazer o revolvimento do produto em horas preestabelecidas. Recomenda-se, pelo menos, um revolvimento diário. O ideal seria revolvimento de três em três horas para uma secagem homogênea. Como no secador em camada fixa tradicional, recomenda-se que seja construído em alvenaria.

Tanto a câmara plenum quanto a câmara de secagem são inclinadas em, no mínimo, 45º em relação à horizontal, para facilitar o escoamento do produto. A espessura da câmara de secagem ou camada de grãos (Figura 96) é estabelecida por tábuas verticais paralelas e reguláveis (Figura 97). O

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afastamento entre as tábuas reguláveis e a chapa perfurada fornece a altura aproximada da camada de secagem.

Como em qualquer secador, deve-se optar pela fornalha mais eficiente ou de custo compatível com o secador, e o conjunto deve ser construído sob uma cobertura.

Caso não se queira usar as roscas transportadoras, o secador pode ter carga e descarga manual, como mostrado na Figura 98. Nesta figura vê-se que o teto do secador é também um coletor solar. Pode-se, também, optar por construir o secador com câmara única, com ou sem descarga por rosca sem fim (Figura 98). O modelo é ideal para ser construído em um terreno tipo corte para barranco.

Figura 94 - Vista geral do secador de camada fixa inclinada em forma de “V”.

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(a) (b) Figura 95 - Vista geral do secador de camada fixa inclinada em forma de “V invertido” com carga (a) e vazio (b).

(a) (b) Figura 96 - Vista em corte, mostrando a formação da camada (a) inclinada em “V” e (b) em “V invertido”.

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(a) (b) Figura 97 - Detalhes da chapa perfurada e das tábuas de formação das camadas (a) em “V” e (b) em “V” invertido.

(a) (b) Figura 98 - Camada inclinada dupla em “V” invertido com carga e descarga manual (a) e secador com câmara única (b).

Secador em camada fixa basculante Um sistema em camada fixa que pode ser facilmente fabricado e facilitará bastante o uso da mão de obra durante o revolvimento e a descarga é o secador em camada fixa, com sistema basculante (Figura 99). O secador consiste de câmaras em

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formato retangular, tendo cada uma (câmara plenum e câmara de secagem) a altura de meio metro (0,50 m). O conjunto deve trabalhar, preferencialmente, na horizontal e só ser inclinado para revolvimento e descarga do produto (Figura 100).

Como a altura de camada de café não deve ser superior a trinta centímetros (0,3 cm), as operações de carga, revolvimento e descarga ficam bastante facilitadas. Nesse ponto, é importante relembrar que a velocidade de secagem depende da temperatura, do fluxo de ar de secagem e da umidade inicial do produto.

Portanto, manter a altura da camada de produto igual ou menor que a “frente de secagem” (ver Figuras 91 e 92) calculada para as condições normais do secador é muito importante e tem a finalidade de reduzir os gradientes de temperatura e umidade da camada de produto.

Figura 99 - Secador basculante em camada fixa, com detalhe das aletas móveis.

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Figura 100 - Secador em camada fixa basculante, em posição de descarga.

O cafeicultor deve ser alertado de que usar a câmara de secagem como depósito de produto úmido só traz problemas para a qualidade final do produto, devido ao umedecimento e à fermentação das camadas superiores à “frente de secagem”.

Se o agricultor tiver dificuldade de manter o café úmido, à espera da secagem, em razão da falta de sincronia entre colheita e secagem, o melhor é construir pré-secadores para secar o café até 18% de umidade e manter o produto em tulhas com aeração para secagem complementar, após finalizar a colheita. Com esse procedimento, o sistema de secagem passa a ser pouco dependente da velocidade de colheita ou da falta de terreiros tradicionais. Construção e manejo de tulhas com aeração serão vistos mais adiante, neste manual.

Durante a construção e operação do secador basculante não se pode deixar de usar as aletas móveis (Figura 100).

Construídas em chapas metálicas ou em madeira, elas têm a finalidade de impedir que durante as operações de revolvimento

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e descarga o produto não escoe de uma vez, o que traz dificuldade nessas operações.

Para fazer a distribuição de ar quente na câmara plenum e desta para a câmara de secagem, o calor produzido pela fornalha é succionado pelo ventilador e distribuído pelo duto de suporte na sua metade inferior, que é confeccionado em chapa perfurada (Figura 101).

Figura 101 - Duto para suporte do sistema de secagem e distribuição de ar no plenum.

Secador tipo terreiro suspenso com ar quente e ventilação Os terreiros suspensos, por não estarem em contato direto com o piso, não apresentam problemas de limpeza e desinfecção e, portanto, o produto fica menos exposto à contaminação por microrganismos indesejáveis. Além disso, o terreiro suspenso traz vantagem, como a ventilação natural, que dispensa o maior número de revolvimento do produto. Uma desvantagem muito grande do terreiro suspenso está no final da secagem, que é muito influenciada pelas altas umidades relativas noturnas.

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Uma técnica que muitos cafeicultores adotam é a de cobrir o terreiro suspenso com uma lona plástica transparente (Figura 102), que permite a radiação solar e protege o café de chuvas eventuais. Mesmo com esse melhoramento, o terreiro suspenso continua com secagem lenta, devido aos efeitos do ambiente noturno (do ar e do solo sob o terreiro).

Figura 102 - Manejo do terreiro suspenso com sistema de cobertura transparente.

Uma alternativa para melhorar e reduzir o tempo de secagem do terreiro suspenso seria transformá-lo em secador com ventilação forçada com ar aquecido por uma fornalha apropriada, e o sistema de aquecimento indireto (Figura 103) é uma boa opção. Feita a adaptação da fornalha e do trocador de calor sob o fundo telado do terreiro suspenso (Figura 104), basta construir uma parede com pequenos ventiladores axiais ao redor do terreiro suspenso e teremos um bom secador.

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Figura 103 - Terreiro suspenso modificado, com ar aquecido e forçado por quatro pequenos ventiladores axiais.

Figura 104 - Detalhes internos do sistema de aquecimento do ar de secagem.

O trocador de calor, formado por um tubo em chapa de aço (3 mm) e com 60 cm de diâmetro, faz a ligação da fornalha com a chaminé. A função dos pequenos ventiladores axiais (semelhantes) é retirar o calor do trocador e forçá-lo a atravessar a camada de café, que deve ser revolvida periodicamente, para homogeneização da secagem. Os quatro pequenos ventiladores podem ser substituídos por um único ventilador, conforme ilustrado nas Figuras 105 e 106.

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Figura 105 - Secador tipo terreiro suspenso modificado, com ar aquecido e forçado por um ventilador centrífugo.

Além de aproveitar a radiação solar, como no terreiro suspenso original, a adaptação do sistema de ar aquecido permite a secagem durante períodos chuvosos e na ausência da radiação solar. Com base em custo, os pequenos ventiladores axiais podem ser substituídos por um ventilador centrífugo de potência equivalente e forçando a entrar pelos mesmos pontos onde seriam instalados os pequenos ventiladores axiais (Figuras 105 e 106).

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Figura 106 - Detalhes internos do terreiro suspenso modificado, com ar forçado por um ventilador centrífugo.

O secador tipo terreiro suspenso com ar aquecido e forçado por ventiladores pode ser submetido às seguintes modificações: a) Adaptação de uma fornalha, preferencialmente à lenha. b) Adaptação de um trocador de calor de tubo único com 60 cm de comprimento e chapa de aço carbono de 3,0 mm de espessura. c) Se for construir um secador novo, ele deverá ser de, no máximo, dois metros de largura por cinco de comprimento, e a tela única pode ser substituída por bandejas móveis, para facilitar a limpeza e manutenção do secador (Figuras 107 e 108). d) A cobertura transparente deve ser do tipo removível, para maior durabilidade. e) O conjunto, fornalha, trocador de calor, transição e chaminé, deve ser montado de tal forma que não permita a contaminação do ar de secagem por fumaça.

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Figura 107 - Detalhes da bandeja para as extremidades do secador.

Figura 108 - Detalhes das bandejas internas (entre as bandejas das extremidades do secador).

As Figuras 109 e 110 mostram os detalhes internos dos dois tipos de secadores, ou seja, com ventilação forçada por quatro pequenos ventiladores axiais ou por um ventilador centrífugo, respectivamente.

Caso haja uma estufa desativada ou com dificuldades de funcionamento, o cafeicultor pode aproveitá-la para geração de calor durante os dias ensolarados, a fim de reduzir o consumo de lenha e a mão de obra para operar a fornalha. Para isso, deve-se pintar o piso da estufa em preto fosco e fazer a ligação com o ventilador do secador. Não se deve esquecer de adicionar uma abertura na parte posterior da estufa, para entrada de ar frio.

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Essa abertura nunca poderá ser fechada. Caso isso ocorra, o ventilador poderá, pela força de sucção, danificar o sistema. A Figura 111 dá uma ideia de como fazer o acoplamento da estufa com o secador.

Figuras 109 - Detalhes dos componentes do secador suspenso modificado com ventiladores axiais.

Figura 110 - Detalhes dos componentes do secador suspenso modificado com ventilador centrífugo.

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Figura 111 - Acoplamento de uma estufa para geração de calor, via energia solar, para aquecimento do ar.

Secador intermitente de fluxos concorrentes Estudos desenvolvidos na UFV sobre a secagem de café em secadores de fluxos concorrentes, ou seja, em secadores em que o ar de secagem e o produto fluem na mesma direção no secador, utilizando temperaturas do ar de secagem a 80, 100 e 120 °C e teor de umidade inicial do produto a 25% b.u., mostraram que é possível obter baixo consumo específico de energia utilizando as temperaturas mais elevadas. Verificou-se que, embora a temperatura recomendada para a secagem do café, para esse tipo de secador, seja de 80 °C, foi possível, com revolvimento contínuo e regulagem adequada da velocidade do produto, realizar a secagem com até 120 ºC sem prejudicar a qualidade final da bebida.

A Figura 112 mostra os detalhes de um secador de fluxo concorrente no qual o produto é carregado, revolvido e descarregado por um elevador de canecas. Já a Figura 113 mostra um secador semelhante, onde as operações mencionadas são executadas por um transportador pneumático.

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(a) (b) Figura 112 - Secador de fluxos concorrentes com carga, revolvimento e descarga por elevador de canecas (a) com injeção de ar por dutos e (b) com injeção por moega de distribuição.

No secador da Figura 113, o revolvimento do produto é executado de três em três horas, durante cinco minutos. Para maior eficiência de secagem, foi acoplado a ele um pré-secador tipo terreiro híbrido (Figura 113b), que funciona com o mesmo ventilador do secador de fluxos concorrentes, quando o produto não está sendo revolvido. Nesse sistema, o único ventilador faz as operações de carga, revolvimento, descarga e ventilação dos dois secadores.

A grande vantagem do secador de fluxos concorrentes com o sistema pneumático é que ele pode trabalhar com carga total e até apenas uns 500 litros de café. Com carga muito inferior a 1/3 da carga máxima, devem-se fechar as calhas de captação para que o ar seja exaurido nas moegas perfuradas (Figura 114).

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Devido ao fato de o secador pneumático ter uma forma de construção que necessita de uma oficina mais sofisticada, será detalhado, neste manual, apenas o modelo com sistema de carga, revolvimento e descarga por elevador. Quanto ao secador pneumático, o interessado deve procurar um dos autores para obter detalhes técnicos ou elaborar um projeto detalhado.

(a) (b) Figura 113 - Secador de fluxos concorrentes com carga, revolvimento e descarga por pneumático.

Figura 114 - Conjunto de moegas de distribuição e de exaustão do ar de secagem para carga incompleta (módulo 2 na Figura 113b).

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Construção dos secadores de fluxos concorrentes Geralmente o primeiro pensamento de um cafeicultor que deseja melhorar o seu sistema de secagem é que os secadores devem ser industrializados e que devem ser fabricados em componentes metálicos. Poucos pensam em procurar uma ajuda para reduzir o custo do equipamento ou saber qual é o mais adequado (modelo, tamanho e forma de energia) para as suas condições climáticas, volume e sistema de produção e, acima de tudo, para suas condições financeiras.

O cafeicultor deve entender que um secador consta basicamente de um depósito, para sustentar o produto; de uma fonte de aquecimento, para reduzir a umidade relativa do ar de secagem; de um sistema de ventilação, para forçar o ar quente a passar pela massa de café; e, se possível, de um sistema de revolvimento do produto, para uniformizar a umidade final.

Assim, qualquer sistema semelhante aos que já mostramos até o momento e outros que serão mostrados mais adiante podem, se operados corretamente, ser considerados sistemas ideais para a secagem do café e de outros produtos.

Entendendo os princípios básicos da secagem de produtos agrícolas, como funciona um secador e contando com os serviços de pedreiro e serralheiro, o cafeicultor pode, adquirindo componentes no mercado ou construindo na própria fazenda, construir o seu secador, que, além de mais eficiente, terá um custo muito inferior ao produzido industrialmente.

Os secadores de fluxos concorrentes, com visto na Figura 112, podem ser construídos para várias capacidades e com estrutura metálica ou em alvenaria. A capacidade vai depender das dimensões da área básica do secador e da altura dos módulos. Por exemplo, se a área básica for de 1 m x 1 m, internamente, ou de 1 m2 e cada módulo com 1,0 m de altura, os secadores mostrados na Figura 112 terão capacidades estáticas de, aproximadamente, 3.000 L de café.

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Se a opção for pela construção em estrutura metálica, o secador deve ser constituído em módulos, para compor um “kit” de fácil transporte e montagem pelo usuário. Devem fazer parte do kit: moega de homogeneização ou principal com rosca sem fim (Figura 115); conjunto de moegas de distribuição ou de exaustão em chapa perfurada e com perfuração mínima de 20% (Figura 116); câmara de secagem (Figura 117) e câmara de descanso ou repouso com a coifa ou cobertura (Figura 118); e sistema de ventilação com dutos de distribuição de ar (Figura 119). Deve-se escolher um elevador de canecas que atenda à carga, revolvimento e descarga do produto. Caso seja necessário descarregar em tulhas, o elevador deve ter altura apropriada. O kit deve ser construído com chapas metálicas n°18 e cantoneiras de 50 x 50 x 3 mm, sendo os módulos unidos entre si com parafusos, formando uma estrutura compacta. O primeiro e segundo módulos devem possuir cantoneiras de 100 x 100 x 5 mm, para dar estabilidade e sustentação ao conjunto (Figura 120).

Caso seja construído o fosso do elevador com maior profundidade, pode-se dispensar a rosca sem fim, e o produto descerá por gravidade. Deve-se lembrar de que um fosso profundo e um elevador mais alto poderão ser mais caros e menos práticos do que o uso da pequena rosca sem fim para a função de recirculação e descarga do produto.

Figura 115 - Moega de homogeneização e rosca sem fim para carga, recirculação e descarga.

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Figura 116 - Moegas de distribuição ou de exaustão em chapa perfurada e com perfuração mínima de 20%.

Figura 117 - Câmara de secagem e posicionamento do sistema de ventilação.

Figura 118 - Detalhes da câmara de repouso ou de descanso, com a coifa e porta de inspeção.

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(a) (b) Figura 119 - Sistema de ventilação (a), com detalhes dos dutos de distribuição de ar (b).

Figura 120 - Base do secador, com detalhes da câmara de secagem e moegas de exaustão e de distribuição.

Com o kit totalmente montado, o secador de fluxo concorrente em construção metálica fica como apresentado na Figura 112a. Nesse modelo, o secador deve trabalhar completamente cheio, para que a secagem seja caracterizada como concorrente. Caso contrário, o secador passa a funcionar com parte do fluxo de ar como contracorrente. Se isso acontecer, a janela da coifa deve ficar aberta, para a saída de parte do ar de exaustão que não deve ser direcionado para a tubulação do elevador.

Uma opção muito interessante e que pode reduzir, ainda mais, o custo do secador, aumentar a sua durabilidade e tornar o

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sistema termicamente mais eficiente é fazer a construção do corpo do secador em alvenaria, como mostrado na Figura 121.

Nesse caso, o secador deve ser montado como mostrado nas Figuras 122 e 123. O sistema de ventilação e os componentes internos do secador em alvenaria são os mesmos utilizados para o secador com o corpo em chapa metálica (Figuras 115, 116 e 119). Portanto, as dimensões internas da estrutura de concreto e alvenaria (Figuras 122 e 123) devem permitir o encaixe dos componentes do kit metálico (Figuras 115, 116 e 119).

Na moega de descarga ou de homogeneização, deve ser adaptada uma cruzeta distribuidora (Figura 124) ou uma pirâmide elevada, como na Figura 125, para homogeneizar a descida do café em toda a área transversal do secador.

O modelo da Figura 112a só não funcionará se a carga estiver no nível ou abaixo dos dutos de distribuição. Já o modelo representado pela Figura 112b, apesar de possuir um sistema de injeção de ar um pouco mais complicado e necessitar de maior altura do que o apresentado na Figura 112a, garante ao secador que os fluxos sejam concorrentes, mesmo estando com carga parcial. O registro colocado na moega de injeção de ar permite trabalhar com o secador com qualquer quantidade de produto (Figuras 126, 127 e 128).

O módulo de injeção de ar quente como apresentado na Figura 128 praticamente impede os fluxos contracorrentes, fazendo com que o ar de exaustão se dirija sempre para dutos de exaustão (Figura 112b e Figura 129).

Como foi feito para o modelo mostrado na Figura 121, o modelo apresentado na Figura 112b pode ser também construído em alvenaria. Se o módulo de distribuição de ar e quebra do ângulo de repouso da camada de grãos (Figura 128) for colocado no lugar da câmara de repouso inferior, podem-se eliminar os dutos de exaustão. Nesse caso, a exaustão do ar de secagem será feita pelas moegas de exaustão, conforme visto

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nas Figuras 114, 116 e 120, e o secador terá a configuração mostrada na Figura 130.

(a) (b) Figura 121 - Secador de fluxos concorrentes com carga, revolvimento e descarga por elevador de canecas com injeção de ar por dutos: vista geral (a) e vista em transparência (b).

Figura 122 - Detalhes do corpo do secador em alvenaria, mostrando as aberturas para sistema de ventilação e moegas.

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Figura 123 - Detalhes da base do secador, com o corpo construído em alvenaria com sistema de moegas.

Figura 124 - Detalhe do posicionamento da cruzeta na moega de homogeneização.

Figura 125 - Detalhes da base com moega e pirâmide de homogeneização.

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Figura 126 - Detalhes da moega de distribuição de ar quente e registro para forçar fluxo concorrente com carga do secador abaixo do nível da moega.

Figura 127 - Detalhe do elemento para construção das aletas do distribuidor de grãos.

Figura 128 - Módulo de distribuição de ar e quebra do ângulo de repouso da cama de grãos.

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Figura 129 - Detalhes do sistema de injeção de ar, distribuição de grãos e dutos de exaustão.

Figura 130 - Secador de fluxos concorrentes com moega de distribuição e exaustão pelas moegas de homogeneização.

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Secadores Rotativos para o Café Para que se possa apresentar a ideia e os detalhes construtivos e operacionais de uma nova versão de um secador rotativo para café, pode-se afirmar que os modelos de secador rotativo para café são, basicamente, formados por um cilindro tubular horizontal que gira em torno de seu eixo longitudinal a uma velocidade angular constante de até 15 rpm, dependendo do fabricante, e seca o café em bateladas.

O secador rotativo mais comum e às vezes utilizado como pré-secador constitui-se de um tambor horizontal não inclinado que contém, em seu interior, um sistema de distribuição de ar formado pela tubulação e câmara de distribuição. O ar de secagem é injetado na câmara de distribuição ou carambola (Figura 131), constituída de chapas perfuradas alternadas. Ao sair da câmara, o ar de secagem atravessa a massa do produto perpendicularmente ao eixo do secador (Figura 132).

No caso do secador rotativo contínuo, o cilindro é ligeiramente inclinado. Nele, o produto úmido chega à parte mais elevada do cilindro por meio de um transportador e sai na parte mais baixa, por gravidade; devido ao alto teor de água, esse secador não é usado na secagem do café. Nesse modelo de secador, o ar de secagem é introduzido no tambor no mesmo sentido ou no sentido contrário à trajetória do produto.

Independentemente de como funcionam, os secadores rotativos são bem parecidos e apresentam algumas características de secagem semelhantes.

Vantagens  Em produtos como o café em coco, favorecem a limpeza.  Apresentam boa uniformidade de secagem quando se trabalha com produtos homogêneos.

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Desvantagens  Alto consumo de energia ao final da secagem.  Geralmente apresentam custo inicial elevado.  Dependendo da forma de funcionamento, podem causar perda do pergaminho do café cereja descascado e, em consequência, secagem desuniforme da massa de café.

Figura 131 - Sistema de distribuição do ar no secador rotativo ou carambola.

Figura 132 - Secador rotativo com cilindro horizontal, para secagem em lotes.

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Modelo alternativo para a pequena cafeicultura Além de técnicas agronômicas, é importante realçar que somente a adoção de tecnologias pós-colheita que funcionem de maneira simples e resultem em qualidade a baixo custo poderá contribuir para o aumento da produtividade e renda dos pequenos cafeicultores. Considerando que os secadores rotativos horizontais e em bateladas (Figura 132) são amplamente difundidos para a secagem de café no Brasil e apresentam características importantes, foi projetado e construído um modelo alternativo que elimina algumas das desvantagens do modelo convencional e que permite:  Usar o secador para cafés recém-saídos do lavador sem a necessidade de passar pela pré-secagem em terreiro.

Normalmente, quando se coloca o café muito úmido, sem a pré-secagem em terreiros, em um secador rotativo convencional, irão ocorrer obstruções das chapas perfuradas.

Esse fato dificulta ou impede a secagem, causando manutenção frequente do secador. A obstrução dos furos da câmara de distribuição de ar quente é ilustrada na Figura 133.  Usar o secador com menor quantidade de café do que a carga mínima recomendada, ou seja, deixar apenas um vazio de aproximadamente 15 cm de flecha, para facilitar o revolvimento e homogeneização do produto dentro do cilindro secador. Quando se trabalha com o secador rotativo tradicional, a utilização de carga abaixo da mínima, estabelecida pelo fabricante, acarreta grande perda de energia, devido ao maior fluxo de ar na face superior do secador, causa danos mecânicos e aumenta o tempo de secagem.  Reduzir o custo de energia elétrica pela eliminação da necessidade de rotação continuada do cilindro secador (essa possibilidade pode ser aplicada com o secador rotativo tradicional).  Realizar a secagem com repousos alternados, ou melhor, evitar a secagem do café com fluxo de ar quente durante todo

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o processo; para secagem mais homogênea e menor consumo de energia, é necessário que o secador seja dotado de uma câmara para secagem e outra para o descanso do café em intervalos preestabelecidos.  Para a secagem do café em pergaminho, diminuir o número de grãos descascados pela forma de revolvimento dentro do secador (grãos beneficiados ou parcialmente descascados secam mais rapidamente do que o grão com o pergaminho intacto).

Figura 133 - A mucilagem e os resíduos do café úmido causam a obstrução dos furos do distribuidor de ar quente, que impede a passagem do fluxo de ar de secagem.

O secador rotativo idealizado, cujo primeiro protótipo é visto na Figura 134, trabalha na posição horizontal e, além de permitir a solução dos problemas apresentados pelo secador rotativo tradicional, tem seu projeto básico, detalhado mais adiante, facilmente adaptado aos secadores rotativos tradicionais; devido à simplicidade das modificações, elas podem ser realizadas por um profissional serralheiro com ferramentas para desmontagem, corte/solda de chapas e remontagem.

A Figura 135 mostra um secador com as concepções anteriormente citadas, cujo projeto foi executado pela “Máquinas Pontões”, uma pequena indústria no distrito de Pontões, em Afonso Claudio-ES.

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Figura 134 - Vista geral do protótipo do novo secador rotativo com rotação intermitente.

Figura 135 - Vista do secador rotativo intermitente, baseado no protótipo da Figura 134.

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Modificação do Secador Rotativo Tradicional Como visto no item anterior, o secador rotativo tradicional (Figura 132) pode ser modificado para trabalhar de modo semelhante ao projeto representado pelas Figuras 134 e 135. Salienta-se que tanto a fabricação do novo secador quanto as modificações do rotativo tradicional podem ser facilmente realizadas sem a necessidade de grandes investimentos em modificação na linha de montagem da fábrica. Essa modificação pode ser também feita por um profissional de oficinas de manutenção e reparos.

Com relação ao novo modelo, alguns de seus componentes podem ser facilmente fabricados por terceiros (ventiladores, redutores e mancais); portanto, não haveria a necessidade de grandes investimentos em ferramentas sofisticadas caso uma pequena metalúrgica decidisse produzir o secador.

Foi com base no protótipo apresentado na Figura 134 que Santos et al. (2006) modificaram um secador rotativo convencional e compararam os desempenhos do secador original com o modificado (Figura 136). Operando os secadores sob as mesmas condições, os autores observaram que, além de ter minimizado as desvantagens e mantido a boa qualidade do café no secador rotativo original, o secador modificado reduziu o consumo de energia (elétrica e térmica) em 50% e 30%, respectivamente.

As modificações estruturais realizadas no secador rotativo convencional, com base no modelo (Figura 134), foram propostas para diminuir as perdas de energia no terço superior do secador. Essas perdas são ocasionadas pelo maior fluxo do ar de exaustão decorrente da crescente redução de volume do produto (principalmente o café natural) durante a secagem.

Além da substituição da metade superior da chapa perfurada do cilindro secador por chapa lisa (sem perfuração), a câmara de distribuição ou sistema difusor de ar quente

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(carambola) passou pelas modificações mostradas na Figura 135, ou seja, Santos et al. (2006) fizeram com que a metade contínua do difusor de ar fosse construída com chapa perfurada, e a outra metade, em chapa lisa ou sem perfuração (Figura 36).

(a) (b) Figura 135 - Secador rotativo comercial modificado (a) e modelo comercial original (b).

(a) (b) Figura 136 - Detalhe da carambola difusora após a modificação realizada por Santos et al. (2006) (a) e esquema da carambola original (b).

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4.5. Secador Rotativo Intermitente Deste ponto em diante serão abordados os detalhes da construção do novo secador rotativo intermitente para atender à cafeicultura familiar. Antes, porém, ressalta-se que o nome adotado para o modelo é uma singela homenagem dos autores à cidade baiana de Barra do Choça, situada no Planalto da Conquista. Barra do Choça fica a 27 km de Vitória da Conquista e se encontra a uma altitude média de 900 m, tendo 80% da sua atividade econômica na cafeicultura.

O pequeno e próspero município de Barra do Choça conta com uma das maiores concentrações de cafeicultores de base familiar do Brasil. Além de ser merecedor de homenagens, o clima do município, como o de todo o Planalto da Conquista, não é favorável à secagem tradicional do café em terreiros (sobretudo com a colheita em período chuvoso).

Verificando as grandes dificuldades por que passam os cafeicultores de Barra do Choça e de outras regiões com cafeicultura de base familiar, decidiu-se por projetar um pequeno secador (Figuras 135 e 137) com base no protótipo da Figura 134.

O projeto é compatível com a capacidade de investimento da grande maioria dos cafeicultores de base familiar, pode ser fabricado ou montado na região e, à semelhança do protótipo-base, não necessita de pré-secagem em terreiros e produzirá um café de boa qualidade, independentemente das condições climáticas locais. Adotando a tecnologia para o café cereja descascado e usando um secador com as características do presente projeto, os cafeicultores de base familiar terão condições de competir, ofertando café de qualidade, com os cafeicultores empresariais.

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Figura 137 - Vista geral do secador rotativo intermitente com fornalha a carvão vegetal.

O secador em pauta (Figura 137) é do tipo cilindro rotativo horizontal com revolvimento intermitente, ou seja, o produto será secado e revolvido, periodicamente, com duas horas em processo de secagem estacionária e cinco minutos em revolvimento do produto.

O ar de secagem, impulsionado por um ventilador centrífugo, será aquecido, preferencialmente, por uma fornalha a carvão vegetal e distribuído no “eixo de aeração”, como nos secadores rotativos tradicionais; depois de passar pela câmara de ar interna, o ar de secagem atravessará a camada de café depositada na metade inferior do cilindro secador. A opção por uma fornalha a carvão vegetal se deve ao fato de necessitar de apenas uma carga diária de carvão, ter a alimentação do combustível por ação da gravidade e produzir uma combustão isenta de fumaça. Com isso, o sistema pode ser totalmente automatizado, e a mão de obra para a operação de secagem pode, eventualmente, ser direcionada para outras operações.

Diferentemente dos secadores rotativos tradicionais, a exaustão do ar de secagem no secador rotativo intermitente só será realizada na metade inferior do cilindro secador (Figura

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138). Tanto a porta de carga/descarga quanto a metade superior do cilindro são confeccionadas com chapas lisas (não perfuradas), para impedir que a exaustão do ar de secagem possa ocorrer, também, por aquelas partes do cilindro secador.

Figura 138 - Esquema básico do protótipo do secador rotativo intermitente.

Durante a secagem, que ocorre com o cilindro secador em condição estática (ausência de giro), a face com chapa perfurada deve estar voltada sempre para baixo. Assim, para que o sistema funcione com câmara de secagem constante, ou seja, com a exaustão do ar de secagem (de cima para baixo) na metade inferior do cilindro secador, este deverá permanecer estático por períodos predeterminados.

Santos et al. (2006) sugerem que, a cada hora de secagem com o secador em condição estática (posição de secagem), o sistema de transmissão deve ser acionado para fazer girar o cilindro secador por cinco minutos, que é suficiente para misturar toda a carga de café a uma velocidade angular de 5 RPM. Trabalhos demonstrativos realizados com o protótipo da Figura 137 indicaram que cinco minutos de revolvimento a cada duas horas de secagem são suficientes para uma secagem final adequada. Com a prática diária, o cafeicultor pode preestabelecer melhores tempos de intermitência

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(secagem/revolvimento) e também o número de RPM do cilindro secador, durante o revolvimento do produto.

Componentes do Secador Rotativo Intermitente Como em todos os tópicos deste manual, o objetivo dos autores é disponibilizar alternativas para as operações de póscolheita do café com equipamentos que possam ser usados, principalmente, na cafeicultura familiar.

Os autores reconhecem que, à primeira vista, um texto resumido e com ilustrações de dimensões não muito claras pode não atingir os objetivos de um determinado interessado, ou seja, o de fornecer todos os detalhes para a fabricação e operacionalização da tecnologia. Por outro lado, este manual é parte fundamental para levar adiante um dos projetos de Transferência de Tecnologia em pós-colheita do café, financiado pelo Consórcio Pesquisa Café. Outras atividades, como informação, treinamento (técnicos/fabricantes) e difusão da tecnologia, completam o projeto. Assim, um memorial descritivo com plantas, detalhes técnicos, características mecânicas, quantidades de materiais e planilhas diversas poderá ser produzido para casos específicos e auxiliar a construção da tecnologia em oficinas modestas, com mão de obra regional e usando o máximo de recursos encontrados na região cafeeira.

Sabe-se que, mesmo com a pouca disponibilidade de informação sobre cada tecnologia, nada impede que extensionistas, microempresários e mesmo cafeicultores possam, por meio de contratos específicos, solicitar projetos completos para atender à fabricação ou construção para uso na cafeicultura empresarial.

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Componentes Básicos do Secador Rotativo Intermitente Os componentes básicos do secador em pauta constam do sistema de ventilação e distribuição de ar, do cilindro secador e do sistema de potência (motor, redutor e transmissão). Apesar de a fornalha para aquecimento direto com carvão vegetal ter sido sugerida em item anterior, fica a cargo do futuro usuário utilizar outros modelos de fornalhas, forma de aquecimento do ar e tipos de combustível.

Sistema de ventilação Para forçar o ar de secagem através da camada de café, será utilizado um ventilador centrífugo com capacidade para fornecer 20 m3 de ar por minuto a uma pressão estática de 10 a 15 mmca (Figura 139). Para que o ar seja uniformemente distribuído pela camada de grãos, um duto-eixo (Figura 140), tendo a metade da superfície com perfurações de 20 mm de diâmetro, é conjugado com uma câmara formada por um semicilindro construído em chapa perfurada. Nada impede, entretanto, que o fabricante use o sistema carambola mostrado nas Figuras 131 e 133. Nesse caso, a metade inferior da carambola dever ser construída em chapa perfurada, como mostra a Figura 136a, que deverá estar sempre para baixo, durante o período estático de secagem.

A área perfurada do duto-eixo deve ser de, aproximadamente, 25% da área externa a ser perfurada (Figura 140). Se for usar o sistema carambola, a chapa perfurada deve ter furos de 3 mm e ao redor de 25% de área perfurada. Caso a opção seja, também, pela confecção do ventilador, este pode ser construído com base no item “Ventiladores e sua Construção”, onde será detalhada uma metodologia em que todas as outras dimensões do ventilador devem ser estabelecidas com base no diâmetro calculado do rotor. Para um projeto de até 1.500 litros

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de capacidade, deve-se tomar como ponto de partida um rotor com 35 cm de diâmetro com 10 pás.

Figura 139 - Ventilador centrífugo com rotor de oito pás e 35 cm de diâmetro.

Figura 140 - Sistema de ventilação (aeroduto-eixo e ventilador).

Câmara de ar e aletas de homogeneização Como mostrado na Figura 141, a metade da superfície do duto-eixo deve ser envolvida por uma calha perfurada com diâmetro suficiente para deixar um espaço de 10 a 15 cm entre o duto-eixo e a calha, para formar a câmara de distribuição de ar.

A porcentagem de perfuração da calha envolvente (Figura 142) deve estar em torno de 25%, e o diâmetro dos furos também deve ser tal que não permita a passagem de café para dentro da

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câmara de distribuição de ar. Se for utilizar o secador, também, para a secagem de produtos com volume de grão muito menor que o grão de café (soja ou arroz, por exemplo), o diâmetro dos furos deve impedir a passagem do menor grão a ser seco.

Uma chapa perfurada com furos de 2 mm de diâmetro, apesar do custo mais elevado, serviria para a maioria dos grãos agrícolas. Ao duto-eixo devem ser fixadas três aletas perpendiculares, para facilitar o revolvimento e homogeneização do café durante a secagem. Uma quarta aleta deve ser fixada na câmara de ar (Figura 141). Entre as aletas e a superfície interna do cilindro secador deve haver um espaço de 10 cm (Figuras 138 e 141), para a passagem do produto durante o período de revolvimento.

Figura 141- Câmara de distribuição de ar e aletas de homogeneização.

Figura 142 - Calha de chapa perfurada com passagem para a câmara de distribuição de ar.

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Discos frontais de sustentação Como todo secador rotativo horizontal, o secador em pauta possui dois discos principais, para a formação do cilindro secador e acomodação do duto-eixo e da câmara de distribuição do ar de secagem. A um dos discos é acoplado um componente do sistema de revolvimento, que pode ser constituído de cremalheira ou polias e correias (Figura 143a). Os discos devem ser construídos com chapa de 3 mm e possuir anéis de ferro chato (3 mm), para fixação das chapas que formam o cilindro secador (Figura 143b). Para dar rigidez aos discos, cantoneiras de 50 x 50 x 3 mm devem ser fixadas, como mostrado na Figura 143a.

(a) (b) Figura 143 - Discos para sustentação do cilindro secador: (a) disco de tração e (b) disco frontal.

Cilindro secador O cilindro secador tem a finalidade de acomodar, sustentar o produto e permitir a passagem do ar de secagem através da camada de grãos. A metade superior do cilindro secador (Figura 144a) é construída com chapa lisa (2 mm) e contém a porta de carga/descarga, que deve ser fixada de modo a impedir a passagem do ar de secagem. Como o ar de secagem deve atravessar somente a camada inferior de grãos, a face

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inferior do cilindro (Figura 144b) é construída com chapa perfurada e no mesmo padrão da calha que envolve a metade do duto-eixo que forma a câmara de distribuição de ar. As Figuras 144 e 145 ilustram a conformação desse cilindro secador.

(a) (b) Figura 144 - Cobertura superior de chapa lisa (a) e cobertura inferior de chapa perfurada (b), para formação do cilindro secador.

Figura 145 - Cilindro secador, com detalhes do interior.

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Colunas de sustentação ou suportes com rolamentos Para sustentar e permitir o giro do cilindro secador com o mínimo esforço, devem ser construídas colunas de sustentação, que podem ser de madeira ou de perfis metálicos, como mostrado nas Figuras 135 e 137. Com qualquer opção, o sistema pode funcionar com mancais de bronzinas ou, preferencialmente, com um sistema de rolamentos comuns, como apresentado na Figura 146, por ser mais fácil de encontrar no mercado de máquinas agrícolas. Como o duto-eixo ficará apoiado em apenas dois rolamentos (rolamentos de sustentação), ele pode ter dimensões (largura e diâmetro) maiores que as dos rolamentos guias (Figura 147). Apesar de apresentar centro de gravidade relativamente baixo, a base das colunas de sustentação do secador deve ter largura mínima equivalente ao diâmetro do cilindro secador (Figuras 137 e 138).

Figura 146 - Coluna de sustentação com rolamentos de apoio e guias.

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Base do secador A base ou suporte do secador é formada pelas colunas de sustentação, rolamentos e tirantes. A estrutura deve ser estável e capaz de suportar, no caso em pauta, um peso de até 2.000 kg. O sistema de redução, com motor e polia para girar o cilindro secador, deve ser montado diretamente na base, para facilitar o giro e tornar o sistema mais compacto. Entretanto, fica a cargo do construtor fazer uso de outra forma de acoplamento do sistema giratório, como mostrado na Figura 135.

Se possível, deve-se adaptar um “timer” ao sistema de redução, para que o giro do cilindro secador ocorra, automaticamente, em intervalos de tempo preestabelecidos e que pare sempre na mesma posição e com a chapa perfurada do cilindro secador voltada sempre para baixo (Figura 138), de modo que a exaustão do ar de secagem ocorra na metade inferior do secador.

Figura 147 - Detalhe da base ou chassi e sistema giratório do cilindro secador.

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Construção do secador Silva et al. (2013) sugerem que um ventilador para uso em fornalhas deve ser construído, preferencialmente, em aço inoxidável. Na construção de equipamentos para o preparo e secagem do café, o uso desse tipo de material é mais importante ainda.

Durante as operações de pós-colheita, principalmente para o café cereja descascado, ficam aderidos aos componentes dos equipamentos elementos que provocam corrosão das partes metálicas, se estas não forem mantidas com higienização e proteção criteriosas. Como os equipamentos em aço inox são, relativamente, mais caros, fica a critério do usuário adquirir um secador construído com material alternativo e dentro de suas possibilidades financeiras. Silva et al. (2013) informam que equipamento em aço inox tem vida útil bastante longa e necessitará de poucos reparos. Assim, um secador construído em aço inoxidável pode ter um custo inicial mais elevado, porém, no médio prazo, o cafeicultor verá que fez um menor investimento em razão da maior vida útil e menor gasto com reparos e peças de reposição.

Duto-eixo Como apresentado na Figura 148, este componente consta de um tubo de aço de 3 mm de espessura por aproximadamente 25 cm de diâmetro. Em uma de suas extremidades deve ser preso um anel (3 mm de espessura) com o mesmo diâmetro interno do tubo e diâmetro externo 3 cm maior que o diâmetro externo do tubo. Esse anel, com o auxílio de um flange, tem a função de evitar o escapamento do ar de secagem e permitir o giro do cilindro secador na saída do ventilador.

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Figura 148 - Duto-eixo, mostrando o posicionamento do anel e flange de conexão ao ventilador.

Aletas de Homogeneização e Câmara de Distribuição Antes de adaptar o anel e o flange de vedação ao dutoeixo, é conveniente providenciar a fixação das três aletas perpendiculares ao duto-eixo (Figura 149). A quarta aleta, de menor largura, só deve ser fixada após a fixação da calha perfurada, que formará, com o duto-eixo, a câmara de distribuição de ar (Figuras 149b, 149c e 150b).

(a)

(b)

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(c) Figura 149 - Detalhes do duto de distribuição de ar e aletas (a) e (b) e sistema montado nos discos de sustentação do cilindro (c).

Apesar de a fixação dos componentes com solda ser facilitada e mais econômica para o fabricante (Figura 149), recomenda-se que todos os componentes do secador sejam projetados para fixação com parafusos. Com essa técnica, pode-se baratear o transporte e facilitar a manutenção do secador. Para facilitar a montagem, as aletas, o aeroduto e a calha perfurada devem ser parafusados nos discos do cilindro secador (Figura 151).

(a) (b) Figura 150 - Cilindro secador de um protótipo: vista superior (a) e vista inferior (b), sem envoltória de chapa perfurada externa.

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Figura 151 - Detalhes do sistema duto-eixo, câmara de ar e aletas parafusadas aos discos principais.

4.6. Envoltório do Cilindro Secador Para completar o cilindro secador, é necessário parafusar as chapas de cobertura superior (chapa lisa) e inferior (chapa perfurada) sobre os anéis internos, confeccionados com ferro chato de 30 mm x 3 mm, aos discos principais. Para melhor fixação das coberturas e maior rigidez do cilindro secador, as chapas de cobertura devem ser, também, parafusadas (Figura 152).

4.7. Montagem do Cilindro Secador Sobre Chassi Com o chassi devidamente montado, nivelado e estabilizado sobre o local permanente, basta levantar o cilindro secador e ajustá-lo sobre o sistema de rolamentos (suporte e guias). Por ser o conjunto relativamente pesado e estável, não haverá necessidade de adicionar travamento superior ao duto-

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eixo (Figura 152b). Como o chassi/cilindro secador é relativamente pequeno quando comparado com os de secadores rotativos tradicionais utilizados pelos grandes cafeicultores, o equipamento poderá, dependendo da facilidade de transporte, sair montado do local de fabricação.

(a) (b) Figura 152 - Aspecto geral do cilindro secador pronto (a) e montado sobre chassi (b).

4.8. Adaptação do Ventilador Independentemente do tipo de fornalha, o ventilador deve ser acoplado diretamente ao duto-eixo, tomando-se o cuidado de adaptar o anel do aeroduto e flange de ligação à expansão do ventilador (Figura 148). Nessa fase, o montador deve verificar se o aeroduto-eixo está devidamente ajustado e girando livremente dentro da expansão do ventilador (Figura 153). Na Figura 154 é mostrado o secador acoplado a uma fornalha com aquecimento direto a carvão vegetal, nos moldes apresentados por Lopes (2002), que será detalhada mais adiante, neste manual. Nada impede, entretanto, que seja adaptado outro tipo, como a fornalha a lenha com aquecimento indireto.

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Figura 153 - Secador rotativo acoplado ao ventilador.

Figura 154 - Secador rotativo intermitente com fornalha, sistema de rotação com motor elétrico e auxílio manual.

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4.9. Considerações Finais Sobre o Secador Rotativo Intermitente Como mencionado no decorrer deste manual, a intenção dos autores foi disponibilizar mais uma alternativa tecnológica para secagem do café produzido pelo pequeno cafeicultor, contribuindo para o aumento da renda da propriedade por meio da oferta de um café de melhor qualidade.

Diferentemente dos secadores tradicionais, o projeto aqui apresentado tem como principais vantagens: a) O cafeicultor não necessita de grandes áreas de terreiro para a pré-secagem do café, ou seja, o produto pode vir direto do lavador (café natural) ou direto do descascador ou do desmucilador (cereja descascado) para a secagem mecânica, quando as condições climáticas não forem favoráveis à présecagem em terreiros. b) Por ser um secador de pequeno porte, o cafeicultor pode programar melhor a colheita para aumentar a quantidade de frutos maduros. c) Mesmo considerando o tamanho do secador e o fato de o ar de secagem ser dirigido sempre para a sua parte inferior, ele pode trabalhar com metade da carga máxima e, por essa mesma razão, a parte superior do cilindro secador trabalha como câmara de descanso (importante para a secagem do café). d) O secador pode funcionar como pré-secador quando o cafeicultor optar pela secagem com ar natural em silossecadores. e) Usa pouca energia elétrica para movimentar o cilindro secador, que funciona durante cinco minutos a cada duas horas de secagem. f) Por ter um projeto simples, pode ser fabricado em oficinas modestas ou ter parte dos componentes adquirida no mercado especializado em ferragens.

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5. Secagem Combinada Agora que foram apresentados os diferentes tipos de secagem e secadores para café, o leitor pode, de agora em diante, decidir por adquirir, construir e/ou combinar diferentes sistemas de secagem para tirar proveito das vantagens de cada um para secar o seu produto com qualidade, baixo custo e com eficiência energética.

O sistema de secagem com ar natural ou em baixas temperaturas geralmente envolve a secagem em tulhas ou silos em camadas profundas, podendo, para situações mais comuns, usar camadas com até cinco metros (5 m) na fase de secagem em baixa temperatura com ar natural ou levemente aquecido (ao redor de 5 ºC acima da temperatura ambiente).

O café natural ou café coco “meia seca”, com teor de umidade acima de 25%, está sujeito à deterioração, exige altos fluxos de ar para a secagem e, dependendo das condições climáticas, torna o sistema técnica e economicamente inviável.

Além disso, o café natural ocupa quase o dobro de volume que seria ocupado pelo cereja descascado e seria um desperdício de energia secar a palha do café com ventilação forçada.

Trabalhos realizados no setor de armazenamento do Departamento de Engenharia Agrícola da UFV mostraram que, em condições climáticas semelhantes às de Viçosa, é técnica e economicamente viável secar café cereja descascado ou despolpado com teor de umidade inicial de até 20%.

A maior vantagem da secagem do café cereja descascado com ar natural ou em baixas temperaturas é que, além da economia substancial de energia e do aumento no rendimento dos secadores mecânicos, durante a pré-secagem, o produto final, após a secagem em silo secador-armazenador, apresenta coloração e umidade bastante uniformes, propiciando boa torração. Um sistema de secagem complementar, em silos, bem dimensionado deve completar a secagem uma semana depois de terminada a colheita.

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Assim, a secagem combinada consiste, basicamente, em utilizar dois ou mais sistemas de secagem para realizar a secagem do café. Para grãos em geral, usam-se secadores em altas temperaturas enquanto o produto apresenta teor de umidade mais elevado; a partir desse ponto, deve-se transferir o produto, ainda quente, para um sistema de baixa temperatura ou silos secadores, onde a secagem será completada (Figura 155).

Além da redução substancial de energia requerida para a secagem, o sistema em combinação pode dobrar a capacidade dinâmica dos secadores e aumentar a eficiência térmica de secagem. As principais razões para esse aumento de eficiência são: os secadores operam com produtos numa faixa de umidade em que a retirada de água do café ou dos grãos é mais fácil; e o resfriamento, principalmente para grãos, não é utilizado porque o café deve chegar ainda quente para a secagem complementar em silos, com ar natural forçado por um ventilador dimensionado para o silo cheio.

Na secagem combinada, a câmara de resfriamento dos secadores, se houver, deve ter a ventilação desligada ou convertida em câmara de secagem. Com esse procedimento aumenta-se, substancialmente, a capacidade dos secadores de altas temperaturas; o processo de secagem em combinação pode reduzir em até 50% a energia total requerida pelos métodos convencionais de secagem e pode dobrar a capacidade dinâmica dos secadores de altas temperaturas.

5.1. Combinação Terreiro e Secadores Mecânicos Diferentemente de outros produtos, podem-se usar muitas possibilidades para uma combinação eficiente para a secagem do café. Mesmo desconsiderando a combinação normal para outros tipos de grãos, grande parte de nossos produtores usam a combinação tradicional, pré-secagem em terreiro e secagem final

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em secador mecânico, para a secagem do café. Como pode ser notada, essa combinação, “terreiro/secador mecânico”, é inversa da combinação estabelecida para outros tipos de grãos, onde se inicia com alta temperatura e finaliza em silo secador com baixa temperatura. Esse fato ocorre porque o café é um fruto com alto teor de umidade, tem pouca ou nenhuma fluidez e, na fase de secagem, a alta temperatura exige a movimentação do café para uma secagem com umidade final homogênea.

Com o advento do terreiro híbrido, bem como do secador rotativo intermitente, anteriormente descrito, que podem receber o café direto da lavoura ou recém-saído do despolpador, podemse fazer várias combinações e finalizar a secagem em silo secador (Figura 155), como é feito para outros tipos de grãos.

Figura 155 - Secagem complementar de café em pergaminho em silo secador.

5.2. Combinação Terreiro e Silo secador Uma segunda combinação possível seria realizar a présecagem do café pergaminho em terreiros convencionais de concreto e completar a secagem durante o armazenamento em silos secadores. Apesar de a secagem do café pergaminho em silos não ter maiores problemas devido às condições climáticas desfavoráveis, elas são prejudiciais à pré-secagem no terreiro. A combinação, terreiro convencional/silo secador, só poderá ser

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feita se o clima for favorável. Nesse caso, com cinco a seis dias em terreiro, o café já pode ser transferido para a secagem complementar, em silo secador.

Essa combinação teria grande sucesso principalmente no Cerrado Mineiro, onde a secagem em terreiro tem poucos inconvenientes. Por outro lado, na fase de secagem no silo, cuidados devem ser tomados durante os períodos de umidade relativa do ar abaixo de 50%, muito comum no Cerrado. Para isso, deve-se providenciar um sistema de controle, para desligar os ventiladores durante aqueles períodos, e usar mais a secagem noturna, com umidade relativa um pouco mais elevada.

5.3. Combinação Terreiro híbrido e Secador mecânico Uma combinação estudada recentemente na UFV (MELO, 2008) foi a de realizar a pré-secagem em alta temperatura em terreiro híbrido e secagem complementar em secadores mecânicos (Figura 156). Essa opção mostra-se muito viável quando se quer alta produtividade em secagem e quando se trabalha, principalmente, com o café pergaminho.

A combinação terreiro hibrido/secador mecânico aumenta substancialmente a capacidade do secador mecânico, já que o produto pode ser transferido com umidade um pouco mais baixa para o secador. A transferência para o secador mecânico ocorre em torno de 20 horas depois de iniciada a pré-secagem no terreiro híbrido. O tempo total de secagem será de aproximadamente 50 horas, visto que não há necessidade de usar o terreiro convencional. Como mencionado, o terreiro híbrido pode receber o café recém-saído do descascador.

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Figura 156 - Combinação terreiro secador e secador mecânico para secagem de café recém-saído do descascador.

5.4. Combinação Terreiro híbrido e Silo secador Não dispondo do secador mecânico, a combinação mostrada também na Figura 156 pode ser uma das opções mais econômicas para a secagem do café cereja descascado ou em pergaminho. Além de não haver a necessidade de grandes áreas de terreiro, o cafeicultor pode deixar de investir em secadores mecânicos. Nesse caso, a pré-secagem no terreiro secador deve ser realizada até o teor de umidade ao redor de 19% base úmida.

Em todas as combinações nas quais a secagem complementar (até a umidade de comercialização) for realizada no silo secador, com ar natural, não haverá necessidade de controle muito rígido da umidade na pré-secagem. A grande vantagem da secagem em silo é que todos os grãos, ao final do processo, terão o mesmo teor de umidade ao final, ou seja, todos os grãos de café estarão em equilíbrio com o ar que foi injetado no silo (ar natural ou levemente aquecido). O ideal é que não seja colocado café com umidade superior a 20%. Isso só será permitido se o silo estiver com menos da metade da capacidade total. Mesmo assim, não deve ser superior a 25% (base úmida).

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5.5. Combinação Terreiro híbrido, Secador mecânico e Silo secador Uma opção não menos eficiente e que pode aumentar consideravelmente a capacidade de secagem é usar a combinação terreiro secador para a pré-secagem do café saído do descascador, até que ele possa fluir no secador mecânico (com 35% de umidade, por exemplo). A partir desse ponto, deve-se secar o café no secador mecânico até 18% de umidade e transferi-lo ainda quente para o silo secador (Figura 157). Como a secagem no silo secador é projetada para terminar ao final da safra, o cafeicultor deve possuir silos suficientes para alojar todo o café pergaminho. Apesar de silos grandes serem mais econômicos, a opção por maior número de silos menores ou tulhas secadoras dá mais versatilidade ao sistema pós-colheita (Figura 158).

Figura 157 - Esquema básico de um sistema combinado modelo UFV.

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Figura 158 - Tulhas com sistema de ventilação para secagem complementar do café pergaminho.

5.6. Sistema Sete Silos ou Tulhas com Ventilação O sistema consiste na adoção de sete silos ou tulhas ventiladas para a secagem complementar com ar natural. Essas tulhas podem ser metálicas, de madeira ou em alvenaria e deverão ser carregadas por camadas. Como dito anteriormente, os silos ou tulhas devem ser dimensionados para receber, semanalmente, uma determinada quantidade de café com umidade inferior a 20%, como estabelecido. Caso queira adotar um processo mais versátil, o cafeicultor pode usar um programa de simulação confiável para estabelecer o teor de umidade seguro para que a camada de café possa ser transportada para o silo, semanalmente.

Cada silo ou tulha deverá, até o final da colheita, ter a sua capacidade de carga completada. Quando a última camada for adicionada ao último silo, significa que todas as outras já estarão em equilíbrio com o ambiente, e o final da secagem deve ser monitorado pela umidade do café na superfície superior da última carga. A partir desse ponto, pode-se, finalmente, desligar o sistema de ventilação. O silo de número 7 (Figura 159) deve ser considerado um silo reserva, portanto, deve estar sempre

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vazio para solucionar problemas eventuais durante o período de colheita. Para fins de entendimento, foi considerado que o carregamento foi iniciado com o silo de número 1, que o trabalho começou em uma segunda-feira e que não se trabalha no domingo.

Figura 159 - Esquema do sistema de secagem “sete silos”.

Gerenciamento da secagem combinada Para ilustrar o método de secagem pelo sistema de “sete silos”, simulou-se uma situação em que as condições médias de umidade relativa e temperatura do ar ambiente da região foram de 70% e 22 C, respectivamente.

Considerou-se uma colheita de 99.000 kg de café pergaminho durante 48 dias, pré-secado até atingir o teor de umidade inicial para cada camada a ser adicionada no silo. Em função do tempo de colheita e considerando-se colheita semanal de seis dias, determinou-se que cada silo seria composto por oito camadas, caracterizando dessa forma o sistema de secagem “sete silos” e um silo como reserva. As dimensões do silo foram determinadas de modo que recebesse uma camada de 0,40 m de

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café pergaminho por dia. Na Tabela 3 são apresentados os parâmetros necessários à simulação e os valores obtidos.

Tabela 3 - Considerações e valores obtidos pela simulação pelo modelo de Hukill Tempo de colheita, dias

48

Fluxo de ar, m3 min-1 t-1

Número de silos

6

Aquecimento pelo ventilador, C

1,00

Número de camadas

8

Temperatura de secagem, C

23,00 66,00

Diâmetro do silo, m

5,00

3

Umidade relativa de secagem, %

Altura do silo, m

3,20

Umidade de equilíbrio, % b.u.

11,60

Altura da camada, m

0,40

Tempo de secagem por camada, h

168 (fixo)

Temperatura ambiente, C

22,00

Potência do ventilador, cv

1,00

UR do ar ambiente, %

70,00 Camadas 1a

2a

3a

4a

5a

6a

7a

8a

Umidade inicial, % b.u.

27,0

26,0

26,0

25,0

25,0

24,0

23,0

19,0

Vazão de ar, m3 min-1

50,8

48,0

44,9

41,6

37,7

33,2

27,2

13,0

Umidade final, % b.u.

12,0

12,0

12,0

12,0

12,0

12,0

12,0

12,0

Nota: É importante ressaltar que os resultados aqui apresentados foram obtidos em um exemplo do gerenciamento do método com sete silos e para uma condição ambiental favorável ao processo de secagem. Para regiões onde as condições climáticas não sejam favoráveis, poderá ser necessário, caso a umidade relativa seja alta, promover pequeno aquecimento do ar de secagem. Para o caso de aquecimento com gás ou eletricidade, existem no mercado dispositivos capazes de permitir o controle do funcionamento do sistema, pelo monitoramento da umidade relativa e temperatura, ligando o sistema de aquecimento do ar somente naquelas condições desfavoráveis ao processo.

Para locais de umidade relativa baixa, o sistema de ventilação deve ser regulado para funcionar nos períodos favoráveis, quando a umidade relativa seja mais alta, evitando possível supersecagem do produto. No caso de se adotar o método “sete silos”, recomenda-se consultar um especialista em secagem de café, para adequar o sistema às condições da propriedade. Um sistema bem projetado, além de facilitar a operação e reduzir os custos operacionais, pode reduzir substancialmente o seu custo de instalação ou de adaptação.

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5.7. Construção de um "silo secador” Ao decidir por finalizar a secagem durante o armazenamento ou secagem em silo e que a construção seja realizada na fazenda, um passo muito importante é a escolha do local. Diferentemente dos silos metálicos, comerciais, que podem ser deslocados para uma nova base, o modelo que segue é uma construção permanente. A escolha do local para construção deve ser baseada nos seguintes aspectos: ser de fácil acesso, próximo aos pré-secadores e, preferencialmente, próximo à unidade de beneficiamento do café. Portanto, deve-se verificar a sequência operacional da unidade de preparo, secagem e beneficiamento. O ideal é que o silo seja construído sob uma área coberta, possibilitando a carga e descarga independentes das condições climáticas, além de permitir melhor proteção do produto armazenado.

Construção da base do silo secador Como o silo será usado para finalizar a secagem em combinação, ele pode ser adquirido no comércio ou construído na fazenda e deve apresentar algumas características especiais, próprias de um silo secador, que não são exigidas para os silos empregados apenas para armazenagem. No exemplo aqui apresentado e cujo projeto foi destinado à secagem combinada do café, em um projeto de tese no Departamento de Engenharia Agrícola (UFV), foram seguidas as seguintes recomendações:  A base do silo secador, onde é formada a câmara plenum (Figura 161a), foi construída em alvenaria com diâmetro suficiente para receber a parede com diâmetro interno de 2,0 m. A base deve ter altura mínima de 0,30 m (a técnica é válida para outros tamanhos de silo). Sobre a base foi montado um piso circular com 2,0 m de diâmetro, confeccionado em chapas metálicas perfuradas n° 16, com

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159

aproximadamente 20% de perfuração, visando à distribuição uniforme do ar de secagem (Figura 162).

Apesar de o modelo de silo apresentado neste trabalho ter capacidade para armazenar ao redor de 7.000 litros, o agricultor poderá, segundo a necessidade da fazenda, construir silos maiores ou vários pequenos silos, com um arranjo que possa facilitar as operações pós-colheita. Além de procurar atender à necessidade de armazenagem, o projeto deve ter por base uma dimensão tal que o custo por tonelada de produto armazenado seja cada vez menor. Apesar de o custo da tonelada estocada diminuir com o aumento do volume do silo, vários silos de menor capacidade individual proporcionam maior opção de manejo da safra armazenada, e, no caso do café, pode-se facilmente armazenar o produto por classes diferenciadas.

Para evitar cobertura individual, os silos podem ser construídos em uma cobertura coletiva, e cada silo protegido por uma cobertura em plástico que não seja transparente (Figura 155).

A construção de um silo tem início com a marcação e o posicionamento do elemento de sustentação que é a base do silo com diâmetro igual a 2,0 m, como mostra a Figura 161.

(a) (b) Figura 161 - Bases dos silos: (a) planta baixa e (b) base em construção.

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Caso o silo seja construído diretamente sobre o solo (Figura 162), deve-se ter maior cuidado na construção da base, que deve ser bem impermeabilizada. Na construção da base, já deve ser providenciada a instalação do ventilador (Figura 162) que funcionará durante a confecção da parede do silo.

Como o sistema de ventilação (ventilador transição e fundo perfurado) tem custo elevado em comparação ao custo total do silo, aconselha-se que ele seja construído com diâmetros maiores (entre 3,00 e 4,00 m) e com altura entre 2,0 e 3,0 metros. Para silos maiores, recomenda-se que o projeto tenha a orientação de um especialista. Um ventilador que forneça entre 2,0 e 2,5 m3 de ar por min, por m3 de grãos, deve ser adaptado ao sistema. Pode-se, também, adaptar um único ventilador de maior capacidade para atender dois ou mais silos com o fluxo de ar sugerido. Nesse caso, deve-se consultar o especialista.

(a)

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(b) Figura 162 - Detalhes da base perfurada (a) e base completa com ventilador (b).

Para sustentação do piso (chapas metálicas), foi construído um suporte em ferro CA 50 de ¾ de polegada, equivalente à altura da câmara plenum (30 cm), de modo que ficasse apoiado sobre o piso de concreto e sobre a base em alvenaria (Figuras 162b e 163). Apesar de menos recomendado, a construção do fundo perfurado pode ser em madeira ou tela de aço com malha de 2 mm e de alta resistência.

(a) (b) Figura 163 - Colocação do fundo com chapa perfurada (a) e verificação da estabilidade do sistema de apoio (b).

162

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Construção da parede do silo secador A parede do silo foi idealizada com o intuito de reduzir os custos e facilitar sua construção. Dessa forma, a estrutura da parede será construída com uma armação de tela em arame de aço n° 14, que será envolvida por uma tela do tipo viveiro. A primeira tela deve ser de malha menor ou igual a 50 x 100 mm (Figura 164), muito usada para cercado e encontrada nas lojas de produtos agropecuários. Essa tela de aço deve ser fixada, com arame, no piso perfurado e suas extremidades unidas também por arame de aço. A tela do tipo cerca é utilizada para dar resistência e conter o produto, e a tela do tipo viveiro, para facilitar a aplicação da argamassa.

Na parte interior da armação de telas deve ser fixado um cilindro de lona de plástico comum, para evitar o contato do produto com a argamassa, que é usada na construção da parede do silo (Figura 165a). Para evitar a saída de grãos por baixo da lona plástica, na armação telada deve ser fixada, com antecedência, uma cinta de contenção, confeccionada em chapa galvanizada nº 21 com 10 cm de largura e presa na base da armação (Figura 165a). É muito importante que o cilindro de lona plástica, com o mesmo diâmetro do cilindro telado, tenha altura de 1,5 m maior que o cilindro, que deve ser dobrado para fora para facilitar a carga do silo e que poderá proteger os grãos durante a aplicação da argamassa na parte superior do silo (Figura 165b).

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Figura 164 - Detalhe de fixação da armação telada ao piso perfurado.

(a) (b) Figura 165- Revestimento do silo: (a) detalhe da colocação da cinta de contenção e (b) ajustamento interno e externo da lona plástica.

Na base do silo secador, após a colocação da cinta de contenção, foi instalada a moldura da porta de descarga (Figura 166a), que só será totalmente aberta quando da primeira descarga.

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O modelo de silo aqui apresentado será revestido externamente quando já estiver mais da metade ou completamente cheio e protegido na parte superior com o excesso de lona plástica. Isso se deve ao fato de o conjunto lona plástica/produto armazenado servir como anteparo interno para a aplicação da argamassa que formará a parede do silo. Essa argamassa, com traço de 1:6:2 (cimento:areia:terra peneirada), tem a finalidade de dar proteção à lona plástica, para que não venha a ser perfurada por qualquer agente externo, e proteger completamente o produto armazenado.

A argamassa é aplicada à semelhança da técnica de estuque (Figura 167) e terá uma espessura de aproximadamente 3 centímetros quando acabada, devendo receber uma pintura para revestimento externo. Para a safra seguinte ou após o esvaziamento do silo, a lona plástica deverá ser cuidadosamente removida e, se achar conveniente, recolocada depois da aplicação do revestimento interno com a mesma argamassa e pintura interna à semelhança da externa. Após esse procedimento, o silo estará definitivamente construído. As Figuras 167 e 168 ilustram o acabamento do silo.

Depois de ser totalmente cheio, cobre-se o silo secador com o excedente da lona plástica que revestiu o seu interior, para facilitar o acabamento da parede, sem contaminar o produto (Figura 168a).

Após a adição da primeira camada de produto dentro do silo, que pode ser mesmo antes de iniciar a aplicação da argamassa, o ambiente já pode e deve ser insuflado pelo ventilador (Figura 166b).

Depois de cheio e seco, o produto deve ser protegido com uma cobertura de lona plástica escura, mesmo estando o silo sob cobertura (Figura 168c).

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(a) (b) Figura 166 - Silo secador-armazenador: (a) colocação da porta para descarga; e (b) enchimento.

Figura 167 - Revestimento externo do silo com argamassa e detalhes da armação metálica.

(a) (b) (c) Figura 168 - Aplicação da argamassa (a), silo pronto (b) e detalhes da proteção superior (c).

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Caso não se faça opção por construir pequenos silos com as tecnologias apresentadas, pode-se optar pelo sistema de alvenaria tradicional, ou seja, as bases dos silos seriam construídas da mesma maneira e o corpo em alvenaria de tijolos comuns ou furados. Deve ser lembrado que, para obter o mesmo volume de produto armazenado, o diâmetro externo do silo deve ser pelo menos 40 cm maior que o diâmetro interno, ou seja, a parede deve ser construída com os tijolos assentados segundo o seu comprimento.

Diferentemente da construção com parede telada e argamassa tipo estuque, que pode receber o café assim que a lona plástica é adicionada, na construção em alvenaria de tijolos só se pode receber o café depois de o silo pronto.

Para que se obtenham paredes de tijolos com circunferência e prumo perfeitos, deve-se usar um compasso especial, como pode ser visto na Figura 169. As paredes devem ser construídas conforme mostrado na Figura 170. Para cada 50 cm de parede deve-se construir uma pequena cinta de concreto.

Como pode ser visto nas figuras, não há necessidade da construção de formas para confecção da cinta. Basta respaldar a parede e assentar duas camadas concêntricas com os tijolos “em espelho” e de modo que forme um canal circular, onde será colocado o concreto, e um anel de ferro de 5/16 de polegada, para reforçar a parede (Figura 170).

Figura 169 - Compasso metálico para assentamento de tijolos em construção circular.

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Outra opção é utilizar lajotas perfuradas e, da mesma maneira, a cada 0,50 m, preparar uma camada de lajotas, como mostrado na Figura 171, e confeccionar a cinta de concreto (Figura 172).

Figura 170 - Construção de parede circular e detalhes do uso do compasso.

Figura 171 - Preparo da lajota para confecção da cinta de concreto.

Figura 172 - Elaboração da cinta de concreto com lajotas preparadas conforme Figura 171.

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6. Fornalhas para Secagem O objetivo principal deste tópico é o de construir sistemas e praticar a utilização racional da energia na secagem de modo a contribuir, de maneira ecológica, para a economia de combustível e, obviamente, para a redução dos custos de secagem, principalmente para aqueles produtos de menor valor comercial. Adicionalmente, alerta-se para uma redução na disponibilidade de energia para a secagem e que isso deve constituir-se numa preocupação para o cafeicultor. A preocupação se deve não só à escassez dos recursos naturais utilizados como fontes de energia, como também à elevação frequente dos preços dos derivados do petróleo que são ainda utilizados na secagem de produtos agrícolas.

O entendimento e o manejo correto de um sistema para o aquecimento do ar, bem projetado, farão com que proprietários de algumas fazendas de café deixem de utilizar fornalhas a lenha com elevado consumo, algumas em péssimo estado de conservação, mal dimensionadas e com excessiva perda de calor. A maioria dessas fornalhas utilizadas em fazendas de café não dispõe de mecanismo de controle do processo de combustão, sendo, de modo geral, operadas inadequadamente e produzindo grande poluição do ar no campo e mesmo próximo aos centros urbanos. Esse fato vem fazendo com que o Ministério Público e a polícia ambiental lacrem algumas unidades de secagem devido à quantidade de poluição causada, principalmente, pela queima da palha do café.

6.1. Combustão Na prática diária com a secagem de café em secadores mecânicos, a conversão da biomassa (lenha, carvão e restos culturais) em energia dá-se em fornalhas e queimadores

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especiais. Dependendo da conveniência quanto à utilização, o calor gerado pela combustão pode ser transferido para um fluido e até mesmo para um material sólido antes de ser transferido para o ar de secagem.

O processo de combustão consiste essencialmente na reação química entre o hidrogênio e o carbono, presentes no combustível (fóssil ou biomassa), com o oxigênio proveniente do ar atmosférico. Uma combustão eficiente (sem geração de fumaça) é aquela em que todos os elementos, resultantes do processo de queima, são transformados totalmente em dióxido de carbono (CO2), água (H2O) e CALOR (o que mais interessa no processo). A Tabela 4 mostra a composição média das principais biomassas usadas em fornalhas para uso em fazendas.

A combustão, ou queima direta, pode ser definida como o processo de oxidação de um combustível (biomassa) sob uma combinação de fatores que ocorrem simultaneamente em uma reação química exotérmica (geração de calor). Para que ocorra a reação de oxidação, os seguintes fatores devem estar disponíveis simultaneamente, como: biomassa, comburente (oxigênio) e temperatura de ignição. Esses fatores são normalmente conhecidos como triângulo da combustão ou do fogo (Figura 173).

Tabela 4 - Composição química básica de algumas biomassas Elementos (%)

Carvão vegetal

Lenha seca

Casca Arroz

de Sabugo Milho

Carbono

74,5

50,2

41,0

46,6

Hidrogênio

3,0

6,3

4,3

5,9

Oxigênio

17,0

43,1

35,9

45,5

Enxofre

0,5

-

-

-

Nitrogênio

1,0

0,06

0,4

0,5

Cinza

4,0

0,38

18,3

1,4

de

170

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Figura 173 - Triângulo da combustão.

6.2. Combustíveis Como mencionado, combustíveis são substâncias ricas em carbono e hidrogênio que, ao reagirem quimicamente na presença de oxigênio, liberam CO2, água e energia sob a forma de calor. O alto poder calorífico deve ser a principal característica dos combustíveis e refere-se à quantidade de energia liberada durante a combustão completa de uma unidade de massa ou de volume de um combustível. Para os combustíveis sólidos, ele é expresso, geralmente, em kJ.kg-1, e para os combustíveis gasosos, em kJ.m-3.

Quando na determinação do poder calorífico se considera o calor latente de condensação da umidade presente no combustível, tem-se o poder calorífico superior (PCI); quando não é considerado, tem-se o poder calorífico inferior (PCI) do combustível, que é o que mais interessa.

Os combustíveis, de acordo com o seu estado físico, podem ser classificados em sólidos, líquidos e gasosos, e, quanto à origem, em naturais e derivados. Os combustíveis naturais são utilizados nas formas em que foram obtidos, como o gás natural e a lenha. Os derivados, ou secundários, são os combustíveis resultantes de um processo de preparação, como o carvão vegetal e os derivados de petróleo.

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171

As substâncias comburentes são definidas como todas aquelas capazes de fornecer o oxigênio necessário à reação de oxidação do combustível. No caso de secagem do café ou de outros produtos agrícolas, o oxigênio é proveniente do ar atmosférico.

A temperatura de ignição corresponde à temperatura que a mistura combustível e comburente deve atingir para iniciar o processo de combustão e está relacionada com a pressão na qual a reação irá correr, bem como com o tipo de combustível.

Além da temperatura de ignição, a reação de oxidação é função da turbulência do comburente e do tempo disponível para a combustão (tecnicamente chamados de três Ts: temperatura, turbulência e tempo), como esquematizado na Figura 174, que fornece, também, a temperatura de ignição dos combustíveis mais usados. A disponibilidade desses elementos fundamentais está relacionada com a ocorrência da combustão, da seguinte forma: a) Disponibilidade de combustível e oxigênio: para que haja uma combustão perfeita, o combustível deve ser dosado de forma correta e deve contemplar um excesso de oxigênio, ou seja, mais do que o necessário para a reação química completa. Para os combustíveis sólidos, líquidos e gasosos são recomendados, respectivamente, 30 a 60%; 10 a 30%; e 5 a 20%. Portanto, ao alimentar uma fornalha, devemos verificar se o combustível e o ar injetado na fornalha estão na dose certa. Geralmente, para as fornalhas comuns, a quantidade de ar é comandada pela abertura do ar primário e pela chaminé. b) Contato do combustível com o oxigênio: o combustível e a fonte do comburente (ar ambiente), durante o processo de combustão, devem ter maior contato, para facilitar as reações químicas de oxidação, sendo isso facilitado com a pulverização, desintegração e/ou aumentando a turbulência do comburente no interior da câmara de combustão.

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c) Disponibilidade de tempo e espaço: para uma combustão perfeita e completa, o processo deve dispor de espaço físico e tempo suficiente para a realização das reações químicas. d) Ocorrência da temperatura de ignição: a mistura combustível e a substância comburente devem ser aquecidas até atingirem a temperatura de ignição do combustível.

Figura 174 - Temperatura de ignição de alguns combustíveis e os 3Ts da combustão.

Para o dimensionamento de equipamentos utilizados na queima ou oxidação do combustível (fornalhas), para o controle da combustão e para o dimensionamento de equipamentos que utilizarão o calor gerado, torna-se necessário o conhecimento da taxa de alimentação do ar de combustão e das características dos gases gerados (composição, volume, temperatura, etc.). Caso contrário, o sistema de secagem consumirá combustível em excesso, necessitará de fornalhas com tamanho desnecessário, terá a taxa de transferência de calor prejudicada, necessitará de manutenção e limpeza mais frequentes e, acima de tudo, produzirá muita poluição (Figura 175).

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Figura 175 - Poluição ambiental devido a fornalha operada inadequadamente com queima de palha de café.

O excesso de área calculado a partir da composição química do combustível se dá em função de uma série de fatores, como: tipo de combustível, método de queima, temperatura a ser atingida na fornalha, etc.

Como foi estabelecido, combustíveis sólidos como a lenha são os que mais exigem excesso de ar, ou seja, entre 30 e 60% do valor do ar teórico. Uma vazão insuficiente de ar provocará combustão incompleta, como aparecimento de monóxido de carbono (CO) e até mesmo fuligem nos produtos da combustão, reduzindo a eficiência da queima do combustível.

Por outro lado, um excesso de ar muito elevado é igualmente indesejável, porque resfria a fornalha e arrasta para fora a energia térmica útil.

A quantidade de ar atmosférico necessária para a combustão completa do combustível, considerando o excesso de ar, pode ser calculada pelas equações 2 e 3. A Tabela 5 apresenta os valores de referência recomendados para o excesso de ar (l). a) em kg de ar/kg de combustível: GAR = l GARmin b) em m3 de ar/kg de combustível: VAR = l VARmin

eq. 2 eq. 3

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Por exemplo, a VARmin para a queima de 1 kg de lenha seca é de 4,75 m3 de ar. Para uma queima perfeita, seria necessário um excesso de ar, ou seja, 7,1 m3.

Tabela 5 - Valores de referência recomendados para excesso de ar para diferentes combustíveis Combustível

Dispositivo de Queima

Carvão britado

Grelhas planas com ar natural

Excesso Ar(l) 1,50 a1,65

Grelha plana com ar natural

1,40 a1,50

Grelha plana com ar forçado

1,30 a1,35

Lenha

de

6.3. Fornalhas para secagem de café Fornalhas são dispositivos projetados para assegurar a queima completa do combustível, de modo eficiente e contínuo, em condições que permitam o aproveitamento da energia térmica liberada da combustão, obtendo-se o maior rendimento térmico possível. O projeto de uma fornalha para secagem de café deve ser baseado nos 3Ts da combustão: temperatura, turbulência e tempo. O tamanho e a forma da fornalha dependem do tipo de combustível, do dispositivo usado para queimá-lo e da quantidade de energia a ser liberada num intervalo de tempo. Para que ocorra a combustão completa do combustível, deve-se buscar uma mistura ar-combustível homogênea, na dosagem ideal e no tempo correto. Com isso, obtém-se um aquecimento do combustível até a sua ignição autossustentável.

As fornalhas podem ser classificadas, quanto à natureza dos combustíveis, em:  Fornalhas para combustíveis sólidos (lenha, carvão vegetal, sabugo de milho, etc.).

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 Fornalhas para combustíveis sólidos pulverizados (carvão em pó, casca de arroz, de café, etc.).  Fornalhas para combustíveis líquidos (óleo diesel, óleo BPF, álcool, etc.).  Fornalhas para combustíveis gasosos (gás natural, gás GLP, biogás, etc.).

Tipos de fornalha para a secagem do café Dependendo da forma de processamento do café (se via seca ou via úmida) e da qualidade da combustão, podem-se usar dois tipos de fornalha para a secagem: a) Fornalha com aquecimento direto – neste tipo de fornalha, a energia térmica proveniente dos gases resultantes da combustão e misturada com o ar ambiente é utilizada diretamente na secagem do café. Entretanto, a mistura de parte do gás comburente com os gases resultantes da combustão pode se tornar indesejável nos casos em que o processo de combustão é incompleto, gerando compostos contaminantes, como o monóxido de carbono e a fumaça.

Com o aproveitamento direto da energia térmica dos gases da combustão, as fornalhas com aquecimento direto, quando sob combustão completa, apresentam maior rendimento. Nessas fornalhas, precisa ser acoplado um decantador tangencial ou ciclone, no qual as partículas, principalmente as incandescentes, entram em movimento espiral e são separadas do fluxo gasoso pela ação da força centrífuga. b) Fornalha com aquecimento indireto – nas fornalhas com sistema de aquecimento indireto, a energia térmica dos gases provenientes da combustão é encaminhada a um trocador de calor, que tem a finalidade de aquecer, indiretamente, o ar de secagem ou uma segunda substância, como, por exemplo, uma caldeira geradora de vapor. Neste tipo de sistema, há perda de energia térmica pela chaminé e para o sistema,

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resultando em uma menor eficiência quando comparado à fornalha de aquecimento direto. As fornalhas com aquecimento indireto destinam-se a produtos agrícolas que requerem temperatura controlada e não muito alta durante a secagem, como na secagem de sementes, cacau e café cereja descascado.

Com relação à lenha, observa-se que as fornalhas com aquecimento indireto, em geral, apresentam excessiva perda de calor, consomem grande quantidade de combustível, não dispõem de mecanismos precisos para controle da combustão e da temperatura do ar de secagem e, apesar disso, são as mais usadas em secadores convencionais para café.

Além das desvantagens apontadas, a fornalha com aquecimento indireto, quando a lenha é de má qualidade e não adequadamente seca, produz fumaça ao queimar, causando desconforto e deixando cheiro ou gosto no produto quando o trocador de calor ou um dos elementos de ligação com o ventilador é danificado pelo processo de corrosão (Figuras 176 e 177).

Figura 176 - Vista frontal de um trocador de calor de uma fornalha a fogo indireto (ar/ar) com tubos reformados.

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Figura 177 - Detalhes de um trocador de calor (ar/ar) seriamente danificado pelo processo de corrosão.

Embora seja um combustível muito utilizado, a lenha requer fornalhas bem dimensionadas, construídas com materiais duráveis e critérios bem definidos para o seu uso (tamanho, qualidade, umidade do combustível, etc.).

As fornalhas com aquecimento indireto, quando utilizam trocadores de calor com fluidos térmicos (Figura 178), apresentam, além de outras vantagens, a facilidade do controle da temperatura do ar de secagem. Atualmente, na secagem de café, têm sido empregadas caldeiras a vapor para o aquecimento indireto do ar.

Embora seja uma tecnologia disponível e que resulta em produto de boa qualidade, as caldeiras são acessíveis somente aos grandes cafeicultores, sendo recomendadas para aqueles que operam mais de dois secadores simultaneamente. O elevado custo de implantação de uma caldeira convencional e o pequeno volume de café produzido não permitem que os pequenos produtores possam usufruir dessa tecnologia como uma das opções para proporcionar melhorias na qualidade do café.

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Figura 178 - Fornalha com aquecimento indireto, com autocontrole da temperatura máxima do ar de secagem.

O desinteresse das indústrias tradicionais de equipamentos para a cafeicultura em desenvolver sistemas de pequeno porte, compatíveis com o volume de produção dos pequenos cafeicultores, é facilmente entendido por se tratar de equipamentos cujo retorno econômico não é vantajoso em relação aos de grande capacidade. Assim, as indústrias de pequeno porte e de caráter regional é que podem ter melhores condições de atender a esse segmento da cafeicultura.

Considerando-se: a) a dificuldade de produção, em grande escala, de fornalhas a lenha que sejam econômicas, duráveis e que possam ser utilizadas para a secagem de café cereja descascado; b) as vantagens na queima direta da lenha como fonte de energia na secagem; c) o potencial de produção da lenha de eucalipto ou do resíduo da poda drástica do cafeeiro; d) o fato de a biomassa ser uma fonte renovável de energia; e) a disponibilidade de produção da biomassa no local de uso; f) a importância da qualidade do ar para a secagem do café; e g) a necessidade de aprimorar um sistema já bastante difundido para a secagem do café, optou-se por disponibilizar, neste manual,

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projetos que possam ser executados com recursos de oficinas modestas, comandadas por pequenos empresários regionais.

Fornalhas e princípio de funcionamento O conhecimento do princípio de funcionamento de fornalhas e a operação adequada delas são condições imprescindíveis para o uso racional da energia na secagem do café e de grãos em geral.

Como já mencionado, para que ocorra a combustão completa do combustível, deve-se buscar uma mistura: arcombustível, homogênea, na dosagem ideal e no tempo correto.

Com isso, obtém-se aquecimento do combustível até a sua ignição autossustentável. Comumente, as fornalhas destinadas à queima de combustíveis sólidos não pulverizados, como a lenha ou carvão (de eucalipto ou da recepa do café), possuem os itens descritos a seguir: a) Depósito de combustível – em caso de utilização de combustíveis como cavacos de madeira, carvão em fragmentos padronizados, “pellet” de biomassa, frutos secos de palmeiras, entre outros, algumas fornalhas apresentam um depósito de combustível para alimentação da grelha na câmara de combustão (Figura 179). b) Câmara de combustão – constitui o espaço destinado ao processo de combustão propriamente dito, onde todos os compostos combustíveis devem ser oxidados, liberando energia térmica (Figura 180). O importante em qualquer fornalha é ter um bom dimensionamento da câmara de combustão, da área da grelha e da abertura do ar primário, a fim de que se possa obter oxigênio em quantidade suficiente para, se convenientemente misturado com o combustível, gerar o máximo de gases quentes com o mínimo de fumaça.

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c) Grelha – é a estrutura que mantém o combustível sólido suspenso durante o processo de combustão, enquanto o ar comburente circula por sua superfície (Figura 181). d) Cinzeiro – é o depósito localizado abaixo da grelha e destinado a armazenar os resíduos da combustão (cinzas e pequenas brasas). Para o bom funcionamento da fornalha, o cinzeiro deve ser limpo periodicamente. e) Entradas de ar – entradas reguláveis, localizadas em pontos estratégicos no corpo da fornalha. São responsáveis pela passagem do ar comburente para o interior da fornalha e devem estar localizadas de forma que facilitem a mistura arcombustível. f) Saídas dos gases – são aberturas destinadas à saída dos gases resultantes da combustão e do excesso de ar comburente e que podem ser utilizados como fonte de energia térmica para diversas finalidades quando se trata do aquecimento direto.

Para as fornalhas de aquecimento indireto, a saída dos gases ocorre pelo sistema chaminé (Figura 178).

Figura 179 - Fornalha com depósito de combustível (carvão ou briquet) para secagem com queima direta do combustível.

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181

Figura 180 - Câmara de combustão da fornalha de uma pequena caldeira.

(a) (b) Figura 181 - (a) Grelha para queima de carvão vegetal; (b) grelha para queima de lenha.

Fornalha com aquecimento indireto para secagem Nas fornalhas com sistema de aquecimento indireto, os gases provenientes da combustão são introduzidos num trocador de calor, que, em contato com o ar ambiente, o aquecerá. Nesse tipo de fornalha, há perdas de energia térmica pela chaminé e no trocador de calor, resultando em menor eficiência quando comparada com as fornalhas com aquecimento direto.

As fornalhas com aquecimento indireto são destinadas à secagem de produtos agrícolas, como cacau e café descascado

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ou despolpado, que requerem ar quente com temperatura relativamente baixa e sem elementos contaminantes, como fumaça e resíduos da combustão.

Um modelo bastante interessante possui um trocador de calor do tipo tubo-carcaça, câmara de combustão e aquecedor de fluido térmico. O ar frio, ao entrar pelos tubos do trocador de calor, é aquecido pelo fluido circulante na carcaça do trocador de calor, até uma temperatura máxima determinada pela temperatura de ebulição do fluido circulante e pelo comprimento do trocador de calor.

Além da grande durabilidade, por trabalhar com fluido térmico sob temperaturas relativamente baixas, a fornalha em questão apresenta como vantagem a não contaminação do ar de secagem, mesmo quando a combustão é incompleta. Esse aspecto é de especial atenção na secagem de café, pois, quando apresenta cheiro de fumaça, pode sofrer deságio por parte de alguns compradores. A Figura 182 ilustra uma fornalha com aquecimento indireto com fluido circulante que foi projetada e construída no Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa (DEA/UFV) para secagem de sementes.

Por outro lado, as fornalhas dotadas de trocador de calor ar/ar apresentam menor durabilidade quando construídas em aço carbono, devido à alta temperatura a que ficam submetidas as superfícies de troca. Com o tempo, são comuns o desgaste e a necessidade de reparos frequentes, para que não haja contaminação do produto com a fumaça que passa pelas perfurações nos tubos ou espelho do trocador.

As Figuras 176 e 177 mostram detalhes de uma fornalha com aquecimento indireto (ar/ar), muito comum na secagem de café. Na Figura 176, nota-se que a fornalha em questão já sofreu substituição de tubos inferiores mais próximos da chama. Se necessitar de uma reforma completa, como no caso da Figura 177, é melhor a aquisição de uma nova fornalha.

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Figura 182 - Fornalha de aquecimento indireto com autocontrole de temperatura máxima do ar.

De modo geral, por desconhecer o princípio de funcionamento e o bom manejo de fornalha por aquecimento direto, o cafeicultor tem dado preferência à fornalha de aquecimento indireto, por possibilitar a secagem com qualidade do café descascado, principalmente. Entretanto, quando se trata do café natural (em coco), essa forma de aquecimento apresentase ineficiente sob o ponto de vista da utilização racional da energia; muitas vezes, devido ao desgaste no trocador de calor, essas fornalhas passam a funcionar como de aquecimento direto e sem controle da combustão.

Outro fato muito importante e que pode prejudicar a secagem de café de qualidade com o uso de aquecimento indireto é a falta de controle da tiragem da fornalha, o que causa grande quantidade de fumaça que entra diretamente na tomada de ar do secador (Figura 175).

Nesse sentido, os projetos modernos de aquecimento de ar que utilizam vapor (Figura 183) devem incorporar economizadores e/ou pré-aquecedores de ar, cujos benefícios resultam em economia de combustível e aumento de rendimento.

Uma fornalha com opção para aquecimento direto ou indireto do ar de secagem, de acordo com o café a ser secado, que permita o controle do processo de combustão e incorpore

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meios de aproveitamento da entalpia dos gases de combustão (Figura 184) foi recentemente desenvolvida e testada no DEA/UFV e muito contribuirá para o uso racional da energia na secagem de café (MELO, 2003). Nessa fornalha, a alimentação, no caso de biomassa fragmentada, é realizada por um transportador pneumático; e, quando se usa a lenha, é feita manualmente, pela porta da câmara de combustão.

Independentemente da forma de alimentação, a troca de calor é em fluxos contracorrentes (Figura 184). Quando se usam os gases de combustão, depois de a fornalha devidamente aquecida (após duas horas de funcionamento), fecha-se o registro da chaminé e abre-se o registro dos gases, que são mesclados com o ar aquecido pelo trocador de calor.

Figura 183 - Linha de vapor e trocadores de calor ar/vapor empregados na secagem de café.

Figura 184 - Fornalha com opção para aquecimento direto e indireto do ar de secagem.

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6.4. Construção da Fornalha Horizontal Tipo Tubo/Carcaça A fornalha (Figura 185) proposta neste manual foi desenhada para ser utilizada em secadores que demandam em torno de 90 kg de ar quente por minuto, por serem os tamanhos mais adotados na cafeicultura.

Para maior durabilidade e menor custo de manutenção, os componentes metálicos da fornalha devem ser construídos em aço inox 304. Nada impede, entretanto, que a fornalha seja construída em aço carbono. Na opção pela segunda alternativa (aço carbono), o cafeicultor deve levar em consideração a possibilidade de, em um curto período, gastar tempo e dinheiro para corrigir os danos por corrosão térmica (Figuras 176 e 177) e sem garantia de bom funcionamento e durabilidade da reforma.

Figura 185 - Fornalha com trocador de calor (ar/ar) para secagem de café.

Características da fornalha Para atender às demandas energéticas de 2.800 kJ por minuto (em torno de 90 kg por minuto de ar de secagem com

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temperatura de 55 ºC, ou aproximadamente 80 m3/min), estabelecidas para os secadores mais comuns e utilizados na secagem do café, a fornalha, cujos componentes serão descritos mais adiante, deve apresentar as seguintes características: a) Área mínima de transferência de calor (4 m2). Essa área é a soma das superfícies dos tubos e a superfície da carcaça. b) Altura da câmara de combustão (0,4 m). Distância entre a grelha e a primeira fila de tubos. c) Área mínima da grelha (0,18 m2). d) Área livre da grelha (0,04 m2). e) Consumo aproximado de lenha seca de eucalipto (15 kg por hora). f) Comprimento de tubo (1 m). g) Diâmetro dos tubos (0,05 m). h) Número mínimo de tubos (17). i) Tensão térmica da grelha para o consumo em questão (450 kW.m-2).

Componentes da fornalha a) Base de sustentação: deverá ser em aço inox 304, preferencialmente, e confeccionada com cantoneiras de abas iguais de 70 x 70 mm e espessura de 5 mm. As outras dimensões da base são mostradas na Figura 186.

Figura 186 - Base de sustentação da fornalha.

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b) Plataforma de sustentação do trocador de calor e coletor: deve ser confeccionada em chapas inox de 5 mm de espessura, convenientemente cortadas, que, depois de soldadas, ficam com a aparência de uma placa de 1.345 x 800 mm, com vazamento interno de 945 x 600 mm. Sobre as laterais da plataforma são soldadas as guias (duas de cada lado), para facilitar a retirada e a reposição da cobertura do trocador de calor durante a manutenção e limpeza das tubulações. As guias, também em aço inox, são constituídas de tiras de 5 x 30 x 1.227 mm. As outras dimensões da plataforma são mostradas na Figura 187.

Figura 187 - Plataforma de sustentação do trocador de calor e coletor. c) Caixa coletora de ar com saída para o ventilador: deve ser fixada em uma moldura de 700 x 1.245 mm, construída com barras de aço inox de 5 x 50 mm. A caixa coletora tem a área transversal semelhante à carcaça do trocador de calor e pode ser fixada a este por meio de parafusos ou solda. Na face frontal da caixa coletora deve haver uma abertura circular, na qual será fixado o duto que liga a fornalha ao ventilador (Figura 188).

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Figura 188 - Caixa coletora com abertura para saída do ar, montada sobre a moldura do trocador. d) Trocador de calor: é composto por carcaça construída em aço inox (3 mm), espelhos em aço inox (5 mm) e tubos trocadores com 50 mm de diâmetro, 5 mm de espessura e 1.000 mm de comprimento (Figura 189). O trocador de calor, tipo tubo carcaça, deve ser fixado ao coletor e à moldura (Figuras 189, 190 e 191).

Figura 189 - Trocador de calor com os tubos e moldura de apoio.

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Figura 190 - Trocador de calor com os tubos e moldura de apoio – vista por baixo.

Figura 191 - Trocador de calor e caixa coletora fixada na moldura de apoio. e) Grelha: pode ser construída em aço inox ou em ferro fundido. Estabeleceu-se que a área mínima calculada seria de 0,18 m2 e que a largura, para abertura interna da plataforma, deveria ser de no mínimo 600 mm; o comprimento mínimo da grelha deve ser determinado em função do comprimento dos pedaços de lenha (60 cm é muito comum). Portanto, a grelha para a fornalha em questão terá a configuração mostrada na Figura 192. A guia da grelha deve ser fixada à base da fornalha, de modo que permita a retirada e reposição da grelha após as operações de limpeza e manutenção.

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Figura 192 - Detalhe da grelha com a respectiva guia. f) Estrutura básica (chassi da fornalha): com a plataforma, as guias da cobertura do trocador e a guia da grelha, convenientemente acopladas ou soldadas na base, a estrutura geral de sustentação da fornalha fica com o aspecto apresentado na Figura 193. g) Revestimento da base: o revestimento interno da base da fornalha pode ser feito com alvenaria de tijolos comuns.

Pensando em longo prazo, entretanto, seria muito importante adicionar uma camada interna com tijolos refratários espelhados. Com esse procedimento, a base da fornalha teria maior durabilidade e eficiência. A Figura 194 mostra o aspecto final da base da fornalha.

Figura 193 - Estrutura básica fornalha, mostrando a grelha e as portas da câmara de combustão e do cinzeiro.

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Figura 194 - Base da fornalha pronta para receber o trocador de calor. h) Montagem do trocador de calor: com a base da fornalha no local de uso e devidamente revestida, basta aparafusar o conjunto trocador de calor, moldura e caixa coletora sobre a plataforma de sustentação e entre as guias da cobertura do trocador de calor (Figuras 195 e 196).

Figura 195 - Montagem do trocador de calor e caixa coletora sobre a plataforma de sustentação.

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Figura 196 - Plataforma de sustentação com seus elementos sobre a base da fornalha. i) Chaminé e cobertura do trocador de calor: finalmente, após a montagem de todos os componentes da fornalha e da chaminé, construída em aço inox de 2 mm e 200 mm de diâmetro, deve-se, além da proteção tipo chapéu chinês, ultrapassar pelo menos 1,50 m acima do telhado que cobrirá a fornalha. Para melhor desempenho da fornalha, é necessário acoplar a cobertura protetora, que, além de evitar contato de pessoas com a superfície quente da carcaça do trocador de calor, tem a finalidade de direcionar o ar, que será préaquecido pela superfície externa da carcaça, entrará pelos tubos do trocador e, por fim, passará pelo ventilador como ar de secagem (Figuras 197 e 198).

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Figura 197 - Cobertura do trocador de calor.

Figura 198 - Fluxo de ar frio e quente pela cobertura e trocador de calor (tubos). j) Finalização do conjunto: depois de todos os elementos devidamente montados, a fornalha terá o aspecto final mostrado nas Figuras 199 e 200.

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Figura 199 - Fornalha completa e seus componentes, como combustão e cinzeiro (vista anterior).

Figura 200 - Fornalha completa, mostrando saída de ar para ventilador e chaminé (vista posterior).

Recomendações para o Uso Correto da Fornalha Utilize eficientemente a lenha. A utilização de lenha úmida em fornalhas constitui um obstáculo à produção de calor.

A evaporação da água durante a combustão da lenha subtrai calor durante a queima, resultando em menor quantidade de

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energia para o aquecimento do ar de secagem. Quanto mais seca e mais densa for a lenha, maior o seu aproveitamento. Por essa razão, sugerimos ao extensionista ou fabricante a orientar o cafeicultor para providenciar lenha com bastante antecedência e, depois de convenientemente seca ao sol, que a guarde em local protegido de chuvas. O teor de umidade da lenha para queima em fornalhas deve ser inferior a 20% (Figura 201).

Figura 201 - Secagem da linha ao sol e devidamente preparada e protegida para uso.

Para o bom funcionamento do sistema, devem-se obedecer as recomendações que seguem: 1) Que a fornalha seja alimentada constantemente a intervalos preestabelecidos e com lenha de comprimento e diâmetro uniformes. Apesar de trabalhoso, deve-se evitar que o fogo abaixe muito para alimentar a fornalha, de uma só vez, com muita lenha. Como as fornalhas com aquecimento direto não possuem controles, uma alimentação cuidadosa auxilia na manutenção de temperaturas próximas das recomendadas para uma secagem eficiente.

2) A lenha deve ser separada em lotes homogêneos em comprimento e diâmetro. O uso de lenha de mesma classe facilitará a combustão e o melhor desempenho da fornalha.

3) Evite arremessar a lenha para dentro da câmara de combustão, uma vez que esse procedimento pode provocar

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rachaduras e contribuir para a diminuição da vida útil da fornalha.

4) Durante a alimentação de fornalhas com aquecimento indireto, a tiragem promove o ingresso de grande excesso de ar, que faz baixar a temperatura da chama, diminuindo a disponibilidade de energia e provocando grande perda de calor sensível pela chaminé. Portanto, evite abrir desnecessariamente a porta de alimentação da fornalha.

5) Para obter uma combustão eficiente e circulação adequada dos gases, mantenha uma programação diária para limpeza de todos os componentes da fornalha e do secador.

6.5. Construção de Fornalha com Fluido Térmico Um tipo bastante interessante de fornalha de aquecimento indireto possui trocador de calor do tipo tubocarcaça (Figura 202) ou radiador (Figura 203), câmara de combustão e aquecedor de fluido térmico. O ar frio, ao entrar pelos tubos do trocador de calor ou na colmeia do radiador, é aquecido pelo fluido circulante na carcaça do trocador de calor ou nas aletas do radiador. A temperatura máxima do ar de secagem é determinada pelo equilíbrio com a temperatura de ebulição do fluido quente circulante e o tamanho do trocador de calor ou radiador. Portanto, a temperatura do ar de secagem nunca atingirá a temperatura de ebulição do fluido quente, ou seja, se o fluido circulante for a água, dificilmente se conseguirá temperaturas superiores a 80 ºC, mesmo aumentando a taxa de combustão para os fluxos de ar usuais de secagem.

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Figura 202 - Fornalha com recirculação de fluido térmico e trocador de calor do tipo tubo-carcaça.

Figura 203 - Fornalha com recirculação de fluido térmico e trocador de calor tipo radiador.

A temperatura máxima de secagem é determinada pelo fluxo de ar, pelo tamanho do sistema e pela temperatura de ebulição do fluido quente. Além da grande durabilidade, por trabalhar com fluido térmico sob temperaturas relativamente baixas, as fornalhas em questão apresentam como vantagem a não contaminação do ar de secagem. Por não trabalhar em

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temperaturas elevadas, dificilmente o trocador de calor ou o radiador serão danificados. Esse aspecto é de especial atenção na secagem de café, pois, quando apresenta cheiro de fumaça, sofre deságio por parte de alguns compradores.

Apesar de bastante semelhantes quanto à forma de aquecimento do fluido quente, que é feita por um conjunto de placas paralelas, com paredes duplas, e espaçadas de 5 cm, conforme Figuras 204 e 205, aconselha-se que tanto as placas como as tubulações sejam confeccionadas em aço inox com espessura mínima de 3 mm. Por outro lado, as fornalhas apresentam diferenças quanto à forma de transferência de calor para o fluido frio.

Na fornalha da Figura 202 a troca de calor é feita por trocador de calor do tipo tubo-carcaça (Figura 206), cujo modo de união dos componentes é detalhado na Figura 207. Já na fornalha da Figura 203 a troca de calor para o fluido frio pode ser feita por radiador tipo colmeia (Figura 208) ou do tipo tubular (Figura 183). O radiador da Figura 208, muito eficiente, é o mesmo usado em instalações de câmaras de refrigeração; dependendo do tamanho do sistema a ser construído, podem-se usar radiadores para caminhões.

Figura 204 - Conjunto de placas paralelas de parede dupla, para aquecimento do fluido quente.

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Figura 205 - Detalhes da placa de aquecimento do fluido quente com parede dupla.

Figura 206 - Trocador de calor tipo tubo-carcaça com sistema de alívio.

Como o radiador mostrado na Figura 208 é muito sensível a choques (danificação da colmeia), recomenda-se a proteção com grade metálica, conforme mostrado na Figura 208.

Outra diferença significativa entre as fornalhas é que a fornalha com radiador necessita de uma bomba hidráulica (1/3 cv) e um depósito isolado para água quente. Em ambas as fornalhas, deve-se providenciar um depósito aberto à pressão atmosférica para compensar a dilatação da água. A Figura 209 mostra o

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arranjo do conjunto metálico para a fornalha com aquecimento do ar por radiador.

Tanto a fornalha com trocador de calor quanto aquela com radiador devem ser construídas em alvenaria de tijolos e, se possível, travadas com cantoneiras de aço (5 x 5 x 0,5), para a devida proteção do sistema.

Figura 207 - Conjunto aquecedor e trocador de calor para a fornalha da Figura 202.

Figura 208 - Radiador com sistema de proteção usado para transferência de calor para o fluido frio, para a fornalha da Figura 203.

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Figura 209 - Detalhes do arranjo do conjunto metálico para a fornalha com radiador, segundo vista geral na Figura 203.

6.6. Fornalhas com Aquecimento Direto para Secagem Nas fornalhas com sistema de aquecimento direto, a energia térmica proveniente dos gases resultantes da combustão é utilizada diretamente com o ar ambiente para o processo de secagem de produtos agrícolas. A mistura de parte do gás comburente com os gases resultantes da combustão pode se tornar indesejável nos casos em que o processo de combustão é incompleto, gerando compostos contaminantes, como o monóxido de carbono e a fumaça.

Com o aproveitamento direto da energia térmica dos gases da combustão, as fornalhas de aquecimento direto, quando bem projetadas e sob combustão completa, apresentam maior rendimento. Entretanto, nestas fornalhas precisa ser acoplado

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um decantador tangencial ou ciclone, onde as partículas incandescentes, formadas principalmente de carbono, entram em movimento espiral e são separadas do fluxo gasoso pela ação da força centrífuga.

As fornalhas de aquecimento direto podem ser classificadas, de acordo com o fluxo de gases provenientes da combustão, em fornalhas de fluxo ascendente e fornalha de fluxo descendente. No primeiro caso, a substância comburente entra na parte inferior da câmara de combustão, atravessa a grelha, entrando em contato com o combustível, e se mistura aos gases voláteis. Esse movimento dos gases no interior da fornalha é na forma ascendente. No segundo caso, a substância comburente entra na parte superior da fornalha, entra em contato com o combustível, atravessa a grelha e, misturando-se com os gases voláteis, forma um fluxo descendente no interior da fornalha. Nesse caso, a chama resultante da oxidação dos gases voláteis é formada sob a grelha.

A câmara de combustão nas fornalhas de aquecimento direto confunde-se com a própria fornalha e pode ser dividida em três partes distintas: a primeira destina-se à carga, à ignição do combustível e à entrada do ar comburente; a segunda compreende o espaço onde se desenvolve a chama e onde se completa a combustão dos compostos voláteis; e, finalmente, a terceira parte da fornalha tem a função de interligar a fornalha ao ciclone e de aumentar o tempo de permanência dos gases na fornalha.

Neste manual serão descritos dois tipos de fornalhas que podem ser construídas com diferentes materiais. Recomenda-se, no entanto, o material mais comum ou facilmente encontrado nas proximidades da propriedade agrícola, pois, com esse procedimento, o custo da construção ou adaptação ficará bastante reduzido.

Nos dois tipos de fornalha de aquecimento direto, os gases de combustão são misturados com o ar ambiente e

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succionados pelo ventilador e injetados diretamente na massa de grãos (Figuras 210 e 211).

Figura 210 - Fornalha a lenha com aquecimento direto e combustão paralela descendente.

Figura 211 - Fornalha a carvão vegetal com aquecimento direto e combustão em fluxos cruzados.

Caso o secador não possua um sistema seguro que possa succionar a mistura de gases e ar através da fornalha, os

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modelos propostos e que serão detalhados a seguir não poderão ser usados; nesse caso, deve-se optar por outro tipo de fornalha.

A opção por aquecimento direto deve-se ao fato de não haver necessidade de construção de chaminés nem de trocadores de calor, elementos que tornam uma fornalha, com aquecimento indireto, termicamente ineficiente e mais cara.

O material usado na construção da fornalha a lenha (Figura 210) consiste basicamente de tijolos comuns, areia de barranco, cimento, terra, açúcar ou caldo de cana, cantoneiras, ferros de construção e um sistema de grelha refrigerada a água (Figura 213), e, para maior durabilidade, revestimento externo com chapas metálicas e, internamente, com tijolos refratários.

Para a construção da fornalha a carvão, o material usado consiste basicamente de tijolos, de um kit metálico a ser construído em serralheria, cimento, areia de barranco, terra, açúcar ou caldo de cana, melaço de cana, cantoneiras, ferros de construção e chapas metálicas nº 14. Apesar de esta fornalha poder ser construída quase toda em alvenaria, recomenda-se que o depósito para carvão e o revestimento externo sejam construídos em chapa metálica, como indicado na Figura 212.

Figura 212 - Fornalha a carvão vegetal com depósito de carvão em chapa metálica.

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Figura 213 - Grelha tubular refrigerada a água.

Construção da fornalha com aquecimento direto A construção da fornalha a lenha de combustão descendente, como mostrada na Figura 210 e que pode ser adaptada a qualquer secador com ventilador centrífugo, inicia-se com a marcação da projeção horizontal ou planta baixa da fornalha (Figura 214) no local onde será construída, devendo ser, preferencialmente, no ponto mais próximo à entrada de ar no ventilador do secador. Após a marcação da planta baixa, inicia-se a montagem da fornalha pelo cinzeiro, que neste tipo de fornalha se confunde com a câmara de combustão (Figura 215). Caso a opção seja pelo revestimento interno em tijolos refratários, como mostrado na figura, deve-se ter o cuidado de ajustar bem os tijolos, para que não venha a se desmoronar com o uso da fornalha.

Assim que a altura do cinzeiro atingir 40 cm e as aberturas estiverem prontas e convenientemente acabadas, devese dar início ao assentamento dos tijolos comuns, para o perfeito isolamento da fornalha e início da construção do ciclone (Figura 216). Esses tijolos devem ser assentados com argamassa no traço 18:18:3, ou seja, 18 litros de areia, 18 litros de terra de

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formigueiro e 3 litros de açúcar. Para o revestimento final, devese adicionar 1 litro de cimento à argamassa de assentamento dos tijolos comuns. Deve-se lembrar de que o assentamento dos tijolos refratários exige argamassa apropriada e deve seguir as recomendações do fabricante.

Figura 214 - Planta baixa da fornalha a lenha com combustão descendente.

Figura 215 - Início da construção do cinzeiro, mostrando as aberturas de retirada das cinzas e saída dos gases quentes.

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(a) (b) Figura 216 - Construção da base da fornalha, com detalhes do cinzeiro (a) e início do ciclone com elemento de transição ligando cinzeiro e ciclone (b).

A terceira fase da construção tem início com a construção da câmara de combustão e depósito do combustível, que também se confundem. Da mesma forma que o cinzeiro, a câmara de combustão deve ser construída com tijolos refratários (Figura 217) e revestida externamente com tijolos comuns. Após o respaldo da fornalha e do ciclone, deve-se providenciar o assentamento dos tijolos, para formação dos canais de entrada de ar frio. Deve-se ter o cuidado de assentar os tijolos tangencialmente, conforme mostrado na Figura 218a. É essa forma de assentamento tangencial que ajuda o ar frio a passar por uma fresta de aproximadamente 3 cm e formar o redemoinho, que evita que brasas ou fagulhas possam ser puxadas pelo ventilador.

Assim que forem assentados os tijolos, como na Figura 218a, deve-se adaptar uma laje circular com o mesmo diâmetro externo do ciclone e com um furo central de 30 cm de diâmetro (Figura 218b). A seguir, deve-se construir o canal que liga o ciclone ao ventilador, o que é feito com tijolos comuns, coberto com uma pequena laje retangular de 5 cm de espessura.

Como a fornalha pode fornecer gases com temperatura superior a 500 ºC, devem-se providenciar registros no canal que

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liga o ciclone ao ventilador, para regular a temperatura do ar de secagem (Figura 219).

Finalmente, a Figura 220 mostra a estrutura completa da fornalha à lenha para aquecimento direto do ar com combustão descendente; devido a esse fato, a grelha fica localizada no ponto de temperatura mais elevada. Para evitar a fusão da grelha, ela foi confeccionada com tubos de aço e ligada a um tanque de água, para refrigeração por convecção natural.

A Figura 213 detalha o formato da grelha, que deve se encaixar, com pequena folga, dentro da câmara de combustão.

Assim, a temperatura da tubulação fica relacionada à temperatura de ebulição da água.

Caso o cafeicultor opte pela produção de café cereja descascado, ele pode, com apenas uma fornalha, fornecer ar quente para dois secadores. O secador para o cereja descascado será por aquecimento indireto e, para o café natural, por aquecimento direto. Para isso, ele deve combinar a fornalha em estudo (Figura 220) com a fornalha representada na Figura 209.

O resultado final será a fornalha mostrada na Figura 221.

(a) (b) Figura 217 - Construção da câmara de combustão com refratário (a) e revestimento e construção do ciclone com tijolos comuns (b).

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(a) (b) Figura 218 - Assentamento tangencial dos tijolos para entrada de ar frio (a) e montagem da laje para formar o ciclone (b).

Figura 219 - Construção do canal que liga o ciclone ao ventilador.

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Figura 220 - Vista geral, por dois pontos de vista, da fornalha a lenha com aquecimento direto descendente.

Figura 221 - Fornalha a lenha com aquecimento direto e indireto para secagem de café CD. É muito importante a operação da fornalha para que se obtenham bons resultados. O operador deve, após a verificação de funcionamento e carregamento do secador, limpar a fornalha e verificar o sistema de refrigeração da grelha para dar início ao processo de ignição da lenha na câmara de combustão da fornalha. Essa operação deve ser iniciada pela colocação de uma fonte de ignição (estopa umedecida com gasolina ou álcool) sobre a grelha e, sobre a estopa acesa, alguns pedaços de graveto e lenha de menores dimensões. Assim que o fogo inicial estiver vigoroso, pode-se adicionar a lenha, que deve ser seca e ter o

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tamanho compatível com a boca da fornalha (entre 40 e 45 cm).

Embora a fornalha possa queimar lenha úmida depois de iniciado o processo, a queima dessa lenha deve ser evitada por questão de rendimento térmico e contaminação do produto, com possível geração de cheiro de material estranho.

Desde a fase inicial e durante o processo de secagem, deve-se adicionar a lenha horizontalmente. Antes de ligar o sistema de ventilação do secador, recomenda-se esperar entre 10 e 15 minutos para que toda a primeira carga da fornalha esteja em combustão. Ao ligar o ventilador, a combustão deixa de ser ascendente e passa para o regime descendente ou de cima para baixo. Depois de regulada a temperatura de secagem, via registros de ar frio, deve-se manter a fornalha sempre carregada.

O operador aprenderá, com a prática, o tempo necessário para adicionar um novo pedaço de lenha à fornalha para que não haja variação da temperatura.

Quanto ao funcionamento do ciclone e do processo de combustão, sugere-se ao leitor que verifique o item 6.7 (Funcionamento da fornalha a carvão vegetal); as duas fornalhas funcionam praticamente da mesma forma. A Figura 222 mostra dois tipos de secadores com aquecimento direto a lenha com a fornalha, anteriormente descrita.

Figura 222 - Secadores com adaptação da fornalha com lenha com combustão descendente.

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Construção e operação da fornalha a carvão vegetal Além do aquecimento do ar para a secagem de café e grãos em geral, outras atividades agrícolas também demandam energia térmica, como é o caso da avicultura, que não somente se destaca como grande consumidor de energia elétrica, por utilizar grande número de equipamentos eletromecânicos, mas também pelo elevado volume de gás liquefeito de petróleo (GLP) consumido no processo de calefação, sobretudo durante a fase inicial de produção, quando as aves necessitam de ambiente com temperatura próxima a 32 ºC, em regime constante, que as fornalhas comuns não podem oferecer.

Assim, usar equipamentos para aquecimento do ar (Figura 211) que sejam eficientes, de baixo custo e que utilizem combustíveis alternativos com alimentação e temperaturas constantes é importante para reduzir os custos em atividades produtivas no meio rural.

A fornalha para aquecimento de ar usando carvão vegetal ou briquetes de madeira foi projetada em módulos, para compor um kit de fácil transporte e montagem pelo usuário. Fazem parte do kit: base (módulo 1); cinzeiro (módulo 2); câmara de combustão (módulo 3); pré-aquecedor ou base da carvoeira (módulo 4); carvoeira (módulo 5); ciclone (módulo 6); e grelha (módulo 7). Fazem também parte do kit as formas para lajes e todas construídas em aço inox, preferencialmente, conforme detalhes mostrados, mais adiante, nas ilustrações que caracterizam a fornalha.

Como as outras fornalhas mostradas neste manual, a fornalha com aquecimento direto a carvão é ideal para um terreiro secador de 5 x 15 (Figura 79) ou para secadores de café comercialmente disponíveis no Brasil para até 18.000 litros de capacidade estática (Figura 222). Para aquecimento de aviários,

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sugere-se um redimensionamento da grelha e dimensionamento do sistema de ventilação.

Para a construção de um terreiro híbrido ou aquecedor de aviários, devem ser adquiridos também: ventilador, termômetros e calhas de distribuição de ar.

A montagem da fornalha consiste no revestimento interno de cada módulo com paredes de tijolos maciços (comuns) ou, preferencialmente, refratários (Figura 223). Caso queira evitar a compra do revestimento metálico, pode-se construir a fornalha apenas em alvenaria e seguindo as dimensões internas dos moldes metálicos. Nesse caso, a fornalha tomará a forma aproximada da Figura 212 e deve ser protegida por cantoneiras metálicas (5 x 5 x 0,3 cm), para maior durabilidade.

Figura 223 - Revestimento interno dos módulos que compõem a fornalha.

Os módulos, na sequência apresentada, deverão ser unidos por meio de parafusos (fornecidos com o kit) e separados, internamente, por meio das lajes de concreto, conforme Figuras 224, 225, 226, 227 e 228. A fornalha, propriamente dita, forma uma estrutura única com cinco módulos ou compartimentos (Figura 229). As lajes internas da fornalha, principalmente as da câmara de combustão e da base, devem ser confeccionadas em formas de aço inox 3 mm (pelo menos a laje da Figura 226), com

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armação de ferro de 3/16 polegadas, e concretadas no traço 1:3:3 (cimento, areia lavada e brita n 1).

Uma laje circular com uma abertura no centro, de 0,30 m de diâmetro, deve ser preparada à semelhança da Figura 218, para a construção do ciclone (Figura 228).

Figura 224 - Forma e laje concretada para separar a base e o cinzeiro da fornalha.

Figura 225 - Forma e laje concretada para separar o cinzeiro da câmara de combustão.

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Figura 226 - Forma e laje concretada para separar a câmara do pré-aquecedor.

Figura 227 - Forma e laje concretada para fechar o pré-aquecedor.

Figura 228 - Forma e laje concretada para construção do ciclone.

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Figura 229 - Componentes básicos da fornalha a carvão vegetal ou briquetes.

A base da fornalha, com dimensões externas de 100 x 100 x 25 cm, é o primeiro compartimento a ser construído.

Destina-se à complementação da combustão dos gases e à condução desses gases até a entrada do ciclone. A base da fornalha, denominada câmara inferior de combustão, possui dimensões suficientes para proporcionar a complementação da combustão dos gases. Nela foram colocadas duas aberturas: uma de 20 x 25 cm, para a saída dos gases da fornalha, e outra de 20 x 20 cm, oposta à primeira, para limpeza do compartimento (Figura 230). Após completar o revestimento interno (Figura 231), deve-se colocar a laje de separação e formar a base da fornalha (Figura 232).

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Figura 220 - Módulo 1 ou base metálica para a construção da câmara inferior da fornalha.

Figura 231 - Câmara inferior ou base da fornalha, mostrando o revestimento interno com tijolos comuns.

Figura 232 - Base da fornalha, recebendo a laje e pronta para receber o módulo cinzeiro.

O segundo compartimento (Figura 233), com dimensões externas de 100 x 100 x 20 cm, destina-se ao recolhimento das cinzas provenientes da combustão do carvão na célula de

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queima (grelha suspensa). As cinzas e pequenas brasas, ao deixarem a célula de queima, passam por uma abertura de 25 x 25 m, localizada na laje inferior da câmara de combustão (Figuras 233, 234 e 235), sendo depositadas no cinzeiro. Para retirada das cinzas, existe, em um dos lados desse compartimento, uma abertura de 14 x 20 cm. A Figura 236 mostra a colocação da laje superior do cinzeiro.

Figura 233 - Compartimento cinzeiro, onde é mostrada a abertura na laje da câmara de combustão por onde caem as cinzas.

Figura 234 - Módulo 2 ou base metálica para a construção do cinzeiro (veja a abertura para retirada das cinzas).

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Figura 235 - Módulo 2 ou cinzeiro com detalhes do revestimento interno com tijolos e montado sobre o módulo 1 ou câmara inferior.

Figura 236 - Módulo 2 ou cinzeiro, recebendo a laje e pronto para receber o módulo 3 ou câmara de combustão primária.

O terceiro compartimento (Figura 237), com dimensões externas de 100 x 100 x 50 cm, é a câmara de combustão primária (Figuras 238 e 239). Nela é colocada a célula de queima, que recebe, por gravidade, o carvão contido no depósito situado acima da câmara de combustão. O depósito de carvão é encaixado na abertura da laje superior à câmara de combustão primária (Figura 237).

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Figura 237 - Módulo 3 (veja a abertura para acesso à grelha e para acender a fornalha).

Figura 238 - Módulo 3 ou câmara de combustão, com detalhes do revestimento interno com tijolos e montado sobre o módulo 2 ou cinzeiro.

Figura 239 - Módulo 3 ou câmara de combustão, recebendo a laje e pronto para receber o módulo 4 ou câmara de resfriamento da base do depósito de carvão.

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A câmara de combustão primária e a base da fornalha deveriam ser revestidas, internamente, com tijolos refratários.

Na câmara de combustão existem duas aberturas (Figura 237 – módulo 3): uma para acesso à grelha e outra destinada à entrada de ar primário ou comburente.

Para a regulagem do ar primário na câmara de combustão, pode ser colocado, na abertura de saída dos gases da fornalha ou na entrada do ciclone, um registro. Com isso, evita-se alterar a área de entrada de ar comburente na câmara de combustão.

O quarto compartimento (Figura 240), com dimensões externas de 100 x 100 x 30 cm, é o módulo superior ou de resfriamento da base do depósito de combustível, é construído com os objetivos de reduzir as perdas de calor através da laje superior da câmara de combustão e resfriar a base do depósito de carvão, fazendo o pré-aquecimento de parte do ar primário (Figuras 241 e 242). Acoplado ao módulo de resfriamento encontra-se o depósito de carvão e a grelha suspensa para a queima do combustível (Figura 243). A parte inferior do depósito de carvão comunica-se com a câmara de combustão por meio de uma abertura com 30 cm de diâmetro, situada na laje superior da câmara de combustão. Depois de acoplado o depósito de carvão, a fornalha, propriamente dita, fica com a configuração mostrada na Figura 244.

Figura 240 - Módulo 4 ou base metálica para a construção da câmara de resfriamento (veja a abertura para entrada de parte do ar primário).

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Figura 241 - Módulo 4 ou câmara de resfriamento, com detalhes do revestimento interno com tijolos e montado sobre o módulo 3.

Figura 242 - Módulo 3 ou câmara de combustão recebendo a laje e pronto para receber o módulo 4.

Figura 243 - Depósito de carvão ou briquete e detalhe da grelha suspensa e removível.

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Figura 244 - Configuração da fornalha com os cinco módulos montados e parafusados e detalhes da câmara de combustão com a grelha acoplada à carvoeira.

Detalhes do ciclone O ciclone ou decantador de fagulhas foi dimensionado segundo as recomendações de Lopes (2000) e, pelo fato de o ciclone trabalhar com pressão negativa, impôs-se que as entradas de gases e de ar ambiente seriam tangenciais à parede do ciclone em sua parte inferior e superior, respectivamente. Já a saída da mistura seria pela abertura central da laje do ciclone, via duto de conexão que liga ao ventilador (Figura 245).

Para facilitar a construção do ciclone, deve-se usar o componente interno fornecido em chapa metálica, como ilustrado na Figura 246. O componente interno do ciclone possui duas aberturas na base: uma para a entrada tangencial dos gases provenientes da fornalha e outra para inspeção e limpeza. Um registro pode ser instalado para regular, caso necessário, a velocidade dos gases na entrada do ciclone (Figura 244). O ciclone pode, também, ser construído como o estabelecido para a fornalha a lenha (Figura 218).

Para evitar perdas de calor e acidentes devido às altas temperaturas no componente metálico do ciclone, ele deve ser

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revestido, externamente, com tijolos comuns, conforme mostrado nas Figuras 245 e 247.

Sobre as paredes do ciclone constroem-se 10 a 12 aberturas tangenciais, feitas com tijolos. Para facilitar o trabalho de montagem, esse componente (Figura 248) pode ser fornecido pelo fabricante e tem a finalidade de auxiliar na decantação das fagulhas e possibilitar a entrada de ar frio e sua mistura aos gases quentes.

Figura 245 - Detalhes da fornalha com ciclone e duto de ligação com o ventilador

Figura 246 - Detalhes internos do ciclone com entrada tangencial inferior e porta de limpeza.

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Figura 247 - Construção do ciclone, mostrando a forma metálica para facilitar o assentamento e alinhamento dos tijolos e a formação da coroa com aberturas tangenciais para entrada de ar.

Figura 248 - Coroa metálica para auxiliar na montagem do ciclone (pode ser substituída por tijolos comuns).

Uma laje circular, com abertura central de 0,30 m de diâmetro (Figuras 228 e 245), deve ser colocada sobre o ciclone.

Finalmente, um duto, com dimensões apropriadas, deve ligar o ciclone ao secador ou ao sistema de ventilação para aquecimento de ambientes (Figuras 243 e 247). Na transição entre o ciclone e o elemento a ser aquecido, deve-se adaptar um registro para controlar a entrada de ar frio e, consequentemente, a temperatura de trabalho (Figuras 245 e 249).

Para interligar o ciclone ao ventilador, pode-se, também, construir um duto de alvenaria com uma ou duas aberturas laterais para regular a entrada de ar frio (ambiente), como na Figura 249.

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Figura 249 - Corte longitudinal da fornalha, mostrando a opção por construir um duto (30 x 30 cm) em alvenaria para ligar o ciclone ao ventilador.

Funcionamento da fornalha a carvão vegetal O funcionamento da fornalha tem início com o escorvamento do carvão no interior da célula de queima ou grelha suspensa, após o abastecimento do depósito de combustível, cuja capacidade é de aproximadamente 75 kg de carvão e suficiente para trabalhar sem abastecimento por até dez horas.

A grande vantagem da fornalha reside no fato de fornecer o ar quente com pouca variação de temperatura. A elevação ou abaixamento de temperatura é função direta das variações ambientais. Portanto, quase não há necessidade de regulagem de temperatura durante o decorrer do dia. Caso seja necessário um valor constante, durante todo o período, pode-se adaptar um sistema automático para regular a entrada de ar comburente.

O material sólido (carvão ou briquete) proveniente do depósito de combustível alimenta continuamente, por gravidade, a célula de queima situada na câmara de combustão. Um registro manual, localizado na saída dos gases da fornalha, controla a entrada de ar comburente na câmara de combustão, permitindo que quantidades maiores ou menores de ar sejam admitidas. À medida que o combustível vai se deslocando para a parte

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inferior do depósito, a temperatura na sua superfície vai se elevando até atingir, na célula de queima, a temperatura de ignição.

O oxigênio do ar, ao passar pela grelha suspensa (zona de reação), entra em contato com o combustível sólido, desencadeando as reações de oxidação do combustível, gerando maior ou menor quantidade de calor, de acordo com a quantidade de ar comburente admitida.

As cinzas resultantes da combustão descem continuamente, por gravidade, para o compartimento do cinzeiro, localizado abaixo da câmara de combustão. Pequenas brasas, que atravessam a malha da grelha, completam a combustão no cinzeiro (Figura 250).

Figura 250 - Detalhe do interior do cinzeiro, mostrando a complementação da combustão.

Os gases da combustão (Figura 251) são conduzidos até o ciclone pela diferença de pressão estabelecida pelo ventilador entre os pontos de entrada e de saída dos fluidos gasosos no interior da fornalha. Os gases, ao entrarem tangencialmente no ciclone, adquirem trajetória em espiral, fazendo com que as partículas, pela ação da força centrífuga, colidam contra a parede do cilindro, perdendo velocidade, decorrente do atrito, e

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favorecendo sua decantação. Simultaneamente, os gases, em movimento espiralado, são succionados para cima, pela parte central do ciclone (Figura 252).

Figura 251 - Detalhes da combustão na grelha e coloração das chamas.

Figura 252 - Corte longitudinal da fornalha, mostrando seus componentes e trajetória dos gases de combustão.

Devido ao movimento em espiral, partículas incandescentes são apagadas durante sua trajetória no interior do ciclone (Figura 253). Aberturas laterais, situadas no duto de ligação entre o ciclone e o ventilador, permitem a mistura do ar ambiente com os gases quentes, provenientes da fornalha, cuja temperatura é indicada por um termômetro instalado na saída do ventilador. O ventilador, após succionar a mistura dos gases da combustão e do ar ambiente, fornece uma vazão de ar aquecido, propício à secagem de produtos agrícolas ou para aquecimento de ambiente. O fluxo de gases no interior da fornalha é ilustrado na Figura 252.

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Figura 253 - Detalhe do ciclone, mostrando o movimento dos gases em seu interior.

6.7. Fornalha de Aquecimento Misto com Abastecimento Diário A qualidade do ar de secagem influencia sobremaneira a qualidade do café descascado ou despolpado durante a secagem.

O café, nessas condições, apresenta-se sensível a altas temperaturas e a contaminantes presentes no ar de secagem, razão pela qual comumente utilizam-se fornalhas com aquecimento indireto do ar de secagem. Tem-se observado, no geral, que as fornalhas a lenha utilizadas na secagem de café apresentam excessivas perdas de calor, consomem grande quantidade de combustível, não dispõem de mecanismo de controle do processo de combustão e, na maioria das vezes, são operadas inadequadamente.

Uma das maiores dificuldade de se trabalhar com as fornalhas tradicionais, para secagem do café, está relacionada ao sistema de alimentação (tipo de combustível e a forma de abastecimento). Muitos cafeicultores desistem de usar a lenha como combustível, alegando que o custo da mão de obra para preparar a lenha e alimentar a fornalha fica muito elevado. Para resolver esse problema, começaram a utilizar fornalhas com alimentação automática, tendo como combustível a palha do

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café. Infelizmente, essa prática vem sendo disseminada com grande intensidade nas cafeiculturas das Matas de Minas e Serra do Espírito Santo.

Além de estar queimando um produto de alto valor para a manutenção da qualidade do solo, são usadas fornalhas ineficientes e que causam grande poluição tanto no campo como nas comunidades próximas às fazendas de café (Figura 254).

Além de prejudicar a relação campo e comunidades, há relatos de acidentes automobilísticos causados pelo excesso de fumaça gerada pela secagem do café; a atividade vem sendo proibida em determinados horários em alguns municípios, e algumas unidades foram lacradas por ordem do Ministério Público.

Além desses aspectos, a palha de café já deveria ter sido completamente banida dos sistemas de secagem. Uma tonelada de palha de café equivale, entre outros produtos, a 37 kg de cloreto de potássio.

Figura 254 - Vista da intensidade de poluição em uma fazenda que utiliza fornalhas alimentadas com palha de café.

Para mitigar esse problema, deveria ser obrigatória a utilização de uma fornalha a lenha (cultivada ou da recepa do

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café) de custo compatível, que não gere fumaça, que use o mínimo de mão de obra, tenha controle de temperatura e com opção para operação em aquecimento indireto e aquecimento misto. As duas modalidades de operação permitirão ao cafeicultor utilizar o mesmo sistema de secagem tanto para o café em casca, quando a fornalha for operada com aquecimento misto, quanto para o café descascado ou despolpado, quando for operada com aquecimento indireto.

Preocupados com os problemas citados, os autores estão disponibilizando tecnologia alternativa que possa minimizar todos os problemas apontados com o uso de fornalhas de alto custo, ineficientes e poluidoras. Para atender esses objetivos, testes preliminares, realizados no Sítio Santa Luzia (São Geraldo-MG), mostram que o modelo descrito a seguir tem facilidade de carga, facilidade do controle da combustão e da manutenção da temperatura do ar de secagem, podendo ser usado para aquecimento indireto e misto, com carga para até 10 horas de funcionamento, e durante a queima da lenha para secagem é possível, usando o núcleo de carbonização, produzir carvão vegetal para uso em fornalhas a carvão do tipo descrito no item 6.6.2 e mostrado na Figura 245. Apesar dessas vantagens, o uso do carvão produzido pela fornalha em pauta para a secagem de grãos pode ser menos vantajoso que a venda de carvão para churrascaria ou outros fins. Caso contrário, a própria fornalha permite a queima do carvão produzido com um simples manejo no processo de queima.

Em outras palavras, pode-se dizer que, quando for usado o núcleo de carbonização, o cafeicultor poderá produzir carvão vegetal durante o processo de secagem e obter rendimento financeiro, adicional, durante o processo. Tal procedimento permitirá o uso racional da energia na secagem e a garantia da qualidade do ar necessária para obtenção de um produto de qualidade e produção de carvão. Também, durante a entressafra a fornalha (Figura 255) poderá ser usada para produção de carvão vegetal de modo simples e ecologicamente correto.

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Silva, Donzeles, Moreli, Soares, Lopes e Vitor

Figura 255 - Fornalha a lenha, sem fumaça, para secagem com aquecimento indireto e misto.

Descrição da Fornalha O sistema (fornalha sem fumaça) com câmara de combustão contendo um núcleo de carbonização é acoplado a um trocador de calor isolado por um cilindro em alvenaria, e um trocador alternativo (via chaminé) deve ser ligado ao secador por intermédio do ventilador do secador. O sistema é (via dimensionamento) compatível com a capacidade de secagem dos secadores comumente utilizados na secagem do café. A fornalha em pauta, diferente das encontradas no mercado, é moderna, ecológica, prática, eficiente, com abastecimento para até 12 horas e rápida na produção de carvão com o núcleo de carbonização. O projeto, como os anteriores, pode ser construído em oficinas modestas e próximo aos cafeicultores, e o carvão produzido (opcional) pode ser vendido para aumentar a renda do cafeicultor. Como é um material de boa qualidade, reúne uma série de vantagens sobre a lenha no abastecimento de fornalhas especiais para esse combustível, o que o torna propício à utilização em fornalhas com aquecimento direto para a secagem de produtos agrícolas, uma vez que, por ser um combustível oriundo da pirólise da madeira, todos os compostos nocivos

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entraram em combustão, ao saírem do núcleo de carbonização.

Na exaustão, pelo sistema de câmara de combustão descendente, eliminará somente vapor d’água, gás carbônico e calor, que poderão ser misturados ao ar ambiente e usados em aquecimento misto do ar de secagem (direto e indireto).

Os autores acreditam que uma das principais vantagens da fornalha em pauta é, por ocasião da entressafra, produzir carvão de maneira ecologicamente recomendável e eliminando o primitivo processo, via forno rabo quente, com demanda de tempo e mão de obra e contaminando o meio ambiente.

Assim, para obtenção de um produto de qualidade e sem poluição do meio ambiente, é necessário assegurar a qualidade do ar de secagem, o que requer uma fonte limpa de energia ou fornalhas dotadas de trocadores de calor com queimadores ou filtros de alto custo para evitar a poluição com fumaça. Alguns combustíveis, como o gás natural e o GLP, atendem a esse requisito. Entretanto, para a maioria das propriedades rurais, o custo com o transporte, a garantia de fornecimento e a incerteza sobre os preços requerem desta opção maiores estudos. A energia da biomassa, principalmente as provenientes da lenha e do carvão vegetal, originadas de reflorestamento ou da recepa do café, e de resíduos agrícolas, constituem as opções energéticas mais indicadas para os pequenos e médios produtores de café, por se tratar de matérias-primas presentes nas propriedades.

A produção de carvão vegetal tem sido questionada por vários segmentos da sociedade, por promover o desmatamento, explorar mão de obra infantil, ser insalubre e poluir o meio ambiente. De fato, não podemos sugerir um combustível produzido nessas condições para a secagem de um produto como o café e de nenhum outro produto agrícola nacional.

Entretanto, pretende-se mostrar que é possível obter carvão ecologicamente correto sem agressão ao meio ambiente e com resíduos agrícolas oriundos da própria lavoura de café.

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Silva, Donzeles, Moreli, Soares, Lopes e Vitor

O projeto em pauta é uma nova concepção de fornalha, a lenha, sem fumaça dotada de um núcleo de carbonização. A fornalha com opção para produção de carvão, também sem fumaça, pode ser construída e operada junto ao secador, para aproveitar o calor limpo gerado durante a carbonização. Caso o agricultor opte por produzir mais carvão durante a entressafra, outras fornalhas poderão ser construídas para esse fim. Uma fornalha para secadores comuns de 10.000 a 15.000 litros de capacidade estática pode, com carga única, gerar calor para o secador durante 10 a 12 horas continuamente e, ao final, produzir carvão de excelente qualidade, sem os graves inconvenientes ocasionados pelos sistemas convencionais, como subutilização da biomassa lenhosa, contaminação do operador e do meio ambiente por elementos altamente prejudiciais à saúde presentes na fumaça, esforços físicos desnecessários, carbonização incompleta pela ausência de controle do processo, baixo rendimento gravimétrico, etc.

Como é um projeto simples, de fácil construção, as indústrias de pequeno porte teriam melhores condições de atender ao segmento da pequena e média cafeicultura, por não requererem equipamentos sofisticados para a produção de qualquer das fornalhas aqui apresentadas. Assim, necessário se faz o estudo da viabilidade técnica e econômica do sistema de aquecimento proposto, que pode atender a uma faixa maior de produtores e sua difusão junto aos fabricantes de equipamentos para melhoria da qualidade do café.

Como já existe um modelo de fornalha eficiente, com autocontrole de temperatura, não poluidor e que usa carvão vegetal como combustível, a nova fornalha a lenha poderia atender a um secador e fornecer carvão vegetal (ecologicamente produzido), que pode, também, ser usado para aquecer outros secadores; o sistema passaria a ser, também, usado pela grande cafeicultura.

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235

Componentes da Fornalha A fornalha para aquecimento de ar usando lenha e sem produção de fumaça, como a fornalha a carvão vegetal, foi também projetada em módulos para compor um kit de fácil transporte e montagem pelo usuário. Fazem parte do kit: núcleo de carbonização opcional (módulo 1); câmara de combustão com cinzeiro e grelha (módulo 2); coifa e tampa coifa com entrada de ar frio (módulo 3); chaminé removível (módulo 4); entrada de ar frio (módulo 5); e saída para o ventilador (módulo 6). Os outros componentes, como base e isolamento em alvenaria, completam a fornalha e devem ser construídos durante a montagem dela.

Como não é função deste manual fazer o dimensionamento de fornalhas, serão mostradas de agora em diante as dimensões de uma fornalha que se adapta ao terreiro híbrido (Figura 62) ou ao secador de camada fixa (Figura 85).

Módulo 1 – Núcleo de carbonização: é um módulo opcional, ou seja, só será utilizado se for desejo do cafeicultor produzir um pouco de carvão vegetal. Consta de um cilindro metálico (chapa de 2 mm) com 60 cm de diâmetro e 80 cm de altura; o fundo deve ter uns cinco a seis furos, feitos com broca de 10 mm, para a saída dos gases de carbonização, e deve ficar apoiado sobre a base de alvenaria. O fundo pode, também, ser substituído por um fundo removível e com travas e saída para os gases; a parte superior pode ser fechada e dotada de gancho, para facilitar a remoção do núcleo da câmara de combustão (Figura 256). Caso se queira fazer carvão eventualmente, o núcleo pode ser substituído por um tambor metálico de 200 litros, com tampa apresilhada, muito usado para sucos de laranja.

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Figura 256 - Módulo 1 ou núcleo de carbonização.

Módulo 2 – Câmara de combustão com cinzeiro e grelha: a câmara de combustão consta de um cilindro metálico em chapa de 3 mm, com 1,0 m de altura, 0,80 m de diâmetro e reforçado, nas extremidades, por cantoneiras de 30 x 30 x 3 mm, possuindo quatro entradas (7 x 7 cm), reguláveis, para o ar primário. Caso não se queira o núcleo de carbonização, a câmara de combustão deve ser simplesmente apoiada no cinzeiro com grelha (Figura 257). A câmara de combustão deve ser alimentada, preferencialmente, com lenha de diâmetro máximo de 10 cm e altura de 1,0 m quando trabalhar com o núcleo de carbonização, que, por sua vez, deve ser carregado com lenha de, no máximo, 20 cm de comprimento, para facilitar a carbonização. Na Figura 258 é visto o núcleo de carbonização aberto e carregado com pequenas toras de eucalipto, fechado, após carbonização e mostrando a produção em carvão. Deve-se lembrar que os gases saídos do núcleo de carbonização são queimados na câmara de combustão e usados no aquecimento do conjunto e que, devido à elevada temperatura da câmara de combustão, o tambor tem duração limitada a dez carregamentos. Portanto, o uso do tambor deve ser baseado em uma análise dos custos de um tambor comum e de um núcleo fabricado com material apropriado ou, preferencialmente, em chapa inox de 2 mm.

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237

(a) (b) Figura 257 - Cinzeiro com grelha (a) e câmara de combustão sobre o cinzeiro (b).

Figura 258 - Detalhes do carregamento até a produção do núcleo de carbonização.

Módulo 3 – Coifa e tampa com entrada de ar frio: a coifa (Figura 259a) tem a finalidade de fechar a câmara de combustão e dirigir os gases quentes, originados da combustão da lenha e do núcleo de carbonização (opcional), para a chaminé móvel, no caso de aquecimento indireto, ou para ser misturado com o ar ambiente para aquecimento misto, o que dá, ao conjunto, maior rendimento térmico. Já a tampa com entrada de ar frio (Figura 259b,c) tem a função de dirigir o ar ambiente para ser aquecido com o calor transferido pela coifa (aquecimento indireto ) e com os gases da combustão (aquecimento misto).

238

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Módulo 4 – Chaminé removível: a chaminé removível (Figura 259d) tem a função de acelerar o início da combustão e permitir que a fornalha trabalhe em regime de aquecimento indireto. Depois de 30 a 60 minutos de funcionamento, a chaminé pode ser removida para trabalhar em regime de aquecimento misto. Neste caso, o ventilador vai puxar o ar ambiente e os gases que saem pelo pescoço da coifa, onde é acoplada a chaminé.

(a)

(b)

(c) Figura 259 - Coifa (a), tampa com entrada de ar frio (b) e detalhe do conjunto metálico (c).

Módulo 5 – Entrada de ar frio inferior: a entrada de ar frio inferior deve possuir uma porta regulável para entrada e aquecimento do ar ambiente e tem a mesma finalidade do “módulo 3”. Essa entrada deve ser aberta depois que a fornalha já tiver trabalhado por algumas horas. A entrada de ar frio deve ser regulada de tal forma que não permita que a temperatura de

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239

combustão abaixe dos 350 ºC. As dimensões da entrada de ar frio inferior são as mesmas da entrada do cinzeiro (Figura 257a), tendo a profundidade igual à parede externa da fornalha (Figura 255).

Módulo 6 – Saída para o ventilador: este módulo deve ser adaptado no meio da parede da fornalha e em posição oposta ao cinzeiro e entrada de ar frio inferior. Com esse procedimento, pode-se equilibrar os fluxos de ar frio inferior (módulo 5) e superior (módulo 3).

Finalmente, a fornalha deve ser montada sobre uma base (Figura 260) de concreto ou em alvenaria, de modo a facilitar a montagem dos módulos, carregamento, retirada do núcleo de carbonização (opcional) e limpeza da fornalha. Como mencionado, a câmara de combustão deve ser alimentada, preferencialmente, com lenha de diâmetro aproximado de 10 cm e altura de 1,0 m quando trabalhar com o núcleo de carbonização, que, por sua vez, deve ser carregado com lenha de, no máximo, 20 cm de comprimento, para facilitar a carbonização (Figura 258).

Figura 260 - Base da fornalha com abertura para o cinzeiro.

Sistema (fornalha e núcleo de carbonização) Tanto a câmara de combustão, trocador de calor, chaminé, coletores de ar quanto o núcleo de carbonização deverão ser construídos, preferencialmente, em aço inox 310, e cada componente, segundo a probabilidade de desgaste, em

240

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chapa com 3, 2 e 1 mm de espessura. O sistema metálico, para favorecer o aproveitamento do calor liberado, deverá ser acondicionado em uma estrutura cilíndrica construída em alvenaria, com tijolos cerâmicos comuns e sobre uma base de concreto, onde existe também uma entrada para o ar primário e acesso ao cinzeiro. Como não existirá material incombusto ao final do processo (exceto o carvão contido no núcleo de carbonização), o sistema fornalha/tomada de ar não necessitará de ciclone, como nas fornalhas comuns com aquecimento direto.

O depósito de lenha para uma carga de 8 a 10 horas e o núcleo de carbonização, se for usado, farão parte da câmara de combustão, que permitirá, também, a queima dos gases gerados no núcleo de carbonização.

Para recuperar parte da energia perdida pela chaminé, esta poderá ser revestida por uma camisa metálica, por dentro da qual se fará a entrada de parte do ar de secagem. No caso de se aproveitarem os gases da chaminé (vapor superaquecido e CO2) para aquecimento misto, uma tampa com um duto, como mostrado na Figura 259, permitirá uma mistura dos gases que saem da coifa com o ar ambiente antes de entrar no ventilador.

Opcionalmente, na operação da fornalha com aquecimento indireto, a entalpia dos gases provenientes da chaminé pode ser usada para aquecimento de água, secagem de lenha ou em um trocador de calor adicional, para melhorar, ainda mais, o rendimento térmico do sistema.

Possibilidades de Controle do Sistema Um termostato poderá ser instalado para indicação da temperatura dos gases na câmara de combustão. Uma temperatura acima da programada indicaria riscos para a operação do sistema1. Por outro lado, uma temperatura aquém 1

Temperaturas elevadas poderão acarretar diminuição da vida útil do equipamento, fusão das cinzas e do material da célula de queima.

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241

da desejada indicaria combustão incompleta e insuficiência de energia para atendimento da demanda e dificuldades de atender à temperatura necessária ao núcleo de carbonização, quando for o caso.

O sinal gerado pelo elemento sensor poderá ser amplificado e enviado para o sistema de distribuição de ar ou para um pequeno ventilador extra, a fim de regular a chaminé (quando necessário) que regularizará o fluxo de ar comburente na câmara de combustão até esta alcançar a temperatura e o excesso de ar adequado à combustão. Para a operação da fornalha com aquecimento misto, outro sensor pode ser instalado na saída da chaminé, para indicação da temperatura dos gases de exaustão. Um sinal seria enviado para um motor de passo, acoplado a um registro instalado na entrada de ar secundário da fornalha, que poderia controlar a abertura de passagem do ar comburente até que a câmara de combustão atinja a temperatura necessária à queima completa dos voláteis.

Um termostato pode ser instalado no plenum do secador, para controle da abertura de ar frio para mistura com ar quente.

Também, um sensor instalado na entrada do ventilador pode acionar um alarme, indicando que a carga de lenha e os gases do núcleo de carbonização foram queimados, que o sistema de ventilação deve ser desligado e que o produto (café) dentro do secador deve descansar por, pelo menos, seis horas (secagem parcelada). Segundo Silva et al. (2008), esse é um dos processos mais eficientes para a secagem do café e arroz. Depois desse tempo, a fornalha deve ser recarregada e iniciada um novo período de secagem.

Carga e Funcionamento da Fornalha A carga da fornalha em questão é uma operação de suma importância. É com a carga perfeita e usando lenha, devidamente preparada, e controlando todas as entradas de ar que se consegue uma combustão perfeita e com ausência de

242

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fumaça. O trabalho tem início com a carga do núcleo de carbonização, que, mesmo sendo opcional, deve seguir as recomendações sobre os módulos 1 e 2 e as ilustrações mostradas na Figura 258. Caso a construção atinja uma altura que dificulte a carga do núcleo, ela deve ser feita fora da câmara de combustão e adicionada à câmara por intermédio de um sistema de carretilha e roldana (não apresentado) com esse lado vedado. Os foros ou abertura para escape dos gases de carbonização devem ficar voltados para o cinzeiro, como mostra a Figura 256.

Com o núcleo carregado e devidamente posicionado dentro da câmara de combustão, deve-se iniciar a adição de lenha de combustão (diâmetro inferior a 10 cm e comprimento igual à altura do núcleo ou 80 cm), que deve preencher todo o espaço entre o núcleo e a parede da câmara de combustão. O restante da câmara de combustão, até o nível superior, deve ser preenchido com o mesmo tipo de lenha e com pedaços menores que 25 cm de comprimento, ou o mesmo material usado para carregar o núcleo (Figura 258).

Para acender a fornalha, basta colocar sobre a lenha três pequenas buchas de estopa embebidas com combustível e, sobre elas, uma pequena quantidade de madeira ou gravetos de fácil combustão e iniciar o fogo. Quando a chama estiver firme, colocar a coifa e em seguida a chaminé móvel, para facilitar a combustão (veja a sequência na Figura 261, que mostra uma fornalha sem a proteção de alvenaria e sistema de ventilação).

Passados 10 minutos, pode-se operar a fornalha e fazer controles das aberturas de ar (ar primário ou de comburente e ar de secagem). Lembre-se de que a fornalha só deverá ser iniciada se todas as condições de secagem e secadores estiverem dentro da normalidade.

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243

Figura 261 - Sequência operacional para o processo de combustão com a fornalha sem fumaça.

Para finalizar o assunto referente a fornalhas e com o objetivo de facilitar a opção por diferentes tipos de fornalhas e fontes de energia para a secagem de café, é apresentada nas Tabelas 6, 7 e 8 (LOPES et al., 2001) uma aproximação do consumo de diferentes tipos de combustíveis para várias vazões e temperaturas do ar de secagem. Assim, de posse das características comerciais de cada opção, da disponibilidade de determinado tipo de combustível e do tempo de secagem, podese estimar a influência do equipamento e consumo de combustível no processo de secagem do café.

O consumo de combustível para o aquecimento do ar de secagem pode ser estimado pela seguinte equação:  .Q.c p .(Ts  Ta ) M c  60. .PCI em que: Mc – consumo de combustível, kg.h-1;  – massa específica do ar de secagem, kg.m-3; Q – vazão de ar, m3.min-1; cp – calor específico do ar de secagem, kJ.kg-1C-1; Ts – temperatura do ar de secagem, C; Ta – temperatura do ar ambiente, C;  – rendimento da fornalha, decimal; e PCI – poder calorífico inferior do combustível, kJ.kg-1.

244

Silva, Donzeles, Moreli, Soares, Lopes e Vitor

Tabela 6 - Consumo horário2 (kg.h-1) de diferentes combustíveis para a temperatura do ar de secagem de 50 ºC Combustível GLP Vazão 3

m /min

2

direto

Lenha indireto

direto

Carvão direto

 = 0,97  = 0,3  = 0,85  = 0,88

Palha de café indireto

direto

 = 0,4

 = 0,85

60

2,72

31,07

10,96

4,73

19,51

9,18

70

3,17

36,25

12,79

5,51

22,76

10,71

80

3,69

41,43

14,62

6,30

26,02

12,24

90

4,08

46,61

16,45

7,09

29,27

13,77

100

4,53

51,79

18,28

7,88

32,52

15,30

110

4,99

56,97

20,11

8,67

35,77

16,83

120

5,44

62,15

21,93

9,46

39,03

18,36

130

5,89

67,33

23,76

10,25

42,28

19,89

140

6,35

72,51

25,59

11,03

45,53

21,42

150

6,80

77,69

27,42

11,82

48,79

22,96

160

7,25

82,87

29,25

12,61

52,04

24,49

170

7,71

88,05

31,07

13,40

55,29

26,02

180

8,16

93,23

32,90

14,19

58,54

27,55

190

8,61

98,41

34,73

14,98

61,80

29,08

200

9,07

103,59

36,56

15,77

65,05

30,61

210

9,52

108,77

38,39

16,55

68,30

32,14

220

9,98

113,95

40,22

17,34

71,55

33,67

Os consumos apresentados variam de acordo com o equipamento, o seu estado de conservação, o teor de umidade do combustível e as condições do ambiente.

245

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Tabela 7 - Consumo horário (kg.h-1) de diferentes combustíveis para a temperatura do ar de secagem de 60 ºC Combustível GLP

Lenha

Carvão

Palha de café

Vazão

direto

indireto

direto

direto

indireto

direto

m3/min

 = 0,97

 = 0,3

 = 0,85

 = 0,88

 = 0,4

= 0,85

60

3,42

39,09

13,79

5,95

24,55

11,54

70

3,99

45,61

16,09

6,94

28,64

13,46

80

4,56

52,13

18,39

7,93

32,73

15,38

90

5,13

58,64

20,69

8,92

36,82

17,31

100

5,70

65,16

22,99

9,92

40,92

19,23

110 120

6,27 6,84

71,68 78,19

25,29 27,59

10,91 11,90

45,01 49,10

21,16 23,08

130

7,41

84,71

29,89

12,89

53,19

25,00

140

7,99

91,23

32,19

13,88

57,28

26,93

150

8,56

97,74

34,49

14,88

61,38

28,85

160

9,13

104,26

36,79

15,87

65,47

30,77

170

9,70

110,78

39,09

16,86

69,56

32,70

180

10,27

117,3

41,39

17,85

73,65

34,62

190

10,84

123,81

43,69

18,84

77,74

36,55

200

11,41

130,33

45,99

19,84

81,84

38,47

210

11,98

136,84

48,29

20,83

85,93

40,39

220

12,55

143,36

50,59

21,82

90,02

42,32

230

13,12

149,88

52,89

22,81

94,11

44,24

240

13,69

156,39

55,19

23,80

98,21

46,16

250

14,26

162,91

57,49

24,80

102,30

48,09

260

14,83

169,43

59,79

25,79

106,39

50,01

270

15,41

175,94

62,09

26,7

110,48

51,93

246

Silva, Donzeles, Moreli, Soares, Lopes e Vitor

Tabela 8 - Consumo horário (kg.h-1) de diferentes combustíveis para a temperatura do ar de secagem de 70 ºC Combustível GLP Vazão

Lenha

Carvão

Palha de café

direto

indireto

direto

direto

indireto

direto

m /min

 = 0,97

 = 0,3

 = 0,85

 = 0,88

 = 0,4

 = 0,85

60

4,09

46,71

16,48

7,11

29,33

13,80

70

4,77

54,50

19,23

8,29

34,22

16,10

80

5,45

62,23

21,98

9,48

39,11

18,40

90

6,13

70,07

24,73

10,66

44,00

20,70

100

6,81

77,86

27,48

11,85

48,89

23,00

110

7,50

85,65

30,23

13,03

53,78

25,31

120

8,18

93,43

32,97

14,22

58,67

27,61

130

8,86

101,22

35,72

15,41

63,56

29,91

140

9,54

109,01

38,47

16,59

68,45

32,21

150

10,22

116,79

41,22

17,78

73,34

34,51

160

10,91

124,58

43,97

18,96

78,23

36,81

170

11,59

132,37

46,71

20,15

83,12

39,11

180

12,27

140,15

49,46

21,33

88,01

41,41

190

12,95

147,94

52,21

22,52

92,90

43,71

200

13,63

155,73

54,96

23,70

97,79

46,01

210

14,32

163,51

57,71

24,89

102,68

48,32

220

15,00

171,30

60,46

26,07

107,57

50,62

230

15,68

179,09

63,20

27,26

112,46

52,92

240

16,36

186,87

65,95

28,44

117,34

55,22

250

17,04

194,66

68,70

29,63

122,23

57,52

260

17,73

202,45

71,45

30,82

127,12

59,82

270

18,41

210,23

74,20

32,00

132,01

62,12

3

Manual de Construção e Manejo de Equipamentos Pós-colheita do Café

247

7. Construção de Ventiladores Centrífugos Na secagem, na aeração de grãos e nos sistemas que usam ventilação forçada, como as máquinas de separação, de limpeza, de transporte pneumático e mesmo em sistema de renovação ou aquecimento de ar para criação de animais, há necessidade de um componente para criar um gradiente energético que promova o movimento do ar através dos elementos do sistema e do produto. Na secagem de grãos, o ar, além de conduzir o calor, carrega a água evaporada do produto para fora do secador por meio do sistema de exaustão. Já na aeração, a função do ar é de apenas esfriar a massa de grãos, embora, às vezes, carreando pequenas quantidades de água evaporada.

Os ventiladores são máquinas que, por meio da rotação de um rotor provido de pás adequadamente distribuídas e acionado por um motor, permitem transformar a energia mecânica do rotor em formas de energia potencial de pressão e energia cinética. Graças à energia adquirida, o ar torna-se capaz de vencer as resistências oferecidas pelo sistema de distribuição e pela massa de grãos, podendo assim realizar a secagem, o resfriamento, a separação, a limpeza e o transporte do produto.

Neste manual serão apresentadas as técnicas para o dimensionamento e construção de ventiladores centrífugos de pás retas e um exemplo de um ventilador simples, que pode ser usado para complementar o terreiro híbrido, para alguns secadores de café ou em sistemas de aeração.

248

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7.1. O Ventilador Centrífugo Um ventilador centrífugo é caracterizado pela forma com que o ar entra na caixa ou voluta do sistema e também pela capacidade de vencer grandes resistências ao fluxo de ar.

Diferentemente dos ventiladores axiais ou ventiladores de hélice (Figura 262a), nos quais o ar entra e sai paralelamente ao eixo do motor ou da carcaça tubular e só mantém o fluxo em sistemas de baixa resistência, nos ventiladores centrífugos o ar entra no sistema paralelamente ao eixo do rotor (Figura 262b) e é descarregado perpendicularmente à direção de entrada do ar (Figura 263). O rotor pode ser fabricado com as pás curvadas para trás, para frente ou radiais, com pás retas (Figuras 262b e 264).

Como mencionado, neste manual serão detalhados apenas os ventiladores centrífugos com rotores de pás radiais retas (Figura 264), por serem de fácil construção. Para mais detalhes sobre ventiladores, recomenda-se a leitura do capítulo 10 do livro “Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas” ou o livro “Compressores”, de Ennio Cruz da Costa.

(a) (b) Figura 262 - Tipos de rotores usados no pré-processamento de produtos agrícolas: (a) axial e (b) centrífugo.

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249

Figura 263 - Aspecto geral de um ventilador centrífugo.

Figura 264 - Modelos mais comuns de pás de rotores centrífugos.

7.2. Usos dos Ventiladores na Secagem Existem duas maneiras de reduzir o tempo de secagem dos produtos agrícolas: a) Aumentando a vazão de ar que passa através do produto, aumenta-se a quantidade de água evaporada, ou seja, a velocidade de secagem, até certo ponto, é proporcional ao fluxo de ar. b) Aumentando a temperatura do ar de secagem, a capacidade do ar de absorver água é aumentada, isto é, aumenta-se o seu potencial de secagem.

250

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Em sistemas de secagem que usam baixas temperaturas, como nos silos secadores, a secagem deve acontecer em um tempo tal que não predisponha à deterioração as camadas superiores da massa de grãos.

A utilização de uma fonte auxiliar de calor para aquecimento do ar de secagem pode inviabilizar economicamente esses sistemas, bem como provocar supersecagem do produto. Assim, o cálculo do fluxo de ar e a utilização de ventilador adequado são o modo mais prático e eficiente de controlar o tempo de secagem.

7.3. Grandezas Características Existem certas grandezas importantes para o funcionamento e para o desempenho dos ventiladores. Com uma combinação adequada dessas grandezas, é possível escolher corretamente o melhor tipo de ventilador para determinadas condições de operação. Por caracterizarem as condições de funcionamento do ventilador, essas grandezas são conhecidas como Grandezas Características. São elas:  número de rotações por minuto, n, ou a velocidade angular (radianos por segundo);  diâmetro de saída do rotor, D;  vazão, Q;  altura de elevação (útil, total de elevação e motriz);  potências (útil, total de elevação e motriz); e  rendimentos (hidráulico, mecânico e total).

Altura de Elevação A altura de elevação representa o desnível energético entre dois pontos e é expressa em altura de coluna fluida, que normalmente é dada em mmCA (milímetros de coluna d’água).

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251

A altura total de elevação, Ht, é a energia total cedida pelo rotor do ventilador ao ar. Uma parte desta energia, h, perde-se no próprio ventilador por atrito e turbilhonamento (perdas hidráulicas). Com isso, a altura útil, H, é definida por: H = Ht h, ou seja, a energia adquirida pelo fluido durante sua passagem através do ventilador.

A altura motriz de elevação, Hm, é a energia mecânica fornecida pelo eixo do motor. Como toda esta energia não é aproveitada pelo rotor para transferir ao ar a energia Ht, uma parte dela se perde sob a forma de perdas mecânicas, Hp, nos mancais e na transmissão por correia. Assim, pode-se escrever: Hm = Ht +Hp

Potências A potência é a energia fornecida para efetuar trabalho na unidade de tempo. Portanto, a cada altura de elevação existe uma potência com a mesma designação:  Potência Útil - é a potência adquirida pelo ar durante sua passagem pelo ventilador.  Potência Total de Elevação - é a potência fornecida ao ar pelas pás do rotor.  Potência Motriz, Mecânica ou Efetiva ou ainda “Brake HorsePower” (BHP) - é a potência fornecida pelo motor ao eixo do ventilador.

A potência de um fluido é dada pela equação 1: N = pe . Q . H em que: N - potência (útil, total ou motriz), Watts; pe - peso específico do fluido, N/m3;

eq.5

252

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Q - vazão do fluido, m3/s; e H - altura de elevação (útil, total ou motriz), metro de coluna de fluido.

Tem-se ainda que: H = (pressão (N/m2)) / peso específico (N/m3)

eq.6

Rendimentos Rendimento é a relação entre potência aproveitada e fornecida. No caso dos ventiladores, têm-se: Rendimento hidráulico (Rh) Rendimento mecânico (Rm) Rendimento total = mecânico x hidráulico (Rt) Rendimento volumétrico (Rv) Todas as relações matemáticas para determinação de rendimentos podem ser vistas no capítulo 9 do livro “Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas”, em Silva (2008).

7.4. Especificações dos Ventiladores Os ventiladores são especificados segundo a vazão de ar fornecida (Q) e a pressão total aplicada ao ar (H). A vazão é determinada em função do tempo de operação. A pressão total aplicada ao ar indica a energia total recebida pelo ar; graças a ela, o ar pode escoar ao longo de tubulações ou dutos e vencer as resistências oferecidas pelas chapas perfuradas e pela camada do produto. A pressão total pode, então, ser dividida em duas parcelas, ou seja, pressão estática (He) e pressão dinâmica (Hd).

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253

A pressão fornecida ao ar deve ser maior que a queda de pressão ocorrida no sistema. No caso de sistemas de secagem ou aeração de grãos, as quedas de pressão ocorrem nos dutos de distribuição do ar, na chapa perfurada do piso e na camada do produto que está sendo secado ou resfriado. Mais detalhes podem ser encontrados em Silva (2008).

7.5. Queda de Pressão no Produto A resistência ao escoamento do ar, quando este está atravessando uma camada de grãos ou similares, depende de características da superfície do produto (rugosidade), forma e tamanho das impurezas presentes na massa de grãos, configuração e tamanho dos espaços intersticiais na massa, tamanho e quantidade de grãos quebrados e altura da camada.

Os dados da queda de pressão ocasionada pelo produto são empíricos e normalmente apresentados na forma de gráficos e equações. Para fluxos de ar de 0,6 a 12 m3/min.m2, pode-se utilizar a equação: Pg = (a . Q2 . hg ) / ln(1 + b.Q)

eq. 7

em que: Pg = queda de pressão devido à resistência do produto, mmca; Q = fluxo de ar, m3/min.m2; hg = altura da massa, m; e a, b = constantes que dependem do produto (Tabela 9).

Em um sistema de secagem de grãos bem projetado, mais de 90% da resistência ao fluxo de ar acontece na camada de grãos e menos de 10% nos canais de distribuição de ar e na chapa perfurada.

254

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Tabela 9 - Constantes a e b para diversos produtos (equação 6) Produto

a

b

Arroz em casca

0,722

0,197

Aveia

0,718

0,243

Café Pergaminho

Usar os valores para soja

Café Coco

0,017

3,900

Milho

0,583

0,512

Soja

0,333

0,302

Trigo

0,825

0,164

7.6. Queda de Pressão na Chapa Nos silos, a massa de grãos é sustentada por chapas perfuradas, que causam a queda de pressão do ar ao passar por elas.

Quando a perfuração da chapa for menor do que 10% da área total, a queda de pressão deve ser levada em conta e calculada. Para valores superiores até 25%, ela é desprezível.

Taxa de perfuração acima de 25% compromete a resistência da chapa.

Para obter melhor distribuição e impedir a vedação dos furos pelos grãos, é preferível número maior de perfurações de pequeno diâmetro a um pequeno número de perfurações de maior diâmetro, para a mesma porcentagem de área perfurada.

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255

7.7. Queda de Pressão em Dutos A queda de pressão que ocorre quando se movimenta o ar em um duto é devida a atrito nas paredes (fricção), restrição ao fluxo, mudanças de direção, cotovelos e alargamentos e/ou contrações da área da seção transversal do duto. O cálculo dessas perdas foge ao objetivo deste manual, e os valores reais podem ser encontrados em tabelas apresentadas em compêndios sobre mecânica dos fluidos.

7.8. Curvas Características dos Ventiladores Apesar de equações disponíveis e de vários fundamentos físicos, não é fácil estudar a interdependência entre as grandezas características dos ventiladores baseando-se em considerações puramente teóricas. Em vista disso, recorre-se a ensaios de laboratórios que permitem expressar a variação de uma grandeza em função da outra, em forma de gráficos ou tabelas, possibilitando fácil e rápida escolha do ventilador e uma análise de seu comportamento em função das variações nas grandezas representadas.

Assim, se deseja construir ventilares centrífugos de pás radiais retas para comercialização, monte um sistema de provas para caracterizar o seu produto ou recorra a um laboratório específico para caracterizar os modelos fabricados. As curvas que representam a dependência entre duas grandezas, uma vez fixadas as demais, são denominadas CURVAS CARACTERÍSTICAS, e as mais importantes são:  Para um valor de n (rpm) constante, variação das grandezas H (pressão total), Nm (potência em CV) e Rt (rendimento total) em função da vazão Q (Vazão); e

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 Variação das grandezas Ht, Q, Nm e Rt () em função do número de rotações n (rpm).

Segundo Costa (1978), os testes para ventiladores podem ser executados como é padronizado pela Air Moving and Conditioning Association (AMCA) (Figura 265).

O duto conectado ao ventilador tem comprimento dez vezes maior que seu diâmetro. A válvula cônica serve para regular a resistência ao escoamento de ar, permitindo a variação da vazão. A vazão e a pressão são medidas com o auxílio do tubo de Pitot e manômetro.

Figura 265 - Esquema básico para obtenção de curvas características de ventiladores.

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257

7.9. Curva Característica do Sistema Se for fabricar um secador ou um terreiro híbrido, por exemplo, devem-se determinar todas as quedas de pressão nos diversos componentes do sistema, em função da vazão de ar que deverá ser fornecida. Com isso, é possível plotar os dados em um gráfico, H versus Q, que é denominado Curva Característica do Sistema.

Como mencionado, para vencer as forças de resistência ao fluxo de ar, o ventilador deverá fornecer uma quantidade de energia que se perderá. Deve-se, portanto, sobrepor a curva característica principal do ventilador, H = f(Q), à curva característica do sistema. O ponto de encontro das duas curvas fornecerá as raízes comuns às equações das duas funções, caracterizando, portanto, os valores de Q e He com os quais o ventilador associado àquele determinado sistema irá operar (Figura 266).

Quando houver necessidade de aumentar o fluxo de ar em determinadas situações (como secagem em silos, por exemplo), pode-se optar pelo uso de dois ventiladores em paralelo; nesse caso, deve-se lembrar de que os ventiladores devem ser semelhantes.

Figura 266 - Determinação do ponto de funcionamento do conjunto (ventilador-sistema de distribuição e produto).

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7.10. Ventilador Centrífugo de Pás Radiais Desse ponto em diante, além dos passos para calcular um ventilador centrífugo de pás radiais, serão mostrados os passos para construir um ventilador que pode ser adaptado aos secadores de camada fixa e terreiro secador modelos UFV, bem como aos secadores para até 10.000 litros de café. Para mais detalhes a respeito desses passos e para cálculo de outro tipo de ventilador, recomenda-se Costa (1978).

Valores predeterminados: Q - vazão, m3/s; H - pressão total a ser vencida, mmCA; Ângulo da pá na saída do rotor = 90º; Ra - rendimento adiabático = 0,70; Rh - rendimento hidráulico = 0,70; e Rm - rendimento mecânico = 0,85.

Ordem dos cálculos:  Primeiro passo: velocidade absoluta do ar à saída do rotor (C): C = 4,04 (H)1/2, m/s  Segundo passo: diâmetro interno do rotor (D1 ): D1 = 2 (Q/C)1/2, m  Terceiro passo: diâmetro externo do rotor (D2): D2 = 1,20 D1  Quarto passo: número de rotações por minuto do rotor (N): N = (60 . U2) / (3,14 . D2) em que: U2 - velocidade tangencial do rotor = C/1,15, (m/s).

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 Quinto passo: largura das pás do rotor na saída (L2) e na entrada (L1): L2 = 0,2 D2 L1 = L2  Sexto passo: velocidade à entrada do rotor: C1 = Q / (3,14.Rh.D1.L1), m/s.  Sétimo passo: velocidade tangencial de entrada no rotor (U1): U1 = (3,14. D1 . N) / 60, (m/s).  Oitavo passo: ângulo de entrada das pás (ß1) = 90o.  Nono passo: número de pás - varia de 10 a 20.  Décimo passo: traçado da voluta ou difusor.

Um processo prático para o traçado da espiral de Arquimedes é efetuado com quatro arcos de círculos (Figura 267) e será visto, mais adiante, neste manual. O processo consiste em traçar um quadrado auxiliar, cujo lado equivale a 10% do valor do diâmetro externo do rotor, e centrá-lo no eixo deste. Considerando a Figura 267, o quadrado auxiliar será centrado no ponto 0 (zero), e a distância do vértice (a) ao ponto (ponto 1) será, então, de aproximadamente 0,85 vez o valor do diâmetro externo do rotor. Assim, com o centro no vértice (a) do quadrado auxiliar e o raio igual a 0,85 vez o diâmetro externo do rotor, traça-se o arco 1-2 (ponto 1, ponto 2). Em seguida, com o centro no vértice (b), traça-se o arco 23 (ponto 2, ponto 3). Com o centro em (c), traça-se o arco 3-4 (ponto 3, ponto 4), e, com o centro no vértice (d), traça-se o arco 4-6 (ponto 4, ponto 6).

O estrangulamento da voluta (no ponto 5), denominado “beco da voluta”, é igual a 0,06 vez o diâmetro externo do rotor.

260

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Figura 267 - Esquema para o traçado da voluta (espiral de Arquimedes).

7.11. O Ventilador e sua Construção Nos secadores tradicionais, onde se usam fluxos de ar aquecido para remoção da água dos grãos, a característica do ventilador é muito importante para o bom funcionamento do sistema de secagem. O ventilador deve ser projetado para vencer a resistência oferecida por uma camada de produto, a uma determinada temperatura, à passagem de um determinado fluxo de ar e, acima de tudo, deve ser construído com materiais resistentes ao calor e a substâncias com potencial corrosivo.

Para atender a essas exigências, o aço inoxidável é recomendado e mais econômico no médio prazo.

Os secadores de camada fixa e de fluxos concorrentes, o terreiro secador, as fornalhas e os lavadores de café e os kits para secagem em silos, projetados na UFV, foram idealizados para serem construídos potencializando os materiais disponíveis na própria fazenda. Entretanto, é possível que surjam problemas na hora de adquirir equipamentos especiais, como fornalhas ou mesmo um ventilador, como o que será mostrado neste manual.

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261

Quase sempre há necessidade de grandes deslocamentos, onerando ainda mais um componente, que, além de caro, pode não apresentar as características desejadas.

O ventilador descrito a seguir é apropriado para o secador de camada fixa de 5 m de diâmetro (Figura 83), para o terreiro secador de 7.000 litros (Figura 61) e para o sistema combinado (Figura 113) composto por um pré-secador (terreiro secador de 2.500 litros) e um secador pneumático de fluxos concorrentes de 3.000 litros de capacidade.

Descrição do Ventilador O ventilador é formado pelos seguintes componentes: a) Eixo motriz – peça que, presa ao suporte do conjunto, tem como função permitir e suportar o giro do rotor em torno de 1.700 rotações por minuto. Apesar de menos recomendado, devido à substituição do motor em caso de pane, o eixo motriz (Figura 268) pode ser substituído pelo acoplamento do rotor diretamente ao eixo do motor. b) Rotor – peça fixada na extremidade do eixo motriz. Esta peça tem como função produzir e direcionar o fluxo de ar. O rotor é composto de disco principal, pás e coroa ou anel (Figura 269).

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Figura 268 - Eixo motriz, mostrando mancais e polia.

(a) (b) Figura 269 - Rotor, mostrando o disco principal (a), as pás e o anel (b). c) Voluta ou Caixa Coletora – este componente tem como finalidade captar o ar que entra e que sai do rotor. É composta por: lateral de sucção, lateral motora, entrada de ar ou distribuidor e janela de manutenção (Figura 270).

Figura 270 - Voluta ou caixa coletora e seus componentes.

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263

Construção e detalhes dos componentes Além de se ter à disposição uma oficina com materiais e ferramentas apropriadas para a construção do ventilador, as especificações, os detalhes e as notas explicativas fornecidas a seguir devem ser cuidadosamente seguidos para que se obtenha um resultado satisfatório. Se o objetivo for construir ventiladores para fornecimento a clientes, é conveniente construir o túnel de provas e equipamentos de medição (Figura 265) para caracterização do ventilador e/ou de um sistema fornalha-ventilador, por exemplo, como na Figura 266.

Eixo Utilizar eixo de serra de 1 1/2”, que é de mais fácil obtenção no comércio, ou construir um eixo comum de 1 ½” montado em mancais com rolamentos de esferas, que apresentam custos praticamente iguais (Figura 268). Caso seja de interesse, o sistema pode ser acoplado diretamente ao eixo do motor (Figura 271). Nesse caso, pode ocorrer o inconveniente de uma substituição lenta e problemática do motor, devido a uma pane elétrica ou mecânica do conjunto motor/rotor.

Figura 271 - Ventilador com rotor montado no eixo do motor.

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Rotor Para efeito de construção, o rotor é dividido em três partes: a) Disco principal – para os propósitos deste manual, devem ser construídos em chapa inox de 3,0 mm e com 50 cm de diâmetro. Para outros ventiladores, calcule o diâmetro e construa as outras partes proporcionalmente a este (Figura 267).

Deve-se retificar o furo central e as bordas em torno mecânico ou aperfeiçoar manualmente o acabamento, evitando empenos no disco, para não comprometer o balanceamento do conjunto (Figuras 272 a 274). b) Coroa ou anel – é o espaço compreendido entre os raios internos e externos que limitam os canais do rotor (Figuras 272 e 273); deve ser construído em chapa com espessura de 2 mm. Vários canais radiais são formados pela junção do disco principal com as pás e o anel metálico; estes canais dão estabilidade e direcionamento ao fluxo de ar. c) Pás – são peças metálicas soldadas ao disco principal. No presente caso, elas são dispostas radialmente e equidistantes entre si, construídas com chapa inox de 2 mm. Em número de oito a doze, as pás devem ter as dimensões mostradas na Figura 274a, ou, em caso de serem construídos ventiladores de tamanhos diferentes dos aqui propostos, devem-se seguir as dimensões sugeridas na Figura 274b.

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265

Figura 272 - Detalhes do disco principal, destacando-se os locais para assentamento das pás e do anel externo do rotor ou coroa.

Figura 273 - Detalhes do posicionamento das pás entre o disco e o anel do rotor.

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(a)

(b) Figura 274 - Dimensões e detalhes de cortes e dobra da pá (a) e dimensões proporcionais ao diâmetro do rotor (b).

Voluta ou caixa coletora No exemplo apresentado, para efeito de construção, optou-se pela forma espiralada, como mostra a Figura 267. A seção transversal da voluta, no presente caso, terá a forma retangular e será construída em chapa de aço, preferencialmente inox 304 de 1,5 mm, soldada, se possível, com solda TIG. Suas partes são definidas a seguir e mostradas nas Figuras 275 a 279: a) Lateral de sucção: nela é encaixado o distribuidor de entrada de ar (Figura 270). b) Lateral motora: é o lado da voluta em que é preso o suporte do eixo (Figuras 276 e 277). c) Entrada de ar ou distribuidor: tem como finalidade direcionar o ar de maneira uniforme para os canais do rotor.

Para facilitar sua construção, o distribuidor terá a forma cilíndrica (Figuras 261 e 282) e será construído em chapa inox de 2 mm. d) Janela de manutenção: abertura na parte superior da caixa coletora ou na lateral de sucção que serve para a passagem do

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267

rotor durante a montagem e manutenção do sistema. É fechada com chapa inox de 2 mm e parafusos de rosca soberba (Figura 282).

7.12. Montagem dos Componentes Apresenta-se, a seguir, um modo prático e econômico para cortar as laterais da caixa coletora, o balanceamento do rotor e o acabamento. a) Traçado das laterais (motora e de sucção): como dito anteriormente, um processo prático para traçar as laterais da caixa coletora de seção transversal retangular é o de Arquimedes, efetuado com quatro arcos de círculo (Figuras 267 e 276).

O ideal é adquirir chapas em dimensões comercialmente fornecidas de 120 x 200 cm. Inicialmente, procure retirar uma peça de 22 cm por 200 cm, como na Figura 275 (faixa azul). Em seguida, divida o restante da chapa em duas partes de 98 x 100 cm. Uma parte será usada para construir a lateral motora (esquerda da Figura 275) e a outra, a lateral de sucção (direita da Figura 275). De cada chapa deve-se retirar um segmento de 22 x 69 cm (cores verdes na Figura 267). As peças de 22 cm de largura serão usadas para unir as laterais da voluta (Figura 270).

Depois de remover a tira de 22 x 200 cm e dividir o restante da chapa ao meio, cada metade, com 98 x 100 cm, ficará conforme apresentado na Figura 277. Para o desenvolvimento da voluta pelo método de Arquimedes, tomase o lado do quadrado auxiliar de construção a-b-c-d igual a 10% do diâmetro do disco principal, que no presente caso é de 5,0 cm. Para o bom aproveitamento da chapa, o ponto (1) deverá ser marcado a 45 cm do ponto 0 (zero), na borda inferior da chapa. O ponto (a) deverá ser marcado sobre a perpendicular, na face inferior, a partir do ponto (1) na Figura 276. O quadrado

268

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auxiliar deverá ter os lados paralelos às bordas da chapa de 98 x 100 cm.

Com o centro no vértice (a) e abertura (a-1), traça-se o arco 1-2; com centro em (b) e abertura (b-2), traça se o arco 2-3; com centro em (c) e abertura (c-3), o arco 3-4; e com centro em (d) e abertura (d-4), o arco 4-6. Devem ser obedecidas as proporções dadas na Figura 276, para interromper o corte das laterais no ponto 5. Portanto, para iniciar o traçado do arco 1-2, o raio a-1 deve ter o valor de 42,5 cm para um ventilador cujo rotor deve ser de 50 cm, como no presente caso. Sempre que possível, é aconselhável fazer um molde, para evitar que, em caso de erro, uma chapa de aço inox, principalmente, seja parcialmente desperdiçada. O molde permitirá aproveitar o máximo de cada chapa e poderá ser aproveitado no caso de construção de ventiladores semelhantes.

A Figura 277 mostra os detalhes da lateral motora cortada e que servirá de molde para a lateral de sucção, que deverá possuir uma abertura circular de 52 cm de diâmetro, a fim de permitir a passagem do rotor e receber o conjunto janela de inspeção com a entrada de ar. Como o nome está indicando, a janela de inspeção permite acesso ao interior do ventilador nos casos de limpeza e manutenção mecânica.

Figura 275 - Detalhes para o corte econômico da chapa.

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269

Figura 276 - Traçado das laterais pelo método de Arquimedes (lateral de sucção).

Figura 277 - Lateral motora e suas dimensões básicas (em cm).

270

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Figura 278 - Lateral motora montada na envolvente (fase inicial da montagem).

Figura 279 - Lateral motora e de sucção montada na envolvente (segunda fase da montagem).

Figura 280 - Suporte do conjunto e suas dimensĂľes e eixo (terceira fase).

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Figura 281 - Montagem da voluta sobre o suporte (quarta fase).

Figura 282 - Detalhe da lateral de sucção, mostrando o rotor montado e pronto para receber o distribuidor de ar. b) Balanceamento do rotor: como o rotor irá girar em torno de 1.700 rpm, é necessário que seu balanceamento seja correto para que não haja vibrações, garantindo, assim, maior durabilidade do eixo e dos rolamentos. Um rotor balanceado dificilmente irá parar na mesma posição depois de girar livremente sobre o eixo. No caso do rotor não balanceado, a parte mais pesada (ponto desbalanceado) irá parar sempre na posição inferior (devido à força da gravidade). Para balancear, contrapesos metálicos são colocados na posição oposta ao ponto desbalanceado. Encontrado o ponto próximo

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ao equilíbrio, devem-se soldar os contrapesos e verificar o balanceamento, até encontrar um equilíbrio adequado. c) Acabamento: terminados os trabalhos de solda, faz-se o acabamento do ventilador. Para a pintura, deve-se usar tinta resistente a altas temperaturas, que é feita antes da montagem final do ventilador. Deve-se, também, desenhar em uma parte bem visível (por exemplo, na parte alta da lateral motora) uma seta, indicando o sentido de giro. Comandado pela polia motora, o giro deve coincidir com o movimento dos ponteiros do relógio (sentido horário). Para isso, a voluta deve ser montada de tal maneira que a boca de saída do ar esteja na parte inferior e à esquerda da lateral motora (Figura 283). Caso seja utilizado um eixo do tipo serra circular, deve-se trocar o lada da lateral motora (Figura 284). O eixo de serra possui rosca esquerda e, portanto, deve girar no sentido anti-horário.

Figura 283 - Vista final do ventilador, com detalhe do eixo e sentido de giro para eixo comum.

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Figura 284 - Vista final do ventilador, com detalhes do eixo tipo serra circular.

Para evitar acidentes e garantir o funcionamento correto do ventilador, antes de fazê-lo funcionar, o montador deve verificar o giro do motor sem acoplar as correias de transmissão.

O rotor é acoplado ao eixo de modo semelhante ao da serra circular, isto é, a porca do eixo é do tipo “rosca esquerda”. Se o sentido de giro não for obedecido, o rotor não ficará retido ao eixo, podendo causar danos e até mesmo um acidente.

7.13. Materiais Necessários  eixo de serra de 1 ½” ou eixo comum de 1 ½”, mancais com rolamentos de esferas;  3 m2 de chapa preta no 16;  2 m2 de chapa preta no 8;  1 m2 de chapa preta no 12;  12 parafusos com porcas 5/16”;  28 parafusos com rosca soberba de 3/16” x ½”;  quatro parafusos de 2” x ½”, para fixação do eixo;  1 kg de eletrodo (solda elétrica) de 2,5 mm;

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 2 litros de tinta para superfície metálica;  1 litro de solvente “Thinner”; e  20 kg de cantoneiras de ferro, com abas iguais, 1 ½” de espessura de 1/8”, para construção do suporte do motor e voluta.

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8. Literatura consultada COSTA, E. C. Compressores. São Paulo: Edgar Blücher, 1978. 172 p.

LOPES, R. P. Desenvolvimento de um sistema gerador de calor com opção para aquecimento direto e indireto de ar. 2002. 220 f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG, 2002.

MELO, F. A. O. Projeto, construção e avaliação de uma fornalha para aquecimento de ar utilizando combustíveis particulados finos. 2003. 91 f.

Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG, 2003.

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SILVA, J. S. Secagem e armazenagem de produtos de agrícolas. Viçosa, MG: Editora Aprenda Fácil, 2008. 560 p.

SILVA, J. S.; MACHADO, M. C; DONZELES, S. M. L.; SAMPAIO, C. P. Sistemas híbridos para secagem: solar e biomassa. Viçosa, MG: Ed. JARD, 2003. 64 p.

SILVA, J. S.; VITOR, D. G.; LOPES, R. P. Construção de ventiladores para uso agrícola. Brasília: Embrapa, 2013. 13 p. (Comunicado Técnico nº 3).

SOARES, S. F.; MORELI, A. P.; DONZELES, S. M. L.; PREZOTTI, L. C. Reúso da água na produção de café cereja descascado. Brasília: Embrapa, 2012. 8 p. (Circular Técnica nº 1).