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ISSN 1518-9953

Engenharia na Agricultura BOLETIM TÉCNICO

Secagem em Silos - Uma Opção para o Café -

N0. 09 - MARÇO 2008

Associação dos Engenheiros Agrícolas de Minas Gerais Departamento de Engenharia Agrícola Universidade Federal de Viçosa Viçosa - MG


Engenharia na Agricultura Boletim Técnico n.º 09 ISSN 1518 – 9953

Secagem em Silos - Uma Opção para o Café -

Juarez de Sousa e Silva1 Roberta Martins Nogueira2 Edney Alves Magalhães3

Associação dos Engenheiros Agrícolas de Minas Gerais Universidade Federal de Viçosa – Departamento de Engenharia Agrícola

Viçosa – MG Março de 2008 1

Prof. Associado, Ph.D. UFV/DEA. juarez@ufv.br Eng.ª Agrícola, Mestranda UFV/DEA. robertamnogueira@gmail.com 3 Eng. Agrícola, Pós-Doutorando UFV/DEA. eamagalhaes@yahoo.com.br 2


Todos os direitos são reservados à Revista Engenharia na Agricultura Associação dos Engenheiros Agrícolas de Minas Gerais Departamento de Engenharia Agrícola e-mail: juarez@ufv.br

Ficha catalográfica preparada pela Seção de Catalogação e Classificação da Biblioteca Central da UFV

Silva, Juarez de Souza e Secagem em silos : uma opção para o café - / Juarez de Souza e Silva, Roberta Martins Nogueira e Edney Alves Magalhães. – Viçosa, MG, : UFV/DEA, 2008. 31p.. : il. (algumas col.) ; 22,5cm (Boletim Técnico. Engenharia na agricultura, 1518-9953 ; n. 9). S586s 2008

1. Café - Secagem. 2. Café - Armazenamento - Silos. I. Nogueira, Roberta Martins. II. Magalhães, Edney Alves. III. Título. CDD 22.ed. 633.736


ÍNDICE

1.

INTRODUÇÃO.............................................................................................. 0

2.

SECAGEM EM SILOS ................................................................................. 1

3.

SECAGEM COMBINADA EM SILOS..................................................... 11

4.

SISTEMA COM SETE SILOS ................................................................... 18

5.

CONSTRUÇÃO DO SILO SECADOR-ARMAZENADOR.................... 25

6.

LITERATURA CONSULTADA ................................................................ 29


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1. Introdução O café é um dos poucos produtos agrícolas, que tem seu preço baseado em parâmetros de qualidade, sendo classificado quanto ao tipo, bebida, peneira e coloração. O método de secagem tem grande influencia sobre as propriedades organolépticas do café. A alta umidade no momento da colheita propicia o desenvolvimento de agentes patogênicos na superfície dos frutos e o aumento da taxa de respiração que, conseqüentemente, eleva a temperatura da massa de grãos. Estes fatores podem, com o passar do tempo, resultar na fermentação do produto. Assim, para manutenção da qualidade do produto, é necessário que a secagem seja iniciada o mais rapidamente possível, reduzindo o teor de umidade do café para 18% b.u. ou menor, pois, abaixo deste teor o café é menos susceptível a deterioração rápida. No Brasil, segundo os aspectos tecnológicos envolvidos, utilizam-se basicamente dois métodos de secagem de café: - secagem em terreiro: esparramando-se o produto em pisos de concreto, tijolos, asfalto ou chão batido; e - secagem em secadores: forçando a passagem de ar aquecido através da massa de grãos. A secagem em terreiros é o processo tecnológico mais antigo e ainda o mais usado pelos produtores, apesar de vários aspectos contrariarem sua eficácia em produzir café de qualidade, como: o tempo de secagem e os fatores climáticos. Já com uso de secadores o tempo de secagem do produto é reduzido, contribuindo para o controle do processo fermentativo, porém, são acrescidos ao custo final de produção, os gastos com combustível (lenha, carvão, gás, entre outros). Quanto menor o teor de água dos grãos maior a demanda energética para evaporação da água, conseqüentemente, maior consumo de combustível na fase final da secagem. Entretanto, como dito anteriormente, abaixo de 18% b.u. o café está menos propenso a deterioração rápida, sendo então possível completar sua secagem com métodos menos dispendiosos em energia. Assim surge a secagem realizada diretamente em silos armazenadores, com o uso de ventilação forçada e ar natural ou a baixa temperatura.

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2. Secagem em silos A secagem de grãos em silos com ventilação forçada, utilizando apenas ar natural ou com baixa temperatura, é, em comparação com a secagem em secadores tradicionais para café, um processo lento. A baixa velocidade de secagem se deve ao pequeno fluxo de ar insuflado na massa de grãos e à dependência da capacidade de secagem do ar em estado natural. Por ser realizado em silo, o processo será entendido como secagem durante o armazenamento, pois, depois de seco, o produto pode permanecer armazenado no silo. O silo secador-armazenador (Figura 1) apresenta algumas características especiais que não são exigidas para os silos empregados apenas para a armazenagem, como: a) O piso deve ser construído, preferencialmente, em chapa metálica perfurada com, no mínimo, 20% de perfuração para promover distribuição uniforme do ar de secagem através da massa de grãos. b) O ventilador deve fornecer quantidade de ar suficiente para realizar a secagem de toda a massa do produto sem que ocorra qualquer tipo de fermentação. c) As dimensões do silo (diâmetro e altura) e o tipo de grão a ser armazenado irão determinar a potência do ventilador a ser utilizado. Como a pequena quantidade de ar por unidade de massa de grão torna o processo lento e as baixas temperaturas do ar diminuem a capacidade de evaporar a água do produto, o processo é, ainda, mais dificultado em regiões de alta umidade relativa. Assim, devem-se, em alguns casos, utilizar fontes suplementares de aquecimento (resistência elétrica, fornalha, energia solar, entre outras) para contornar esse problema, o que pode, no entanto, provocar uma supersecagem, resultando em perdas econômicas para o produtor. O problema pode ser solucionado pela adaptação de um umidistato e de um termostato no plenum, para controlar o funcionamento da fonte de aquecimento. Normalmente, na secagem com ar natural, o potencial de secagem do ar ambiente e o pequeno aquecimento provocado pelo ventilador (2 a 3 oC) são suficientes para propiciar a obtenção de uma faixa de umidade final do produto, recomendada para um armazenamento seguro. Sistemas de secagem com ar natural e com baixas temperaturas, devidamente projetados e manejados, são métodos econômicos e tecnicamente eficientes. Além do mais, reduzem a probabilidade de o produto sofrer danos mecânicos, devido à pouca movimentação que sofrerá. 1


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O processo de secagem inicia-se na camada inferior do silo, logo acima da chapa perfurada, e vai progredindo até atingir a superfície superior da camada de grãos. Depois de determinado tempo de secagem, distinguem-se três faixas de grãos com diferentes teores de umidade (Figura 1).

Figura 1 - Silo para secagem com ar natural, mostrando a frente de secagem (FS). A primeira faixa ou subcamada é formada por grãos secos. Nessa faixa, o produto já atingiu o equilíbrio com o ar de secagem e todos os grãos apresentam o mesmo teor de umidade, que é conhecido como teor de umidade de equilíbrio. Só ocorrerá secagem adicional, nessa subcamada, se a umidade relativa do ar abaixar muito em relação à média desejável (60% para o café) por tempo prolongado. Valores abaixo de 60% são muito freqüentes em regiões de cerrado por ocasião da colheita do café, a solução para evitar supersecagem do produto será fornecida mais adiante. 2


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Na segunda faixa, denominada frente de secagem, ainda ocorre a transferência de umidade do produto para o ar. A espessura dessa faixa varia, geralmente, entre 30 e 60 cm e depende das condições estabelecidas para o projeto (fluxo de ar, condições ambientais e do produto). Na frente de secagem existe um gradiente de temperatura e de umidade. O gradiente de temperatura varia entre a temperatura do ar de secagem e a temperatura de equilíbrio no final da camada (temperatura de exaustão da frente). O gradiente de umidade, por sua vez, varia entre a umidade de equilíbrio (umidade final) e a umidade com a qual a camada de grãos foi adicionada no silo (umidade inicial). A terceira faixa é formada pelos grãos que ainda não passaram pelo processo de secagem, ou seja, toda a terceira faixa tem o teor de umidade equivalente ao da umidade inicial, pois, ao passar por essa camada, o ar está com sua capacidade de secagem esgotada. A temperatura, nesta camada, é inferior à temperatura do ar no plenum (ar de secagem), uma vez que o ar é resfriado devido à troca de calor com o produto na frente de secagem. O cálculo da vazão do ar de secagem e a escolha dos componentes do sistema devem ser feitos com muito cuidado. A vazão deve ser tal que permita que a frente de secagem alcance a última camada adicionada ao silo, sem a ocorrência de deterioração. A Figura 2 mostra o tempo permissível de armazenamento (TPA) para que o produto (milho), com diferentes teores de umidade, permaneça no processo à baixa temperatura sem ocorrência de deterioração. Apesar de não existir, ainda, um diagrama exclusivo para o café, as condições de armazenagem para o milho, como verificado em trabalhos anteriores, podem ser utilizadas para limitar o tempo máximo de secagem do café sem que ocorra a deterioração. Isso quer dizer que, se for adicionada uma camada de milho com 16% b.u. e se a temperatura do ar entrado na camada for de 20oC (com potencial de secagem), a camada poderá ficar até, no máximo, 40 dias sem se deteriorar, ou seja, o sistema de secagem deverá ser projetado de modo a secar a camada em menos de 35 dias, por questão de segurança.

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Figura 2 - Diagrama de Steele e Saul, para conservação do milho.

2.1. Manejo e Recomendações para Ventilação em Silos Secadores a) Utilizar um ventilador com fluxo de ar de acordo com o teor de umidade inicial dos grãos, conforme Tabela 1. b) Para o carregamento adequado de um silo com milho ou café despolpado com teor de umidade de 18 ou 20% b.u., oriente-se pela Tabela 2. Tabela 1 - Fluxo de ar por m3 de grão em função da umidade inicial Umidade Produto Inicial Fluxo (m3 min-1) (%, b.u.) Milho, feijão e 18 - 20 1,5 arroz Café coco 20 2,5 Café despolpado 20 1,5

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Tabela 2 - Formas de carregamento do silo para secagem com ar natural Umidade Inicial vs Fluxo de Ar D &C (1)

4,5& 16

5,5& 23 6,5& 33

18% b.u. vs 0,7 m3 min- 20% b.u. vs 1,5 m3 min1 -3 1 -3 m m

Car Tempo Potênc Car Tempo Potênc ga Secage ia ga Secage ia (m) m (cv)* (m) m (cv)* ** (dias) (dias) 4 19 0,5 3 12 1,5 5 19 1,0 4 12 4,0 6 19 2,0 5 12 7,0 4 5 6 7 5 6 7

20 20 20 20 20 20 20

1,0 2,0 3,0 5,0 2,0 4,0 6,0

2 3 4 5 3 4 ---

13 13 13 13 13 13 ---

0,5 1,5 5,0 10,0 2,0 6,0 ---

* Para potências superiores a 3 cv, recomenda-se a utilização de ventiladores centrífugos. ** Não se deve encher o silo em menos de cinco dias. (1) Diâmetro (m) e capacidade do silo por metro de camada de grãos (m3 m-1).

2.2.

Formas de Carregamento do Silo

O carregamento do silo, durante a secagem com ar natural, pode ser conduzido de três modos, conforme a disponibilidade do sistema operacional implantado: a) Enchimento em uma etapa: consiste em carregar o silo em até cinco dias, tempo relativamente curto, uma vez que, dependendo das condições atmosféricas, este método demanda períodos superiores a 25 dias para o término da secagem (veja o TPA ou tempo permissível para armazenagem). Vantagens: - redução dos custos operacionais em regiões de baixa umidade relativa; - baixa demanda de mão-de-obra; e 5


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- pouca dependência dos processos de recebimento do produto. Desvantagens: - devido ao longo período de secagem, as camadas superiores correm o risco de deterioração se os limites estabelecidos na Tabela 3 não forem bem interpretados. - risco de supersecagem nas camadas inferiores, quando se utiliza fonte suplementar de aquecimento sem controle adequado (risco de condensação nas camadas superiores); e - exigência de monitoramento diário do processo durante a secagem. Tabela 3 - Tempo permissível para secagem do milho*, em silo, sem que ocorra deterioração Umidade do produto (% b.u.) Temperatura o ( C) 16 18 20 22 24 26 28 3 0 10 150 75 50 30 20 15 10 7 15 70 40 25 15 10 7 4 2 20 40 25 15 10 7 4 2 1 25 30 20 12 8 5 3 2 1 *O café despolpado é mais tolerante que o milho, portanto, podem-se adotar os valores acima como referência e sem risco de danos.

b) Enchimento por camadas: O processo está condicionado ao teor de umidade final do produto. Uma nova camada só é adicionada se a última já estiver, praticamente, em equilíbrio com o ar de secagem ou já seca. Procede-se dessa maneira até atingir a altura-limite estabelecida pela capacidade do silo e pelo fluxo do ar de secagem (Tabelas 1 e 2). Assim, as primeiras camadas colocadas na célula podem apresentar maior teor de umidade inicial, devido ao fato de receberem maiores fluxos de ar de secagem. Inversamente, as últimas camadas adicionadas deverão apresentar menores teores de umidade inicial. A quantidade de produto a ser colocada de cada vez dependerá da velocidade de deslocamento da frente de secagem, do teor de umidade inicial dos grãos e da temperatura do ar que entra da zona de secagem. Este método exige mais de um silo secador para o bom andamento da colheita. Mais adiante, será descrito o método dos sete silos para a secagem do café. 6


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Vantagens: - secagem mais rápida, quando comparada ao método de enchimento em uma etapa; - menor risco de deterioração; e - o fluxo mínimo necessário é inferior ao do método de enchimento em uma etapa. Desvantagem: - requer maior atenção no controle do processo de secagem. c) Camada única: consiste em carregar o silo com camada única de até 1,0 m de espessura e realizar a secagem. Esse processo é bastante parecido com o de secadores de camada fixa para café sem aquecimento do ar e revolvimento do produto. A diferença entre este e o método anterior de carregamento é que, no método de camada única, retira-se a camada seca para depois realizar o novo carregamento. Este método é mais utilizado para produtos de elevado valor comercial ou para aqueles que não suportam a pressão devido ao peso da camada. Vantagens: - secagem rápida de cada uma das camadas; - menor risco de deterioração durante a operação de secagem; e - maior fluxo de ar por tonelada de produto do que os métodos anteriores. Desvantagens: - equipamentos menos eficientes; e - maior demanda de mão-de-obra. 2.3. Movimentação do Produto no Silo Conforme a movimentação do produto, pode-se definir o processo de secagem como de camada estática ou com revolvimento: a) Processo estático: nesta operação, o produto não é movimentado durante o processo e observam-se as três regiões distintas na massa de grãos, conforme visto na Figura 1.

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b) Revolvimento do produto: esta operação geralmente é associada à secagem em regiões de umidade relativa média inferior a 60% ou onde há necessidade de aquecer o ar de secagem para acelerar o processo. Nessas condições, os gradientes de umidade e temperatura estabelecidos na massa de grãos são maiores, podendo ocorrer supersecagem da massa de grãos. Para solucionar o problema, a frente de secagem deve ser destruída por meio de helicóides nus, que fazem o revolvimento do produto no interior do silo, homogeneizando e elevando as camadas inferiores secas para a parte superior. O esquema de um equipamento revolvedor stirring device é apresentado na Figura 3. O equipamento misturador é formado por uma ou mais roscas verticais, que se movimentam radialmente do centro para a parede do silo e viceversa, misturando o produto verticalmente. Além de possuir custo elevado e de perder parte da capacidade estática do silo para a adaptação do sistema, esse equipamento pode causar o indesejável descascamento do café despolpado.

CBP & D Café Consorcio Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento Núcleo: Colheita, Pós-colheita e Qualidade Visite o site www.pos-colheita.com.br

Figura 3 - Silo com equipamento para revolvimento do produto. 8


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Vantagens: - maior rendimento para o mesmo volume de produto e maior fluxo de ar do que o método de enchimento em uma etapa; - menor risco de deterioração do que os métodos anteriores; e - eliminação do gradiente de umidade quando se usa temperatura elevada. Desvantagens: - maior manipulação do produto do que em todos os métodos estáticos, o que pode provocar maior índice de produto com danos mecânicos; - maior investimento inicial e maior custo operacional do que no método estático; - sobrecarga do equipamento sobre as paredes e o piso do silo; e - acúmulo de materiais finos no centro do silo.

2.4. Operação e Monitoramento da Secagem O tempo de funcionamento do ventilador durante o processo de secagem depende do teor de umidade do produto no silo e do clima da região. É recomendável manter o ventilador ligado continuamente, mesmo à noite, quando o produto estiver com teor de umidade inicial superior a 16%. Embora a umidade relativa seja alta, durante a noite, o fato de a temperatura ser baixa promove o resfriamento da massa de grãos. O ar, ao retirar calor dos grãos, eleva sua temperatura e diminui sua umidade relativa, e, dependendo desta, pode promover a secagem dos grãos mais úmidos. Caso a umidade dos grãos seja inferior a 16%, o ventilador deverá permanecer ligado até o final da secagem, desde que a umidade relativa média seja inferior a 65%. No caso de regiões mais úmidas (com umidade relativa média acima de 70%), o ventilador deverá permanecer ligado somente durante as horas em que a umidade relativa for mais baixa (período diurno). O monitoramento do processo de secagem consiste na inspeção diária da temperatura e umidade da massa de grãos, com o objetivo de verificar se o produto está seco ou se, eventualmente, está ocorrendo algum processo de deterioração. No caso da secagem com ar levemente aquecido (secagem com 9


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baixas temperaturas), deve-se, ao final do processo, insuflar ar natural para obter o resfriamento da massa de grãos.

2.5. Duração da Secagem O tempo de secagem, dependendo do sistema, pode ser reduzido elevando-se a temperatura do ar de secagem ou sua vazão. Na secagem em silo, com ar natural, o aquecimento do ar praticamente não altera a velocidade de deslocamento da frente de secagem, podendo, ainda, gerar dois problemas: supersecagem nas camadas inferiores e aceleração do processo de deterioração nas camadas superiores (condensação). Em geral, o aquecimento do ar só é recomendado para regiões onde o potencial de secagem do ar natural é insuficiente para atingir o teor de umidade final desejado. Em análise mais detalhada da Tabela 2, pode-se verificar que o aumento da vazão do ar exerce maior influência sobre o tempo de secagem. Sabe-se que a velocidade de deslocamento da frente de secagem é diretamente proporcional à vazão específica. Entretanto, em locais com alta umidade relativa, o aumento da vazão não é suficiente para o sucesso da secagem, pois essa variável não tem influência sobre o potencial de secagem do ar. Por exemplo, uma região com umidade relativa média de 70% deixará o café em condições seguras; contudo, a umidade final estará acima da desejada para comercialização. Dessa forma, afim de comercializar o produto, ele deverá passar por um sistema de secagem que possa reduzir a umidade de armazenamento até a umidade de comercialização. 2.6. Uso do silo na secagem do café Como será visto mais adiante, um sistema de secagem em silo, com ar natural, devidamente projetado, é econômico, eficiente e apresenta alta aplicabilidade na secagem do café cereja descascado. Quando construído com recursos locais, o sistema de secagem em silos apresenta menor investimento inicial, comparado aos sistemas de terreiros ou secadores convencionais de altas temperaturas. Em secagem de sementes, os métodos que usam baixas temperaturas são empregados em substituição àqueles com altas temperaturas, por resultarem em melhor qualidade final do produto. A Figura 4 ilustra um 10


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secador para sementes com modificação do sistema de distribuição do ar de secagem. Esse sistema foi, no passado, utilizado por alguns cafeicultores para armazenagem do café sob aeração. Neste sistema, o ar é insuflado radialmente através da massa de grãos. As principais limitações dos métodos de secagem com ar natural (fluxo vertical ou radial) são o teor de umidade inicial do produto e as condições climáticas locais. Altos teores de umidade inicial do produto aumentariam a susceptibilidade à deterioração, enquanto condições atmosféricas desfavoráveis implicariam a utilização de ventiladores e aquecedores mais potentes, inviabilizando economicamente o método. Assim, será mostrado a seguir como pode ser feita a combinação de outros sistemas de secagem já conhecidos para contornar os problemas com a secagem natural de produtos úmidos, como o café.

Figura 4 - Silo secador, mostrando a distribuição radial do fluxo de ar. 3. Secagem Combinada em Silos Muito utilizada para milho e arroz, a secagem combinada vem demonstrando, em trabalhos realizados na UFV desde 1994 e, recentemente, em fazendas da Zona da Mata de Minas Gerais, grande sucesso na secagem de café com qualidade. A secagem combinada consiste no uso de secadores convencionais em alta temperatura na primeira fase da secagem (produto úmido) e secagem em silo na fase final ou complementar. 11


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No caso de utilização de secadores que necessitam de uma présecagem do café para o seu bom funcionamento, deve-se ter o cuidado para que, nessa fase, o café recém-saído do lavador não sofra qualquer tipo de deterioração. Por exemplo, se as condições de clima não forem favoráveis, a pré-secagem em terreiros poderá comprometer a qualidade do café. A técnica de secagem em combinação foi desenvolvida para evitar possível deterioração da qualidade e solucionar problemas em decorrência de condições climáticas desfavoráveis e de teor de umidade inicial elevado para secagem no silo. Para a realização do processo com o café, devem ser obedecidos alguns procedimentos básicos, como: a) Depois da pré-limpeza e de ter passado pelo separador hidráulico, o café do tipo cereja, de alta densidade, que foi separado dos verdes e bóias, deve ser submetido ao descascamento e à lavagem para retirar parte da mucilagem. Nessa etapa, a operação correta do descascador deve ser obedecida, para evitar o descascamento dos verdoengos. b) Caso não se tenha certeza de boas condições climáticas, deve-se realizar uma pré-secagem, em terreiro secador híbrido ou em secador de camada fixa, com revolvimento da camada de café, no mínimo a cada três horas, até que este possa fluir facilmente dentro do secador em alta temperatura. Nesse ponto, o teor de umidade do café deve situar-se próximo a 35% b.u. Apesar de uma operação extra, se houver disponibilidade de um bom terreiro suspenso, a água superficial do café, logo que sai do lavador, poderá ser facilmente eliminada sem gasto adicional de energia. A pré-secagem/secagem pode também ser realizada em outro sistema de secagem em alta temperatura que funcione adequadamente para café com alto teor de umidade. Por exemplo, o secador rotativo modificado e já testado na UFV (Figuras 5 e 6) pode ser perfeitamente usado para essa operação. Considerando que os secadores rotativos tradicionais são amplamente difundidos para a secagem de café no Brasil, foi proposta e desenvolvida uma adaptação para o projeto do secador rotativo que pudesse eliminar algumas das desvantagens do modelo tradicional e que permitisse: - usar o secador com material recém-saído do lavador sem a necessidade de passar pelo terreiro, ou seja, usar o secador rotativo como pré-secador/secador sem os problemas de entupimento das chapas perfuradas; 12


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- usar o secador rotativo com menor quantidade de grãos que a recomendada ou com carga parcial, pois no projeto tradicional a utilização de carga menor que a recomendada acarreta grande perda de energia e aumenta o tempo de secagem; - reduzir o custo de energia elétrica sem a necessidade de movimentar constantemente o cilindro secador; - manter a secagem homogênea, como no secador tradicional, e facilitar a secagem por meio de uma câmara de descanso; e - para o café pergaminho, reduzir o número de grãos descascados por impactos dentro do secador (grãos beneficiados ou parcialmente descascados secam mais rapidamente do que o grão com pergaminho completo). O novo secador rotativo idealizado (Figura 5), além de permitir a solução dos problemas citados, tem o seu projeto básico facilmente adaptado aos secadores já em funcionamento. Em estudo realizado na UFV (convênio Pinhalense/UFV), em que foi comparado o desempenho de um secador Pinhalense modificado (Figura 6b) com o de um secador original (Figura 6a) trabalhando sob as mesmas condições, verificou-se que, além de ter atendido aos objetivos da modificação, o primeiro produziu um café de boa qualidade e apresentou redução significativa no consumo total de energia (elétrica e térmica).

Figura 5 - Secador rotativo com movimento periódico (modelo Barra do Choça).

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(a)

(b)

Figura 6 - Secador rotativo comercial (a) e modificado (b). Em qualquer dos casos, quando se trabalhar com o cereja descascado, o ar de secagem deve ser aquecido indiretamente, quando se utiliza lenha (Figura 7a), ou diretamente, por meio de aquecedores a gás ou a carvão (Figura 7b). Na fase de secagem em alta temperatura, o café deve ser secado até que o teor de umidade atinja valores próximos a 20% b.u. (dependendo das condições climáticas) e, em seguida, ser transferido para a secagem complementar, em silos com ar natural.

(a)

(b)

Figura 7 - Fornalha para aquecimento indireto (a) e direto (b) do ar de secagem. 14


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Como dito anteriormente, o processo de secagem em silo é dificultado em regiões de alta umidade relativa (médias muito acima de 65%); por exemplo, em algumas localidades da Zona da Mata mineira, deve-se providenciar alguma forma de aquecer o ar para que a umidade relativa caia para valores próximos e não inferiores a 60% (Tabela 4). Para isso, podem-se utilizar fontes suplementares para o aquecimento do ar (fornalha a carvão vegetal, GLP, energia solar ou outra fonte viável de energia calorífica). Para o caso de regiões climáticas semelhantes às do cerrado, onde a umidade relativa apresenta médias inferiores a 60%, deve-se, durante a secagem em silos, providenciar um meio para aumentar a umidade relativa do ar, principalmente durante o período diurno. Portanto, nos períodos de baixa umidade relativa, um vaporizador ou refrigerador deve modificar o ar para manter a umidade relativa ideal.

Tabela 4 - Incremento, aproximado, de temperatura para reduzir a umidade relativa do ar para valores próximos a 60%, sob temperaturas ambientais entre 20 e 28 oC UR% 90 Acréscimo 6 o C

85 80 5 4

75 3

70 2

Na impossibilidade de se usar um sistema para modificar as condições do ar de secagem até a faixa ideal de umidade relativa, pode-se levar o café para o silo com umidade inferior a 17% e fazer a secagem complementar durante o período noturno (umidade relativa mais elevada). Com teor de umidade abaixo de 17% b.u. o café tem condições de armazenagem, por curtos períodos, sem risco de deterioração da qualidade. Outra possibilidade seria a automatização, para que, em qualquer período que ocorra umidade relativa próxima a 60%, o sistema de ventilação seja acionado (Figura 8). Na realidade, o que se deseja é um par de valores (temperatura e umidade relativa do ar) que mantenha o café com umidade entre 11 e 12% no final da secagem. Para isso, o operador pode se orientar pelos valores da Tabela 5.

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Figura 8 - Relação entre as condições ambientais e a umidade final do produto dentro do silo secador. Tabela 5 - Valores, aproximados, de temperatura x umidade relativa para manter o produto próximo de 12% b.u. Temperatura ºC 18 19 20 21 22 23 24 25 Produto Umidade Relativa % Café 56 56 57 57 59 58 59 59 Milho 55 56 57 57 58 59 59 60 Arroz em 58 59 59 60 60 61 61 62 casca Soja 54 54 55 55 55 55 56 56 Além de produzir café de alta qualidade, a secagem em combinação permite reduzir o tempo de secagem em alta temperatura, aumentar a capacidade dinâmica dos secadores e reduzir o consumo específico de energia em até 50%, quando comparado com os processos tradicionais de secagem. Independentemente do tipo de pré-secagem, é importante ressaltar que, em todas as fases do processamento, deve-se evitar qualquer tipo de fermentação, a fim de se obter, no caso do café, alta qualidade e sabor natural. Para isso, o operador do sistema de secagem deverá se familiarizar com o processo e estar atento quanto à operação do sistema de ventilação durante a última etapa de secagem. Resumindo, para que ocorra a secagem do café em sistema combinado, deve-se proceder da seguinte maneira: • O café descascado e lavado deve ser transferido para o sistema de pré-secagem o mais rápido possível e ter o teor de umidade reduzido a um valor preestabelecido, segundo as condições ambientais da 16


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fazenda (médias de temperatura e umidade relativa durante a colheita). • Além dos secadores em leito fixo e rotativo, qualquer tipo de terreiro de qualidade comprovada pode ser indicado para essa operação, quando as condições climáticas forem favoráveis. Na pré-secagem, quando utilizados secadores em alta temperatura, deve-se, se possível, operar o sistema utilizando fornalha que não contamine o produto e não permita que a temperatura da massa de grãos ultrapasse 40oC, para não afetar a qualidade de produtos como café e arroz. No caso de milho e soja, esse fato não é tão importante. • Logo após a transferência da primeira carga de café para o silo secador, deve-se acionar o sistema de ventilação e mantê-lo ligado até que o produto na superfície superior da última camada colocada no silo atinja teor de umidade em torno de 16% b.u. Abaixo deste valor, o ventilador permanecerá ligado somente durante os períodos em que a umidade relativa do ar estiver abaixo de 70%, o que normalmente ocorre durante o dia. O ideal seria acoplar um controlador automático ao sistema de ventilação, para que este seja acionado automaticamente para a faixa de umidade relativa estabelecida. Apesar de se adicionar ao sistema um dispositivo automático, o operador deve estar sempre atento e inspecionar diariamente o sistema de secagem, a fim de se certificar do correto funcionamento, para que não ocorra o desenvolvimento de fungos na camada que ainda está secando. • Uma nova camada só deve ser adicionada ao silo quando a anterior já estiver, preferencialmente, seca ou em equilíbrio com o ambiente. • Deve-se desligar o sistema de ventilação quando a umidade do produto, na última subcamada, atingir o teor de umidade de equilíbrio (próximo a 12% b.u.). O tempo para que isso ocorra irá depender da altura total da camada de grãos no silo, da quantidade adicionada, dos fluxos de ar no início e no final do carregamento do silo, das condições climáticas e do teor de umidade inicial do produto. • Na maioria das regiões produtoras, a umidade de equilíbrio está próxima a 12% b.u. Ao desligar o sistema de ventilação durante a fase de armazenagem propriamente dita, o operador deve ter o cuidado de fechar a entrada de ar do ventilador, para que não 17


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ocorram correntes de ar indesejáveis, que possam possibilitar a reumidificação e possível deterioração da qualidade do produto. • Depois de seco, o monitoramento do sistema consiste na inspeção periódica (diária ou semanal) da temperatura e do teor de umidade da massa de grãos. Caso ocorra aquecimento ou aumento no teor de umidade, deve-se verificar a causa e providenciar o acionamento do ventilador, até que toda a massa de grãos volte às condições normais. Apesar de ser uma técnica consagrada para outros tipos de grãos, antes de adotar a tecnologia de secagem em combinação para café, sugerese ao cafeicultor que consulte um especialista de reconhecida competência em secagem de café. Mesmo sendo aparentemente simples e de fácil adaptação a sistemas já existentes em fazendas, a secagem em combinação é altamente dependente das condições climáticas da propriedade, das tecnologias utilizadas antes da operação de secagem em silos e do nível de treinamento do cafeicultor. Com as recomendações anteriores, é necessário esclarecer que nem sempre um sistema indicado para uma propriedade será aplicável à propriedade vizinha. O especialista deve prestar seus serviços de maneira individualizada, ou seja, deve conhecer as condições da propriedade e do cafeicultor e orientá-lo a tirar o melhor resultado do sistema. Apesar de o cafeicultor poder realizar a secagem combinada com qualquer número de silos, é altamente recomendada a adoção de um sistema composto por sete silos, principalmente para produtores de médio o grande porte ou para uma unidade comunitária.

4. Sistema com Sete Silos O sistema de “sete silos” consiste na adoção de sete silos ou tulhas ventiladas (metálicas, de madeira ou em alvenaria), que serão carregados por camadas. Os silos devem ser dimensionados para receber, semanalmente, uma determinada quantidade de produto com umidade inicial preestabelecida (Figura 9).

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Figura 9 - Esquema do sistema de secagem em sete silos. Cada silo ou tulha (Figura 10) 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 deve ser considerado um silo reserva, portanto, deve estar sempre vazio para solucionar problemas eventuais durante o período de colheita.

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Figura 10 - Tulhas de madeira e com sistema de ventilação para secagem complementar do café (Ibituruna - MG). Para simplificar o processo dos “Sete Silos”, suponha que o primeiro dia de colheita aconteça em uma segunda feira. Assim, o café, depois de convenientemente preparado e ter sido pré-secado, deve ser imediatamente levado para o primeiro silo (silo 1) e ter o sistema de ventilação ligado. Na terça feira, segundo dia de colheita, o produto deve ser levado para o silo 2, com o mesmo tratamento. Com essa rotina, chegaremos ao sábado, sexto dia de colheita, a qual deve ser colocada no silo 6. Deve-se lembrar que no domingo não há colheita. Assim, na segunda semana de colheita, que se iniciará na segunda-feira, o silo 1, que recebeu o café do primeiro dia de colheita, já terá secado a primeira camada e estará pronto para receber o café do sétimo dia de colheita. Portanto, o oitavo dia de colheita deverá ir para o silo 2 e assim, sucessivamente, até que ela termine. Dessa forma, pode-se concluir que, uma semana após a finalização da colheita, todo o café cereja descascado já estará seco e pronto para ser comercializado, ou poderá permanecer armazenado, nos silos, até que melhor oportunidade de comercialização apareça. 4.1. Simulação para secagem combinada Para ilustrar o método de secagem pelo sistema de sete silos, simulouse, para este trabalho, uma situação em que as condições médias de umidade relativa e temperatura do ar ambiente da região foram de 70% e 22°C, respectivamente. 20


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Considerou-se uma produção de 99.000 kg de café pergaminho, a serem processados durante 48 dias de colheita e pré-secados até atingir o teor de umidade inicial para cada subcamada a ser adicionada ao silo. Em função do tempo total de colheita, e considerando a semana de colheita com seis dias úteis, determinou-se que cada silo seria composto por oito subcamadas (48dias/6dias/semana), caracterizando dessa forma o sistema de secagem em sete silos, sendo um silo de reserva. As dimensões do silo foram determinadas de modo que recebesse uma camada de 0,40 m de café pergaminho por dia. Na Tabela 6 são apresentados os parâmetros necessários à simulação e os valores obtidos utilizando o modelo de Hukill. Pela tabela, pode-se verificar que, para cada subcamada depositada semanalmente no silo, o seu teor de umidade inicial deverá ser menor que o da anterior. Esse fato se deve à redução do fluxo de ar decorrente do aumento da pressão estática com a adição de uma nova subcamada. Nota-se, também, que a umidade final de todas as subcamadas são iguais, pelo fato de a secagem só ocorrer até a umidade de equilíbrio para as condições médias do ar de secagem. É importante ressaltar que os resultados apresentados foram obtidos em um exemplo de gerenciamento do método com sete silos e para uma condição ambiental favorável ao processo de secagem. Em regiões onde as condições climáticas não sejam favoráveis, poderá ser necessário, caso a umidade relativa seja alta, promover pequeno aquecimento do ar de secagem. Em caso de aquecimento com gás ou eletricidade, existem no mercado dispositivos capazes de permitir o controle do sistema pelo monitoramento da umidade relativa e da temperatura, os quais ligam o sistema de aquecimento do ar somente naquelas condições desfavoráveis ao processo. Tabela 6 - Considerações e valores obtidos na simulação para cada silo Considerações para simulação

Tempo de colheita, dias Número de silos Número de camadas do silo Diâmetro do silo, m Altura do silo, m

48 6 8 3 3,2

Altura da subcamada, m

0,4

Temperatura ambiente, °C UR do ar ambiente, %

22 70

Fluxo de ar, m3 min-1 t-1 Aquecimento pelo ventilador, °C Temperatura de secagem, °C Umidade relativa de secagem, % Umidade de equilíbrio, % b.u. Tempo de secagem por camada, horas (fixo) Potência do ventilador, cv

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5 1 23 66 11,6 168 1


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Variáveis simuladas Umidade inicial, % b.u. Vazão de ar, m3 min-1 Umidade final, % b.u.

Resultados da simulação Camadas de cada silo a a 1 2 3a 4a 5a 6a 27,0 50,8 11,6

26,0 48,0 11,6

26,0 44,9 11,6

25,0 41,6 11,6

25,0 37,7 11,6

24,0 33,2 11,6

7a

8a

23,0 27,2 11,6

19,0 13,0 11,6

Em locais de umidade relativa baixa, o sistema de ventilação deve ser regulado para funcionar nos períodos favoráveis, ou seja, naqueles em que a umidade relativa seja maior, evitando possível supersecagem do produto. Pode-se, também, adaptar uma mini-caldeira para adicionar vapor de água ao ar de secagem nos períodos muito secos (caso muito comum nas regiões de cerrado). Mais uma vez, deve-se ressaltar que, no caso de adoção do método de secagem combinada pelo sistema de sete tulhas ou silos, é recomendado 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 custo de instalação ou de adaptação do sistema. 4.2. Um Novo Sistema (Pré-secador, Secador e Silo-secador) Na Figura 11 é mostrado o esquema básico de um modelo, recentemente desenvolvido na UFV, para secagem em combinação. O sistema é composto pela associação de um pré-secador (terreiro secador), de um secador pneumático de fluxos concorrentes, com carga, descarga e revolvimento pneumáticos, e de silos, com ventilação, para secagem complementar do produto. Como pode ser observado na Figura 12, foi construído apenas um silo secador. Entretanto, o produtor pode optar por construir vários silos, inclusive de diferentes tamanhos, com capacidade total para receber a produção de café em pergaminho.

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Figura 11 - Esquema básico de um sistema combinado modelo UFV. Silo SecadorArmazenador

Figura 12 - Protótipo, construído e instalado no setor de Armazenamento do DEA-UFV. A Tabela 7 fornece os resultados da classificação comercial de três lotes de café cereja descascado que foram secados em combinação (présecador, secador de fluxos concorrentes e silo-secador), como mostrado na Figura 12.

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Tabela 7 - Resultados da classificação do café, após secagem complementar no silo secador-armazenador

Umidade %b.u** 1 (superior) 11,8 2 11,8 3 12,0 4 11,8 5 11,6 6 11,5 7 11,2 8 11,7 9 (inferior) 11,4 Composta*** 11,5 Camada

Peneira % 67* 62 60 68 64 64 63 79 59 67

Catação % 8 8 11 10 12 10 16 10 12 12

Tipo 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5

Renda % 71 73 73 68 73 72 73 73 70 71

Bebida MOLE MOLE MOLE MOLE MOLE APM APM MOLE APM MOLE

* Peneira 17 acima. ** Determinador de umidade comercial. *** Amostra composta, com parcelas extraídas de cada saca, após descarga do silo.

]Outro exemplo da aplicação bem sucedida do sistema de secagem combinada é o caso do Professor Sebastião Ferreira, cafeicultor no município de Viçosa-MG. No sistema instalado, o Prof. Sebastião usa o terreiro suspenso como pré-secador, a secagem parcial em terreiro híbrido e a complementação da secagem em dois silos secadores (Figura 13).

Figura 13 - Vista dos silos para secagem em combinação, na fazenda do Prof. Sebastião Ferreira (Viçosa - MG). 24


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5. Construção do silo secador-armazenador Para adaptação do sistema de secagem combinada, o cafeicultor pode optar por comprar os silos e construir em alvenaria ou outro material qualquer. Entretanto, o silo a ser adquirido ou construído deve apresentar algumas características especiais, próprias de um silo secadorarmazenador, que não são exigidas para os silos empregados apenas para armazenagem. Nos exemplos da utilização da secagem combinada citados anteriormente, o silo foi projetado e construído segundo as recomendações de Silva et al. (2005). No caso do estudo realizado na UFV, a base do silo secador, onde se localiza a câmara plenum (Figura 14a), foi construída em alvenaria com diâmetro interno de 2,0 m e altura de 0,30 m. A esta base foi adicionado um piso confeccionado em chapas metálicas perfuradas n° 16, com aproximadamente 20% de perfuração, visando à distribuição uniforme do ar de secagem. Para sustentação do piso (chapas metálicas), foi construído um suporte em ferro CA50 de ½”, da altura da câmara plenum (30 cm), de modo que ficasse apoiado sobre o piso de concreto (Figura 14b).

(a)

(b)

Figura 14 - Detalhes da base do silo secador-armazenador: (a) basecâmara plenum; e (b) piso em chapa perfurada. A Figura 15a mostra a instalação do piso de chapa perfurada sobre a base de alvenaria, formando a câmara plenum. A base do silo, com o piso já instalado, pode ser visto na figura 15b.

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(a)

(b)

Figura 15 - Montagem da base do silo: (a) colocação do piso perfurado; e (b) piso fixado, formando a câmara plenum As paredes do silo foram projetadas de forma a reduzir os custos e facilitar sua construção. Dessa forma, a estrutura da parede do silo foi construída com uma armação de tela em arame n°14, que foi envolvida por uma tela do tipo viveiro. A primeira tela deve ser de malha menor ou igual a 50 mm (Figura 16). Essa tela de aço foi amarrada com arame no piso perfurado e suas extremidades unidas também por fios de arame. A tela do tipo cerca foi utilizada para conter o produto e a do tipo viveiro, para facilitar a aplicação da argamassa.

Figura 16 - Detalhe de fixação da armação telada ao piso perfurado. Na parte interior da armação de telas foi fixada uma lona de plástico comum, para evitar o contato do produto com argamassa, que é usada na construção da parede do silo secador-armazenador (Figura 17a). Para evitar a saída de grãos por baixo da lona plástica, na armação telada foi 26


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fixada, exteriormente, uma cinta de contenção, confeccionada em chapa galvanizada n˚ 21 com 0,10 m de largura, na base da armação (Figura 17b).

(a)

(b)

Figura 17 - Revestimento do silo secador-armazenador: (a) internamente, com lona plástica; e (b) colocação da cinta de contenção. Na base do silo secador, após a colocação da cinta de contenção, foi instalada a porta de descarga (Figura 18).

(a)

(b)

Figura 18 - Silo secador-armazenador: (a) colocação da porta para descarga; e (b) enchimento.

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À medida que o silo secador-armazenador era carregado com café, fez-se o revestimento exterior com argamassa, segundo as recomendações de Silva et al. (2005) (Figura 19).

Figura 19 - Revestimento externo do silo secador–armazenador com argamassa. Após ser totalmente cheio, cobriu-se o silo secador-armazenador com o excedente da lona plástica que revestiu o seu interior, para facilitar o acabamento da parede, sem contaminar o café. Após a adição da primeira camada de café dentro do silo, o ar ambiente já pode e deve ser insuflado pelo ventilador (Figura 20).

Figura 20 - Vistas gerais do silo, mostrando ventilador e porta de descarga.

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Para melhor compreender a construção do silo foi montado um vídeo, que poderá ser visualizado CLICANDO AQUI. 6. Literatura Consultada BROOKER, D.B.; BAKKER-ARKEMA, F.W.; HALL, C.W. Drying and storage of grains and oilseeds. New York: AVI Book. 1992. 450 p. FREIRE, André Tessari, MELO, E. C. ; BERBERT, P. A., SILVA, J. S. Avaliação de um sistema para secagem de café despolpado combinando altas e baixas temperaturas. Viçosa-MG: Engenharia Agrícola, v. 18. 1999. p. 110-122,. GUIMARÃES, A.C. Secagem de café (Coffea arabica L.) combinando sistemas em altas e baixas temperaturas. Viçosa-MG: Universidade Federal de Viçosa. 1995. 64p. Dissertação (Mestrado em Engenharia -UFV). LOPES, Roberto Precci, SILVA, Juarez de Sousa e, RUFFATO, Solenir, SENA JUNIOR, Darly. Consumo de energia na secagem de cafe em sistema combinado e a altas temperaturas. Uberaba-MG: Anais do I Seminario Energia na Agricultura. 2000. p. 3-21-3-27. SILVA, J.S. Secagem e armazenagem de produtos agrícolas. Viçosa-MG: Editora Aprenda Fácil. 2000. 502p. SILVA, J.S., DONZELES, S.M.L., LACERDA FILHO, A.F., PRECCI, R.L., MACHADO, M.C., AFONSO, A.D.L. Manual de construção e manejo de terreiros para secagem de café. Viçosa-MG: Engenharia na Agricultura - Boletin técnico. 2000. 29p. SILVA, J.S., MACHADO, M.C. Estado da arte da secagem de café no Brasil. In: ZAMBOLIN, L. O estado da arte de tecnologias na produção de café. Viçosa-MG: Suprema Gráfica e Editora. 2002. 568 p. SILVA, J.S.; NOGUEIRA, R.M.; ROBERTO, C.D. Tecnologias de secagem e armazenagem para a agricultura familiar. Viçosa-MG: Suprema Gráfica e Editora. 2005. 138p.

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Secagem em Silos - Uma opção para o café  

Descreve o sistema de secagem em silos e mostra como construir um sistema para secagem do café.

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