1) Introdução

          A principal finalidade da secagem é o de diminuir o teor de umidade do grão, deixando o grão pronto para a preparação e posterior extração. A secagem pode ser feita naturalmente com o calor do sol e é amplamente difundida no Brasil, porém tem-se uma alta porcentagem de perdas devido por exemplo às condições meteorológicas adversas; por outro lado, este método requer o mínimo de investimento. A secagem pode também ser realizada por meio de secadores mecânicos, que consiste em submeter o grão à ação de uma corrente de ar que atravessa a massa de grãos, fazendo com que ocorra a transferência de massa convectiva; este tipo de secagem apresenta uma série de vantagens com relação à secagem natural, como o de poder ser processada independente das condições do tempo, e também, é realizado em menor espaço de tempo; em contrapartida possui um investimento elevado.

          2) Princípio da Secagem Mecânica

          O princípio básico está na capacidade de secagem do ar ambiente aquecido que é forçado entre os grãos. Quando o ar utilizado é aquecido, atinge duas finalidades:
          a) A pressão do vapor da água existente nos grãos é aumentada pelo aquecimento do produto, facilitando assim a saída da umidade. Parte do calor do ar secante proporciona um aumento da temperatura do produto (calor sensível), e parte fornece o calor necessário para a vaporização da água contida nos grãos (calor latente).
          b) A umidade relativa do ambiente diminui e, consequentemente, sua capacidade de absorver umidade aumenta. Segundo o equilíbrio higroscópio, a umidade relativa dos grãos acompanha a diminuição da umidade relativa do ar secante, havendo então a secagem.
          Os grãos quando submetidos a uma secagem às condições de ar com temperatura e umidade relativa constantes, tem-se um gráfico do teor de umidade em função do tempo como o descrito abaixo:
          Pode-se observar que a secagem se processa com maior rapidez nos níveis altos de teor de umidade e torna-se mais difícil à medida que o produto vai ficando mais seco. Nos grãos, apresentando um alto teor de umidade, existe uma parte de “água livre” no início da secagem, e que é facilmente removida por fluxo de ar seco.

          3) Pré-Limpeza

          Antes de entrar no secador, a soja recebe uma pré-limpeza para que possa prosseguir, como o nome sugere, a mais limpa possível. Existem dois equipamentos para a pré-limpeza, sendo duas peneiras agitadas e horizontais em cada equipamento, e como são destinadas para o peneiramento de grãos, obviamente possuem aberturas circulares. Neste tipo de peneira a agitação provoca a movimentação das partículas sobre a superfície de peneiramento. Esta agitação é provocada por um motor, que é ligado por meio uma correia à uma polia excêntrica situada na parte inferior do equipamento.
          A primeira peneira (dimensão de 14mm) tem a função de reter a “sujeira” mais grosseira e deixar passar a soja e as impurezas (casca e grãos de soja partidos), e a segunda (dimensão de 1/8mm) por sua vez, retém a soja e deixa passar as impurezas. Como a soja sofre um processo de coesão, ou seja, as partículas leves tendem a reter na soja quando a soja é separada, então esta soja é submetida a uma coluna de ar (exaustor) para separar estas impurezas, que em seguidas são transportadas através de um exaustor para um silo de impurezas . As impurezas separadas na segunda peneira, também, são juntamente mandadas para este silo.

          4) Operação do Secador

          O secador observado na fábrica de óleos da Cocamar é basicamente composto de uma câmara onde os grãos ficam depositados e o ar aquecido passa por eles; um centro produtor de calor, que através da queima de um combustível (lenha), o ar é aquecido; e também um exaustor que força o ar quente a passar pela massa de grãos, levando estes gases para a atmosfera. Os gases da combustão, antes de entrarem em contato com a soja, são ciclonados para sedimentar as partículas resultantes da queima da lenha, isto para que não haja a alteração das propriedades da soja. Este é chamado de “ressecador”, porque a soja após sair dos armazéns, onde foi previamente seca para armazenagem, ela é novamente seca para o processo que exige uma umidade um pouco inferior.
          Existem basicamente dois tipos de secadores: contínuos e de carga. O secador relatado é do tipo contínuo, onde o grão da soja entra úmido na parte superior e é descarregado seco e frio pela parte inferior; a soja demora aproximadamente 90 minutos desde o topo até a saída. Os grãos descem continuamente pelo secador pela ação da gravidade, e dois dispositivos chamados de roscas controlam a vazão que é praticamente constante, onde a variável manipulada neste caso é a temperatura da fornalha. As roscas estão ligadas a um controlador de nível no topo do secador, que faz com que quando o nível de soja no secador abaixar do nível estabelecido, a “rosca sem fim” pare até que seja retomado o carregamento dos grãos.
          O secador apresenta um compartimento superior e outro inferior, sendo que o ar quente passa através da massa de grãos na parte superior, onde a maior intensidade da secagem é processada e ao ar frio (na temperatura ambiente) é forçado através da seção inferior, onde os grãos são resfriados. Uma parte da secagem é obtida na parte inferior, embora a principal função neste estágio, é evitar que os grãos que saiam com temperatura elevada, que poderá facilitar um novo aumento da umidade nos grãos posteriormente. A capacidade nominal deste secador é de 40 toneladas/hora, mas devido à grande demanda, é operado com aproximadamente 75 toneladas/hora.
          Sabe-se que a umidade ideal da soja na saída deste secador está abaixo de 10,5%; se a soja estiver com umidade abaixo desta, ela é transportada direto para os silos sem precisar secar. Constatou-se que a umidade retirada em cada passagem foi em média 2%, sendo que os operadores fazem uma análise do teor de umidade da soja que entra e da que sai a cada 1 hora utilizando-se um aparelho chamado “Universal moisture tester”, e com o valor encontrado é possível encontrar o teor real de umidade através de uma tabela de correção. Para a análise no “Universal moisture tester” é utilizada uma massa de 60 gramas de soja, que é colocada em um recipiente em que existe uma compressão da ordem de 575, acionando-se assim o gerador de corrente elétrica (Ohmimetro); a condutibilidade da corrente é maior ou menor, de acordo com a umidade da massa.
          A temperatura da fornalha é elevada ou reduzida de acordo com a umidade dos grãos de entrada, porém, os operadores sabem como alterar a temperatura da fornalha apenas pela prática. A temperatura ideal para a secagem da soja é abaixo de 50?C, pois acima desta temperatura pode ocorrer a deterioração das suas propriedades, no entanto, como a secagem depende de variações como a da umidade relativa do ar, a temperatura da fornalha pode atingir temperaturas de ate 120?C na operação.
          Os operadores controlam a origem e a quantidade existente de soja na célula do armazém que está carregando o secador, assim como para que silo a soja será enviada após a secagem.
          Os operadores controlam a quantidade de soja nos silos contando seus “anéis”, sendo que cada anel corresponde a aproximadamente 40 toneladas. O silo 1 possui 49 anéis e o silo 2 possui 50 anéis.

          5) Partida do Secador

          Após a parada do secador para manutenção de um equipamento, observou-se a seguinte partida:
          a) Primeiramente encheu-se totalmente o secador com soja, e logo após acendeu-se a fornalha;
          b) A partir disto, a soja foi recirculada no secador através do elevador 18, e coletou-se amostras a cada 30 minutos para análise da umidade. Quando a soja atingiu o nível do teor de umidade aceitável, liberou-se o elevador 19 para começar a transportar a soja para os silos.
          Como a parada foi demorada e precisava de soja para abastecer os silos, a soja do armazém foi liberada mesmo com umidade acima da recomendável.
 
          6) Modelo dos Equipamentos

          a) Secador de Cereais:
 

      - Kepler Weber;
      - Modelo : 11 40 700;
      - Capacidade : 40 toneladas;
      - Ano : 1981.

          b) Peneiras:

- Buhler - Miag.
 

          7) Cálculos

          7.1) Cálculo da Perda de Peso(Água Evaporada):

          % Umidade inicial: UI = 11,40 %
          % Umidade final : UF = 9,68 %

          % de perda de peso = 100.(UI-UF) / (100-UF)
                                          = 100.(11,4-9,68) / (100-9,68)
          % de perda de peso = 1,90 %
          Como a massa de soja que entra no secador em 1 hora é m = 75000 Kg, então a massa de água evaporada é:

          7.2) Balanço de Energia:

          Temperatura de operação do secador : Tsai = 50?C
          Temperatura ambiente : Ten = 28 C
          Da tabela de vapor d’água temos que:
          Com Tsai ; Hsai = 49,9976 Kcal/Kg
          Com Tem ; Hen = 28,0477 Kcal/Kg

          Equação do Balanço de Energia(A massa de soja no secador em 1 hora é o sistema escolhido): 

          # Ec e Ep = 0
          # regime permanente
          # não há trabalho

          Integrando, a equação fica:
          Q = m.(Hsai – Hen)
          Q = 1428,26.(49,9976 – 28,0477)

          7.3) Cálculo da Quantidade de Lenha:

           PCI (lenha) = 4500 Kcal/Kg

          Q = m . PCI
          31350,16 = m.4500
 

          7.4) Cálculo de Ar:

          Composição Média da Lenha: 50,22% de C; 6,29% de H; 0,06% de N e 43,05% de O.

          a) Carbono:

          C       +        O2       --       CO2
          12      --      32
          1 Kg C ?    X

          100 Kg de AR      --       23 Kg O2
           X                    --       2,667 Kg O2

          H2       +       O2       --       H2O
          2         --       16
          1         --       X

          100 Kg de Ar       --       23 Kg O2
          X                   --       8 Kg O2

          c) Nitrogênio:

          N       +       O2       --       NO2
          14       --      32
          1 Kg de N     X

          c) Oxigênio (Desconta-se o valor presente na lenha):

          100 Kg Ar       --       23 Kg O2
          Então:   X = 100/23 = 4,35 Kg Ar/Kg O2

          Somando tudo, temos a massa final de Ar:
          m = 11,6.(%C) + 34,8.(%H) + 9,94.(%N) – 4,35.(%O)
          m = 11,6.(0,5022) + 34,8.(0,0629) + 9,94.(0,0006) – 4,35.( 0,4305) 

          Obs: Para que se tenha uma combustão completa, utiliza-se para a lenha até 500% de excesso de Ar.