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23 Cor e sistemas de dcscolorat^ao pigmentos de melanina de cor escura (Gross e Coombs 1976). A enzima é inativada pelo calor e assim a reação cessa após o aquecimento e a clarificação. As melaninas são compostos de massa mole cular alta que são insolúveis em valores altos de pH e por este motivo são removidos na clarifica ção do caldo de beterraba. Entretanto no caído de cana muito pouco é removido na clarificação c este corante constitui cerca de 60 % da cor no caldo cla rificado (Paton 1992). A cor também se forma no caldo bruto quando ele entra em contato com o ferro contido no aço que faz parte da planta de extração. Smiih et al. (1981) estudaram alterações na cor em usina de açúcar bruto. Eles mostraram que a cor do caldo bruto aumentava, à medida que a extração aumentava ao longo do tandem de moagem. Uma redução de cor de 20 a 25 % foi conseguida na cla rificação e um aumento pequeno de 3 a 6 % ocorreu na passagem dos evaporadores. Um aumento de cor significativo ocorreu na seção de cozimento, com destaque para a maior formação de cor na produção da massa cozida. Isto está em linha com a incidên cia maior da reação de Mailiard sendo observada em massas cozidas de pureza baixa. Em contraste, Smiih (1990) relatou medições indicando que praticamente nenhuma alteração de cor ocorreu nos processos de clarificação e de eva poração. Um balanço de cor demonstrou que a cor no e açúcar juntos é 50 % mais alta do que a cor no xarope. Isto é devido à formação significativa de cor nos cozimentos de pureza baixa, atribuída às re ações de Mailiard. Foi identificada uma cor alta no refundido retornado aos cozimentos de alta pureza. As reações de Mailiard são provocadas por temperatura alta, alto teor de Substância Seca e pureza baixa {Newell 1979). Assim, sua presença e Vista em todos os cozimentos da seção de açúcar futo, mas particularmente nas massas cozidas C. or esta razão os cozedores de pureza baixa devem ser operados sob a menor temperatura possível e preferivelmente abaixo de 63 °C. Broadhurs! e em ( 002) estudaram a ocorrência de reações no caldo de cana de açúcar e no xarope. Na cara- melizaçao, a degradação alcalina e as reações de aiilard, o material de massa molecular menor do que 650 é polimerizado num material de massa mo lecular mais alta. Nestas reações todos os produtos estão nas mesmas faixas de massa molecular. 23.1.5 Formação de cor na refinaria Bardw cll et al. (1981) demonstraram que a formação de cor numa refinaria pode ser tão alta quanto 60 a 90 ̂/r da cor de entrada vem do açúcar bruto. Uma proporção considerável é gerada na estocagem. Foi verificado t|uc a formação de coré diretamente relacionada à temperatura, ao tempo e à acração da calda nas refinarias. Também foi constatado que a formação de cor dobra com um aumento na temperatura de 10 "C. HADP (produtos da degradação alcalina da he- xose) e melanoidinas formam-se mais facilmente do que caramelos sem necessitar de aquecimento significativo {Mer.sad et al. 2003). Os compostos de HADP são formados na carbonatação devido ao pH alto e sua formação acontece também devi do às temperaturas altas. É importante assegurar que o tempo entre a adição de cal à calda e o início da gaseificação seja muito curto. Caso contrário, o pH muito alto conduz a uma degradação rápida de monossacarídeos (CVxv et al. 1990), formando cor e ácidos orgânicos. A cor é formada também durante o cozimento {Bardwell et al. 198 1). A quantidade de cor formada é afetada pelas temperaturas e também pela circula ção nos cozedores. Cozimentos rápidtis em coz.edo- res com agitadores com circulação boa minimizarão a formação de cor. Em cozimento de segunda massa de açúcar branco, foram reportadas cores de massa cozida aproximadamente IO Vr mais altas do que as cores de entrada no processo (Pci/i 1990). A cor é formada muitas vezes nos sistemas de água doce. por razões que nem sempre são eviden tes. Isto foi notado em relação à uma refinaria com processo por fosfatação, por Eg^lesion et al. (1996). 23.1.6 Inclusão de cor nos cristais de açúcar A cor pode ser incorporada no açúcar de três formas: 1. Por co-cristalização com sacarose; 2. Por absorção na superfície do cristal: 3. Por rentenção numa inclusão de líquido no cristal. O terceiro mecanismo é causado por cristalização descontrolada e não constitui uma grande preocu- 23.2 Seleção do esquema ótimo de descoloração em refinaria pação visto que pode ser eliminado por práticas de cozimento apropriadas. A cor na superfície do cristal pode ser removida por afinação e é a cor que co-cristaliza com a sacarose. que é o tipo mais importante de corante. Está bem estabelecido que compostos de mas sa molecular alta são os que mais provavelmente serão incluídos no cristal de açúcar, especialmen te aqueles associados com polissacarídeos. Estes incluem os produtos de escurecimento enzímitico dos fenóis. os quais de acordo com Pcuon (1992) contribuem para a maioria da cor no açúcar bruto. Polissacarídeos de massa molecular alta têm uma tendência maior à co-cristalizar com a sa carose e estes polissacarídeos podem se comple- xar com corantes e incorporá-los nos cristais por este mecanismo também (Godxhall e Baunsgaard 2000). A cor no açúcar é. portanto, dependente da natureza dos corantes contidos na calda da qual é cristalizado. No açúcar bruto sul-africano, a cor do açúcar é em média 5.9 % da cor no xarope, mas os dados demonstram dispersão considerável (Smith 1990). Uma parte significativa da cor do açúcar bruto vem da cor recirculada com o açúcar refundido. A cor do açúcar afinado é cerca de 50 % da cor total do açúcar bruto. Desse modo. a cor no açúcar cristal é cerca de 3 % da cor no xarope. Dados de Smith et al. (1981) demonstraram que a cor no açúcar afinado era de 46 a 47 % da cor de todo o cristal na Austrália, quando um açúcar de cor maior estava sendo produzido. Riffer (1988) sugere que a transferência da cor ao cristal, ou alternativamente, a fração de cor in cluída no cristal é diferente em usinas de açúcar bruto comparada ãs refinarias, por causa do espec tro diferente de corantes na calda da qual o açúcar é cristalizado. Numa refinaria de açúcar de cana, considera- -se que a cor do açúcar produzido é normalmente entre 5 e 10 % da cor da alimentação ao cozedor. Isto é dependente das condições de cristalização no cozedor e do grau de circulação no cozedor. Cores do açúcar afinado de cerca de 5 % e cores totais de açúcar ao redor de 10 % da cor da massa cozida têm sido relatadas {Rein 1990). Bardwell et al. (1981) demonstraram que a cor de açúcar branco afinado é cerca de 55 % da cor total de açúcar. 23.2 Seleção do esquema ótimo de descoloração em refinaria 23.2.1 Comparação de sistemas de des coloração As vantagens e desvantagens dos processos de descoloração são resumidas na Tabela 23.2.. A maioria das informações é tomada de Rijfer (2000), que fornece mais detalhes. 23.2.2 Combinações de clarifícação e descoloração Davis (2001) fez uma tentativa para catego rizar combinações possíveis de processo que po dem ser empregados comparando suas eficácias em termos de quanto o processo se adequa e os tipos de corantes removidos. Ele concluiu que duas combinações de processo parecem atraentes em termos de remoção de cor e compatibilidade de processo. Elas são: • Fosfatação com um precipitante de cor segui do por carvão ativado. • Oxidação seguida por carbonatação e carvão ativado. Porém sua classificação não leva em conta a questão do custo e algumas das combinações que ele desconsiderou provaram ser efetivas. A troca iônica não é uma das opções favoritas puramente numa base de remoção de cor, mas é normalmen te a de melhor relação custo-benefício. Dibella (2000) relata que uma combinação de fosfatação e troca iônica mostrou-se satisfatória. Porém o arraste de flocos vindos da fosfatação, mesmo após os filtros de leito profundo, muitas vezes é a causa que exige regeneração das resinas, para evitar de uma queda no desempenho da desco loração. Omesmo fenômeno é notado por Mendoza e Es- pejo (2002), o qual leva a perdas de cargas altas através das colunas e a necessidade de retira-las de linha parcialmente. A escolha da combinação ótima do processo de clarificação e de descoloração variará com as Referências pág. 630 23 Cor e sistemas de descoloração para assegurar que não ocorra perda microbio- lógica ou enlupimenlo. Steincll (2001) avaliou resultados de experimentos que mostram uma re moção média de cor do caldo clariíicado de 14 % empregando ultrafillração. baseados cm mem branas com diferentes cortes de peso molecular (MWCO). cujo valor chegou a menos de 50 kDa. Existem algumas evidências que sugerem que a melhoria da cor do açúcar pode ser ligeiramente maior do que a redução na cor do caldo sugere. Contudo não parece que as membranas sozinhas possam possibilitar a produção direta de açúcar branco. Além disso, a recuperação da quantidade grande de açúcar remanescente no material retido é dispendiosa. Saska (1995) demonstrou que c possível usar a na- nofiltração (MWCO 2.500 Da) após a ultrafillração para produzir açúcar branco. Porém, isto supõe uma cor inicia! do cuido bastante baixa e as taxas de fluxo são muito baixas em 28-35 L/(m- • h) quando comparadas a cerca de 200 L/(m- • h) para a ultrafillração. exigindo assim uma planta de membra nas. muito grande. A separação por membranas foi aplicada numa usina de açúcar bruto no Havaí, mas foi sus pensa. Parece que no futuro as membranas podem encontrar aplicação somente em usinas de açúcar bruto em combinação com outros processos que agreguem valor. Estes são considerados na Seção 22.6. 23.7.3 Troca iônica Verificou-se que no processo de desminerali- zação do caldo usando resinas de troca iônica foi conseguido um nível significativo de descolora- çao. Esta é a base para o processo WSM (White Sugar Mill - Usina de Açúcar Branco) para produ ção de açúcar branco direto {Rossiíer ei al. 2002). Todavia ele requer fíltração com membranas antes da desmineralizaçao por troca iônica também des- coloração por troca iônica utilizando as mesmas resinas usadas numa refinaria, para a produção de açúcar branco conforme as espicificação EU N° 2. O processo tem algumas outras vantagens signi ficativas. mas ainda não é utilizado na produção comercial de açúcar. Um processo alternativo remove o açúcar do caldo ao invés de remover a cor. Isto envolve um processo de separação cromatográíica. que tem de ser precedido por uma liltrução com nicnibranase abrandamento do caldo. E relatado por Kochergin et al. (2()()()). um ensaio amplo realizado em uma usina de açúcar bruto que demonstrou também que este processo necessita de uma evaporação consideravelmente maior. Referências Anon. (2(H).S): ICt^MSA MciIuhIs Uo.ik. WiLiü l)r. A. Banens. IJcrIin. íiarktT li.: Ihivi.s S.li.: Si luilnitiii M. (2ÍH14): l-Aiiliiaiion of chemi- fully aciivalcd carbim i.SI'ARACj Ibr sugar dfO'louri/.ing. Ini. Sugar J. 106. 1266. 246 3.S.V Htirjw fll D.J.: l)fltiiif\ H.Ii.: lliiwkiii.'< D.T. (I4S1). ( Kluurdc\c- lopmunl and scparalion in ruiincd pau hcuisc opcralion. Proc. Sugar Ind. Tcclim)!. 40. 20S--241. lii iiro ( 1007); lun oxchangc rcsins l\)r sugar liqiiors dcco- kniri/alion. l'roc. Sugar Ind. Tcchnnl, 56. 251-271. 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Os valores de URE de açúcar refinado ficam numa faixa entre 65 e 75 % com 76 % sendo o limite superior (Lu et ai. 1977). Mathloiithi (2004) demonstrou que o tamanho do cristal afeta estas isotermas e que uma con centração maior de cristais pequenos modifica as isotermas e explica o papel das partículas finas na promoção do empedramento. O empedramento normalmente ocorre devido à alteração na umidade relativa do ar em contato com o açúcar, devido comumcntc aos gradientes dc temperatura. Isit) pode ser ilustrado conside rando-se uma massa quente de açúcar resfriando cm seus limites externos. A medida que o ar in- tcrsticial rcsfria. a sua umidade relativa aumenta além da Umidade Relativa dc Equilíbrio do açú car e o açúcar absorve umidade. Esta absorção reduz a pressão parcial de água nas e.xtremidades e a umidade migra para estas regiões a partir do centro quente. O açúcar mais externo, assim, so fre dissolução superficial coníornic ele continua a absorver umidade. Ele dessti forma ou se torna progressivamente estabilizado ou. mais tipica mente. aquece novamente conforme as condições ambientais alteram-se, cedendo umidade super ficial. recristali/.a e consequentemente cmpedra. Em regiões quentes, quando a umidade relativa cai. a umidade sobre os cristais se exapora. cau sando cristalização na superfície e. possivelmente empedramento adicional. Esta é a razão pela qual o empedramento na superfície de uma massa de açúcar acontece normalmente na forma de uma casca fina c dura. enquanto que no centro se for ma um aglomerado grande e relativamente macio. O problema da migração da umidade devida aos gradientes de temperatura é mais pronunciado quando o açúcar está em trânsito. O açúcar trans portado para uma área de UR baixa (ou vendido para lares que são centralmente aquecidos e por is.so têm baixa UR) é particularmente suscetível à perda de umidade e empedramento. O açúcar expedido quente, quando entrar cm contato com um ambiente frio experimentará significativa mi gração dc umidade. Excel! (1984) relatou o tato de sacos de açúcar que estavam no piso e nas laterais de contêineres de expedição, chegarem tímidos em seus destinos. O condicionamento reduz este problema pela minimização da umidade niigrá- vel, mas a melhor garantia contra problemas de migração de umidade é resfriar o açúcar antes do empacotamento ou. expedição de modo que sua temperatura exceda dc 5 a IO °C ab à temperatura ambiente. A compressão do açúcar que ocorre nas esto- cagens a granel ou pilhas de açúcar ensacado ten derá a aumentar a probabilidade de empedramen to pelo aumento da densidade aparente e por esta razão trazendo mais cristais entrarem em contato uns com os outros. 24.1.1 Secagem, resfriamento e condicionamento Análise. A umidade residual de açúcar pode ser determinada por uma de quatro formas: 1. Secagem em estufa por 3 horas, com a perda de umidade avaliada pela perda de peso. 2. Secagem em estufa por vários dias. 3. Titulação pelo mél(>do de Korl F/.vcVíe/'usando metanol (conforme detalhado por Bennei et al. 1964). 4. Titulação pelo método de Karl Fischer usando formamida (mesmo método acima) O método 1 mede a umidade livre, e talvez parte da umidade retida. Os métodos 2 e 3 medem a umidade livre mais a retida, pois o metanol lava. mas não dissolve os cristais. O método 4 mede a umidade livre, a retida e a inerente, pois a forma mida dissolve os cristais, de Bruijn e Marijnissen (1996) descreveram um procedimento analítico para diferenciação entre os três tipos de umidade usando a análise de Karl Fischer (metanol), mas moendo os cristais para a determinação da umi dade total (incluindo a inerente). O método 3 é uma técnica mais apropriada do que o método 4 para monitoramento da eficácia do condiciona mento, em função da umidade inerente não causar empedramento e as variações das relações entre umidade inerente e a retida não serem conhecidas. Vários instrumentos de laboratório são usados internacionalmente para determinação de umida de, a maioria baseada em termogravimetria (em pregando mecanismos tais como microondas, in fravermelho ou halogênio/infravermelho). Uma medição precisa da propensão ao em pedramento do açúcar é ainda mais problemáti ca. Bruijn et al. (1982). Excell (1984) e Ramphal (1989) relataram o emprego de uma série de en saios para medir esta propriedade. São dados dois exemplos: • O teste do tubo de ensaio: Amostras são toma das em tubos de ensaio (150 mm de compri mento e 20 mm de diâmetro interno) os quais são então tampados e a porção inferior de 20 mm do tubo imersa num banho de água, que é ajustado em 10 °C por 2 horas e depois em 40 °C por duas horas. O tubo de ensaio é então re tirado do banho e o açúcar cuidadosamente der ramado numa superfície plana. Se o açúcar flui livremente e não contém aglomerados ou qual quer sinal de aderência do açúcar às paredes do tubo, isto constitui um resultado positivo. • O teste em "grande escala": as unidades típi cas de teste consistem de um cilindro de Pers- pex, fechado na parte inferior por um disco oco de alumínio e no topo por uma tampa de Perspex equipada com um anel O-ring. Cada coluna (contendo aproximadamente 7 kg de açúcar) é fechada e então envolvida com um cilindro isolador de poliestireno. Água a 5 °C é passada então através da base de alumínio por 2 horas, seguida por água a 40 °C por 2 horas. O açúcar é então vertido da mesma forma que nos lestes do tubo de ensaio, e qualquer aglomeração ou adesão observada. Neste ensaio de grande es cala. é possível pesar todo material empedrado numa tentativa de quantificar a seriedade do pro blema. Embora a eficácia do condicionamento deva ser de fato avaliada de acordo com a propensão de empedramento do açúcar, ambos os testes acima são subjetivos e qualitativos. É. portanto normal mente necessário confiar na umidade determinada em laboratório (possivelmente em conjunção com os resultadosde teste de empedramento) como uma indicação da condição do açúcar. O processo de condicionamento. O condi cionamento é um processo que ocorrerá por si próprio! O açúcar que é estocado num ambiente em que a temperatura está abaixo de sua URE, gradualmente liberará umidade, ou seja. o açú car irá " se condicionar". Entretanto, o processo de condicionamento, conforme empregado em refinarias de açúcar, busca conseguir o condicio namento tão rápido e completamente quanto for possível, sob condições controladas. A umidade que participa no empedramento tem duas fontes possíveis - ela vem ou do ar cir- cundante (o ar intersticial aprisionado conforme o açúcar flui), ou dos próprios cristais de açúcar. O empedramento devido ao ar circundante, cogno- minado empedramento "deliquescente" por Chen e Clioii (1993). é evitável somente evitando-se o contato com ar úmido. O empedramento devido à umidade do açúcar denominado empedramento "eflorescente", é evitado pela secagem adequada do açúcar. O condicionamento do açúcar, portan to, deve objetivar remover toda umidade presa re manescente e reduzir o teor de umidade limite de um açúcar refinado até o ponto no qual ele não Referências pág. 659 24 Condicionamento e manuseio de açúcar branco O 20 40 60 80 Tempo em h Figura 24.2; Curvas típicas de umidade durante o condi cionamento (.Meadows 1994) empedrará. Isto é feito na prática, pela exposição do açúcar a ar de baixa umidade em silos de con dicionamento por períodos extensos. Porem como Bagsíer (1970) enfatiza, não é possível tornar um açúcar não empedrável; sob dadas condições su ficientemente adversas, qualquer açúcar empedra rá. O condicionamento é o tempo todo um com promisso prático. Um condicionamento é aquele sugerido por Bniijn et al. (1982), pelo qual a umi dade deve ser reduzida ''ao ponto no qual nenhum empedramento sério irá ocorrer quando o açúcar for submetido a f^radientes de temperatura (ou umidade) excedendo lifieiramente aqueles espe rados na práiicxr. O condicionamento é uma extensão do pro cesso de secagem, e se aplicam muitos dos mes mos mecanismos. Porém, a consideração do condicionamento como simplesmente uma extrapolação da secagem pode levar a con clusões errôneas, devido à remoção de umi dade residual freqüentemente levar dias para se completar, ao invés de minutos ou horas, conforme a teoria de secagem sugeriria. A Figura 24.2 contém um gráfico contendo um conjunto de curvas de umidades típicas para o processo de condicionamento. Uma discussão detalhada da modelagem teórica do processo de condicionamento pode .ser encontrada em Meadows (2000) e Bressan e Mathlouthi (1994). Os últimos au tores observam laconicamente: "O problema prático da estabilidade de açúcar duran- i F te a estocaiicm deve ser resolvido com o uso de um mínimo de teoria. Mas deve-se escolher uma boa teoria." Vários autores têm reconhecido que a taxa de condicionamento tem mais a ver cora a cristalização da sacarose e da difusão de água no lilmc contido na superfície do cristal do que mecanismos cvaporativos simples. A Figura 24.3 é uma representação de uma porçãci da superfície do cristal submetida ao ctrndicionamento. da qual quatro mecanismos de processo {Meadows 1994) podem ser derivados: 1. A cristalização de moléculas de sacarose no filme superficial supersaturado. criando uma camada amorfa ou vítrca e efetivamente di luindo o filtne. 2. A evapt>ração de umidade na interface entre o filme c a parte externa amorfa. governada pela pressão de equilíbrio do vapor ila solução em sua concentração específica, servindo para aconcentrar o filme superficial. .3. Dilusão da fase vapor da umidade através da camada externii. que baixa a pressão parcial da umidade na interface do filme. 4. Dilusão/convecção da umidade na massa de ar intersticial. que reduz a pressão parcial da umidade na supcriície externa da camada aniorfa. Vários modelos (Mikus c Hudicek 1986, Meadows 1994) demonstraram que a etapa da difusão é mais lenta em quatro a cinco ordens de magnitude em comparação com a evaporação, tornando-a o me canismo dc controle. A taxa de condicionamento então depende da pressão de vapor saturado do filme (uma funçãci da temperatura e pureza de açúcar) e da pressão parcial de água no volume Filme de umidade retida Interface filme/ ■V. camada Camada amorfa I Ar intersticial I Somente umidade ' inerente Cristali zação Difusão Extração igura 24.3: Porção da superfície do cristal submetida ao con- dicionaniemor 24.1.1 Secagem, re.sfriamenlo e condicionamento da corrente de ar (uma função da temperatura e do teor de umidade do ar). Neste aspecto ele é muito similar à secagem comum. Porém este pro cesso é diferente pelo fato de que a sua velocidade também depende da espessura e natureza (difusi- vidade) da camada de açijcar amorfo. que é uma função do historiei) da secagem do açijcar. Operação da planta de condicionamento. O condicionamento do açúcar refinado é tipicamente efetuado através da passagem de ar (normalmen te desumidilicado) através dos silos. Estes podem ser silos grandes de armazenatnento. ou silos de condicionamento propositadamente projetados para este fim, nos quais o tempo de retenção do açúcar (e. portanto, o tamanho do silo) é projetado para atingir um determinado nível de umidade na saída. Parece haver um teor de umidade limite de 0,007-0.008 % (método de Karl Fischer de me tanol) que é o limite possível para o condiciona mento. Briiijn et al. (1982) verificaram que açú car "condicionado" (não empedrado) apresentou umidade Karl Fischer (formamida) variando entre 0,04 e 0,05 % (correspondendo a umidade entre 0,02 e 0,025 %). Num campo onde o consenso é a exceção, os autores geralmente concordam que o condiciona mento é bastante dependente da temperatura, na medida em que temperaturas mais altas aumentam a torça motriz para o condicionamento. Staclienko et al. (1966) recomendam uma temperatura de 50 a 55 °C, requerendo um tempo de condiciona mento de 40 a 48 h "para equilíbrio". Ramphal (1989) verificou que a redução da temperatura de condicionamento de 40 para 32 °C aumentou o tempo de condicionamento em 25 %. O aumen to da temperatura de condicionamento tem duas restrições, entretanto. O açúcar produzido mais quente é mais propenso ao empedramento du rante o resfriamento subsequente à temperatura ambiente, sem controle e gradientes excessivos de temperatura podem causar empedramento no próprio silo de condicionamento. Parece, entre tanto, que após as primeiras 24 horas, as taxas de perda de umidade se tornam praticamente iguais em todas as temperaturas (sujeitas ao limite infe rior de umidade mencionado acima). Isto significa que temperaturas elevadas são benéficas somente para as primeiras 24 horas! Nenhuma explicação teórica para este fenômeno é oferecida, mas foi confirmada experimentalmente por um grande nú mero de autores (Rodgers e Lewis 1962 e 1963, Bagsfer 1970. Briiiju et al. 1982). A temperatura do ar é muito menos signifi cativa do que a temperatura do açúcar na medida em que as relaçõe típicas ar/açúcar em condicio namento e o calor específico baixo do ar resulta rão no equilíbrio da temperatura do ar com a do açúcar muito rapidamente, à medida que o ar flui através do silo. Porém Ramphal (1989) verificou que grandes diferenciais entre a temperatura do ar e do açúcar ocasionam empedramento no silo - a prática sul-africana é manter o diferencial abaixo de 6 °C. Em função do condicionamento não ser limi tado pela taxa de evaporação, ele é independen te da vazão de ar, que deve ser determinada de modo a garantir uma distribuição uniforme do ar através do açúcar, sem sobrecarregar o sistema de extração de pó. Mikits e Budicek (1986) listam as vazões de ar do silo a partir de 23 referências e os números variam de 0,02 a 87 m-^/(h • t^). Eles recomendam que a velocidade de ar seja manti da acima de um mínimo de I mm/s, porque nesta velocidade, a velocidade de difusão da umidade contra a direção do fluxo de ar se tornasignifi- cante. Bndjn et al. (1982) sugerem um valor de 3 mV(h • t^). Vários autores {Rodgers e Lewis 1963. Dowling 1966, Schwer 1964) relataram a insensi bilidade ã UR do ar também, embora os modelos de processo referidos, previamente, sugiram que a menor UR deve acelerar o condicionamento. McGimpsey (Simpósio SIT, 1960) verificou que o condicionamento com ar mais seco (20 % de UR em vez de cerca de 40 %) reduziu pela metade o tempo de condicionamento requerido e produziu um produto mais seco. Devido às suas maiores áreas superficiais, cris tais menores são condicionados mais rapidamente que os maiores, tornando os cristais maiores os de terminantes do tempo de condicionamento global {Chapman 1970. Lu et al. 1977). Entretanto, pela mesma razão, cristais menores empedram mais fa cilmente do que os grandes. Cristais menores con têm uma porcentagem de água maior (disponível para migração e empedramento) em determinada URE. É, portanto necessário que o condicionamen to se realize a umidades menores para os cristais menores. Bressan e Mathiouthi (1994) verificaram Referências pág. 659 24 Condicionamento c manuseio de açúcar branco 24,2 Armazenagem de açúcar refinado A eslocagem do açúcar ocorre sob uma das quatro formas: 1. Depósitos e moegas, para estocagcm de "'picos de produção" de curta duração; capacidade de até poucas centenas de toneladas. 2. Silos de armazenamento a granel de curta duração, de formato cilíndrico alto. freqüen temente utilizado para condicionamento: ca pacidade típica de 1.000 a 3.000 toneladas. 3. Silos de estocagem a granel de longa duração, de menor proporção diâmetro/altura; capaci dade típica de 20.000 a 80.000 toneladas. 4. Armazéns de açúcar ensacado. Mikits e Budicek (1986) compilaram uma visão geral magnífica referente ã armazenagem do açú car refinado, incorporando um capítulo muito útil sobre condicionamento. Este trabalho é muito re comendado àqueles que desejam adquirir conhe cimentos mais completos sobre o tema. Os autores diferem quanto à UR "segura" para armazenagem de açúcar - a regra prática mais co mum usada pela maioria das refinarias é que uma UR abaixo de 60 % é aceitável. A situação c com plicada, contudo, pelo fato de que a URE varia de acordo com o nível de umidade do próprio açúcar. Como as impurezas estão concentradas no filme superficial, a secagem complementar do cristal concentra estas impurezas e por esta razão baixa a URE. O que atrapalha é a velocidade na qual o açúcar refinado absorve umidade num ambiente de alta umidade. Chapman (1970) cita um ganho de umidade de 0,05 g/(100 g ■ h), enquanto en saios sul-africanos demonstraram taxas tão altas quanto 0,18 g/(100 g ■ h). Mikiis e Budicek lecomendam que o açúcar a ser estocado deve ter níveis de açúcar invertido abaixo de 0,01 % para evitar problemas de higroscopicidade. 24.2.1 Tipos de silo a granel O açúcar refinado a granel geralmente é esto cado em silos cilíndricos de até 80.000 toneladas de capacidade, devido a silos cilíndricos verticais terem normalmente melhor relação custo-benefí- cio. ocuparem um espaço relativamente pequeno e poderem ser rapidamente condicionados. Os pro jetos diferem principalmente cm termos de mate rial construtivo, tipo de isolamento e mecanismos de alimentação o extração do açúcar. Materiais construtivos. Os silos são normal mente construídos em aço ou concreto estrutural. O aço carbono revestido de epóxi é às vezes uti- lizadt). bem como o concreto revestido de epóxi. O aço inoxidável também é utilizado, mas a van tagem do uso de aços auto passivados c reduzida pelo fato de que o açúcar em movimento desgasta por abrasão a camada passivada. O aço carbono pode ser usado com bastante segurança como um material de construção, porque o ar condiciona do o protege contra corrosão. .Silos cilíndricos concêntricos (silos dentro de silos) são às vezes empregados onde diferentes açúcares s.ui estoca dos no mesmo sik). Açúcares sob temperaturas diferentes ou de t|ualidades diferentes não devem nunca ser estocados juntos. A necessidade de isolar <.i equipamento de estocagem do açúcar a granel depende da capa cidade. qualidade do açúcar (grau de condicio namento) e temperatura, condições climáticas e materiais de construção. É indesejável permitira existência de gradientes de temperatura no arma zenamento de açúcar a granel pt)ic|uc isto causa migração de umidade, que pode levar ao empedra- mcnto generalizado. Porém, Kocher^in e Johnson (2{)()1) questionam se o isolamento é necessário, se o fluxo de ar for adequado para remover umi dade que migrou. Um sistema para assegurar iso lamento bastante eficiente é a sopragem de ar com temperatura controlada através de um anel que en volve a parede do silo - isto é normalmente bas tante empregado em climas mais frios. A maioria dos silos de aço emprega material de isolamento e/ou um anel com canais de ar. e muitos silos em concreto são isolados também. Thoinp.son (1998) salienta que as propriedades térmicas de um silo de aço típico de paredes duplas, com material de isolamento adequado entre as paredes, são me lhores do que aquelas de um silo de paredes de concretcí armado com 200-300 mm de espessura. Mikii.s e Budicek (1986) sugerem quatro cate gorias de silos para armazenamento de açiícar e comentam sobre sua operação corno segue: • Silos não ventilados com paredes não aqueci das precisam ser alimentados com açúcar que já condicicmado. sem finos e resfriado. ■I • Silos não ventilados com paredes aquecidas precisam também ser alimentados com açtícar já condicionado. O açúcar precisa ser de qua lidade uniforme e à temperatura de armaze nagem e não pode ser permitido que seque no silo (por exemplo, na superfície). • Silos ventilados com paredes não aquecidas pre cisam ter suprimento de ar suíicicnle que pode ser usado tanto para remoção da umidade quanto para evitar a ocorrcMicia dc gradientes de tempe ratura. O ar precisa ser de "qualidade condicio nada" c a qualidade do açúcar não deve flutuar. • Os silos ventilados com paredes aquecidas ne cessitam somente que o ar seja suliciente para remover o excesso de umidade. solução mais simples para a alimentação de açúcar é alimcniá-lü pelo topo do silo. que é dotado de um teto cônico num ângulo que corresponde ao ângulo de repouso do açúcar. Esta solução tem muitas des vantagens. Ela resulta em formação de pó e danos ao cristal quando o nível do açúcar no silo estiver baixo. Também, em função do açúcar cair sobre o topo de uma pilha ocorrerá sua estratificação ao rolar para baixo, e isto pode fazer com que o açú car armazenado tenha distribuição de tamanhos de cristal e densidade aparente diferente no centro e na periferia do silo. Isto teria um efeito danoso no condicionamento, bem como possivelmente causa ria problemas em parte do açúcar na manutenção das especificações de qualidade do produto. Os sistemas de distribuição baseados em velo cidade, tais como discos rotativos de alta veloci dade ou correias lançadoras. apresentam todos as mesmas de muitas desvantagens. Dois projetos principais alternativos são em pregados: • O uso de um teto intermediário com aberturas, para as quais o açúcar é conduzido por meio de um dispositivo de distribuição dotado de várias aberturas circulares concêntricas. atra vés do qual o açúcar cai no silo. O sistema permite distribuição uniforme, mas ainda tem a desvantagem de uma queda em trajeto lon go, quando o nível do açúcar estiver baixo. • O emprego de uma rosca ou mais roscas ro tativas ou roscas sobre o açúcar que o distri buem do centro para a periferia do silo. A de gás de exaustão; 3 Torres de escada; 4 Posição da rose; rosca é, na maioria dos casos, projetada para transportadora de descarga; 5 Filtração e condicionament( se movimentar para a parte superior do silo de ar; 6 Ar de exaustão; 7 Ar condicionado 2 roscas transportadoras suspensas com cabos de aç na ponte de alimentação Ponte de revolvimento \ ^ S /y com 2 roscas trans- portadoras Figura 24.4: Exemplo de projeto de silo(tipo Weibul com descarga única central) (IPRO) A Instalação para descarga e esvaziamento (para açúca residual) B Instalação para alimentação (sobre o açúcar) I Posição da rosca transportadora de alimentação; 2 Duti conforme este enche, resultando em distâncias mais curtas na queda do açúcar. Porém estes projetos são usualmente dispendiosos e reque rem dispositivos mecânicos operando na área de estocagem de açúcar (Figura 24.4). 24 CondicionajTienU) e nianuseit) de açúcar hranet) «11* f Se." Retirada via funil de descarga, rosca de descarga resíduos e canal Alternativa: 'Lucks Silo padrão' com teto intermediário e porão completo, descarga com ou sem rosca para resíduos Figura 24.5: Exemplo de projeto de silo (tipo Wcibiill com canais de descarga (pontos múltiplos de descarga) (IPRO) 1 Rosca transportadora; 2 Torre de escada com transporta dor de açúcar; 3 Gás de exaustão; 4 Filtração e condiciona mento de ar; 5 Ar condicionado; 6 Fundo com aberturas Os sistemas para retirar o açúcar dos silos a granel são muito variados, indo desde os com fundos côni- cos de "fluxo mássico" simples para silos pequenos, a sistemas mecânicos mais complexos. Vários dis positivos engenhosos foram projetados ao longo dos anos. mas os mais persistentes são: "i'n iTv- I ''M I I. v -. FIgurii 24.6: Silo de aço Abay-ABR {Scliiiidlci'o Jiouker 1993) I Casco do silo; 2 Coluna central; 3 Sistema de cabo para direcionamento da barra distribuidora; 4 Ponte rotativa com motor de acionamento; .3 Galeria tubular dc aço. 6 Transportador de açúcar; 7 Abertura para sucção do ar úmi do; X Cluiles em /ig-/ag; 9 Abertura para escoainonto de açúcar; 10 Barra distribuidora tie açúcar dt>tada de placas defletoras; I I Distribuidor de açúcar para calhas /ig-/ag; I 2 Calha /ig-zag para remoção de açúcar; 13 Calha vibra tória; 14 Condutor de açúcar Descarga por gravidade com remoção do açúcar residual; Neste sistema possibilitado o ttçucar é drenado do silo por gravidade, ou por umã to- mtida de retirada central sitnples (Figura 24.4) ou por um canal dc descarga (constituído por uma fileira de bocais dc descarga sobre um transportador) (Figura 24.5), O açúcar que per manece no sik) c então removido mecanicamen te ptir meio de uma rosca, tni imersa no açúcar (Figura 24..5) ou operando na superfície do açú car (Figura 24.4). A pritneira é clarameiiie uma alternativa de risco, pois uma falha mecânica da rosca não pode ser veriíicada enquanto ela esii- ver enterrada no açúctir. e a operação e rotação da rosca imersa na massa de açúcar impõem de safios especiais de projeto, Estes sistemas apro ximam-se ra/oavelmenie bem do sistema PIFO ("primeiro que entra primeiro que sai"). 24.2.1 Tipos de silo a granel Entrada de açúcar branco Porão múltiplo com fundo em funil Piso inferior: Fundo com múltiplos funis e estetras . transportadoras íi Teto intermediário com ranhuras de alimentação j I Esteira de transporte Aberturas de descarga Entrada de ar do cone inferior Cone de ar Estocagem de açúcar Ranhuras Figura 24.7: Kxcmplo dc projeto de silo com íunis de descarga múltipla (IPRO) 1 Gás dc exaustão: 2 i-iltraçào e condicionamento de ar; 3 Ar condicionado Figura 24.8: Silo cilíndrico vertical I Tubos de alimentação (18); 2 Elevador de canecas; 3 Abertura, 710 mm; 4 Tubos de descarga (18) Retirada inecâtiica: Ne.ste sistema (Figura 24.6). o açtjcar é aiittietilado e retirado pelo mesrno sistema. Na retirada, o açúcar é removido da superfície e conduzido por rosca à coluna cen tral. pela qual ele cai para a abertura de saída. Um sistema de defletores na coluna reduz as distâncias de queda e minimiza a quebra. Este sistetna opera sob o conceito "primeiro que entra primeiro que sai". A operação da rosca precisa ser cuidadosamente controlada e monitorada, na medida em que pode ser enterrada porescorrega- mento ou colapso das pilhas de açúcar, às vezes requerendo liberação manual. Descarga total por gravidade: Neste sistema, o piso do silo é dividido num grande número de aberturas cônicas individuais de descarga, que cobreni quase completamente a área do fundo do silo (Figura 24.7). Este é utn sistema muito atrativo, pois permite o uso do critério "primeiro que entra primeiro que sai" (sensores de fluxo são instalados normalmente nos cones de saída para assegurar que o liuxo do açúcar através do silo seja uniforme) e evitando a dependência de um dispositivo mecânico de extração. Porém esta opção é cara, pois precisa dispor de um porão sob o silo. um grande número de válvulas ou guilhotinas nas saídas e complicado sistema de transportadores. Meyer (2004) estima que este tipo de porão de retirada do açúcar custe 30 % mais do que um porão de silo comum, o qual por sua vez é 10-15 % mais caro do que um canal simples de retirada. Uma alternativa para silos menores (razão (com relação alturaidiâmetro alta) é mostrada na Figura 24.8, na qual um cone central invertido direciona o açúcar para um anel de tomadas de retirada na periferia. Ki'/er<}ni.-ias A.Tú 24 Condicionamento e manuseio de açúcar branco 24.2.2 Projeto e operação da estoca- gem a granel A consideração fundamental no projeto para eslocagem de açúcar a granel é o ângulo de re pouso do açúcar. Para açúcar úmido, este ângulo pode ser tão grande quanto 55°. enquanto estima tivas para açúcar branco seco estão na faixa de 30 a 35°. Entretanto é recomendado que se tenha cuidado no uso de ângulos de repouso para pro jetar fundos cònicos ou tomadas de retirada, ptiis a experiência com silos de múltiplas tomadas de retirada têm demonstrado que o ângulo de escoa mento é muito íngreme - em alguns casos acima de 70° (com o açúcar permanecendo estático em ângulos mais rasos). Lyle (1970) relata um teste no qual as saídas dos armazéns de estocagcm a granel, em ângulo de 60° com a horizontal (51° nos vales) não eram inclinadas o suficiente, c o açúcar construiu sua própria mocga formada por uma crosta dura". Em silos grandes de múltiplas tomadas de retirada, as moegas do fundo podem ser projetadas considerando o ângulo dc escoa mento do açúcar, ou pode ser considerada a hi pótese de permitir que o açúcar forme cones cs- tacionários entre as moegas. e que será removido quando o silo estiver vazio. Ocorre compactação significativa do açú car numa estocagem a granel. Hiigoi (I9S6) descreve como o açúcar com uma densida de aparente de 820 kg/m\se compacta a 1.020 kg/m^ a uma profundidade de 6 m (por uma combinação de pressão e alinhamento dos cris tais conforme o açúcar se move), e sugere o emprego de uma densidade aparente média dc 900 kg/m-^ para um silo profundo. Chen e Chou (1993) sugerem uma faixa de densidade aparente de 870 a 920 kg/m-^ para açúcar branco condicio nado. As tensões nas paredes do silo conforme o açúcar se move na descendente são seguramente um elemento-chave do projeto estrutural do re cipiente de armazenamento. Também a retirada do açúcar da base de um silo não deve ser con siderada somente uma questão de processo (para garantir boas distribuições de tempo de residên cia). mas precisa também levar em consideração a garantia de evitar o aumento das tensões na pa rede devido ao movimento diferencial de açúcar V m pontos diferentes do recipiente. A Figura 24.9 O 10 20 30 40 Profundidade de açúcar em m Figura 24.9: Pressão do açúcar nas paredes de um silo iChcn c Chou l<W) I Curva de rcterCMicia para "pressão fluída": 2 e 3 Curvas típicas dc pressão dc projcio: "após cnchiincnU)" ; (3) e gradicnic dc pressões durante o esva/.ianiento (2) apresenta um gráfico da pressão exercida pelo açúcar nas paredes do silo. O projeto deve levar em conta o falo de que. ao se desenvolver fluxos em coluna, as tensões dinâmicas nas paredes po dem ser tão altas quanto 2.3 vezes a tensão estática (Chapman 1970). Os silos devem ser também providos de respiros para alívio de pressões alta e baixa e em algumas instalações, as vazões de ar são medidas na entrada e saída do silo como uni cuidado adicional para evitar situações de sobre ou subpressãt). Oaçúcar armazenado em armazéns ou silos devem, ser tanlt) quanto possível mantido em movimento. Quando nenhuma operação de des carga estiver ocorrendo por períodos longos, é importante promover a recirculação do açúcar, ou. quando houver capacidade disponível, fazer a transferência completa do estoque de um arma zém ou silo para outro (isto assegura que não exis tam zonas mortas), 24.2.3 Ventilação 24.2.3 Ventilação A pa.ssagcm de ar através do açúcar é reco mendada para todos os silos a granel, quer sejam destinados ao condicionamento ou à estocagem simples do açúcar . Além da redução do risco de empedramento pela remoção do excesso de umi dade, a passagem do ar elimina problemas que po dem estar associados com concentrações de umi dade localizadas, tais como atividade fermentali- va. Porém, quando a intenção for não condicionar o açúcar, é prática relativamente comum manter a UR do ar alta. em vez de baixa. É reconhecido que com a manutenção da UR um pouco abaixo da URE do açúcar, o açúcar não liberará umidade em quantidades signiticativas. Uma UR de 60 % é típica - a UR alta tem o benefício secundário da redução de problemas com pó e risco de explosão. Deve ser ressaltado que as condições do ar precisam ser controladas de modo que a UR de 60 % seja atingida no ponto mais frio do silo, ou podem surgir problemas devido a se atingir o ponto de orvalho. O ar de ventilação do silo de estocagem é com freqüência recirculado (após ser filtrado e recondicionado), para reduzir a emissão de ar para à atmosfera e economizar energia se o ar estiver aquecido. O método padrão de produção de ar desumidi ficado é refrigerá-lo até atingir o ponto de orvalho necessário (teor de umidade contido na satura ção) e reaquecê-lo à temperatura de operação do silo, resultado numa umidade relativa específica. Normalmente não é necessário reaquecer o ar. na medida em que a elevação de temperatura através dos sopradores pode ser suficiente para atingir a temperatura necessária. A alternativa à refrigeração é a desumidifica- ção química. Um sistema adequado é o conceito da "roda dessecante" (um exemplo é o sistema fornecido pela Munters). Nestas unidades o ar de processo é desumidificado ao ser passado através de um dessecante químico, que está contido num quadro que gira lentamente. Quando o dessecante é expelido para fora da corrente de ar de processo, passa para uma corrente de regeneração, da qual a umidade é retirada por uma corrente de ar quente. O dessecante então retorna pela rotação da roda, ao ar de processo. A exclusão de umidade de vagões férreos ou carretas silos é importante também na prevenção de empedramento do açúcar em trânsito. É práti ca bastante comum insuflar ar condicionado nos caminhões para secá-los completamente antes do enchimento. Algumas refinarias usam vedações de polietileno sob as portas de carga dos cami nhões para evitar o ingresso de umidade. 24.2.4 Estocagem de açúcar enipacotado C/ien e Cliou (1993) fornecem uma lista de orientações de caráter prático para a estocagem de açúcar em pacotes: 1. Manter a temperatura do açúcar abaixo de 38 °C. 2. Manter a umidade relativa do ar abaixo de 60 %. 3. Manter as alturas das pilhas em um mínimo prático. 4. Estocar o açúcar separadamente de outros produtos para evitar incorporação de umidade, odores, etc. 5. Manter estoques limitados com giro e reposi ção rápidos. 6. Empacotar o máximo possível para embarque direto. 7. Em áreas úmidas usar calor ou condiciona mento do ar para controlar a umidade relativa e alterações de temperatura. 8. Embalar açúcar condicionado somente em re cintos de empacotamento devidamente isola dos em relação à umidade externa. Este último ponto é certamente o ideal, mas nor malmente não é uma abordagem econômica. Um ponto adicional a ser lembrado é garantir que os paletes estejam secos. A refinaria Thames em Londres seca quaisquer paletes úmidos (ou pale tes novos - a madeira "verde" contém níveis altos de umidade) antes da utilização. É normalmente usada uma barreira contra a umidade entre a ca mada inferior de sacos e o palete. Os armazéns para açúcar ensacado devem ser construídos em alvenaria com tetos bem vedados (para evitar tanto a entrada de pássaros e isola-lo de perturbações ligadas às condições climáticas) e pisos de madeira ou concreto. Para cálculo de capacidade, Hiigot (1986) sugere uma densida de aparente de 800 kg de açúcar por m-'' de pilha (não incluindo os corredores ao redor das pilhas), enquanto vau der Poel et al. (1998) estimam 500 Referências pág. 659 24 Condicionamento e manuseio de aplicar branco As esteiras de correia podem ser inclinadas, mas Lyle (1970) não recomenda um ângulo maior do que 22.5° para açúcar seco. Hugot (1986) pre fere um limite de 20° e recomenda 16°. As velo cidades das esteiras de 1.2 a 1,6 m/s são comuns, exceto para esteiras de carregamento de navio, que podem rodar ao redor de 2.9 m/s. Um pro blema com as esteiras de correia é a garantia de que o retorno esteja livre de açúcar aderido, o qual é esmagado pelos roletes de retorno e gera pó e sujeira. Muitas instalações empregam escovas ou raspadores após o tambor motriz, mas estes não são 100 % eficientes e apresentam o risco de con taminação do produto. A alimentação do transpor tador de correia deve sempre ser feita na linha de centro da esteira, pois o carregamento assimétrico ocasionará o desalinhamento da correia para um lado. resultando em derrame e desgaste da mesma. Uma variação do transportador de correia con vencional é a esteira suportada por ar, que não tem roletes e desliza sobre um piso de chapa de aço perfurada, através do qual o ar é soprado, supor tando a correia num colchão de ar. A esteira supor tada por ar minimiza o atrito da correia, minimi zando assim o consumo de potência e o desaaste da correia, reduz bastante a necessidade de manu tenção e é limpa e adequada ao transporte sanitário do açúcar. Estas correias são normalmente vcdíi- das e isto ajuda a evitar contaminação do produto. Elevadores de canecas. Os elevadores dc ca necas são constituídos por correntes, ou mais usu almente de uma correia à qual canecas ou conchas são anexadas. Estes elementos giram sobre rodas dentadas ou tambores em cada extremidade e po dem ser inclinados, mas normalmente operam na posição vertical. As correias são mais utilizadas pois são silenciosas, baratas e mais adequadas ao am biente empoeirado de um elevador de canecas, mas não são adequadas quando há materiais pegajosos que podem acumular-se na correia e nos tambores motriz e movido. Os elevadores são geralmente en volvidos com chapa para controlar a poeira que eles geram, e o material é alimentado em uma moega de alimentação na base do invólucro pela qual as cane cas são carregadas. A calha de alimentação deve ser dimensionada para evitar a carga do elevador numa quantidade maior do que as canecas podem trans portar para evitar embuchamentos. Os elevadores de caneca podem ser de baixa ou alta velocidade. Elevadores de alta velocidade descarregam lançando o açúcar para fora da caneca tangcncialmcnte conforme ela passa sobre o tam bor motriz, e são somente factíveis para açúcares cjue descarregam ccítn razoável facilidade. Açúca res úmidos, pegajosos se ct)mpactarão na caneca à medida t|ue ela é alimentada e não descan^egarão suficientemente rápido no topo. Para estes produ tos. uma unidade dc baixa velocidade pode ser mais adequada. Os elevadores de baixa velocidade têm tipicamente maior espaçamento entre as canecas e descarregam lançando o açúcar numa bica de des carga. Cada caneca tem para desviar o açúcar que é descarregado da caneca anterior, protegendo a corrente de relonuí logo após o tambor motriz e, fora do trajeto do açúcar que está sendo descarregado. A inclinação da última porção do elc\ador anie,s da descarga também é uma solução para a (.icscargade açúcares úmidos e pegajosos. As correias dos elevadíJres para açúcar refinado devem atender às mesmas normas Já descritas para transportadores.Alguns elevadores têm uma fileira dupla de canecas, e neste caso as fileiras de cane cas devem ser alternadas por meio passo. A maior desvantagem do elevador de canecas é a ocorrência de alguma moagem do açúcar e em conseqüência a produção dc pó é inevitável. Todos os elevadores ou esteiras inclinadas pre cisam ser equipados com um mecanismo para evitar contra-recuos no evento de falha do motor ou quebra do eixo. O recuo na melhor das hipóteses resultanS em sujeira e inconveniência; na pior levará a dano sério e caro (um elevador grande de canecas ope rando em sentido contrário pode atingir velocidade tal que ele se aulodestrua). Elevadores de canecas modernos tem dctectorcs dc desalinhamento e dc velocidade zero para minimizar a probabilidade de dano ao equipamento. Outro.s tran.sportadores. Transportadores ou elevadores de corrente ou cabo de arraste são cons tituídos por uma corrente ou cabo com chapas ou raspadores dispostos em intervalos, que arrastam o material dentro de um invólucro, calha ou tubo her méticos. O transportador Redlcr é provavelmente o mais conhecido, consistindo de uma única corrente de elos tipo rodo e é mais comumente usado para carvão. O Floveyor é uma versão na qual um cabo equipado com discos se move em um tubo, e é mais usado em açúcar seco. Vários mecanismos de transporte estão dis poníveis para a condução de açúcar ensacado. in- 24.3.2 Moegas. chutes e pontos de transferência cluindo guindastes, eslingas. garras, elevadores de bandejas oscilantes, transportadores de taliscas, esteiras de taliscas planas de borracha e transpor tadores condutores gravitacionais de rolo. Transporte pneumático. Uma opção comple tamente diferente para o transporte de açúcar é o transporte pneumático. Uma opção efetiva é a con dução pneumática em fase densa na qual o açúcar é transportado em bateladas em velocidades mui to menores do que em fase diluída, usando muito menos ar e com quebra pequena de eristal como conseqüência. A utilização bem-sucedida destes sistemas na Reíinaria Hulelts na África do Sul foi relatada por Ce//úig (1996). As vantagens são as seguintes: é limpo, sela do (livre de contaminação), economiza espaço, exige baixa manutenção, é seguro e silencioso. As desvantagens são a necessidade de ar limpo, seco e filtrado, a necessidade de um vaso de pressão, a exigência de boa coleta de pó e o fato de que even tuais entupimentos podem ser difíceis de remover. O sistema tem boa relação custo-benefício para ro tas longas ou complexas, mas não consegue com petir em trajetos curtos e em linha reta com outros transportadores de açúcar. 24.3.2 Moegas, chutes e pontos de transferência Moegas e transferências. A consideração pri mária de projeto no desenho de moegas é seu esva ziamento completo e eficiente sem formação de ca- Elevação frontal Elevação lateral Jíireçào do movimento nais ou caminhos preferenciais. Para garantir reten ção zero de açúcar, os ângulos das laterais de moegas em forma de "pirâmide invertida" devem estar entre 75° {Lyle 1970) e 77° (Hugoí 1986). que resultarão em 70° a 72° nos vértices ou c antos. Um ângulo de 65° é aceitável para moegas cônicas {Hiigot 1986). Sheehan e Schneider (2003) fizeram uso do "ângulo de escorregamento" para projetar a parte referente à moega alimentadora do leito fluidizado desenhado por eles. Eles determinaram os ângulos de escorre gamento para açúcar bruto seco, fino e seco e úmido como sendo 41°, 48° e 58°, respectivamente, mas ainda assim projetaram suas moegas com 70° como prevenção para a pior situação. Quando restrições de ordem prática tomam es ses ângulos ideais impossíveis, as soluções possíveis incluem insuflação intermitente de ar na moega para soltar o açúcar, e o uso de paredes de membranas que podem ser flexionadas por um pulso de ar sob a membrana, para desalojar qualquer acúmulo. Há descarregadores vibratórios disponíveis que se en caixam na parte inferior do cone de descarga e ati vam o material por energia de vibração, eliminando a retenção de açúcar e facilitando o escoamento. As calhas alimentadoras de transportadores de vem ser projetadas conforme as seguintes orienta ções: • O açúcar precisa atingir o transportador vertical mente ou na direção do movimento do condutor. • A calha precisa ser a mais curta possível. • Os ângulos dos cantos na calha precisam ser maiores que 60°. • Um sistema de remoção de pó precisa ser insta lado no ponto de impacto do açúcar. Devem ainda ser tomados cuidados para minimizar Calha de alimentação O impacto do açúcar no condutor (ou no silo ou na i pilha de açúcar). Vários / dispositivos "tipo sapata" — —I existem para instalação na I I base da calha, para absor- A A^ • ver ou amortecer a energia do açúcar em queda. Um Chapa plana de fundo Direção do movimento Figura 24.10: Calha tipo "sapata" para minimização do impacto da alimentação do açúcar em uma esteira Referências peig. 659 24 CondicionamentD e manuseio de açúcar btiinco exemplo é mo.strado na Figura 24.10. na qual uma chapa com um recorte perfilado no fundo da calha alimenta o açúcar suavemente no transportador, mi nimizando a formação de pó e o desgaste da correia. Outra opção é alimentar o açúcar usando um estran gulamento na calha de alimentação constituído por chapas com recortes semicirculares ou abas de bor racha para controlar o fluxo. Modificações em moegas de transferencias num sistema de correia transportadora que levaram a der rame reduzido, menor formação de poeira e carrega mento uniforme da correia são descritos por Gordon (1984). A modificação chave envolveu o uso de uma garganta formada por laterais cm forma de saias cur vas, como mostrada na Figura 24.1 1. A largura da garganta é cerca de 60 9c da largura da base da calha de transferência. Uma ação de estrangulamento do fluxo é produzida através da garganta desaceleran do assim a corrente de açúcar em queda. Abas de selagem de borracha são desnecessárias e o açúcar é carregado uniformemente ao longo do centro da correia eliminando derrame de açúcar. Separadores magnéticos. Separadores magné ticos devem ser montados no trajeto do açúcar pro duzido para remover todos os contaminantes mag- netizáveis tais como porcas, parafusos ou cavacos metálicos. Os tipos de separadores magnéticos mais comuns são: • Separadores magnéticos fixos, que são posicio nados pouco acima ou apenas penetrando na corrente de açúcar no transportador. Estes pre cisam ser limpos manualmente. • Separadores magnéticos de impacto são monta dos de modo que a corrente de açúcar, normal mente descarregado pela parte frontal na qual há o eixo moiri/ do transportador, atinja a super fície do separadores magnéticos. Isto assegura uma probabilidade maior de captação de con- tiiminantes. mas apresenta o risco do material ser \aiTÍdo do separador magnético pelo açúcar. Estes separadores magnéticos também precisam ser limpos manualmente. • Transportadores magnéticos têm uma esteira com taliscas de aço cpie passam sobre a super fície magnética, e o material magneiizáve! é conduzido para as laterais do transportador e descartado. • Tambores magnéticos são posicionados na ex tremidade do transportador de modo que o açú car passe sobre o tambor. Conforme o tambor gira. a porção de sua superfície na posição nào carregada de açúcar é desenergi/aila. descarre gando o material c|ue foi coletado. • Separadores tipo "gaveta", nos quais o açúcar passa atríivés de uma grelha de hastes magné ticas. que podem ser retiradas cm gavetas para limpe/a. • Tubos magnéticos são núcleos magnéticos po sicionados na linha de centro de uma porç\ào expandida de tubo. instalados em uma calha ou tubo de transporte pneumático. O açúcar em queda ou soprado passa ao redor dos tubos magneti/ados. Uma porta de acesso na unidade precisa ser aberta para a limpe/a do separador niíignético. Um dispositivo útil. chamado Magnetostai. produ zido pela Bühicr monitora a intensidade do campo magnético de um imã blindado e ahirmaquando a intensidade do campo magnético cai abaixo de um limite devido a míilerial aderido. O separador mag nético é então limpo ptira restabelecer sua eficiência. Tigura 24.11: Moega modificada da calha de transferên cia 1984) 24.3.3 Peneiramento ou classificação Fundamento.s. A classificação do tamanho de partícula de algum tipo é rotineiramente emprega da em quase todas as refinarias. Em sua forma mais simples, a primeira triagem é usada para separara fração mais grosseira (caroços ou conglomerados), e que é normalmente feita por telas montadas na ex tremidade de descarga dos secadores rotativos. No outro extremo, o açúcar refinado pode ser desem- poeirado. removendo tipicamente a fração menor do que 0.2 mm. ou por ar (comt) num secador ou resfriador de leito fUiidi/ado) ou por peneiramento. 24.3.3 Peneiranienlo ou cla.ssificação No caso de pcneiramenio. um corte inicial é usual mente feito a cerca dc 0.35 mm, pois as telas mais finas são mais delicadas e entopem mais facilmente do que aquelas com aberturas maiores. Como os finos contribuem signilicadamcnte à propensão de empedramento do açúcar, muitas refinarias penei ram todo o açúcar produzido por esta razão. A parte de fração dc finos que não atende às especificações da refinaria para açúcar super fino ou outra especia lidade dc açúcar é refundida. Além da remoção da fração grosseira do de- sempoeiramento. o açúcar pode ser completamente classificado numa variedade dc produtos especiais. E interessante operar com duas telas de aberturas próximas, para possibilitar que a fração retida en tre ambas seja direcionada ou à fração mais grossa ou à mais fina conforme a demanda ou material de alimentação variem. Um benefício secundário do peneiramento é que ele resfria o açúcar - de modo geral muito significativamente. A refinaria Yonkers em Nova Iorque relatou uma queda de temperatura através do peneiramento de 1 1 °C. Operação da peneira. A eficiência do pe neiramento r| é definida como a porcentagem de partículas de tamanho menor (em peso) que per manecem com a fração grossa, baseada em análise laboratorial {Iver.son e Munroe 1982): lOO Íu- .,-vr ) n = ^ (24.2) onde: porcentagem em peso de partículas de tamanho menor na alimentação: porcentagem em peso de partículas de tamanho menor no açúcar retido. Esta eficiência é uma medida da precisão do corte referente ao tamanho desejado no produto final, à medida que em peneiramento industrial, nem todas as partículas de tamanho menor alcançam a teia (diferentemente do peneiramento laborato rial), e a abertura da malha é tipicamente maior do que a fração mais grossa desejada no açúcar peneirado que passa pela peneira de classificação. Valores para a eficiência da separação podem ser usados em conjunto com a distribuição de tama nho de cristal para estimar as quantidades de pro dução esperadas para as várias frações. Os aspectos mais importantes de uma instalação de peneiramento são; • Ação de limpeza, que deve eliminar entupimen- to das peneiras sem interferência na eficiência do peneiramento. • Agitação, que precisa ser suficientemente forte para evitar que as partículas sobredimensiona- das entupam as aberturas, mas não tão forte que as partículas subdimensionadas sejam mantidas longe das aberturas. • Ação de transporte, através do grau de inclina ção. para assegurar que a fração sobredimensio- nada é conduzida para fora da tela na quantida de desejada. Notar, entretanto, que a inclinação também afeta a dimensão efetiva (horizontal mente projetada) das aberturas. • Controle da quantidade alimentada (ou contro le da espessura do leito), visto que uma vazão muito alta inunda a tela, impedindo que parte da fração fina atinja a tela. • Percentual de área aberta das telas. Notar que quanto mais fina a abertura, menor a capacidade de peneiramento em t/(h • m-). Burkhardt (1995) fornece uma lista de fatores a se rem considerados na especificação de uma instala ção de peneiramento; • Número de frações a serem obtidas. • Distribuição do tamanho de cristal das frações padrão. • Componentes em contato com o produto, prefe- rivelmente de aço inoxidável. • Transmissão de vibração para a estrutura metáli ca de suporte e ao prédio. • Emissão de ruído. • Distribuição da alimentação sobre as superfícies de peneiramento. • Tempo e equipamento necessário para alteração da malha da tela. As telas usadas para açúcar branco são todas do tipo de tela de arame. Chapas perfuradas não são utili zadas por causa de seu peso, pequena área aberta e suscetibilidade ao entupimento. O padrão do trança do dos arames pode ser ou quadrado ou retangular. Padrões retangulares se adequam às telas mais in clinadas, enquanto inclinações mais rasas ou penei ras vibratórias horizontais tendem a usar o padrão quadrado. Tipos de dispositivos. Um dispositivo comum de peneiramento é a peneira vibratória inclinada, ou máquina tipo "lançadora", um exemplo da qual é o separador Rhewum (Figura 24.12). O açúcar é ali mentado com uma calha vibratória sobre uma tela inclinada entre 30° a 45°, resultando em velocida- Referèncios póg. 659 24 Condicionamento c manuseio de açúcar branco I9 I Figura 24.12: Máquina de triagem tipo lança (Scparador Rhewum, inclinação 35°) 0 desenho do detalhe apresenta a transmissão das vibra ções lineares dos imãs a uma barra de batimento 1 Separador magnético: 2 Haste do imã; 3 Alavanca de transmissão; 4 Fuso para item 5; 5 alavanca oscilante; 6 Tela: 7 Barra de batimento: 8 Açúcar, entrada: 9 Fração grossa, safda; 10 Fração média, saída: 1 I Fração fina. saí da; 12 Aspiração de ar des do açúcar de 1,0 a 1,2 m/s. A camada de açúcar é fina, resultando em eficiências boas e baixos danos ao cristal. As telas são vibradas magneticamente, e a limpeza da tela é feita via jatos de ar. A limpeza manual da tela é necessária após 160 h de operação. Ura tipo especial de peneira vibratória é o clas- sificador Mogensen (Figura 24.13). que tem 5 ou 6 níveis, cada um mais inclinado do que o de cima (variando de 10° para o nível superior a 45° para o nível inferior). A vibração da unidade é feita por dois acionamentos excêntricos girando em direções opostas. As dimensões das malhas de cada tela são muito maiores do que o diâmetro de separação pre tendido, o que significa que muito pouco entupi- mento ocorre, e nenhuma limpeza é normalmente necessária. As frações de diferentes tipos de produ to são normalmente produzidas por mistura. Outro dispositivo comumente encontrado é o peneirador, que imita o peneiramento manual por -.•O-.o , .".•y.-y.tf .o Figura 24.13: Classilicador Mogensen I Açúcar, entrada: 2 Tela lina: 3 Tela grossa: 4 Diagramas de distribuição de (amanho de cristal: 5 Variaçao do diâ metro do cristal -C /o o n n n Í2 Íb ii Figur. 24.14: S=pan.d..r L"ck':r Ro.ex ^ 1 Açúcar, entrada: 2 Fraçao hna. saiua. • _ ida: 4 Fração grossa, saída: 5 Luvas flcx.ve.s sa: 7 TelaLa: 8 Eixo excêntrico: 9 Redutor de veloc.dade, 10 Invólucro: 1 I Suportes deslizantes movimento circular ou alternativo. O peneirador Locker Rolex (Figura 24.14) consiste de penei ras ligeiramente inclinadas montadas sobre utn chassi que é suportado na dianteira por um eixo excêntrico e na traseira por mancais deslizantes lineares. A tela é conservada limpa por esferas de 24.3.4 Explo.sões de pó de açúcar borracha mantidas em compariimentos sob a tela, mas este sistema não é completamente eficiente e é necessária limpeza manual a cada 48 h em mé dia. Também, qualquer material raspado d as esfe ras passará no açúcar. É possível o uso de malhas finas, mas telas mais finas entopem mais rapida mente. Por causa da amplitude do movimento do chassi ser 20 vezes o do classificador Mogensen. as entradas e saídas de açúcar são conectadas com luvas (lexíveis que estão sujeitas ao desgaste. Peneiradores rotativos tais como o separador vibratório Sweco (Figura 24.15) geram um padrão complexo de vibração por dois pesos excêntricos nas extremidades superior e inferior do eixo de acionamento. Movimentos radiaise langenciais se combinam para mover o material num espiral do ponto de alimentação central para a borda ex terna da tela da peneira. Este tipo de dispositivo está disponível em projetos multi-decks que po dem ser conectados em série ou em paralelo. Estas unidades são à prova de pó e transmitem pouca vibração ao ambiente. Eles ocupam um pequeno espaço por unidade de área de peneira. Por exemplo, a Bühler fornece unidades de 8 compartimentos. cada um contendo até 32 telas, fornecendo uma superfície de peneiramento má xima total de até 100 m- numa unidade de penei- Figura 24.15: Separador multi-decks Sweco ! Açúcar, entrada; 2 Fração grossa, .saída: 3 2" fração, sa ída; 4 3° fração, saída; 5 4° fração, saída: 6 Fração fina. saída; 7 Invólucro ramento. A minimização de entupimento é obtida por meio de anéis de elastômero (Sweco) ou ba tedores plásticos oscilantes (Bühler) apoiados em chapas perfuradas sob as telas. E necessária uma limpeza manual feita mensalmente. 24.3,4 Explosões de pó de açúcar Explosão de pó de açúcar. O pó de açúcar re sulta de grãos falsos gerados no cozedor e/ou atri to entre cristais ou quebra durante a secagem ou movimentação. A secagem em excesso do açúcar também exacerba qualquer problema de pó. Além da perda de açúcar, desgaste da superfície dos ma nanciais dos equipamentos e considerações relati vas ã higiene da planta, poeira excessiva também apresenta o risco de explosão. Existe uma pequena convergência entre os autores em dados pertinentes ao comportamento explosivo do pó de açúcar, mas a lista seguinte é um sumário de dados publica dos, derivados principalmente de Mordeu (1994), Mikiis e Biidicek (1986), Hugot (1986), Dale e Knoetze (1999) e vou der Poel (1998): • A concentração mínima explosível de pó de açúcar relatada é de 6 g/m-^ para a poeira mais fina, mas os valores variam até 60 g/m-^ para partículas de 0,1 mm. Um valor na faixa de 10 a 15 g/m'' aparenta representar a poeira de açúcar normalmente encontrada. Níveis de poeira em refinarias de açúcar são tipica mente bem abaixo destes níveis, mas o limite pode ser excedido no espaço vazio próximo à alimentação do silo ou armazéns. Além disso, superfícies carregadas de pó contribuem para qualquer risco, à medida que uma explosão se propagará pelo levantamento do pó das superfí cies. • As estimativas da temperatura mínima de igni- ção variam de 330 a 480 °C, com a maioria dos autores a favor do valor superior, o que signi fica que é improvável que a ignição se origine em superfícies de equipamentos comuns numa refinaria de açúcar. Entretanto, estas tempera turas não são especialmente altas comparadas com aquelas para outras poeiras potencialmen te explosivas, o que torna as medidas de precau ção todas muito importantes. • A poeira de açúcar é caracterizada como uma classe de explosão St 1 < 200 (bar • m)/s, explosão entre fraca a moderada), com uma taxa Referências pâg. 659 24 Condicionamento c manuseio de açúcar branco lador. Cargas de pó de até 5 g/m' podem ser trata das, e Lyle í 1970) relata eficiências de 96 ̂'/c para o Rolocione. O dispositivo também tem a vantagem de combinar as funções de um ventilador e de um sistema de separação de pó numa única unidade que tem aproximadamente as mesmas dimensões de um ventilador centrífugo comum. O Rotoclone tipo N é um scparador estático que "lava" o ar através de uma cortina de água. A cortina é criada pelo ar que é forçado em vck)- cidade alta em torno de um deíletor parcialmente submerso. O desenho dos defletorcs adjacentes mantém uma circulação de água e a eficiência da captura do pó pode ser ajustada pela regulagem do nível de água (ás custas da perda de carga). O dispositivo é de baixa manutenção e não é propen so a entupimento, porque todas as aberturas sãt) relativamente grandes. Os separadores Veniuri fazem uso de um vcn- turi (restrição) no duto de ar antes de um separa- dor ciclônico. A água é injetada no venturi. que otimiza o contato ar/água — os fabricantes citam que o formato do venturi oferece a mais alta efici ência de captura possível por unidade de potência consumida. BairJ e Betis (1989) testaram um sistema de coleta de pó integrado na extremidade de saída do açúcar em um secador rotativo de cascata e relataram resultados bons. A unidade composta de um pacote de placas chcvron (usadas rotinei ramente para evitar arraste em evaporadores ou cozedores), criando um caminho sinuoso através do qual o ar tem de fluir, combinado com aspers- são de água para manter as superfícies das placas molhadas. A desvantagem principal de todos os sistemas úmidos de coleta de pó é que eles produzem uma solução diluída de açúcar bem aerada. que pro porciona um ambiente microbiológico ideal. As bactérias são capturadas do ar pela lavagem, de modo que é impossível manter o sistema estéril. Além disso, o resfriamento eficiente da água (ou água doce) pelo ar do separador elimina a tempe ratura como um meio confiável de controle mi crobiológico. As superfícies molhadas de um se parador ciclônico, por exemplo, são locais ideais para proliferação de Leuconostoc mesenteroides. Os mecanismos de controle possíveis são: • Manter a temperatura tão alta quanto possí vel em quai.squer bacias ou tanques de coleta (usar aspersão de vapor se necessário) para evitar degradação fora do próprio separador. Num sistema de recirculação. manter o pH elevado pela adiçãt) de cal (se são empregados bicos aspersores finos, isto pode não ser pos sível devido ao risco de entupimento). Usar um biocida conlinuamente ou em doses de chotiue. Lavar regularmente a unidade separadoracom biocida. cal ou vapor. 24.4 Ensaque e empacotamento o açúcar é ensacado em sacos, fardos e pa cotes variando em tamanho de poucas gramas a I .()()() kg. As embalagens mais ct)mLins destinadas à venda nr) varejo são os sacos de papel de I kg (ou 2 Ib) c 2 kg (ou 5 Ib). enquanto as embalagens para clientes comerciais variam normalmente en tre 25 kg, 50 kg ou I tonelada. Os detalhes do ei|uipiimenit). material e con figurações disponíveis para uma operação moder na de empacotamento podem ser fornecidos por um fornecedor tradicional de plantas de empaco tamento. tal como a empresa Bosch. A seguir é apresentado um sumário das opções principais. 24.4.1 Balanças e alímentadores Em todos os casos, é necessário pesar o açúcar já embalado no saco ou outro tipo de embalagem. O método mais antigo empregado é aquele em que o saco fica sobre uma balança e é cheio manual mente a partir de uma bica de enchimento. O .saco pode então seu peso correto ajustado manualmen te usando uma concha. Este método ainda está em uso cm algumas instalações para o ensaque de açúcares mascavos pegajosos, à medida que sua viscosidade o torna inadeciuado para ensaque automático. Um dos métodos de enchimento para bigbags de 1000 kg é análogo, o bigbag perma nece apoiado em células de carga durante o en chimento. Açúcares que são menos pegajosos, mas não fluem tão livremente, tais como açúcar mascavo e açúcares refinados muito finos, podem ser medidos usando enchimento com rosca dosadora. Este sis-
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