Trabalho Ventiladores

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Universidade de Santa Cruz do Sul
CURSO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA
BórisPappen
Patrick José Gorck
VENTILAÇÃO EM SILOS DE SECAGEM DE GRÃOS
Santa Cruz do Sul
2016
INTRODUÇÃO
Na secagem, na aeração de grãos e nos sistemas que usam ventilação forçada, como as máquinas de separação, de limpeza, de transporte pneumático e mesmo em sistema de renovação ou aquecimento de ar para criação de animais, há necessidade de um componente para criar um gradiente energético que promova o movimento do ar por meio dos elementos do sistema e do produto. Na secagem de grãos, o ar, além de conduzir o calor, transporta a água evaporada do produto para fora do secador por meio do sistema de exaustão. Já na aeração, a função principal do ar é resfriar a massa de grãos, embora, às vezes, possa carrear pequenas quantidades de água evaporada, dependendo do manejo da aeração.
Os ventiladores são máquinas que, por meio da rotação de um rotor provido de pás adequadamente distribuídas e acionado por um motor, permitem transformar a energia mecânica do rotor em formas de energia potencial de pressão e energia cinética. Graças à energia adquirida, o ar torna-se capaz de vencer as resistências oferecidas pelo sistema de distribuição e pela massa de grãos, podendo assim realizar a secagem, o resfriamento, a separação, a limpeza e o transporte do produto.
VENTILADORES
Os ventiladores são máquinas propulsoras de ar em forma contínua e por ação aerodinâmica que se caracterizam pela sua vazão e pela sua pressão. 
Vazão 
É o volume de ar fornecido pelo ventilador na unidade de tempo. 
Pressão A pressão desenvolvida por um ventilador é composta de três parcelas: pressão dinâmica, pressão estática, pressão total. 
• Pressão dinâmica (Pv): o ar flui naturalmente das zonas de alta para baixa pressão com uma dada velocidade, que depende do gradiente existente entre elas. Como qualquer outro fluido, o ar, exerce pressão sobre os obstáculos que encontra, sendo esta pressão proporcional a sua velocidade. Essa pressão fornecida pelo ventilador para manter o ar em movimento é o que chamamos de pressão dinâmica do ventilador. 
• PressÃo estática (Ps): o ar em escoamento, como qualquer outro fluido, se retarda ao encontrar um obstáculo. A pressão efetiva que o ventilador deve proporcionar ao ar em escoamento, para que sua vazão não diminua contra as resistências do sistema, é o que chamamos de pressão estática do ventilador. A pressão estática do ventilador é igual à perda de carga do sistema ao qual ele está acoplado. 
• Pressão total (Pt): É a soma das pressões estática e dinâmica do ventilador. Pt = Pv+Ps.
Os ventiladores podem ser associados de duas maneiras: 
Ventiladores em série 
Esta associação é utilizada quando não queremos alterar a vazão mas aumentar a pressão fornecida pelos ventiladores. Somam-se as pressões de cada ventilador, e a vazão do sistema é a mesma de cada ventilador associado, que devem ser iguais entre si. 
Ventiladores em paralelo 
Esta associação é utilizada quando não queremos alterar a pressão mas dobrar a vazão fornecida pelos ventiladores. Os dois ventiladores devem funcionar à mesma pressão e à mesma vazão, sendo a vazão total do sistema igual à soma das vazões de cada ventilador associado.
Ventiladores Centrífugos 
São ventiladores constituídos de um rotor que gira dentro de uma carcaça; o fluxo do ar na entrada é paralelo ao eixo de rotação do rotor, sendo depois centrifugado para a carcaça em espiral e expulso ortogonalmente ao eixo de rotação do rotor. Esses ventiladores fornecem altas vazões e altas pressões. A experiência mostra que o ar, ao ser centrifugado, aumenta sua temperatura de 1 a 2°C, para cada 60 mmCA de pressão estática.
Os ventiladores centrífugos, em função do tipo de rotor, classificam-se: 
Ventiladores radiais ou de pás retas. São os ventiladores mais antigos; apresentam grande tamanho, baixo rendimento (em torno de 70%), desenvolvem pressões moderadas, e não retêm poeiras nas pás.
Ventiladores de pás curvadas para frente: São os ventiladores que apresentam uma melhor relação entre tamanho e capacidade que o ventilador de pás retas; seu rendimento é em torno de 85% e fornecem vazões elevadas. Têm uma desvantagem que é o efeito "colher" no ar, o que faz o rotor do ventilador perder o balanceamento quando se utiliza ar muito sujo;
Ventiladores de pás curvadas para trás: São os ventiladores que apresentam melhores rendimentos (em torno de 90%), e uma melhor relação entre tamanho e capacidade que o ventilador de pás curvadas para frente. São ventiladores de preços bastante altos;
Tipos de rotores de ventiladores centrífugos
Ventiladores Axiais 
São ventiladores constituídos de um rotor, com pás, que gira dentro de uma carcaça em forma de tubo cilíndrico. O fluxo de ar de entrada e saída é paralelo ao eixo de rotação das pás. Esses ventiladores fornecem altas vazões e médias pressões. 
Classificação dos ventiladores axiais: 
Axial propulsor: São ventiladores axiais com pás finas, e baixo custo, que fornecem médias vazões e baixas pressões; como exemplo temos os circuladores de ar ambiente. 
Tubo Axial: São os ventiladores axiais mais comuns, com pás grossas, e fornecem altas vazões e baixas pressões;
Vane Axial: São ventiladores axiais de alta eficiência que possuem pás de guia fixas na descarga, fornecendo altas vazões e médias pressões; seu uso é bem mais específico e tem um preço elevado.
 Ventilador axial. Ventilador vaneaxial.
Secagem de Grãos	
O processo de secagem é aplicado para reduzir o teor de umidade de produtos agrícolas. Desse modo, é reduzida disponibilidade de água para: (i) o desenvolvimento de fungos e bactérias, o que evita o surgimento de grãos ardidos e micotoxinas, (ii) a realização do processo de respiração dos grãos que provoca perda de peso e gera calor e (iii) a execução de reações bioquímicas que promovem a auto-degeneração do produto. O teor de umidade, ou o mesmo que teor de água, corresponde à relação percentual entre a massa de água presente e a massa total do produto. Por exemplo, se uma carga de 28,0 toneladas apresenta teor de umidade de 15%, 4,2 t da carga é água; e 23,8 t é matéria seca formada por: carboidratos, lipídios, proteínas e sais minerais. A meta maior da armazenagem é conservação da matéria seca. Para tanto, devido ao menor custo é recomendada a secagem. Para as condições brasileiras, o teor de umidade ideal para a armazenagem de grãos e sementes é de 13%. Este valor foi estipulado por estabilizar a atividade aquosa do produto (Aa) e assim inviabilizar, principalmente, o desenvolvimento de fungos e bactérias. Atividade aquosa (Aa) é um índice utilizado para expressar a disponibilidade de água na camada delgada de ar junto à superfície de produtos de origem animal ou vegetal. Este índice varia de 0 a 1. Quanto maior o teor de umidade do produto maior é o índice de atividade aquosa. As bactérias geralmente exigem níveis de atividade aquosa superior a 0,90 para multiplicarem, enquanto para os fungos os valores variam de 0,65 a 0,90. Nesses casos, o teor de umidade da massa de grãos pode variar de 14 a 28%.
Didaticamente, o processo de secagem ocorre segundo três passos: 
Primeiro: o ar de secagem cede calor ao grão. Isso força a umidade contida no grão a migrar para o micro-clima. Assim, a umidade relativa do ar no micro-clima - URg aumenta. 
Segundo: pelo fato da umidade relativa do ar do micro-clima ser maior que a do ar de secagem, ou seja, URg maior que URac, é estabelecido o fluxo de vapor no sentido do micro-clima para o ar de secagem. 
Terceiro Passo: como o ar se secagem repassou calor ao grão e recebeu vapor de água: (i) a sua temperatura diminui, e (ii) sua umidade relativa aumenta. O ar de secagem passa então a ser denominado ar de exaustão. Quanto mais próxima de 100% for a umidade relativa do ar de exaustão - URae maior será a eficiência da secagem.Secador estacionário
O secador estacionário, ou de leito fixo, geralmente é um silo cilíndrico com fundo de chapa perfurada, por onde insufla-se através de um ventilador, o ar aquecido por uma fonte qualquer de calor. O produto a ser secado permanece em repouso no interior do secador.Dos sistemas forçados ou artificiais, o sistema estacionário é o único que pode utilizar ar não aquecido. O sistema estacionário de secagem, com ar sem aquecimento, depende das condições psicrométricas do ar ambiente e é muito lento, tendo como agravante, além da morosidade e do baixo fluxo operacional, o risco de desenvolvimento microbiano durante o processo. A secagem com ar forçado sem aquecimento depende, principalmente, do equilíbrio higroscópico, que por sua vez depende da umidade relativa e da temperatura do ar ambiente. Embora estes parâmetros não permaneçam constantes, os valores médios das temperaturas e das umidades relativas durante o período de secagem determinam o grau de umidade final do produto. Outro fator importante, é o fluxo de ar utilizado, que irá determinar o tempo de secagem. Quando se aumenta o fluxo de ar, uma maior quantidade de água é retirada da massa de grãos; portanto, a velocidade da frente de secagem é proporcional ao fluxo de ar. Quando a umidade relativa do ar for, em média, inferior a 70%, fluxos de ar ambiente adequadamente escolhidos, sem qualquer aquecimento (apesar do aquecimento do ar, ao passar pelo ventilador, ser de + 1°C para cada 60 mm de H2O de pressão estática) é o suficiente para secar o produto. A secagem a baixas temperaturas utiliza o ar que não é aquecido acima das condições ambientais e o faz passar através da massa de grãos com o calor que contém. A demanda de energia, para movimentação do ar, para a secagem estacionária com ar pouco aquecido, é maior do que a demanda de energia para o aquecimento do ar de secagem. Devido ao longo período de contato dos grãos com o ar, não pode empregar altas temperaturas porque há uma forte tendência à isotermia ar-grão na operação; por isso, a temperatura se secagem recomendada é de até 40°C, para camadas não superiores a 80-120 cm. A secagem estacionária deve ser melhor estudada e os seus usuários devem ser alertados a respeito dos problemas de gradiente de umidade dos grãos, bem como das possíveis diferenças de qualidade finais apresentadas por eles quando secados em pontos distintos do secador. Um aspecto interessante desse secador é sua versatilidade, podendo secar grãos e sementes em geral, como milho em espiga, feijão em rama, raspa de mandioca, feno e outros. A altura do lote pode variar, mas, normalmente, deve situar-se entre 0,8 e 1,20 metro; acima desta faixa de altura, poderá acarretar problemas, como alto gradiente de umidade. Além disso, é necessário revolver periodicamente a massa de grãos para que a secagem seja uniforme. Assim, se a camada for muito espessa, torna-se mais difícil o revolvimento manual. A operação do secador de camada fixa é simples, embora exija alguns cuidados. A movimentação do produto em intervalos de tempo predeterminados é uma operação importante para evitar a desuniformidade na umidade final do produto. Este sistema de secagem tem baixo custo operacional, baixo investimento inicial; o armazenamento poderá ser feito no próprio silo secador, quando se utiliza o silo convencional adaptado, mas devido ao alto gradiente de umidade ao longo da camada de grãos, a baixa capacidade de processamento devido à espessura da camada, ser inferior a 1,20 m, apresenta um alto número de horas de secagem, o que provoca danos latentes bastante acentuados nos grãos, apesar de os danos imediatos serem pequenos.
Secador estacionário com ventilador centrifugo.
Existem duas maneiras para reduzir o tempo de secagem dos produtos agrícolas:
A. aumentando-se a vazão de ar que passa através do produto, aumenta-se a quantidade de água evaporada, ou seja, a velocidade de secagem até certo ponto é proporcional ao fluxo de ar; e
B. aumentando-se a temperatura do ar de secagem, a capacidade do ar em absorver água é aumentada, isto é, aumenta-se o seu potencial de secagem.
Seqüência da secagem:
• carregar o silo com grãos com umidade máxima de 20%, nunca com mais de 22%.
• limpar bem os grãos 
• evitar misturar grãos com umidades diferentes 
• ligar ventilador do silo sempre que a camada atingir 30 cm, ou antes de 12 horas 
• encher o silo até a camada de 1,20 metros 
• nivelar a massa de grãos 
• abrir as saídas de ar do silo(respiro) 
• após a secagem da camada, descarregar o silo e repetir o processo.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com base nos fundamentos do processo de secagem e criatividade é possível conceber diferentes formas de secadores. No entanto, devem ser observados os princípios de engenharia, que garantam a concepção de equipamentos eficientes, quanto ao uso das energias elétrica e calorífica. E com isso podemos concluir que os ventiladores usados nas operações de secagem, limpeza, separação, classificação, aeração e transporte dos produtos agrícolas são, no máximo, de média pressão. E com isso a ventilação facilita avaliação da temperatura da massa de grãos, calor gerado no teto não éincorporado à massa. Ar ambiente por ter UR reduzida (elevação da temperatura), quando passar pelo sistema de aeração antes dos grãos.Menor probabilidade de condensação na superfície da massa de grãos. Detecção de odores na saída do ventilador. Calor do ventilador não passa para os grãos.
REFERÊNCIAS
Milman, Mário José, Equipamentos para pré-processamento de grãos / Mário José Milman. – Pelotas: Ed. Universitária/UFPel, 2002. 206p.: il.
Silva, Prof. Luís César, Secagem de grãos, UFES – Universidade Federal do Espírito Santo Campus de Alegre – Alegre: ES Boletim Técnico: AG: 04/05 em 29/03/2005.
Silva, Juarez de Sousa, Construção de Ventiladores Centrífugos para Uso Agrícola, Secagem e armazenagem de produtos agrícolas. Maio, 2013 Brasília, DF.
WEBER, E. A. Armazenagem Agrícola. Editora. Livraria e Editora Agropecuária, Guaíba: RS. 2001. 396 p.