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UNIVERSIDADE REGIONAL INTEGRADA DO ALTO URUGUAI E DAS MISSÕES
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS CURSO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA
Evandro Luís Meneguello
MONOGRAFIA DE ESTÁGIO PARA A DISCIPLINA PRÁTICA PROFISSIONAL: PROJETO E AUTOMAÇÃO DE FÁBRICAS DE
RAÇÃO
Erechim-RS 2006
Evandro Luís Meneguello
MONOGRAFIA DE ESTÁGIO PARA A DISCIPLINA PRÁTICA PROFISSIONAL: PROJETO E AUTOMAÇÃO DE FÁBRICAS DE
RAÇÃO
Monografia de estágio para a disciplina prática profissional, apresentada à Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões – URI – Campus de Erechim, como parte das exigências para conclusão do Curso de Graduação em Engenharia Agrícola e obtenção do título de Engenheiro Agrícola.
Lauri Lourenço Radünz Cláudio Augusto Zakrzevski
Orientadores
Erechim-RS
2006
Evandro Luís Meneguello
MONOGRAFIA DE ESTÁGIO PARA A DISCIPLINA PRÁTICA PROFISSIONAL ARMAZENAGEM DE GRÃOS
Monografia de estágio para a disciplina prática profissional, apresentada à Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões – URI – Campus de Erechim, como parte das exigências para conclusão do Curso de Graduação em Engenharia Agrícola e obtenção do título de Engenheiro Agrícola.
Aprovado em: ____/____/________ Banca Examinadora:
_____________________ __________ ________________________________ Prof. MSc Amito José Teixeira Prof. MSc Cláudio Augusto Zakrzevski
URI - Erechim URI - Erechim _____________________________________
Prof. DSc Lauri Lourenço Radünz URI - Erechim
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho e todas as vitórias que conquistei nestes cinco anos de faculdade
à minha esposa, companheira e incentivadora em todos os momentos.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, por ter me concedido à graça de ter capacidade
física e mental para finalizar mais esta etapa de minha existência.
Agradeço a todos os meus professores que são os responsáveis pelo profissional que
sou e serei, não somente pelos conhecimentos transferidos, mas principalmente pela postura
profissional que encontrei, e admiro.
A todos os meus colegas de turma por terem sido os companheiros de caminhada,
enfrentando os mesmos obstáculos e obtendo as mesmas vitórias.
EPÍGRAFE
“Morre lentamente quem se transforma em escravo do hábito, repetindo todos os dias
os mesmos trajetos”.
Pablo Neruda
RESUMO
Esta monografia tem como objetivo fazer uma revisão bibliográfica sobre assuntos relacionados como a fabricação de ração. Para a realização de um projeto de automação em qualquer processo, seja, ele industrial ou comercial, não basta apenas conhecer as tecnologias de aquisição de dados e controle de processo, é fundamental adquirir conhecimentos sobre as variáveis tratadas neste processo, podendo elas ser diretas ou indiretamente relacionadas ao foco principal da automação. Quando se trata da automação de uma fábrica de ração, além de se conhecer os processo e equipamentos que compõem a fabricação de ração, é preciso ter conhecimentos sobre as etapas que antecedem a produção de rações, por exemplo, a manutenção da qualidade da matéria prima utilizada para a produção de rações. Por este motivo esta monografia foi dividida em três etapas distintas, a primeira etapa discorre sobre a fabricação de ração propriamente dita, abordam os critérios utilizados para o dimensionamento dos equipamentos, a classificação dos ingredientes e as etapas de recebimento, processamento e expedição da ração. Na administração de rações para animais a qualidade e o balanceamento da formulação da ração serão determinantes para o sucesso da criação, uma ração de qualidade depende da matéria prima, portanto o conhecimento sobre a estrutura, composição e propriedades dos grãos são de suma importância, e para a manutenção desta qualidade estão diretamente ligados os processos de armazenagem, secagem, aeração e transporte de grãos, estes assuntos serão abordados na segunda parte deste trabalho. A terceira etapa traz informações sobre os sensores que nada mais são do que dispositivos que através de contato físico, elétrico (magnetismo, capacitância ou indutância) ou por sinais luminosos recebem e transmitem informações (sinais elétricos) sobre o posicionamento de dispositivos, estas informações são enviadas para dispositivos que farão o condicionamento do processo segundo as informações recebidas pelos sensores. Estes sinais elétricos poderão acionar chaves contatoras ou relés, podem ser sinais de entradas em CLP's (Controlador Lógico Programável) ou serem convertidos em seqüências binárias (palavras) que serão lidas por software próprio de um microcomputador, a seleção de um destes três processos determinará o nível de automação do processo.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO..................................................................................................................9
2 FÁBRICA DE RAÇÕES..................................................................................................10
2.1 Ingredientes para rações ...........................................................................................11
2.2 Recebimento de Matéria-prima ................................................................................11
2.3 Processamento ..........................................................................................................12
2.3.1 Mistura e preparo das rações ............................................................................12
2.3.2 Elaboração de rações granulados......................................................................14
2.4 Expedição .................................................................................................................16
2.5 Pontos críticos na fabricação de rações ....................................................................16
3 ESTRUTURA, COMPOSIÇÃO E PROPRIEDADE DOS GRÃOS...............................18
3.1 ESTRUTURA E FUNÇÕES DOs GRÃOs..............................................................18
3.2 Composição dos grãos ..............................................................................................18
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS DOS GRÃOS.............................................................19
4 SECAGEM DE GRÃOS ..................................................................................................22
4.1 classificação dos secadores.......................................................................................23
5 ARMAZENAGEM DE GRÃOS......................................................................................25
5.1 ARMAZENAMENTO DE GRÃOS A GRANEL ...................................................25
5.2 CARACTERÍSTICAS DOS GRÃOS ARMAZENADOS ......................................27
5.2.1 Equilíbrio higroscópico dos grãos ....................................................................27
5.2.2 Migração da umidade .......................................................................................27
6 TERMOMETRIA E AERAÇÃO .....................................................................................29
6.1 Termometria .............................................................................................................29
6.2 Aeração.....................................................................................................................30
6.2.1 Sistemas Operacionais da Aeração...................................................................30
7 MANUSEIO DE GRÃOS ................................................................................................32
7.1 TIPOS DE TRANSPORTADORES ........................................................................32
7.1.1 Transportador helicoidal ou rosca sem fim ......................................................32
7.1.2 Elevador de caçambas ......................................................................................36
7.1.3 Fita transportadora............................................................................................39
7.1.4 Transportadores pneumáticos ...........................................................................42
7.2 TRANSPORTADOR DE CORRENTE ...................................................................43
7.2.1 Cálculo da capacidade do redler.......................................................................43
7.2.2 Cálculo da potência absorvida pelo redler........................................................44
7.2.3 Cálculo da potência do motor elétrico..............................................................45
7.2.4 Cálculo do esforço na corrente .........................................................................45
8 AUTOMAÇÃO ................................................................................................................46
8.1 Componentes da automação .....................................................................................47
8.2 SOFTWARE.............................................................................................................47
8.2.1 Software e automação.......................................................................................48
8.2.2 Linguagens de programação.............................................................................48
8.3 COMUNICAÇÃO....................................................................................................51
8.3.1 MODELOS DE COMUNICAÇÃO .................................................................52
8.4 HARDWARE ...........................................................................................................53
9 SENSORES ......................................................................................................................54
CONCLUSÃO..........................................................................................................................57
REFERÊNCIAS .......................................................................................................................58
9
1 INTRODUÇÃO
A secagem, a armazenagem e o beneficiamento de produtos agrícolas, dentro da
propriedade rural, são alternativas para competitividade, principalmente, para pequenos e
médios produtores. O produtor secando e armazenando seu produto em nível de fazenda
poderá vendê-lo em momentos de preços melhores, não pagando o frete da água contida no
grão. Produzindo a própria ração para os animais em fábricas automatizadas e de capacidade
adequada, reduzirá seus custos de produção, obtendo lucros e sendo competitivo em um
mercado cada vez mais dominado por grandes empresas rurais.
Esta alternativa de desenvolvimento de projetos para equipamentos, que atendam a
pequenos e médios produtores, com baixo custo, é um nicho de mercado pouco explorado e
com grandes potencialidades, já que há uma carência de produtos tecnologicamente
avançados para pequenos produtores, visto que os avanços tecnológicos atuais estão
concentrados em equipamentos caros e para atender as necessidades de grandes produtores.
Este estudo foi realizado para adquirir conhecimentos sobre os assuntos descritos
acima, e assim em meu estágio, e como futuro Engenheiro Agrícola, participe de forma
atuante no projeto de uma fábrica de ração automatizada, para pequenas e médias
propriedades rurais.
10
2 FÁBRICA DE RAÇÕES
Conforme Fett (2005), no projeto de uma fábrica de ração animal é fundamental
considerar as espécies de animais a que será destinado o produto, o volume de ração que se
deseja produzir, o local de implantação e a possibilidade de expansão. A Tabela A.1 (Anexo
A, p. 60) demonstra uma estimativa da necessidade de ração em função da produção, para
aves de corte e poedeiras. As rações podem ser secas, molhadas ou semi-úmidas, sendo os
ingredientes ou alimentos que servem de matéria-prima às rações semelhantes, entretanto, a
tecnologia das máquinas e equipamentos necessários são mais ou menos avançadas,
dependendo do tipo de ração que se deseja produzir.
Ao montar uma fábrica de rações, a seleção dos equipamentos deve ser criteriosa e,
segundo Fett (2005), os seguintes fatores devem ser considerados.
• Espaço;
• Capacidade de produção e qualidade;
• Necessidade de energia elétrica;
• Custos de operação;
• Capital inicial;
• Confiança e fidelidade;
• Disponibilidade de manutenção e seus custos;
• Potencial de crescimento futuro.
A fabricação da ração pode ser dividida basicamente em três partes: recebimento,
processamento e expedição. Esse processo deve estar disposto de forma que maximize a
produção de ração, em função do tempo de produção e necessidade energética. Alguns
equipamentos podem ser repetidos no local, como transportadores, balanças e silos de
armazenamento, localizados em um ou mais setores a fábrica de ração. (FETT, 2005).
11
2.1 INGREDIENTES PARA RAÇÕES
Para produzir uma ração balanceada são necessárias a disponibilidade e combinação
adequada de ingredientes, inclusive minerais e vitaminas específicas, se necessário. Existem
várias classes de alimentos quanto à concentração de nutrientes. De maneira geral os
alimentos podem ser classificados pelo teor de energia, proteína, fibra ou minerais presentes,
porém os alimentos são classificados em energéticos ou protéicos, dependendo de sua
composição. (FETT, 2005).
A composição dos alimentos que fazem parte de rações pode variar de acordo com
diversos fatores como o local de obtenção ou produção, clima, período de armazenamento,
entre outros. Assim, é necessário realizar análise laboratorial para conhecer a composição
nutricional real dos alimentos. (FETT, 2005).
2.2 RECEBIMENTO DE MATÉRIA-PRIMA
Segundo Feet (2005), este setor possui, basicamente, todos os equipamentos
necessários para manter ou melhorar a qualidade das matérias-primas utilizadas na fabricação
de ração. A recepção de grãos ou farelos ocorre através de moegas, onde caminhões
descarregam o material quando em granel, ou podem ser descarregados e empilhados quando
chegam em sacos. As etapas de recebimento são as seguintes:
a. Transportadores e elevadores: servem para transportar as matérias-primas
dentro da unidade de fabricação de ração. A maioria das fábricas tem transportadores de
arraste (redler), helicoidais e elevadores de caçambas. Corretamente projetado, o sistema
incorpora o arraste e rosca sem fim, evitando assim o uso de apenas um tipo de transportador
nas mais variadas etapas de transporte, o que favorece a limpeza e um mínimo de
contaminação cruzada dos ingredientes. Para facilitar a limpeza em elevadores de caçambas
utilizam-se coletores de pó acoplados ao elevador.
b. Armazenagem: composto por silos de armazenamento e armazéns para
estocagem de sacarias. Os silos devem existir em quantidade e capacidade conforme as
necessidades de armazenamento, tanto das matérias-primas, quanto da ração pronta. São
divididos em 3 tipos distintos: os de matérias-primas, os de ração e os de processamento, que
são aqueles envolvidos no acondicionamento provisório de materiais no fluxo e produção. A
12
conservação dos grãos armazenados deve ser orientada pelas técnicas previstas para cada
espécie.
c. Pré-limpeza: operação que tem como finalidade à retirada de impurezas e
restos de culturas oriundas da lavoura visando facilitar e melhorar a eficiência do sistema de
secagem. Os equipamentos destinados para pré-limpeza são constituídos de uma ou mais
peneiras cilíndricas ou planas vibratórias acompanhadas de um sistema de ventilação para
eliminação da poeira.
d. Secagem: algumas matérias-primas devem passar por esse processo antes do
armazenamento para retirar a umidade excedente até valores seguros para a armazenagem da
ração. Cabe ressaltar que estes valores são inferiores aos utilizados para grãos.
e. Limpeza: Após a secagem, as impurezas restantes podem prejudicar o
armazenamento, as quais devem ser eliminadas. A operação de limpeza visa, essencialmente,
a separação destas impurezas remanescentes da pré-limpeza e as produzidas pelo processo de
secagem.
2.3 PROCESSAMENTO
Segundo Peixoto et al (1975) e Infates (2002), o processamento de rações
fundamenta-se em duas linhas básicas de trabalho:
• Mistura e preparo das rações, que inclui a recepção de grãos e farelos;
• Alternativa para elaboração de rações granuladas (“pelets”).
2.3.1 Mistura e preparo das rações
a. Recepção: a recepção dos ingredientes destinados à elaboração de rações deve
atender a duas formas de apresentação de materiais: em grãos (milho e sorgo) e farelos (farelo
de trigo, soja, farinha de carne e ossos). A recepção é feita separadamente, porque as etapas
subseqüentes são diferentes. Os grãos devem ser moídos e os farelos homogeneizados, antes
de iniciar o processo comum de mistura.
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Os grãos e farelos, geralmente, são transportados mecanicamente por meio de correia
transportadora, rosca sem fim ou redler, dos silos até o elevador de caçambas. Por intermédio
de elevadores de caçamba, são levados ao nível de moega que os conduz à moagem.
b. Moagem: para seu melhor aproveitamento – especialmente para bovinos,
suínos e aves – os grãos são moídos ou fragmentados em partículas menores, o que aumenta a
superfície de contato com os agentes da digestão, além de eliminar a proteção do tegumento.
A moagem predispõe de material e manuseio mais adequado, pelo fato de eliminar as
diferenças de granulações peculiares a grãos e farelos.
Moinhos de rolo e martelos são os mais eficientes para essa finalidade. Uma
comparação de cada sistema indica que o moinho rolo opera a um custo por tonelada de grão
ligeiramente menor, produzindo partículas mais finas para rações destinadas aos frangos de
corte e suínos. O triturador, devidamente dimensionado deve ser capaz de produzir toda a
matéria-prima triturada em tempo suficientemente curto para não atrapalhar o processo de
fabricação.
c. Pesagem: este é o primeiro e mais crítico dos processos. Toda matéria-prima
ao ser transferida para o processamento é quantificada. Durante o processo, cada ingrediente é
pesado individualmente e, por fim, a ração é novamente quantificada. A quantidade de
balanças e sua capacidade dependerão diretamente da produção da fábrica.
d. Pré-misturadores: a finalidade da pré-mistura na fábrica de ração é de
incorporar quantidades pequenas de micro-ingredientes (vitaminas, antibióticos e outras
substâncias químicas) aos alimentos de forma uniforme. A pré-mistura é aconselhável quando
são adicionados micro-ingredientes na ração e para reduzir o tempo de mistura. O mais
utilizado nas fábricas é o em forma de “Y”.
e. Mistura: existem duas classes de misturadores mais comuns, os verticais e os
horizontais.
O misturador vertical mais simples tem uma rosca sem fim no centro de um silo ou
tulha com fundo cônico. A mistura ocorre com a elevação continua do conteúdo dos tanques
do fundo para a parte superior. O tempo de mistura para a maioria das rações é de
aproximadamente 15 minutos depois da adição do último ingrediente.
Os misturadores horizontais são geralmente do tipo hélice ou de palhetas. Neste
misturador, a hélice exterior move o conteúdo para um extremo, enquanto que a correia
interior move os conteúdos para outra extremidade. Essa ação resulta em uma mistura muito
mais rápida que no misturador vertical. Nos misturadores tipo palheta, as palhetas movem os
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conteúdos alternadamente para o centro e extremos. O tempo de mistura nesse tipo de
misturador é de 4 a 5 minutos após a colocação do último ingrediente. Nos misturadores
horizontais o carregamento e descarregamento são feitos mais rapidamente que nos verticais,
deixam menos resíduos de ração quando as hélices ou pás estão bem ajustadas.
Em todos os tipos de misturadores devem-se fazer provas da mistura, a fim de
estabelecer o tempo necessário para obter a composição adequada. No Anexo A (Tabela A.2,
p. 60) demonstra a relação entre a capacidade de produção da fábrica e o misturador utilizado.
f. Mistura com Melaço e Uréia: a mistura de melaço e uréia à ração é feita em
equipamento especial (conjunto melaceador), composto de um tanque com aquecedor,
bombas específicas para transporte de melaço frio e quente e um melaceador propriamente
dito, que faz aspersão do melaço sobre os ingredientes. Este equipamento permite a adição de
até 15% de melaço a ração. A ração adicionada ao melaço tem conservação reduzida, devendo
ser imediatamente consumida.
2.3.2 Elaboração de rações granulados
Da linha básica de elaboração de ração (moída, em farelo) existe uma variante à
preparação de rações granuladas (peletizadas).
a. Granulação: a elaboração de ração granulada é realizada em uma máquina que
opera em quatro etapas.
•••• A primeira etapa consiste na alimentação mediante um helicóide;
•••• A segunda etapa o material é movimentado, exposto a jatos de vapor que o
umedecem, com pequenos aquecimentos, este processo segundo Nutriline (2006) é a
gelatinização do amido que é definida como a destruição irreversível da condição cristalina do
grão de amido, de modo que a superfície de toda molécula fique acessível ao ataque de
reagentes e solventes, ou seja, transforma o produto em uma pasta.
•••• Na terceira etapa o material é prensado contra um cilindro perfurado, por
ação de rolos giratórios internos. Este processo é definido por Nutriline (2006), como
extrusão. É nesta fase que ocorrem as transformações que mais afetam as características finais
do produto, devido ao desenho do tambor e rosca, velocidade da rosca, condições do processo
(temperatura, umidade, entre outros.); características das matérias primas e escolha do corte.
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•••• Na quarta etapa o material que passa através do orifício ao surgir, no lado
oposto, sofre o corte de lâmina que tangenciam a superfície externa do cilindro. Os grânulos
são pequenos cilindros, de diâmetro e comprimento bastante uniforme. Esta última etapa,
completa a elaboração dos grânulos, exigindo-se somente a secagem e o resfriamento antes da
embalagem. (Peixoto, 1975).
b. Secagem e Resfriamento: na operação de granulação, o material aumenta a
umidade e temperatura. Para que possa ser embalado deve-se secar o material (12 a 13% de
umidade) e reduzir sua temperatura para a temperatura ambiente. Esta secagem e resfriamento
são realizados em uma operação em que se força a passagem de ar através da massa de
grânulos, o que contribui para a remoção de água.
c. Separação de Pó e Fragmentos: de acordo com a composição a ração
(gordura, proteína e umidade), a movimentação do material granulado provoca maior ou
menor formação de pó e fragmentos, com diferentes granulometria. Um ventilador–aspirador
retira o pó fino, que é separado em seguida em um ciclone, e reenviado a operação de
granulação. Os fragmentos maiores que não são separados pela ventilação, são desagregados
numa peneira oscilante ao pé do ventilador.
2.3.2.1 Vantagens do Processo de Peletização
Conforme Nutriline (2006), as vantagens do processo de peletização são:
• Redução do volume e espaço de estocagem: A peletização aumenta o peso
específico, reduzindo desta forma o espaço exigido para a estocagem.
• Melhora nas características de alimentação: A umidade e a pressão durante a
peletização produzem um grau de gelatinização que melhora a utilização dos ingredientes e
nutrientes, e assim, a conversão alimentar. Além disso, o pelete reduz as perdas durante o
processo alimentar. No caso específico de rações, o pelete ajuda a evitar uma alimentação
seletiva, e evita ainda, a segregação dos ingredientes.
• Melhora do transporte a granel: Os peletes cilíndricos têm, naturalmente,
melhores características para movimentação e transporte.
• Redução de pó: Diminuição de perdas de partículas finas durante o manuseio, e
maior limpeza da área de trabalho.
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2.4 EXPEDIÇÃO
Segundo Peixoto et al. (1975) e Infatec (2002), é o local em que as rações já prontas
aguardam o transporte para o seu destino. Impedir que a água, o calor excessivo e animais,
principalmente roedores, tenham acesso ao material armazenado, garante não só a
manutenção da qualidade do produto, mas também desperdícios de material caro e nobre.
A embalagem das rações pode ser em sacos de papel multifoliado, pelo fato de que
oferece vantagens de conservação de material embalado, o fechamento, normalmente, é
efetuado por máquinas de costura automática, geralmente, em sacos de 50 kg.(PEIXOTO et.
al., 1975 e INFATEC, 2002).
2.5 PONTOS CRÍTICOS NA FABRICAÇÃO DE RAÇÕES
Para Nutriline (2006), a fabricação de rações possui diversas etapas, cada uma delas
com vários pontos importantes e alguns deles, críticos. Estes devem ser avaliados para que se
possa assegurar, não só a qualidade das rações, mas também o fluxo ideal de produção para
suprir a demanda em tempo hábil. Os pontos críticos observados são os seguintes:
a. O processo de armazenamento dos diversos materiais que serão utilizados pela
fábrica é um ponto crítico. Deve-se estar atento, pois a qualidade final das rações depende
diretamente da qualidade individual das matérias primas.
b. Ao mantermos um arquivo com as análises obtidas dos materiais separados por
fornecedores, podemos avaliar qual a variação que eles possuem e classificar com facilidade
os melhores fornecedores de cada material.
c. A capacidade de moagem dos moinhos, em fornecer quantidades suficientes na
granulometria adequada, deve ser avaliada, pois existem algumas fábricas que, por diversos
motivos, necessitam aumentar a produção de ração; faz-se uma atualização de alguns
equipamentos, como silos e misturadores, mas os moinhos ficam esquecidos.
d. Balanças são equipamentos que caem no esquecimento. São compradas,
utilizadas com grande freqüência, mas raramente aferidas e enviadas para uma manutenção
periódica.
e. A transferência de informação aos operários deve seguir uma rotina, pois
algumas vezes troca-se uma fórmula de ração e não se passa esta informação ao principal
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usuário, o manipulador da fábrica, que muitas vezes possui a formula gravada na memória e
continua fabricando as rações sem observar as modificações.
f. Treinar os operários sobre as práticas de fabricação e mantê-los informados
sobre os resultados de análises, obtidos das amostras de rações. Este procedimento diminuiria
preocupações quanto a qualidade das rações.
g. Identificar corretamente as rações armazenadas em silos ou a granel é um
ponto crítico, especialmente quando a produção da ração não é seguida imediatamente pelo
transporte até o galpão.
h. Equipamentos utilizados nos processos finais de produção, como os
peletizadores, necessitam de uma manutenção e/ou regulagem com maior freqüência, pelo
menos até que se tenha uma qualidade de produção assegurada, não esquecendo da sua
demanda em energia elétrica ou vapor, que às vezes, está inadequada ao que a instalação pode
fornecer.
De um modo geral, a fábrica de ração deve ser encarada como o núcleo de produção
de uma granja (ou várias delas). Nesta instalação o manejo adequado de fabricação, a
manutenção dos equipamentos e o treinamento pessoal garantem a produtividade, tornando-se
o ponto de equilíbrio entre o sucesso ou o fracasso do empreendedor. Este trio (manejo,
manutenção e treinamento) são as bases para que a ração produzida tenha uma qualidade
satisfatória, pois ela será o meio de atingirmos a produção esperada dos animais. O Anexo 03
(Figura A.1, p. 61) apresenta um layout básico para uma fábrica de ração.
18
3 ESTRUTURA, COMPOSIÇÃO E PROPRIEDADE DOS GRÃOS
Segundo Silva (2000), uma noção sobre estrutura, composição e propriedades físicas
dos grãos deve ser pré-requisito para o estudo sobre secagem e armazenagem e
beneficiamento destes. Estes itens serão descritos nos tópicos 3.1 a 3.3.
3.1 ESTRUTURA E FUNÇÕES DOS GRÃOS
Do ponto de vista funcional os grãos são compostos de uma camada protetora
(tegumento), um tecido meristemático (eixo embrionário) e um tecido de reserva
(endospermático, cotiledonar ou perispermático), cada parte exercendo funções específicas.
Cobertura protetora: consiste na estrutura externa que delimita o grão, tem função
protetora, reguladora de trocas com o meio ambiente, além de manter unidas as partes internas
do grão.
Tecido meristemático: o eixo embrionário é a parte vital da semente, pois apresenta
a capacidade de desenvolverem-se, graças ao tecido meristemático presente em suas duas
extremidades, por isso apresenta condições de crescer em dois sentidos, o das raízes e o do
caule.
Tecido de reserva: é graças às substâncias acumuladas nestes tecidos que o eixo
embrionário, por ocasião da germinação, consegue energia e material metabolizado para se
desenvolver e originar uma plântula capaz de sintetizar suas próprias substâncias orgânicas
por meio da fotossíntese.
3.2 COMPOSIÇÃO DOS GRÃOS
As principais substâncias armazenadas pelos grãos são carboidratos, lipídios e
proteínas. O principal carboidrato de reserva dos grãos é o amido. Quando o amido é a
substância de reserva com maior importância comercial, o grão é denominado amiláceo. Os
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grãos são denominados oleaginosos quando os lipídeos são as substâncias de reserva de maior
importância comercial e protéicas quando estas substâncias são as proteínas. As principais
proteínas de reserva são o Glúten e Grãos de Aleurona. Em pequenas quantidades podem
ainda ser encontrados minerais, vitaminas e outras substâncias. No Anexo B (Tabela B.1, p.
62) encontram-se as composições químicas aproximadas de alguns grãos.
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS DOS GRÃOS
O conhecimento das propriedades físicas dos produtos agrícolas tem grande
importância para a construção e operação de equipamentos de secagem e armazenagem, bem
como para a adaptação de equipamentos já existentes, visando obter maior rendimento nas
operações de processamento.
a. Ângulo de repouso: pode ser definido como o ângulo máximo do talude
formado pelos grãos em relação à horizontal. É altamente influenciado pelo teor de umidade,
pelo tamanho, pela forma e pela constituição externa do grão. O conhecimento de repouso dos
grãos é importante para a determinação da capacidade estática dos silos, da capacidade de
correias transportadoras e do dimensionamento de moegas, dutos e rampas de descarga de
grãos. O Anexo B (Tabela B.2, p. 62) fornece os valores de ângulo de repouso para diferentes
espécies de grãos.
b. Massa específica granular: também conhecida como peso hectolitro (PH) ou
densidade granular, pode ser definida como a razão entre a massa e o volume de determinada
quantidade de produto, incluindo os espaços intergranulares. A aplicação do conceito de
massa específica granular se dá em comercialização, dimensionamento de silos, secadores,
depósitos e sistemas de transportes, podendo também ser utilizado para determinar teores de
umidade e danos causados por insetos e pragas nos grãos armazenados.
O Anexo B (Tabela B.3, p. 63) fornece os valores de massa específica granular para
diferentes teores de umidade, e no Anexo B (Tabela B.4, p. 64) apresenta valores da massa
específica granular para grãos em condições de armazenagem.
c. Porosidade: é a relação ente o volume ocupado pelo ar existente na massa
granular e o volume total ocupado por esta massa. Tem grande influência sobre a pressão de
fluxo de ar que atravessa a massa de grãos, refletindo-se no dimensionamento dos
ventiladores, nos sistemas de secagem e aeração e na potência dos motores.
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O Anexo B (Tabela B.5, p. 64) fornece os valores de porosidade para diferentes tipos
de grãos ou sementes em diferentes teores de umidade.
d. Velocidade Terminal: a partir do momento em que um corpo em queda livre
alcança a velocidade constante, a força do campo gravitacional é anulada, em termos, pelo
efeito resultante da força de arraste, ou seja, sua aceleração é nula. Esta velocidade atingida é
denominada velocidade terminal, e é influenciada pela densidade, pelo tamanho e pela forma
do produto. Esta propriedade é utilizada no dimensionamento de sistemas de separação e
limpeza, transportes pneumáticos, secagem, resfriamento, seleção densimétrica, entre outras.
e. Tamanho e Forma dos Grãos: o tamanho e a forma são características
específicas de cada produto, definidas geneticamente, que podem ser influenciadas pelo
ambiente durante e após o período de sua formação e que influência as demais propriedades
físicas do produto. Esses dados são utilizados para o dimensionamento do tamanho e da forma
dos furos das peneiras em equipamentos destinados a separação e classificação.
f. Condutividade Térmica: denomina-se condutividade térmica a taxa de calor
que flui por condução normal a uma superfície e por unidade de tempo, quando é estabelecido
um gradiente de temperatura entre esta superfície e outra paralela.
Esta propriedade dos materiais biológicos é variável segundo o próprio produto, seu
teor de umidade e a temperatura. A condutividade térmica dos grãos e das sementes de cereais
varia direta e linearmente com o seu teor de umidade na faixa de 0 a 35% (b.u.) e para
temperaturas de 20 a 45 ºC.
g. Difusividade Térmica: a difusidade térmica pode ser definida como a variação
de temperatura produzida num volume unitário de determinada substância pela quantidade de
energia entre duas faces na unidade de tempo
Esta propriedade, nos produtos agrícolas, aumenta com o teor de umidade, pelo fato
de a difusão térmica da água ser superior à destes produtos.
h. Calor específico: o calor especifico de um corpo é definido como a razão entre
a capacidade térmica e a massa deste corpo. Denomina-se capacidade térmica a razão entre o
calor fornecido ao corpo e a correspondente variação de temperatura.
O Anexo B (Tabela B.6, p, 65) fornece as principais propriedades térmicas para os
diferentes tipos de grãos em função do teor de umidade.
i. Condutividade elétrica: A maioria dos metais são bons condutores de
eletricidade, por apresentarem baixa resistência elétrica; nos produtos agrícolas esta
propriedade está intimamente relacionada com o teor de umidade.
21
j. Propriedades Dielétricas: os condensadores são constituídos de duas placas
metálicas paralelas e separadas por uma material isolante chamado de dielétrico e são capazes
de armazenar cargas elétricas. Ao se conectar estas placas a uma fonte elétrica, uma das
placas adquire carga positiva e a outra, carga negativa, originando uma diferença de potencial.
As propriedades dielétricas dos alimentos estão gradativamente chamando a atenção
dos setores de pesquisa e produção, principalmente devido aos processos de aquecimento
dielétrico por microondas. A constante dielétrica depende de vários fatores do ambiente e de
características da amostra, principalmente a temperatura, o teor de umidade e a freqüência
aplicada.
22
4 SECAGEM DE GRÃOS
Para Brod e Fabro (2005), os grãos têm seu máximo conteúdo de matéria seca
quando atingem o ponto de maturação fisiológica (geralmente em torno de 30% de umidade)
sendo o ponto ideal para o máximo de rendimento da produção, mas é um ponto que impede a
colheita mecânica, além de não permitir um armazenamento seguro. Assim, os grãos são
colhidos mais secos, mas ainda não no ponto ideal para o armazenamento, sendo realizado,
portanto, um processo de pós-colheita, geralmente a secagem artificial.
A não secagem acarreta os problemas de respiração, deterioração e desenvolvimento
de fungos e suas toxinas. Esse é um ponto importante, pois as toxinas têm se mostrado como
um dos grandes problemas da qualidade de grãos. No caso do milho, por exemplo, a simples
permanência do produto em umidades superiores a 17% por períodos superiores a dois dias,
em condições usuais de temperatura, possibilita a produção de aflatoxina. (BROD e FABRO,
2005).
A secagem, por sua vez, pode causar agressões térmicas que são sempre danosas para
os grãos. Por essa razão a secagem mecânica deve ser objeto de muita atenção e cuidado. Os
processos devem ser tais que a massa de grãos não atinjam temperaturas superiores a
determinado valor. Esse valor muda de acordo com o produto e seu uso final. Produtos
sensíveis, como arroz, cevada malteira e sementes em geral, não devem ultrapassar 38ºC.
Também a taxa de remoção de umidade não pode ser muito elevada, pois pode resultar em
elevado stress no grão, gerando trincas e quebras. Esta combinação de temperatura máxima
atingida pelos grãos com taxa máxima de retirada de umidade é que é determinante na
qualidade de secagem. Os diversos tipos de secagem podem proporcionar diferentes
combinações destes fatores, e a adequada combinação dos parâmetros de processo, como
temperatura e vazão de ar, é que determina a qualidade que um sistema de secagem alcança.
(BROD e FABRO, 2005).
23
4.1 CLASSIFICAÇÃO DOS SECADORES
Conforme Weber (2005), os secadores podem ser classificados da seguinte forma:
a. Secagem estática ou dinâmica: os secadores podem operar secando grãos de
forma estática, quando se realiza secagem nos silos ou em barcaça, secadores também
chamados de leito fixo nos quais o ar é insuflado num plenum, parte inferior do secador e se
movimenta de baixo para cima.
Na secagem dinâmica e continua os grãos permanecem em constante movimento
descendo à câmara de secagem, enquanto o ar atravessa a massa de grãos.
b. Secadores Fixos: permanecem instalados fixos em unidades de recebimento e
secagem, e funcionam pelo sistema continuo e intermitente.
c. Secadores móveis: são secadores de pequeno porte, montados sobre estruturas
que permitam ser rebocado por trator ou pick-up, procedendo a secagem próxima às lavouras.
d. Contínuos e intermitentes: pelo sistema contínuo no caso de grãos com
umidade inicial compatível, que depende das características do secador e dos grãos. Na
câmara superior do secador passará ar quente e na câmara inferior ar frio e os grãos serão
liberados de forma continua, secos e frios. Intermitente é um sistema de secagem no qual os
grãos passam mais de uma vez pela torre do secador, sendo que os secadores contínuos
podem funcionar como intermitentes em que a câmara de secagem e a de resfriamento
funcionam ambas como câmara de secagem. Os grãos circulam duas ou mais vezes até
secarem plenamente, sendo que na última passagem será suspenso o fluxo de ar quente na
câmara inferior, que passa a ser câmara de resfriamento, para possibilitar os grãos saírem
secos e frios.
e. Fluxo de ar: Os grãos durante o processo de secagem seguirão sempre um
único fluxo, que é vertical, do alto da torre para baixo, entretanto, o ar de secagem e de
resfriamento poderá seguir quatro fluxos diferentes:
•••• Cruzado: passando pela massa e grãos em fluxo horizontal;
•••• Concorrente: passando pela massa de grãos em fluxo vertical, de cima para
baixo;
•••• Contracorrente: passando pela massa e grãos em fluxo vertical, de baixo para
cima;
•••• Misto: ocorre quando o ar tiver duplo sentido de fluxo.
24
f. Insuflação ou aspiração: por insuflação operam os secadores cujo fluxo de ar
se dá quando o ar é forçado a passar pelo secador, os ventiladores estão localizados entre a
fornalha e o secador, na parte inferior. Este sistema é pouco utilizado atualmente porque
possui um difícil controle de poluição. Secadores por aspiração representam o sistema mais
utilizado, o fluxo de ar se dá por sucção e os ventiladores se localizam após o secador, na
parte superior.
g. Secadores internos ou externos: Nos primórdios da secagem no Brasil, nos
anos 50 e 60, os secadores de época, de pequeno porte, de 2 a 6 t h-1 eram montados
internamente próximos as máquinas de limpeza e ás moegas de recebimento de grão, na casa
de máquinas. A partir dos anos 70 os secadores, cada vez de maior porte passaram a ser
instalados externamente.
h. Quanto a fontes de calor: Os secadores poderão utilizar diversos tipos de
combustíveis, como por exemplo: Lenha, casca de arroz, Fuel-oil, óleo Diesel, GLP, GN.
i. Quanto ao tipo de descarga: todos os secadores possuem um sistema de
regulagem da velocidade da descida dos grãos, também conhecida como descarga ou mesa
reguladora de fluxo, sendo quatro as mais utilizadas:
•••• Descarga mecânica, de bandejas planas, acionadas mecanicamente através de
um sistema de excêntrico e de fluxo contínuo;
•••• Descarga pneumática também de bandejas planas, acionadas por um sistema
pneumático, de fluxo contínuo;
•••• Descarga mecânica de bandejas côncavas, pendulares de fluxo contínuo;
•••• Eclusas rotativas de fluxo contínuo, autolimpante.
25
5 ARMAZENAGEM DE GRÃOS
Para Brod (2005), em grãos armazenados, o organismo mais importante é o próprio
grão. Embora esteja em estágio de dormência, tem todas as propriedades de um organismo
vivo. Num sistema ideal de armazenagem, o grão e os microorganismos estão normalmente
em estado de dormência, os insetos, ácaros e ratos devem estar ausentes. Ainda que
lentamente, os níveis de temperatura, pressão atmosférica, umidade relativa do ar e de CO2 e
O2 sobem e descem. Uma variação anormal em qualquer um desses fatores pode criar
condições favoráveis ao desenvolvimento e à multiplicação as pragas e microrganismos.
A taxa de deterioração depende da atividade das variáveis bióticas que, por seu turno,
é afetada, principalmente, pela interação entre temperatura e umidade. Essa taxa de
deterioração é baixa no início, porém, quando combinações favoráveis dessas variáveis são
estabelecidas e o período de armazenagem é prolongado, podem ocorrer perdas significativas
na qualidade dos produtos. A deterioração do grão é, portanto, resultante da ação de
microrganismos, insetos, ácaros entre outros, que utilizam nutrientes presentes no grão para
crescimento e reprodução.(BROD, 2005).
5.1 ARMAZENAMENTO DE GRÃOS A GRANEL
Conforme D’arce (2006), basicamente os depósitos destinados ao armazenamento de
grãos a granel são classificados em:
a. Silos de concreto: são depósitos de concreto de média e grande capacidade,
constituído de duas partes fundamentais, torre e conjunto de células e entre células. Na torre
acham-se instalados os elevadores, secadores, exaustores, máquinas de limpeza,
distribuidores, entre outros. Os grãos circulam na torre através de fluxos pré-determinados
para as operações de limpeza, secagem e distribuição nas células armazenadoras. As células e
entre células são de grande altura com o fundo em forma de cone para facilitar a descarga dos
grãos. As células variam de tamanho e número, segundo a capacidade desejada e estimativa
do índice de rotatividade.
26
b. Silos Metálicos: os silos de média e pequena capacidade, em geral, são
metálicos, de chapas lisas ou corrugadas, de ferro galvanizado ou alumínio, fabricados em
série e montados sobre um piso de concreto. Os silos de ferro galvanizados são pintados de
branco para evitar a intensa radiação solar.
c. Armazéns graneleiros: face ao seu baixo custo em relação ao silo elevado e
rapidez de construção, o interesse sobre o emprego de armazém graneleiro tem sido crescente
em muitos países. Este tipo de estrutura apresenta algumas limitações funcionais, destacando-
se a necessidade de manter a massa de grãos com teor de umidade mais baixo que no silo
elevado, emprego freqüente da aeração mecânica e dificuldades na descarga do produto
armazenado.
São caracterizados por grandes compartimentos de estocagem de concreto ou
alvenaria, onde a massa de grãos é separada por septos divisórios, geralmente em número de
dois, que dividem a unidade em depósitos iguais. Os septos divisórios objetivam maior
rapidez de movimentação e melhores condições para o controle preservativo do produto. A
unidade geralmente apresenta fundo em forma de “V”, possuindo equipamentos automáticos
para a carga e descarga. As aberturas laterais que apresentam esses graneleiros, além de
permitir a entrada de insetos, causando reinfestações constantes, não apresentam condições
para uma possível ventilação. O armazenamento em longo prazo é problemático, tendo em
vista a dificuldade para o expurgo. Os riscos de deterioração são maiores em vista da grande
massa de produto estocado. Nem sempre o sistema de termometria consegue ser instalado
eficientemente.
d. Silos herméticos: os silos herméticos podem manter os grãos livres de insetos
e impedir o desenvolvimento de fungos. Podem armazenar grãos úmidos para a alimentação
animal, desde que seja consumido logo após sua retirada do silo. O princípio básico do
armazenamento hermético é o mesmo tanto para grãos secos ou úmidos, e baseia-se no
seguinte: redução da taxa de oxigênio a um nível que causa a morte ou deixa inativos os
insetos e fungos, antes que esses organismos nocivos proliferem a ponto de prejudicar o
produto. Em decorrência do processo respiratório dos grãos e daqueles organismos, há uma
redução de oxigênio do ar intergranular.
27
5.2 CARACTERÍSTICAS DOS GRÃOS ARMAZENADOS
Para Brod (2005), além das características já mencionadas anteriormente ( Estrutura,
composição e Propriedades dos grãos ), em grãos armazenados ainda se destacam:
• Equilíbrio higroscópico;
• Migração de umidade.
5.2.1 Equilíbrio higroscópico dos grãos
Os grãos, como qualquer material higroscópico, mantêm equilíbrio de sua umidade
com a umidade relativa do ar, a uma dada temperatura. Isto é, eles têm a capacidade de ceder
ou absorver umidade de acordo com a umidade relativa do ar contido no espaço intersticial da
massa de grãos. Portanto, os grãos em contato com um ambiente onde a umidade relativa
oscila ganharão ou perderão umidade. No ponto de equilíbrio, a pressão de vapor d’água
dentro do grão é igual à pressão de vapor d’água no ar intersticial. Quando o grão e o ar que o
envolve apresentam diferentes pressões de vapor, a umidade se movimenta da substância de
maior pressão de vapor para a de menor pressão até atingir um ponto de equilíbrio. Nesse
ponto, cessa o transporte da umidade.
5.2.2 Migração da umidade
Uma massa de grãos depositada em um silo apresenta, normalmente, diferença de
temperatura. As camadas de grãos que se encontram na superfície, ou próximas das paredes
dos silos, adquirem temperatura mais alta ou mais baixa, que varia em função da estrutura de
armazenamento (metálicas ou de concreto).
O ar intergranular de uma massa de grãos não é estático, encontra-se em contínuo
movimento através de correntes de convecção, causadas pela diferença de densidade entre o
ar quente e o ar frio. Quando o ar intergranular se move das regiões mais quentes para as mais
frias, o ar quente e úmido, perde temperatura na região mais fria, apresenta aumento da
umidade relativa, e este ar cede parte da umidade para os grãos até atingir o equilíbrio
higroscópico, este fenômeno é denominado migração da umidade, A migração da umidade
ocorrerá se a pressão de vapor parcial sobre o grão (Ps) for maior do que a pressão do ar (Pa),
28
causando a secagem (dessorção da umidade) do grão. Por outro lado, o efeito reverso é obtido
quando Pa > Ps, causando a condensação-absorção da umidade. Se Ps = Pa, surge o equilíbrio
dinâmico, caracterizado pelo equilíbrio da umidade. Em suma, os gradientes de temperatura
no interior de silos causam correntes convectivas de ar que transferem umidade de uma parte
do silo à outra.
Durante os períodos frios, a umidade é deslocada dos grãos quentes, localizados no
centro do silo, para a superfície, onde os grãos estão a temperaturas mais baixas. Durante os
períodos quentes, há uma inversão do processo, e a região mais crítica passa a ser o fundo do
silo. Essa movimentação de umidade pode ocorrer mesmo que o grão tenha sido armazenado
com teor de umidade adequado. Esse fenômeno, devido ao gradiente de temperatura, pode
também ocorrer por difusão de vapor d’água. Esses acúmulos localizados de umidade podem
proporcionar condições favoráveis ao desenvolvimento de organismos responsáveis por
deterioração.
29
6 TERMOMETRIA E AERAÇÃO
6.1 TERMOMETRIA
Para Brod (2005), a qualidade dos grãos armazenados merece atenção, e o produto
deve ser periodicamente examinado. O método mais seguro é examinar com freqüência
amostras obtidas em diversos pontos da massa armazenada. Entretanto, torna-se difícil obter,
periodicamente, amostras representativas de uma grande quantidade de grãos armazenada em
uma célula de um silo ou de um armazém graneleiro. Todos os fatores que ameaçam a perda
de qualidade dos grãos causam aumento de temperatura. Assim, o registro constante da
temperatura dos grãos pode impedir um processo de deterioração. A temperatura dos grãos
armazenados é um bom índice do seu estado de conservação. Toda variação brusca de
temperatura deve ser encarada com bastante cautela, pesquisando-se, o mais rápido possível,
sua causa e procurando-se saná-la através da aeração, para homogeneizar a temperatura dos
grãos e impedir a migração da umidade e a formação de bolsas de calor. Os silos e outros
depósitos que recebem o produto a granel devem ser equipados com sensores à base de pares
termoelétricos, através dos quais será possível obter a temperatura em diferentes alturas e
regiões do interior da massa, com bastante exatidão e rapidez. Grãos armazenados sob valores
de umidade superior ao teor de umidade crítica sofrem degradação de proteínas, carboidratos,
fosfolipídios entre outros, produzindo compostos lipossolúveis que contaminam o óleo com
impurezas que não devem estar presentes. Essas afetam a cor, o odor e o sabor dos grãos.
Além disso, o processo de deterioração é invariavelmente acompanhado da hidrólise de
triacilgliceróis. Os sistemas de termometria podem possuir as mais diversas configurações,
desde as mais simples (portátil manual, portátil micro-processada e micro-processada), até as
mais complexas, com sistemas automáticos de leituras e controle da aeração.
Segundo Weber (2005), os sensores (termopares) devem ser distribuídos da seguinte
forma, para grãos com 13 a 16% de umidade na entrada do silo e de 4 a 6% de impurezas:
• Distância máxima entre os cabos termométricos: 5 metros;
• Distância máxima entre sensores nos cabos termométricos: 2 metros;
• Distância máxima entre o cabo termométrico e a parede do silo; 2,5 metros;
30
• Distância máxima entre um grão e o cabo termométrico mais próximo: 3,6 metros.
6.2 AERAÇÃO
Segundo Brod (2005), aeração consiste em fazer passar ar ambiente pela massa de grãos,
através de sistemas de ventilação, assegurando uma boa conservação dos grãos por um maior
período de tempo, sob determinadas condições de armazenagem e operação.
a. Objetivo: A aeração tem como objetivo a manutenção dos grãos armazenados,
sem prejuízo da qualidade e da quantidade da massa armazenada, através de um sistema de
ventilação que insufla ou aspira o ar.
b. Finalidades:
•••• Estabelecer condições que permitam o resfriamento de pontos aquecidos na
massa de grãos;
•••• Uniformizar a temperatura na massa de grãos;
•••• Controle de insetos e fungos;
•••• Evitar as correntes de ar de convecção;
•••• Evitar a transilagem, diminuindo os custos de armazenagem;
•••• Evitar danos mecânicos;
•••• Conservar as qualidades químicas e físicas dos grãos (qualidades
organolépticas);
•••• Prevenir o aquecimento e regular o estado de umidade do produto;
•••• Promover a secagem, dentro de certos limites, condicionada a complemento de
secagem e a condições atmosféricas;
•••• Promover a remoção de odores.
6.2.1 Sistemas Operacionais da Aeração
Para Brod (2005), a parte mais importante da aeração diz respeito à operação do
sistema. O operador precisa saber identificar, localizar e solucionar de modo correto os
problemas precocemente, eliminando toda elevação de temperatura já nos primeiros
momentos. A manutenção dos grãos depende do diagnóstico sobre a origem do aquecimento,
31
identificando a existência de insetos, fungos, umidade, goteiras, infiltração de água ou
condensação. A aeração é o tratamento a ser utilizado de acordo com o diagnóstico sobre a
origem e a situação da massa. No que diz respeito à complexidade e à responsabilidade, os
tipos de aeração podem ser classificados da seguinte forma:
a. Aeração de manutenção: realizada para reduzir prováveis aquecimentos que
ocorram na massa armazenada. Deve ser utilizada quando a diferença de temperatura na
massa de grãos ou entre a massa de grãos e o ar ambiente atingir 5ºC. Antes de utilizar a
aeração, devem se considerar as condições climatológicas e o diagrama de aeração. Essa regra
é válida para regiões de clima frio. Em regiões de climas quentes, quando for possível
diminuir em dois ou três graus a temperatura da massa armazenada, deve-se acionar a
aeração.
b. Aeração de resfriamento: realizada para resfriar o cereal que sai aquecido do
secador e também o que naturalmente está a uma temperatura mais alta do que a ambiente.
Deve ter seu início quando os dutos estiverem cobertos com uma camada de pelo menos um
metro de grãos.
c. Aeração secante: uma unidade de armazenagem pode ser dotada de um
sistema especialmente projetado para realizar a secagem no próprio silo. O teor de umidade
máxima dos grãos introduzidos nas células é determinado no projeto e deve ser observado,
assim como as condições climáticas. Períodos frios e úmidos não se prestam à secagem no
silo, já que ela dar-se-á lentamente, propiciando a deterioração de parte superior da massa de
grãos.
32
7 MANUSEIO DE GRÃOS
O sistema de movimentação de grãos tem grande importância em unidades
armazenadoras e de beneficiamento. Pesquisas mostram que os danos mecânicos causados aos
produtos, tanto em intensidade quanto no ponto onde o grão recebe o impacto, ocorrem
devido ao uso inadequado dos equipamentos ou de equipamentos inapropriados para a
movimentação do produto. Verificou-se que a alta velocidade de movimentação, associada a
baixa umidade do produto, constitui a principal causa de danos mecânicos em grãos. (SILVA,
2000)
7.1 TIPOS DE TRANSPORTADORES
Conforme descrição de Silva (2000), o movimento de produto durante o
processamento e armazenagem pode ser classificado em três grupos: transporte vertical,
horizontal e deslizamento. E destacam-se os equipamentos:
• Transportador helicoidal (rosca sem fim).
• Elevador de caçambas.
• Fita transportadora.
• Transportador pneumático;
• Transportador de corrente ou redler (MILMAN, 2002).
7.1.1 Transportador helicoidal ou rosca sem fim
É um equipamento simples e muito utilizado para fazer a movimentação de materiais
granulares e farelos. Basicamente, consiste de um helicóide com movimento rotativo e de um
condutor estacionário (tubo ou calha). O transporte é realizado quando o material, colocado
em uma abertura de recebimento do condutor fixo, é deslocado ao longo do helicóide por seu
movimento de rotação.
33
Registros de descarga podem ser colocados em diferentes posições ao longo do
transportador.
O Anexo C (Figura C.1, p.66 ) mostra a configuração geral de um transportador
helicoidal e as dimensões importantes para o cálculo da capacidade e da potência necessária
para realizar o transporte do produto.
a. As dimensões características de um helicóide são:
•••• Passo (P): é a distância compreendida entre duas cristas consecutivas medidas
paralelamente ao eixo do parafuso. No helicóide padrão, o passo tem a mesma dimensão do
diâmetro do helicóide. No caso de parafusos dosadores em que há necessidade de
uniformidade no fluxo do produto, a dimensão do passo pode ser de 1/3 a 1/2 menor que o
diâmetro do helicóide.
•••• Diâmetros: em um transportador helicoidal são considerados os diâmetros do
helicóide(D) e do eixo do helicóide (d). O diâmetro do helicóide corresponde a distância
vertical entre duas cristas consecutivas.
b. Tipos de helicóides: dependendo do material a ser transportado e do trabalho a
ser executado, haverá uma característica específica para o helicóide e para o condutor. O
Anexo C (Figura C.2, p.66 ) mostra os tipos de helicóides mais comuns utilizados para o
transporte de produtos agrícolas.
c. Condutores: condutor é um componente do transportador que suporta o
helicóide e contém o produto a ser transportado. Os condutores podem ser tubulares ou calhas
em forma de “U”, com ou sem tampa protetora.
As calhas são utilizadas para o transporte horizontal e podem tolerar inclinações até
20º, sendo muito utilizadas para o transporte de produtos como rações e farinhas. Quando
inclinados os transportadores não trabalham com sua carga máxima e o seu helicóide deve
possuir um passo menor.
Os condutores cilíndricos, geralmente construídos em chapas metálicas, têm
utilização bastante ampla, pois podem trabalhar em qualquer inclinação (entre o helicóide e o
condutor deve existir um espaço variável de 1 a 10 mm).
A carga e a descarga podem ser feitas em qualquer ponto ao longo do transportador,
indiferentemente do tipo de condutor. Normalmente, a transmissão é feita por correia e polias,
no caso de equipamentos de menor capacidade, e com caixa de redução, no caso de
transportadores de maior capacidade.
34
7.1.1.1 Dimensionamento do transportador
Consiste em estimar a capacidade do transportador e a potência necessária para a
execução de determinados trabalhos. A capacidade é função do tipo de produto e da taxa de
carga. O Anexo C (Figura C3, p. 66) mostra os fatores de carga para diferentes características
dos produtos.
A taxa de carga de 45% destina-se a grãos ou material fino que possui características
abrasivas. A carga de 35% é adequada ao trabalho com materiais abrasivos, torrões e misturas
de torrões com materiais finos. É também adequada para materiais fibrosos e polpas. Quando
se trabalha com materiais pesados, abrasivos ou fibrosos, como feno cortado e a areia, ela não
deve ultrapassar 15%. Para condutores tubulares, como é o caso de grãos agrícolas, pode-se
trabalhar com 100% de carga.
A capacidade nominal de um transportador helicoidal trabalhando na posição
horizontal pode ser estimada pela Equação 1:
Q = 4,71x10-5 (D2 – d2) . p . N Equação 1
Em que:
Q = capacidade de transporte, m3 h-1
D = diâmetro do helicóide, cm;
d = diâmetro do eixo do helicóide, cm;
p = passo do helicóide, cm;
N = número de rotações do eixo do helicóide, rpm.
Como a capacidade do transportador é função do diâmetro (D) e da velocidade
periférica do helicóide (N), o diâmetro máximo da partícula do material a ser transportado
determinará o diâmetro mínimo do transportador. Assim, o tamanho, a consistência, a fluidez
e a abrasividade do material limitam a velocidade máxima. No Anexo C (Tabela C.1,p. 67)
são fornecidos os valores de massa específica e fator de potência para o dimensionamento do
transportador helicoidal, e a Tabela C.2 (Anexo C, p 67) relaciona as variáveis que
influenciam a capacidade do transportador, para uma taxa de carga de 45 %.
Relacionando as variáveis contidas nas Tabelas C.1 e C.2, obtém-se a máxima
rotação admitida para um determinado produto e diâmetro do transportador (Equação 2):
m3.h-1 req = (ton.h-1)/(ton.m3)
rpm req. = (m3.h-1)/(m3.h-1 . rpm) Equação 2
35
A potência requerida (Equação 3) é função da capacidade, do comprimento, do tipo
de apoio do helicóide e do material transportado.
P = 2,22x10-4 (Q. Me . L . Fm) Equação 3
Em que:
P = potência requerida do transportador, cv;
Q = capacidade do transportador, m3 min-1;
Me = massa específica do material, kg m-3;
L = comprimento total do transportador, m;
Fm = fator de potência (depene do material), adimensional.
Para assegurar o movimento com eventuais sobrecargas, quando a potência atinge
valores inferiores à 5 cv, deve-se fazer um incremento na potência calculada, de acordo com a
Tabela C.3 (Anexo C, p. 67).
Para utilização de uma rosca transportadora, deve-se conhecer pelo menos os
seguintes fatores:
• o fluxo de grãos ou a capacidade necessária; e
• as distâncias horizontais e verticais.
Necessita-se determinar:
1- ângulo de inclinação aproximado;
2- comprimento do transportador requerido;
3- número de rotações (rpm) da rosca;
4- as dimensões do helicóide;
5- diâmetro da polia motora;
6- comprimento da parte exposta da rosca;
7- a potência necessária ao bom funcionamento do equipamento.
Os itens 1 e 2 podem ser obtidos segundo exemplo na Figura C.4 (Anexo C, p. 68);o
item 3 como na Figura C.5 (Anexo C, p 68); e os itens 3 a 7 podem ser determinados por
tabelas, fórmulas e diagramas).
36
7.1.2 Elevador de caçambas
É o transportador ideal para material granular. De maneira geral, trabalha na posição
vertical ou com pequena inclinação em relação à vertical. Além de possibilitar o
desalinhamento, a inclinação pode causar grandes dificuldades durante a operação do
elevador. A Figura C.6 (Anexo C, p. 69) mostra os componentes básicos de um elevador de
caçambas, que é composto de:
• cabeça;
• módulos ou corpo;
• pé ou base;
• correia ou correntes;
• caçambas.
O produto deve apresentar grau de fluidez que garanta a continuidade do fluxo a cada
passagem das caçambas (carga) e que elas permaneçam limpas após descarga. As caçambas
ou canecas (Figuras C.6 e C.10, Anexo C, p. 69 e 71) podem ser fabricadas em metal, plástico
ou fibra de vidro. A característica do material a ser transportado exige formas distintas de
caçambas, para evitar danos ao produto, aumentar o rendimento do transporte. Neste sistema,
o produto é elevado a uma altura que possibilita sua distribuição por gravidade, por meio de
dutos especiais. A carga das caçambas é feita na base, ou pé, e pode ocorrer em:
• Posição posterior, do lado em que as caçambas descem; e
• Posição anterior, do lado que as caçambas estão subindo.
A carga pela posição anterior é preferível, porque nela produtos com pouca fluidez,
como o café úmido e o arroz em casca, danifica menos o sistema de fixação das caçambas à
correia e a própria caçamba.
a. Cabeça do elevador: é o componente no qual se faz a descarga do produto,
que pode ser realizada pela ação da força centrifuga ou pela gravidade, variando a velocidade
entre os tipos de descargas.
O dispositivo de descarga consta de um prolongamento da cabeça do elevador, cuja
principal característica consiste em minimizar os danos ao produto, devido ao impacto
durante a descarga.
Em geral, o acionamento é feito por um motor elétrico acoplado a uma caixa de
redução. Nos elevadores de pequena capacidade, as polias são simples e o sistema redutor de
velocidade é feito pelo conjugado polia/correia.
37
O freio de retrocesso é um componente da cabeça do elevador, que impede o retorno
das caçambas, caso haja interrupção no fornecimento de energia elétrica. Com isso evitam-se
entupimentos e outros tipos de problemas. Nos transportadores de pequena capacidade, o freio
mais utilizado é o tipo catraca. Para elevadores de grande capacidade, podem ser utilizados os
freios de fita metálica ou, ainda, os freios eletromagnéticos. A Figura C.7 (Anexo C, p. 70)
mostra a cabeça do elevador de caçambas, com detalhes de seus componentes.
b. Corpo: Geralmente é constituído de chapas metálicas com perfil retangular ou
circular. É a estrutura que sustenta a cabeça do elevador e serve como condutor do sistema
correia/caçambas.
c. Pé ou base: é construído em chapas metálicas e possui os seguintes
componentes (Figura C.8, Anexo C, p. 70).
•••• polia inferior;
•••• esticador de correia;
•••• dispositivo de carga;e
•••• janelas de inspeção e limpeza.
d. Correia/Corrente: qualquer um destes elementos é satisfatório para compor a
maioria dos elevadores que se destinam ao transporte de produtos agrícolas. A correia,
entretanto, permite maior velocidade de operação, o que resultará em maior capacidade de
transporte, mantendo-se as outras dimensões constantes. A característica do material de
construção é um fator importante a ser considerado ao se optar pelo uso de correia, a qual
deve resistir a tração, ter flexibilidade, resistir a trincas, absorver o mínimo de umidade e
permitir perfeita fixação das caçambas.
A corrente apresenta uso simples, é durável, resistente e de baixo custo, quando
comparada à correia. No entanto, exige baixa velocidade durante a operação de transporte e
não deve ser utilizado em elevadores com altura elevada. Por trabalhar em baixas velocidades,
normalmente os equipamentos com corrente possuem menor capacidade.
e. Caçambas: são recipientes fixados na correia ou correntes e que recebem o
produto no ponto de carga. Dependendo das características do produto a ser transportado e da
capacidade do transportador, as caçambas terão desenhos, tamanhos e modo de fixações
diferentes.
O espaçamento entre as caçambas influência a capacidade do elevador, e a distância
entre elas é de aproximadamente duas vezes a sua largura. Nos elevadores com caçambas
38
contínuas, forma-se uma seqüência de quinze a vinte caçambas, e somente a inferior possui
fundo. Esta disposição refere-se a elevadores de alta capacidade (Figura C.9, Anexo C, p. 71).
7.1.2.1 Estimativa da capacidade e da potência
A capacidade e a potência para acionar elevadores de caçambas dependem do tipo de
descarga, massa específica do material, comprimento total do transportador e fator de
potência (depende do material). Produtos sujeitos a danos por impacto, que reduzem seu
índice de germinação e seu vigor, podem ser descarregados por gravidade. Neste caso, a
velocidade da correia não deve ultrapassar os 30 m min-1.
O equipamento com descarga centrífuga, utilizada no transporte de grãos comerciais,
apresenta maior velocidade na correia e, conseqüentemente, maior capacidade de transporte.
A rotação necessária para que ocorra a descarga por centrifugação pode ser obtida a partir da
Equação 4:
N = 30 / (R) ½ Equação 4
Em que:
N = velocidade tangencial ou periférica da polia motora, rpm;
R = raio efetivo da polia motora, m.
Raio efetivo é a distância entre o centro da polia e o centro geométrico da caçamba
(Figura C.10, Anexo C, p. 71).
A velocidade linear das caçambas (v, m min-1) pode ser calculada pela Equação 5:
V = 2 . � . R . N Equação 5
A capacidade do transportador (Q, kg min-1) é função da capacidade de cada
caçamba, da velocidade e do número de caçambas por metro de correia. A Equação 6 permite
estimar a capacidade do transportador.
Q = V . n . q Equação 6
Em que
q = capacidade de cada caçamba, kg de produto caçamba-1;
n = número por metro, de caçambas caçamba m-1.
39
Para calcular a potência exigida para o acionamento do elevador carregado, além da
capacidade de transporte, deve-se considerar a altura a que o produto deve ser elevado
(Equação 7)
P = 2,22x10-4 (Q . H) . Fa Equação 7
Em que:
P = potência requerida, cv;
H = altura de elevação do produto, m;
Fa =fator de segurança (1,10 a 1,15).
O número de caçambas por metro pode ser obtido relacionando-se o comprimento da
correia ao número total de caçambas.
O comprimento da correia é obtido a partir da soma dos dois ramos da correia
correspondentes a distância entre os eixos do transportador mais o perímetro de uma das
polias conforme a Equação 8:
L = Ra + Rd + (2 . � . r) Equação 8
Em que:
L = comprimento total da correia,m;
Ra = comprimento do ramo ascendente da correia, m;
Rd = comprimento do ramo descendente da correia, m;
r = raio da polia, m.
O Anexo C (Quadro Q.1, p. 72) apresenta as características de alguns elevadores de
caçamba para diferentes alturas e capacidades.
7.1.3 Fita transportadora
Equipamento de alta eficiência mecânica, em que os danos por atrito ou impacto só
ocorrem, eventualmente, durante a carga ou descarga. Uma correia é composta de uma polia
motora, uma polia guia com esticador, roletes ou plataforma de deslizamento, chassis ou
estrutura de suporte e sistemas para carga e descarga. Um transportador de correia pode
operar em altas velocidades e transportar produtos a longas distâncias, mas o limite de sua
inclinação para o transporte de produtos agrícolas é de 15º. A correia tem custo inicial e vida
40
útil maiores que de outros tipos de transportadores. As Figuras C.11 e C.12 (Anexo C, p.73)
mostram detalhes de um transportador de correia.
As principais características mecânicas que a correia transportadora deve possuir são:
• Flexibilidade: deve-se adaptar a qualquer diâmetro de polia sem se tornar
quebradiça;.
• Resistência à tensão: porque está sempre sujeita a este tipo de deformação;
• Resistência à corrosão: o revestimento da correia deve ser resistente à
corrosão, pois em muitos casos, o produto pode receber tratamentos químicos por meio de
equipamentos instalados sobre a correia para o controle de insetos. A resistência à abrasão é
uma característica importante, principalmente para o transporte de arroz.
O sistema de acionamento das correias é instalado no ponto de descarga, e a polia
motora deve ter um diâmetro que permita o máximo de contato com a correia. Em muitos
casos, é necessário um número maior de polias não apenas para ajudar no esticamento, mas
também para solucionar os problemas devidos à contração e expansão da correia,
provenientes de variações climáticas do ambiente.
Nos transportadores de correia, a carga pode ser feita em um ponto fixo por meio de
uma peça metálica de configuração geométrica afunilada ou por meio de um componente
móvel que permita o deslocamento para a carga ao longo de toda a correia. A descarga pode
ser feita naturalmente, no extremo oposta à carga, ou em qualquer ponto, por meio do
“tripper”, que consiste no arranjo de duas polias livres que dão à correia a configuração de um
“S” invertido (Figura C.13, Anexo C, p. 74).
7.1.3.1 Dimensionamento da Fita Transportadora
A capacidade da fita transportadora é função de sua concavidade transversal (Figura
C.12 – Anexo C, p. 73), que por sua vez é função da inclinação das polias livres (roletes). A
relação e inclinação das polias livres dependem do material transportado (tamanho, forma e
fluidez das partículas), de acordo com os valores apresentados na Tabela C.4 (Anexo C, p.74)
.No caso de grãos e partículas semelhantes, secas e limpas, esse ângulo vai de 8 a 19º. O
equipamento sai da fábrica com ângulo de inclinação dos roletes de 5 a 10º menor que o
ângulo de repouso do produto. No caso de transporte de grãos em geral, é muito usada a
inclinação de 45º para roletes com espaçamentos iguais.
41
A Equação 9 é usada para determinar a potência necessária de uma correia
transportadora.
P = [1,292V . L (0,015 + 3,28x10-4C) + M(0,48 + 9,9x10-3C) + (3,33h . M)]/100 Equação 9
Em que
P = potência estimada, cv;
V = velocidade da correia,m min-1;
L = largura da correia, cm;
C = comprimento do transportador, m;
M = vazão mássica do produto, t h-1;
h = altura de elevação, m.
A estimativa da largura da fita pode ser feita por tentativa, a partir da Tabela C.4
(Anexo C, p. 74). Sabe-se que o volume transportado pela fita, na unidade de tempo, é função
da área da seção transversal e da velocidade máxima.
Vol.(m3 h-1) = A seção transversal(m2) . Velocidade(m h-1)
A potência exigida para que a fita transporte o produto pode ser calculada levando-se
em consideração uma possível elevação do produto, a resistência oferecida pela fita durante o
deslocamento e a resistência contrária ao movimento, proveniente das polias livres e dos
acessórios. As constantes utilizadas em tais procedimentos variam conforme as condições de
operação e a flexibilidade da fita entre as polias livres, causadas pela carga e absorvendo parte
da potência.
A estimativa da potência pode ser executada em três etapas:
a) estimativa da potência necessária para a movimentação da fita sem carga (Equação
10):
Pa=[V . L . 1,292(0,015+3,28.10-4C)]/100 Equação 10
b) Estimativa da potência necessária para transportar o material na posição horizontal
(Equação 11):
Pb = [M(0,48+9,9.10-3C]/100 Equação 11
c) Estimativa da potência necessária para a fita transportar o produto em
posição inclinada (Equação 12):
Pc = (h x 3,33 x M) /100 Equação 12
42
Em que
P = potência estimada, cv;
V = velocidade da correia, m min-1;
L = largura da correia, cm;
C = comprimento do transportador, m;
M = massa de produto a ser transportado,t h-1;
h = altura de elevação, m.
A potência total estimada é dada por (Equação 13):
Pt = Pa + Pb + Pc Equação 13
7.1.4 Transportadores pneumáticos
São equipamentos utilizados para transportar diferentes tipos de materiais em dutos
fechados, por meio de fluxos de ar em alta velocidade e pressão.
Trabalhos com o projeto ou com o uso de transportadores pneumáticos exigem
determinados conhecimentos, como pressão, velocidade e quantidade de ar necessário para o
arraste de grãos; potência exigida; e características físicas do material transportado,
considerando-se que estas variáveis irão influenciar o desempenho do equipamento.
De acordo com as características de funcionamento, os transportadores pneumáticos
podem ser classificados em três sistemas:
• Sistema de sucção: é um sistema que opera com pressão abaixo da pressão
atmosférica, sendo muito utilizado em descarga de caminhões, vagões e barcos e no
transporte de materiais cuja textura dificulta a fluidez através de válvulas, roscas
alimentadoras e ventiladores.
• Sistema por pressão: este sistema trabalha com pressão acima da pressão
atmosférica.
• Sistema combinado de sucção e pressão: é o sistema mais comum, no qual
parte do transporte é feita por sucção e parte por pressão. É também montado sobre rodas,
para permitir o deslocamento do transportador.
43
7.1.4.1 Potência Requerida
A potência requerida para acionar o ventilador pode ser estimada em função do fluxo
de ar e da pressão estática, conforme a Equação 14:
P = (Q . Pet) / (455 . n) Equação 14
Em que
P = potência em cv;
Q = fluxo de ar,em m3 min-1;
Pet = pressão estática em cm.c.a;
n = eficiência (0,4 a 0,7).
7.2 TRANSPORTADOR DE CORRENTE
Segundo Milman (2002) o transportador de corrente, também denominado redler, é
aplicado ao transporte de produtos na horizontal ou em inclinações de até 40º, no entanto, a
capacidade operacional decresce em 33%. Geralmente nestes equipamentos, as correntes são
montadas em calhas metálicas com formato retangular ou em “U”. Quanto aos tipos de
palhetas fixadas à corrente, estas podem ser de madeira, metal ou polietileno. O
dimensionamento de um transportador de corrente utiliza-se as equações descritas a seguir
7.2.1 Cálculo da capacidade do redler
A capacidade das correntes transportadoras trabalhando na horizontal é calculada
segundo a Equação 15:
Q = 3600 . A . B . V .� Equação 15
Em que:
A = altura dos grãos
Q = capacidade de transporte em t h-1;
V = velocidade da corrente m s-1;
44
� = massa específica granular em t m-3;
B = largura de arraste da corrente em metros.
A capacidade das correntes transportadoras trabalhando inclinadas, é calculada
segundo a Equação 16:
Qi = Q . � Equação 16
Em que:
Qi = capacidade de transporte inclinada do redler em t h-1;
Q = capacidade de transporte horizontal do redler em t h-1 (eq. 15);
� = fator de redução da capacidade, segundo Quadro 1:
Quadro 1: Fator de redução na capacidade do redler
Inclinação em graus � 5 0,90
10 0,80 15 0,75 20 0,70 30 0,55
7.2.2 Cálculo da potência absorvida pelo redler
A potência absorvida pelo redler é calculada pela Equação 17:
P = { {[Q . (L + 3.h)] + [7,2 . g . L . V]} / 540 } . f Equação 17
Em que:
P = potência absorvida pelo redler em Cv;
Q = capacidade t . h-1;
L = comprimento do redler em metros;
h = altura de elevação em metros, para redler inclinado;
g = peso da corrente em kg m-1;
V = velocidade da corrente em m s-1;
f = fator de serviço, varia de 1,1 a 1,2.
45
7.2.3 Cálculo da potência do motor elétrico
A potência requerida pelo motor elétrico do acionamento do redler é calculada pela
Equação 18:
Pm = (P . G) / E Equação18
Em que:
Pm = potência do motor elétrico em cv;
P = potência absorvida pelo redler em cv;
E = rendimento da transmissão, E = 1,0 acionamento com moto redutor;
G = fator que varia com a potência absorvida pelo redler, valores do Quadro 2.
Quadro 2 : Fator de acréscimo para transportadores de arraste Potência absorvida pelo redler G
< 1 2,00 1 a 2 1,50 2 a 4 1,25 4 a 5 1,10 > 5 1,00
7.2.4 Cálculo do esforço na corrente
O esforço na corrente em kgf, a que fica sujeita a corrente do redler, é calculado pela
Equação 19:
T = ( 375 . P ) / V Equação 19
Em que:
T = esforço na corrente, em kgf;
P = potência absorvida pelo redler em cv;
V = velocidade da corrente, em m s -1.
46
8 AUTOMAÇÃO
Para Telecurso 2000 (2006a, p. 01) automação é um sistema de equipamentos
eletrônicos e/ou mecânicos que controlam seu próprio funcionamento, quase sem a
intervenção do homem.
A Automação industrial é o uso de computadores ou outros dispositivos lógicos
(como controladores lógicos programáveis ou CNCs) para controlar máquinas e processos,
substituindo algumas tarefas da mão-de-obra humana. É um passo além da mecanização, onde
operadores humanos são providos de maquinaria para auxiliá-los em seus trabalhos. É
largamente aplicada nas mais variadas áreas de produção industrial. A parte mais visível da
automação, atualmente, está ligada a robótica. Ela visa principalmente a produtividade,
qualidade e segurança em um processo. (WIKIPÉDIA, 2006a e NATALE, 1995)
Segundo Wikipédia (2006a) e Natale (1995), basicamente a automação utiliza-se de
hardware, um software, empregados em controlar um processo completo. O software recebe
as informações analisa-as e toma a decisão. O hardware transforma esta decisão em ações
físicas de acionamento de motores, atuadores, além de emitir a informação para o software,
através de sensores eletrônicos das condições de operação ou parâmetros de controle, como
posicionamento, pressão hidráulica, temperatura entre outros. Os equipamentos mais
utilizados na automação industrial segundo Wikipédia (2006a) e Natale (1995) são:
• Microcomputadores: podem ser utilizados sozinhos, adaptados a hardwares
apropriados para o recebimento sinais de sensores e acionando atuadores, ou seja, controlando
o processo como um todo, e em conjunto com CLPs e CNCs, fazendo o papel de interface
homem-máquina.
• Controlador lógico programável: conhecido também pela sua sigla CLP, é
um computador especializado, baseado num microprocessador que desempenha funções de
controle de diversos tipos e níveis de complexidade.
Um controlador lógico programável, é o controlador indicado para lidar com
sistemas a eventos discretos (SEDs), ou seja, com processos em que as variáveis de processo
assumem valores discretos (ou digitais), ou seja, que só assumem valores dentro de um
conjunto finito, uma vez que se podem programar as reações dependendo de cada situação.
47
Os CLP's estão muito difundidos em controle de processos de automação industrial, nas áreas
relacionadas com a produção em linhas de montagem, por exemplo, na indústria automóvel.
Num sistema típico, toda a informação dos sensores é concentrada no controlador
(CLP), que de acordo com o programa em memória define o estado dos atuadores.
• Os Controladores Numéricos Computadorizados (CNCs): são muito
utilizados e máquinas-ferrameta e robótica, porque controlam posições no plano cartesiano
tridimensional, além de velocidades de deslocamento e rotação de ferramentas de corte, seus
sensores geralmente são encoders lineares e rotativos.
8.1 Componentes da automação
De acordo com Telecurso 2000 (2006ª. p. 05) cada sistema de automação compõe-se
de cinco elementos:
• acionamento: provê o sistema de energia para atingir determinado objetivo. É
o caso dos motores elétricos, pistão hidráulico, etc.;
• sensoriamento: mede o desempenho do sistema de automação ou uma
propriedade particular de algum de seus componentes. Exemplos: termopares para medição de
temperatura e encoders para medição de velocidade;
• controle: utiliza a informação dos sensores para regular o acionamento. Por
exemplo, para manter o nível de água num reservatório, usamos um controlador de fluxo que
abre ou fecha uma válvula, de acordo com o consumo.
• comparador ou elemento de decisão: compara os valores medidos com
valores pré estabelecidos e toma a decisão de quando atuar no sistema. Como exemplos,
podemos citar os termostatos e os programas de computadores;
• programas: contêm informações de processo e permitem controlar as
interações entre os diversos componentes.
8.2 SOFTWARE
Automação é formada de hardware e software (parte física e parte lógica). A parte
lógica irá tomar a decisão sobre que ação é a mais adequada em determinada situação. No
48
computador, no CNC, ou em um CLP, o software aparece na forma de programas. Na
realidade, são milhares e até bilhões de bytes "enfileirados" na memória. Quando a CPU
(Unidade Central de Processamento) do computador acessa um programa, ela vai recebendo,
passo a passo, essas informações binárias que definem as próximas operações do hardware.
(TELECURSO 2000,2006b, p. 01).
8.2.1 Software e automação
Podemos dizer que a raiz do software está na automação. O software não faz a
máquina “pensar”; pelo contrário, ele apenas faz a máquina trabalhar. Ao criar um software, o
programador define uma seqüência de operações que levam à realização de algo. Um
programa de computador faz, na verdade, é a automação de uma seqüência de operações.
(TELECURSO 2000,2006b, p04).
8.2.2 Linguagens de programação
Segundo ICEA/EAD (2006), uma linguagem de programação é um vocabulário e um
conjunto de regras gramaticais usadas para escrever programas de computador. Esses
programas instruem o computador a realizar determinadas tarefas específicas. Cada
linguagem possui um conjunto único de palavras-chave (palavras que ela reconhece) e uma
sintaxe (regras) específica para organizar as instruções dos programas. As linguagens de
programação podem ser classificadas em uma escala relativa à sua semelhança com a
linguagem humana, em:
• Linguagem de Máquina;
• Linguagem Assembly;
• Linguagem de Alto Nível, e
• Linguagem de Quarta Geração.
49
8.2.2.1 Linguagem de máquina (Machine Language)
É a linguagem de mais baixo nível de entendimento pelo ser humano e a única, na
verdade, entendida pelo processador (CPU).
É constituída inteiramente de números, o que torna praticamente impossível entendê-
la diretamente. Cada CPU tem um conjunto único de linguagem de máquina, definido pelo
fabricante do chip. Uma instrução típica em linguagem de máquina seria algo como:
0100 1111 1010 0110.
As instruções presentes na linguagem de máquina são as mesmas da linguagem do
nível mais acima (linguagem assembly). Os programas escritos nas linguagens de mais alto
nível são convertidos (compilados ou montados) para a linguagem de máquina específica,
para que possam ser executados pelo computador.
Um programa em linguagem de alto nível, que foi compilado para executar em
determinada CPU, precisa ser recompilado (e muitas vezes reescrito), para que possa ser
executado em outra CPU que não tenha o mesmo conjunto de instruções. Essa linguagem é
também classificada como linguagem de primeira geração.
8.2.2.2 Linguagem Assembly
É a linguagem de nível imediatamente acima da linguagem de máquina. Ela possui a
mesma estrutura e conjunto de instruções que a linguagem de máquina, porém permite que o
programador utilize nomes (chamados mnemônicos) e símbolos em lugar dos números. A
linguagem assembly é também única para cada tipo de CPU, de forma que um programa
escrito em linguagem assembly para uma CPU poderá não ser executado em outra CPU de
uma família diferente.
Nos primórdios da programação todos os programas eram escritos nessa linguagem.
Hoje, a linguagem assembly, é utilizada quando a velocidade de execução ou o tamanho do
programa executável gerado são essenciais. Atualmente, a maioria dos programas é escrita em
linguagens de alto nível, tal como C, Pascal, Delphi, Kylix, Visual Basic, etc., devido à
facilidade de criação e manutenção dos programas. Todos os programas escritos nessas
linguagens são convertidos para a linguagem de máquina para serem executados pelo
processador. A conversão da linguagem assembly para a linguagem de máquina se chama
50
montagem, e é feita por um programa chamado montador (ou assembler). Uma típica
instrução em assembly seria:
ORG 100
LDAA # $10
END
Essa linguagem é também classificada como linguagem de segunda geração, e, assim
como a linguagem de máquina é considerada uma linguagem de baixo nível.
8.2.2.3 Linguagem de alto nível
São as linguagens de programação que possuem uma estrutura e palavras-chave que
são mais próximas da linguagem humana, tornando os programas mais fáceis de serem lidos e
escritos. Esta é a sua principal vantagem sobre as linguagens de nível mais baixo. Os
programas escritos nessas linguagens são convertidos para a linguagem assembly através de
um programa compilador ou de um interpretador.
Exemplos: FORTRAN, Prolog, Basic, COBOL, C, Pascal, Delphi, entre outros.
8.2.2.4 Linguagem de quarta geração
Usualmente abreviada por 4GL. São linguagens de programação com estrutura mais
próxima da linguagem humana do que as linguagens de programação de alto nível.
A maioria delas é usada para acessar bancos de dados, a SQL (Structured Query
Language) é um bom exemplo dessa geração.
Por exemplo, um comando típico seria:
SELECT NOME,MATRICULA FROM ALUNOS WHERE
NOME = "Carlos" AND ESTADO IN (“RJ”,”SP”,”MG”)
51
8.3 COMUNICAÇÃO
Normalmente em um sistema automatizado, em que seus componentes podem estar
distantes a vários metros e até mesmo quilômetros, estes componentes estarão sofrendo
muitas interferências eletromagnéticas geradas por motores, por exemplo. Estas características
obrigam que o meio de comunicação seja serial, devido a distância e digital, por causa das
interferências e de alta velocidade, por causa do grande número de mensagens que circulam
pelo meio de comunicação. (HUBERT, 2001).
No modelo de distribuição dos sistemas automatizados, cada elemento possui seu
conjunto próprio de recursos, distribuindo apenas os resultados da utilização destes recursos.
Sendo assim, toda a comunicação ocorrerá pela troca e sincronização de mensagens. Por isso,
é necessário que os participantes da troca de mensagens (emissor e receptor) concordem em
diversos níveis, desde detalhes de transmissão de bits, até aqueles que tratam de como a
informação deve ser expressa. (HUBERT, 2001).
Para que se possa fazer o tratamento adequado das informações a ISO (International
Standard organization) criou o modelo OSI (Open System Interconnection) que trata as
informações como sendo camadas que possuem 7 níveis envolvidos no processo de
comunicação. O Quadro 3 demostra os níveis. (HUBERT, 2001).
52
Quadro 3: Níveis envolvidos no processo de comunicação OSI
Nivel Descrição
Aplicação
São aplicações propriamente ditas, que fazem interações com os usuários,
como clientes de correio eletrônico, transferência de arquivos ou conexões
remotas a computadores diversos da rede.
Apresentação Ao contrario dos níveis mais baixos, que tratam de transferência de bits,
este nivel é responsável por dar forma estruturada às informações.
Sessão
Versão aprimorada do nível de transporte, permitindo controle de diálogo
determinando qual das partes está transmitindo, para que possa recomeçar
transmissões onde as conexões eventualmente foram perdidas.
Transporte
Garante a consistência na transmissão de dados entre a origem e o destino,
mesmo que isso implique em separação de informações em diversos
pacotes, que sigam por rotas diferentes.
Rede
Responsável pelo roteamento dos quadros, para que os mesmos chegem a
seus destinos corretamente, seja em uma rede local ou em uma rede de
longa distância
Enlace de dados Agrupa os bits em quadros e controla a transmissão dos dados , realizando
o tratamento de erros necessários.
8.3.1 MODELOS DE COMUNICAÇÃO
Segundo (HUBERT, 2001) existem dois principais modelos de comunicação usados
em sistemas de automação:
a. Modelo cliente-servidor: Neste modelo, o transmissor estabelece uma
conexão com o receptor, conhecida como “canal de bits” e então inicia a transmissão.
b. Multicast: o modelo anterior parte do princípio para que haja comunicação
deve existir um transmissor e um receptor. Acontece que, em determinadas circunstancias, a
comunicação envolve muito mais do que dois elementos. Um sistema de automação é um
exemplo típico: podem existir dezenas (até centenas) de sensores microcontrolados
espalhados pelo sistema, e se deseje enviar uma mensagem para cada sensor. Demoraria
muito mais para que todos recebessem e é claro, não haveria jeito de que todos processassem
a informação ao mesmo tempo. O mesmo não acontece no modelo multicast, ou comunicação
53
grupal, onde se pode enviar uma mesma mensagem a vários componentes de uma rede com
garantia de que todos processarão a mesma mensagem dando um maior controle sobre o
tempo real e utilizando uma forma otimizada o barramento.
É preciso, portanto, escolher o modelo de comunicação que melhor se adapte ao
sistema em projeto. Em sistemas que necessitem de comunicação do tipo um para muitos, ou
mesmo tempo real, o modelo de comunicação grupal é mais recomendado. Ao contrário, em
sistemas que trabalhem no sistema ponto a ponto, isto é, a comunicação se dá entre um
transmissor e um receptor, o modelo cliente servidor é melhor.
8.4 HARDWARE
Para Wikipédia (2006a) e Natale (1995) o Hardware é a parte física da automação,
ou seja, é o conjunto de componentes eletrônicos, circuitos integrados e placas, que se
comunicam através de barramentos.
Para funcionar um sistema de automação necessita de algumas conexões físicas que
permitam que os componentes de hardware se comuniquem e se inter-relacionem. O
barramento constituí um sistema comum de interconexão, composto por um conjunto de vias
ou trilhas que coordenam e transportam as informações entre as partes internas e externas do
computador. Uma conexão para comunicação em série é feita através de um cabo ou grupo de
cabos utilizados para transferir informações entre a CPU de um computador, por exemplo, e
os dispositivos externos, como inversores de freqüência para controle de motores, placas de
válvulas hidráulicas proporcionais , sensores, entre outros. Esse tipo de conexão transfere um
bit de dado de cada vez, muitas vezes de forma lenta. A vantagem de transmissão em série é
que é mais eficaz a longas distâncias. Também existe a transmissão de dados em paralelo, em
que a transmissão é feita através de vários bits ao mesmo tempo. Em uma primeira impressão
a transmissão de dados pode parecer mais apropriada. Porém, possui a limitação física, dada
pelo número de fios, e pela baixa velocidade de transmissão. (WIKIPEDIA, 2006b e
NATALE 1995).
54
9 SENSORES
Segundo Capelli (2002) a maioria dos elementos provedores de informações para os
sistemas de automação industrial consiste de sensores. Dentre eles se destacam os seguintes:
a. Sensor magnético ou reed switch: os sensores magnéticos são compostos por
um contato feito de material ferro magnético (ferro, níquel, etc.) que é acionado na presença
de um campo magnético (ímã permanente, por exemplo). Seu princípio de funcionamento é
simples: quando um ímã aproxima-se do sensor, o campo magnético atrai as chapas de metal,
fazendo com que o contato elétrico se feche. Esses sensores são muito utilizados para detectar
fim de curso em sistemas automáticos.
b. Sensor Capacitivo: o capacitor é um componente eletrônico capaz de
armazenar cargas elétricas. Por essa razão, ele opõe-se as variações de tensão, e é muito
utilizado como filtro em circuitos eletrônicos. Esse componente é composto por duas placas
metálicas isoladas eletricamente. O material isolante é chamado “dielétrico”. O valor da
capacitância do capacitor é diretamente proporcional a área das placas e da constante
dielétrica do material isolante, e inversamente proporcional à distância entre essas placas.
Em corrente contínua, o capacitor carrega-se de forma exponencial segundo uma
constante de tempo RC. Já em corrente alternada, o capacitor comporta-se como um resistor.
O processo de carga e descarga feito pela corrente alternada atribui uma “resistência” elétrica
ao componente. Na verdade, o termo “resistência” é errôneo visto que deveria ser impedância,
pois varia com a freqüência.
A diferença básica entre o capacitor convencional e o sensor capacitivo é que as
placas (no sensor) são colocadas uma ao lado da outra, e não uma sobre a outra (como no
capacitor). No sensor capacitivo, portanto, o dielétrico é o ar, cuja constante é igual a 1.
Quando algum objeto, que normalmente possui constante dielétrica maior do que 1, é
aproximado do sensor, aumenta sua capacitância. O circuito de controle, então, detecta essa
variação, e processa a presença desse objeto. Geralmente, esses sensores são utilizados para
monitorar a presença de corpos não magnéticos.
c. Sensor indutivo: o indutor é um componente eletrônico composto de um
núcleo, o qual é envolto por uma bobina. Quando circulamos uma corrente por essa bobina,
55
um campo magnético é formado no núcleo. O indutor armazena a energia gerada pela bobina
no seu núcleo por algum tempo. Sendo assim, quando a corrente da bobina for interrompida,
ainda teremos um pouco de corrente na carga. Essa corrente é devida a contração das linhas
de campo magnético que estão ao redor do núcleo. Isso significa que o indutor opõe-se às
variações de corrente (assim como os capacitores às variações de tensão). Em corrente
alternada, o indutor apresenta determinada impedância.
A indutância depende do núcleo do indutor. Caso movamos o núcleo do indutor pelo
corpo da bobina, sua impedância mudará. O sensor indutivo utiliza essa característica como
princípio de funcionamento.
O núcleo do sensor indutivo é aberto, e denomina-se “entreferro”. Com o núcleo
aberto, o campo magnético tem que passar pelo ar. Portanto, sua intensidade é menor. Quando
uma peça metálica é aproximada do núcleo do indutor, o campo magnético passa por ela, e
sua intensidade aumenta. Normalmente, os sensores comerciais possuem um circuito
oscilador internamente. Essa técnica permite sua utilização com tensões contínuas
d. Sensor óptico: um sensor óptico é formado por um emissor de luz e um
receptor de luz. O emissor de luz óptico pode ser um led (diodo emissor de luz) ou uma
lâmpada. O receptor é um componente foto-sensível (fototransistores, fotodiodos, etc.). Um
circuito oscilador gera uma onda que será convertida em luz pelo emissor. Quando um objeto
é aproximado do sensor óptico, ele reflete a luz do emissor para o receptor. Um circuito
eletrônico identifica essa variação e emite um sinal ao sistema de controle. Os sensores
ópticos são capazes de detectar vários tipos de objetos.
Os objetos transparentes, entretanto, não podem ser detectados por eles. Caso esse
sensor funcione por reflexão, objetos totalmente escuros também não serão detectados.
Existem três formas de um sensor óptico operar:
• Reflexão: a luz é refletida no objeto e o sensor é acionado.
• Barreira: o objeto bloqueia a passagem da luz, e a saída do sensor é acionada.
• Emissor-receptor: neste caso, o emissor e o receptor estão montados
separadamente, quando o raio de luz é interrompido pelo objeto, a saída é ativada
Quando trabalhamos em ambientes com partículas em suspensão (poeira), devemos
tomar cuidado na utilização dos sensores ópticos. Caso ele não possa ser substituído por outro
tipo (magnético, capacitivo, etc.) deve-se contemplar um plano de limpeza periódica das
lentes a fim de se evitar um mau funcionamento.
56
e. Chaves fim de Curso: como o próprio nome sugere, são aplicadas para
detectar o fim do movimento e eixos. Seu princípio de funcionamento é muito simples, e
trata-se apenas de uma chave eletromecânica convencional. A chave fim de curso pode ser
normalmente aberta (NA) ou normalmente fechada (NF).
57
CONCLUSÃO
O processo de beneficiamento de grãos, principalmente no que se refere à
manutenção de qualidade, é muito complexo e possui muitas variáveis que envolvem o
produto e as condições climáticas. Quando se pensa em automatizar qualquer processo que
envolva o beneficiamento de grãos, como uma fábrica de rações, não se pode esquecer os
passos anteriores à fabricação de ração, o recebimento, o manuseio, a secagem e a
armazenagem do produto.
Portanto, um projeto de automação em uma fábrica de rações, além de controlar as
etapas de fabricação de rações deverá também tomar decisões a respeito de secagem e aeração
de produtos armazenados. Com isso o que parece ser um sistema simples de acionamento de
transportadores, trituradores, misturadores, válvulas de expedição e quantificação de massa,
torna-se complexo. Já que deverá controlar as tomadas de decisão de aeração em função das
condições de temperatura do grão e condições climáticas, o controle de processos de secagem,
controlando a temperatura e a vazão do ar, bem como o tempo que o produto fica exposta a
estas condições. Por estes motivos a automação de processos agrícolas e pecuários pode exigir
iguais ou melhores avanços tecnológicos que equipamentos industriais.
A realização de uma monografia antes de iniciar o estágio é muito importante para
preparar o estagiário para os desafios propostos pelas empresas que oportunizam o estágio e
acreditam no potencial dos acadêmicos. O conhecimento prévio do que será necessário para
realizar um bom trabalho, faz com que ocorra uma rápida integração entre estagiário e
empresa, e esta integração fará com que os objetivos de ambas as partes sejam rapidamente
alcançados bem, como a realização pessoal e profissional do estagiário.
58
REFERÊNCIAS
BROD, Fernando Pedro Reis. Bem armazenados. Cultivar: Caderno Técnico Máquinas; nº. 43, p.3-10, julho 2005. BROD, Fernando Pedro Reis; FABBRO, Everson Luiz Del. No Ponto. Cultivar: Caderno Técnico Máquinas nº. 45; p. 3-10 setembro 2005. CAPELLI, Alexandre. Sensores. Mecatrônica Atual, nº4.Junho/2002 D’ARCE, Marisa A. B. Regitano. Pós colheita e armazenamento de grãos. Disponível em <http://www.esalq.usp.br/departamentos/lan/pdf/2444armazenamentogrãos.pdf> acessado em 20 de junho de 2006 Equipamentos e processos na fábrica de ração. Infatec - Informativo da fatec - ano 3, no10. Disponível em <http://avicultura industrial.com.br>. Acessado em 16 de junho 2006.. FETT, Mauro Sander. Informações de como montar uma indústria de ração animal. In: SERVIÇO BRASILEIRO DE RESPOSTAS TÉCNICAS – SBRT. Disponível em <http://www.sbrt.ibct.br> .Acessado em 02 de junho 2006. HUBERT, Marco Kasdorf. O protocolo CAN como solução para. aplicações distribuídas, baseadas em objetos, entre PCs e microcontroladores. Disponível em: <http:\\www.ufpel.tche.br/prg/sisbi/bibct/acervo/info/2000/Mono-Kasdorf.pdf> Acessado em: 16 de junho 2006. MILMAN, Mário José. Equipamentos para pré-processamento de grãos. Pelotas, RS: Editora e Gráfica Universitária – UFPel, 2002. NATALE, Ferdinando. Automação industrial. São Paulo, SP: Érica,1995. 312p.
NUTRILINE. Módulo 04 - Fabricação de Rações. 2003 Disponível em <http://nutrimail.vila.bol.com.br/modulo04.htm>. Acessado em 02 de junho 2006.
59
PEIXOTO, Carlos Furtado et al. Perfis de Agroindústria – Rações. In:PROGRAMA DE INVESTIMENTOS INTEGRADOS PARA O SETOR AGROPECUÁRIO. Porto Alegre RS: Palloti, 1975. SILVA, Juarez de Souza e. Secagem e armazenagem de produtos agrícolas. Viçosa, MG: Aprenda fácil, 2000. 502p. TELECURSO 2000. Introdução a automação. 2006a Disponivel em <http://www.bibvirt.futuro.usp.br/textos/tem_outros/cursprofissionalizante/tc2000/automacao/autoa01.pdf>. Acessado em 16 de junho 2006. TELECURSO 2000. Software. 2006b Dispnivel em <http://www.bibvirt.futuro.usp.br/textos/tem_outros/cursprofissionalizante/tc2000/automacao/autoa13.pdf>. Acessado em 16 de junho 2006 WEBER, Érico Aquino. Excelência em beneficiamento e armazenagem de grãos. Canoas, RS: Salles, 2005. 600p. Wikipédia. Automação Industrial. 2006a. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Automa%C3%A7%C3%A3o_industrial>. Acessado em 16 de junho 2006. Wikipédia. Hardware. 2006b. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Hardware>. Acessado em 16 de junho 2006.
60
ANEXOS A- Fábricas de ração
Tabela A.1: Necessidade estimada de rações em função da produção
Frangos de corte (Aves/mês)
Produção de ovos (Dúzias/mês)
Necessidade estimada de ração
(ton/mês)
Capacidade da fábrica (ton/h)
45.000 100.000 200 1,50 (1,36) 67.500 150.000 300 2,50 (2,05) 90.000 200.000 400 5,00 (2,73)
135.000 300.000 600 5,00 (4,09) 225.000 500.000 1.000 10,00 (6,82) 337.000 750.000 1.500 10,00 (10,23) 450.000 1.000.000 2.000 20,00 (13,64) 675.000 1.500.000 3.000 20,00 (20,45) 900.000 2.000.000 4.000 40,00 (22,72)
1.125.000 2.500.000 5.000 40,00 (28,41) 1.350.000 3.000.000 6.000 40,00 (34,09) 1.800.000 4.000.000 8.000 60,00 (45,45) 2.250.000 5.000.000 10.000 60,00 (56,81)
FONTE: CASP (s.d).
Tabela A.2: Relação entre a capacidade de produção da fábrica e o misturador utilizado Capacidade de produção (ton/h) Tipo de misturador
0,75 1 misturador vertical de 300 kg 1,25 1 misturador vertical de 500 kg 2,5 1 misturador vertical de 1000 kg
1 misturador vertical de 2000 kg 5 2 misturadores verticais de 1000 kg 2 misturadores verticais de 2000 kg 10 1 misturador horizontal de 1000 kg 1 misturador horizontal de 2.000 kg 20 2 misturadores horizontais de 1000 kg
40 2 misturadores horizontais de 2000 kg FONTE :CASP (S.D.)
61
62
ANEXOS B – Estrutura, Composição e Propriedades dos Grãos
Tabela B.1 – Composição aproximada dos grãos de algumas espécies de interesse econômico Espécie Carboidratos (%) Lipídios (%) Proteínas (%) Algodão 15 33 39
Amendoim 12 48 30 Arroz 65 2 16 Feijão 57 1 23 Milho 64 5 10 Soja 18 25 38 Trigo 70 2 11
Girassol 19 26 18 Sorgo 72 4 10
Mamona 0 64 18 Tabela B.2 – Ângulo de repouso ou de talude natural (em graus), de algumas espécies de grãos
Grãos Umidade (% b.u.)
Ângulo de repouso (°) Grãos Umidade
(%b.u.) Ângulo de repouso (°)
Arroz 12 - 16 36 Milho 7,5 34 Soja 12 -16 30 13 34,9
Cevada 7,9 29 16,2 35,1 10,7 30,5 19,5 39 13,3 31 23,1 43,5 16,2 32,2 19,5 33 Trigo 7,3 29,6 23,1 33,8 11 29,3 14,1 31 17,1 35,6 19,3 41
Fonte: BROOKER et al., 1974.
63
Tabela B.3 - Massa específica granular, em Kg.m-3, de algumas espécies de grãos
Grãos Umidade (%b.u.)
Massa Específica Granular
Grãos Umidade (%b.u.)
Massa Específica Granular
Cevada1 7,9 585 Arroz1 12 586 10,8 593 14 588 13,3 593 16 605 16,6 577 18 615 19,5 569 Trigo1 7,3 790 Milho1 7,3 753 11 790 13 737 14,1 756 16,2 721 17,1 727 19,5 689 19,3 703 24,9 656 Milho BR 2012 12,5 769,2 Sorgo1 6,8 753 13,9 762,5 12 753 14,8 757,8 14,3 753 16,7 749,8 18,6 737 18,1 737,3 22,1 721 20,3 714,2 23,5 696 Milho-Pipoca3 10,2 783,1 25,9 679,8 11,5 772 27,4 669,8 11,7 769 14,2 764,9 Am. de cacau4 12,8 855,8 17,2 750,6 17,2 916,8 23,5 696 18,7 851,1 25,9 679,8 20 897,1 27,4 669,8 25,6 936,8 30,2 937,4 Café em oco5 12,1 387,5 42,6 942,5 16,9 394,7 51,3 999,5 23,3 400,8 30,9 418,1 Girassol6 10,8 400,1 40,2 466,9 13,2 392,7 47,2 516,9 15,9 350,7 59,3 550,5 19,7 339,6 65,4 566,7 23,8 336,1 (1) BROOKER et al., 1974; (2) FRANCESCHINI et al., 1995; (3) RUFFATO et al., 1999; (4) ALMEIDA, 1979; (5) AFONSO,1994; (6) BRAGA FILHO, 1986
64
Tabela B.4 - Massa específica granular, em Kg.m-3, utilizada em cálculos de "cubagem", segundo USA
(umidade comercial)
Espécie Massa Específica Granular (kg.m-3)
Cevada 618 Milho 721 Aveia 412 Canola 644 Arroz 579 Sorgo 721 Soja 772
Girassol 309 Trigo 772
Fonte: BROOKER et al., 1992
Tabela B5 - Valores de porosidade para diferentes tipos de grãos ou sementes em diferentes teores de umidade
Grão Umidade (%b.u.)
Porosidade (%) Grão Umidade
(%b.u.) Porosidade
(%) Arroz1 12 59,6 Milho 13,4 40,1
14 59,3 14,9 39,6 16 57,9 16,8 40,5 18 56,9
Milho BR 2012 19,4 42,7
Sorgo1 14,3 42 22,7 48,7 18,6 43 25,4 50,9 22,1 45,5 26,9 51,3 28,4 51,7
Milho-pipoca3 10,2 41,8
11,5 42,1 Canola6 6,5 38,4 12,4 42,2 6,7 38,9 14,4 42,3 19,4 43,8 Trigo duro6 9,8 42,6
Amêndoas de cacau4 12,8 51,8 Trigo mole6 9,8 39,6
17,2 53,3 18,7 50,7 Milheto6 9,4 36,8 20 49,1 30,2 45,4 Girassol5 10,8 44,5 42,6 44 15,9 45,5 19,7 56,5
Aveia1 10,3 55,5 23,8 49,7
Soja1 7 36,1 (1) BROOKER et al., 1974; (2) FRANCESCHINI et al., 1995; (3) RUFFATO et al., 1999; (4) ALMEIDA, 1979; (5) BRAGA FILHO,1986; (6) ASAE STANDARDS, 1998
65
Tabela B.6 - Propriedades de algumas espécies de grãos
Grão Umidade (%b.u.)
Calor especifico
(kJ.kg-1.K-1)
Condutividade térmica
(W.m-1.K-1)
Difusidade Térmica
(m2.h-1) 10-4
Milho1 1 1,532 0,1405 3,67 5,1 1,691 0,1466 3,54 9,8 1,834 0,152 3,55 14,7 2,026 0,1591 3,26 20,1 2,223 0,1636 3,12 24,7 2,374 0,17 3,2 30,2 2,462 0,1724 3,33
Trigo duro1 9,2 1,549 0,1402 4,14
Trigo mole1 9,2 1,398 0,117 3,34
Cacau2 12,8 2,449 0,0918 5,4 17,2 2,567 0,0928 5,12 18,7 2,688 0,097 4,99 20 2,738 0,0981 4,9 25,6 2,805 0,0991 4,72 30,2 2,876 0,1044 4,25 42,7 3,09 0,1259 4,64 51,3 3,538 0,1659 5,32
(1) ASAE STANDARDS, 1998; (2) ALMEIDA, 1979.
66
ANEXOS C – Manuseio dos grãos
Figura C.1– Dimensões importantes para o cálculo do transportador helicoidal
A = passo; B = Diâmetro do duto, C = Diâmetro do helicóide, D = Exposição, E = Diâmetro do eixo, F = Diâmetro de descarga, G = Comprimento do helicóide.
Figura C.2– Tipos de helicóides: a) padrão – para transporte horizontal, b) para
transporte inclinado ou vertical (alimentação continua), c) recortado – transportador misturador e d) fita – para produtos viscosos ou picados.
Figura C.3 – Fatores de carga para transportadores helicoidais
67
Tabela C.1- Valores aproximados de massa específica e fator de potência para o dimensionamento de um
transportador helicoidal
Produto Massa específica (kg . m-3)
Fator de Potência (Fm)
Cevada 609 0,4 Soja 800 0,5
Milho 720 0,4 Aveia 416 0,4 Arroz 769 0,4 Trigo 770 0,4 Farelo 250 0,4
Tabela C.2- Relação entre as variáveis que influenciam a capacidade do helicóide para uma taxa de carga de 45%
Helicóide Capacidade (m3 . h-1) Tamanho da partícula (mm) Diâmetro (mm) Rpm máxima Rpm 1 (um) Rpm máxima
19 152 165 0,06 11 38 229 150 0,23 34 51 305 140 0,56 76 63 356 130 0,87 113 76 406 120 1,23 159 76 457 115 1,87 215 89 508 105 2,69 283 89 610 100 4,73 473
Nota: a capacidade decresce com o aumento do ângulo de inclinação em, aproximadamente, 30% para 15º e 55% para 25 º.
Tabela C.3 - Fatores de correção para potência do transportador helicoidal Potência (cv) Fator de correção (Fc) Menor que 1,0 2
De 1,0 a 2,0 1,5 De 2,0 a 4,0 1,25
Maior que 5,0 Sem correção
68
Figura C.4– Conversão de distancias horizontais e verticais em ângulo de
inclinação e distância inclinada.
Figura C.5 – Diagrama para cálculo da velocidade do helicóide.
69
Figura C.6 – Componentes de um elevador de caçambas.
70
Figura C.7 – Detalhes da cabeça de um transportador de caçambas.
Figura C.8 – Base ou pé do elevador.
71
Figura C.9– Modos de distribuição de caçambas na correia do
elevador.
Figura C.10– Caracterização do raio efetivo e sistema de forças
na polia motora.
72
Quadro Q.1 – Algumas características de elevadores de caçamba para diferentes capacidades e alturas de
elevação
Capacida-de (t . h-1)
Caçambas por metro
Capacidade da caç. (g)
Altura (m)
Diâmetro polia (cm)
Largura correia
(cm)
Potência (cv)
10 0,50 15 0,75 10 3,5 430 20
30 15 1,00
10 1,00 15 1,50 20 4,5 580 20
40 22 2,50
10 1,50 15 2,00 30 5 800 20
40 22 2,50
73
Figura C.11 – Fita transportadora de materiais granulados
Figura C.12 - Corte transversal de uma correia transportadora do tipo reversível
ou dupla
74
Tabela C.4 - Área da seção transversal (m2) de uma fita transportadora com diferentes larguras e ângulos de sobrecarga
Ângulo de sobrecarga Velocidade máxima (m . min -1)
Largura da fita
(m)
Margem Livre (m) 10º 20º 30° Mat. Fino Grãos
0,36 0,043 0,0069 0,0089 0,0109 91,4 122 0,41 0,045 0,0094 0,0122 0,0150 91,4 137 0,46 0,046 0,0124 0,0161 0,0199 121,9 152 0,51 0,050 0,0158 0,0204 0,0253 121,9 183 0,61 0,056 0,0239 0,0308 0,0381 152,4 213 0,76 0,063 0,0391 0,0504 0,0622 167,6 144 0,91 0,071 0,0578 0,0746 0,0921 182,8 144 1,07 0,079 0,0807 0,1040 0,1273 182,8 244
Figura C.13 – Descarregador móvel ou “tripper”
