Manejo Tecnológico e Operacional de Secagem de Grãos

8/16/2019 Manejo Tecnológico e Operacional de Secagem de Grãos

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MANEJO TECNOLÓGICO E OPERACIONAL

SECAGEM DE GRÃOS

ADILIO FLAUZINO DE LACERDA FILHO, DSc

Consultor em pós-colheita de grãos – secagem, aeração, esfriamento artificial de grãos e racionalizaçãoenergia em operações unitárias de pós-colheita.

Empresa: LACERDA CONSULTORIA LTDA

E-MAIL: [email protected]

TELEFONE: 55 XX (31)8863-1872

36570-000 Viçosa, MG - Brasil

LA

mailto:[email protected]:[email protected]


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CONCEITO DE SECAGEM DE GRÃOS

SECAGEM

"É o método universal de condicionar os grãos

pela remoção de água, em nível tal, que osmesmos se encontrem em equilíbrio com o arambiente, permitindo preservar sua aparência equalidades nutritivas, como alimento humano eanimal e, ainda, a sua viabilidade comosemente" (Hoja, 1972).

o que é secagem?


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SECAGEM

NATURAL

É

A

OPERAÇÃO

UNITÁRIA

QUE

ENVOLVE

OS

FENÔMENOS

DE

TRANFERÊNCIAS

DE

CALOR

E

OCORRA

A

INTERFERÊNCIA

DO

HOMEM

.

PARA

A

MAIORIA

DOS

GRÃOS

A

SECAGEM

NATUR

PRÓPRIA PLANTA, PELA AÇÃO DA ENERGIA IRRADIANTE DO SOL, PROPICIANDO A E

MOVIMANTAÇÃO

DA

ÁGUA

DOS

GRÃOS

PARA

O

AR

ATMOSFÉRICO

.

SECAGEM

ARTIFICIAL

:

É

A

OPERAÇÃO

UNITÁRIA

DE

PRÉ

-

PROCESAMENTO

QUE

ENVOLVE

OS

FENÔMENOS

DE

TRA

CALOR

E

MASSA,

UTILIZANDO

-

SE

DE

ARTIFÍCIOS

QUE

PROPICIEM

A

ACELERAÇÃO

DO

PROCE

DANOS

AOS

GRÃOS,

DENTRO

DE

LIMITES

ESPECÍFICOS,

OS

QUAIS

PODEM

SER

CAUSADOS

PO

ESTRESSES

TÉRMICOS

.

CONCEITOS


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É

UM

SISTEMA

CARACTERIZADO,

BASICAMENTE,

POR

RECURSOS

TÉCQUE

POSSIBILITEM

REALIZAR

AS

OPERAÇÕES

DE

RECEPÇÃO,

PRÉ

-

LIM

MOVIMENTAÇÃO,

SECAGEM

E

LIMPEZA

DOS

GRÃOS

.

MOEGA DE RECEBIMENTO

TRANSPORADOR

MÁQUINA PARA PRÉ-LIMPEZA

SECADOR

MÁQUINA PARA LIMPEZA

ARMAZENAGEM

TRANPORTADOR

TRANPORTADOR

TRANSPORTADOR

O que é um sistemade secagem?


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SISTEMAS DE SECAGEM

FATORES IMPORTANTES A SEREM CONSIDERADOS PARA SE OBTER O BOM DESEMUM SISTEMA DE SECAGEM DE GRÃOS:

PERMITIR OBTER A MÁXIMA PRESERVAÇÃO DAS QUALIDADES DOS GRÃOS, OBSERIMEDIATAMENTE DEPOIS DA COLHEITA

SER ADEQUADAMENTE DIMENSIONADO PARA ATENDER A CAPACIDADE DE RECEBPRODUTO ÚMIDO E SUJO

TER BAIXA DEMANDA DE ENERGIA PARA AS OPERAÇÕES UNITÁRIAS

TER BAIXO CUSTO OPERACIONAL

DISPOR DE MÃO-DE-OBRA COMPETENTE PARA REALIZAR TODAS AS OPERAÇÕES


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ALGUNS FATORES QUE PODEM INFLUENCIAR A CAPACIDADE EFETIVA DE UM SECADOR

1) CARACTERÍSTICAS FÍSICAS, QUÍMICAS E BIOLÓGICA DOS GRÃOS

2) CAPACIDADE NOMINAL DO SISTEMA

3) TEOR INICIAL DE ÁGUA DOS GRÃOS

4) TEOR FINAL DE ÁGUA DOS GRÃOS

5) ÍNDICES DE DANOS E IMPUREZAS OBSERVADOS NOS GRÃOS DEVIDO ÀS OPERAÇÕES DPRÉ-LIMPEZA

6) COMPETÊNCIA TÉCNICA DO OPERADOR


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MÉTODOS DE SECAGEM ARTIFICIAL DE GRÃOS

1) SECAGEM EM CAMADA ESTÁTICA. com ar à temperatura ambiente

. com ar aquecido

2) SECAGEM COM MOVIMENTAÇÃO DE GRÃOS

. com intermitência de calor

. sem intermitência e calor

3) SECAGEM COMBINADA

4) SECA-AERAÇÃO (dryeration)


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ALGUMAS CARACTERÍSTICAS DE SECADORES

1) QUANTO AO FLUXO DE AR E DE GRÃOS:

FLUXOS CRUZADOS

FLUXOS CONCORRENTES

FLUXOS CONTRACORRENTES

FLUXOS MISTOS

LEITO FLUIDIZADO

2) QUANTO À ESTRUTURA :

SECADORES DE TORRE

SECADORES DE CASCATAS

SECADORES DE COLUNAS


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Secagem em silos secadorescamada estática

Características

Modelos

SS1810 SS2410 SS3010 SS3610

Capacidade de secagem (t/h)* 2,0 4,6 7,5 9,2

Capacidade de armazenagem:

Volume (m3) 165 300 480 700Massa (t) 124 225 360 525

Fonte: www.kepler.com.br

(*) referência para milho: 24 para 14% b.u.

http://www.kepler.com.br/http://www.kepler.com.br/


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Secador contínuo, de fluxos cruzados


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Secador de fluxos contracorrentes


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SECADOR DE TORRE, DE FLUXOS MISTOS


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Secador de leito fluidizado


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ANÁLISE ENERGÉTICA SIMPLIFICADADOS SITEMAS DE SECAGEM


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AVALIAÇAO DE SISTEMAS DE SECAGEM

Características a serem observada pelo empresário para a aquisição de um secad

1) características operacionais;

2) entalpia específica do processo de secagem;

3) capacidade dinâmica do sistema;

4) influência do processo sobre a qualidade do produto; e

5) outras características específicas relacionadas ao produto e ao projeto.

Importâncias da avaliação:

1) durante a comercialização, são apresentas pelo fabricante, em sua maioria, apeninformações técnicas sobre o desempenho dos secadores e a capacidade de seca

2) é necessário conhecer o consumo de energia, em função de seu alto custo;

3) é necessário conhecer a qualidade do produto, depois de secado; e

4) o custo inicial e a capacidade dinâmica não são suficientes para uma tomada de sobre a capacidade do sistema.


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ALGUMAS POSSIBILIDADES OPERACIONAIS:

secagem contínua - seca e resfriasecagem contínua - seca e descarrega o produto quente

secagem contínua - seca parcial e descarrega o produtoquente

secagem em lotes, intermitente - seca e resfria

secagem em lotes, intermitente - seca e descarrega que

secagem em lotes, intermitente - seca parcial e descarrequente


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Avaliação conforme Baker-Arkema, F. W.; Lerew, L. E.; Brook, R. C.; Brooker, D. Energy an capacity performance evaluation of grain dryers. St. Joseph: ASAE,1978, 13p. (Paper nº 78-3523).

A metodologia propõe a avaliação do sistema com número reduzido de testes, condições padronizadas e complementadas com testes de simulação do proces

São estabelecidos três testes para secadores em lotes e 24 horas de operaçãocontínua para secadores contínuos.

Atualmente os secadores devem ser avaliados considerando a poluição sonora de emissão de partículas para o ambiente.

Os modelos de Thompson et al. (1976) ou de Hukill (1954) podem ser utilizadospara a simulação dos processos.


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AVALIAÇÃO DE SISTEMAS DE SECAGEM

Principais fatores que influenciam o desempenho dos secadores:

. teor inicial e final de água dos grãos;

. temperatura inicial e final dos grãos,

. propriedades térmicas dos grãos;

. resistência oferecida ao fluxo de ar;

. temperatura e umidade relativa do ar ambiente;

. características da fonte complementar de energia para o aquecimento do


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Especificações do sistema

VARIÁVEIS DO PROCESSO UNIDADES

1. Dos grãos:

Teores inicial e final de água % b. u.

Temperaturas inicial e final ºC

Massas específicas inicial e final kg m-3

Teores de impurezas inicial e final %

Índices de qualidade conforme norm

Massa inicial de produto úmido kg


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VARIÁVEIS DO PROCESSO UNIDADES

2. Do ar:

Temperatura do ambiente ºC

Umidade relativa do ambiente %

Densidade do fluxo de ar m3 min-1 m-2 (ou m3 grã

Pressão estática Pa ( ou mm ca)

Temperatura do ar de secagem ºC

Temperatura de exaustão ºC


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VARIÁVEIS DO SISTEMA UNIDADE

3. Do sistema de secagem:

Volume total ou fluxo de grãos m3 ou m3

Tempo de secagem h

Tempo de esfriamento h

Tempo de carga e de descarga h

Tempo de secagem ou comprimento da coluna de secagem m

Tempo de esfriamento ou comprimento da coluna deresfriamento m

Espessura da coluna de secagem mPotencia de ventiladores kW

Potencia do sistema de movimentação de grãos kW

Tipo da fonte complementar de energia detalhe

Tipo de combustível detalhe



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VARIÁVEIS DO SISTEMA UNIDADES

4. Características do processo:

Tempos de carga e de descarga hTempo de esfriamento h

Consumo de combustível kg h-1 ou m3 h

Duarção do teste h

Variação do teor de água % b. u.

Capacidade de secagem relativa aos grãos úmidos kg h-1 ou m3 h

Capacidade de secagem relativa aos grãos secos kh h-1 m3 h-1

Entalpìa específica de secagem com energia elétrica kJ / kg

Entalpia específica de secagem sem energia elétrica kJ / kg



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CARACTERÍSTICAS DOS SISTEMAS DE SECAGEM MAIS UTILNA BRASIL

MAIORIA – são secadores de torre, de fluxos mistos, opeem sistemas de lotes ou contínuos, com aquecimento dir

indireto do ar de secagem, utilizando combustíveis sólidolíquidos ou gasosos.


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OS SECADORES SÃO PROJETADOS COM BASE EM ALGUMAS CARACTERÍSTICAS EOBSERVADAS EM UM PRODUTO, TAIS COMO:

1) Teores inicial e final de água;

2) Índices de impurezas;

3) Temperaturas inicial e final dos grãos; e

4) Algumas propriedades físicas tais como: condutividade térmica, entalpia de vapdifusão de água etc.

5) Parâmetros referenciais de ambiente e de pressão atmosférica

COM BASE NESSAS CARACTERÍSTICAS HÁ A NECESSIDADE DE SEREM ESTABELECDE CORREÇÃO PARA A CAPACIDADE NOMINAL, CONSIDERANDO DIFERENTES PR

1) Soja e trigo: fator de correção = 1,00

2) Milho: fator de correção = 0,75

3) Arroz: fator = 0,35


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SECAGEM CONTÍNUA - SECA E ESFRIA

Fonte: Weber (2005)


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Secagem contínua - com e sem reaproveitamento de ar

Com reaproveitamento de ar

Sem reaproveitamento de ar

Fonte: Weber (2005)


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Capacidade

nominal de 40 t/h

Vazão

(m3 /h)

Potência motores)

(cv)

Energia

(kcal/h)

Com reaproveitamento de calor 100.000 30 2.100.00

Sem reaproveitamento de calor 135.000 50 2.300.00

Economia35.000

(26%)

20

(40%)200.000(8,6%)

Fonte: Weber (2005).

Comparação entre os sistemas operacionais com e sem reaproveitamento do ar

Secador com capacidade 80 t/h (soja

18 para 13%

b u

)


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Secador com capacidade 80 t/h (soja - 18 para 13% b.u.)

Q = 270.000 m3 de ar/h e Potência = 90 cv (3x30 cv).

Secagem contínua comesfriamento:

Capac. = 80 t/h

Q = 270.000 m3/h

P = 3 x 30 cv

Secagem em coluna inteira semesfriamento:

Capac. = 104 t/h

Q = 270.000 m3/h

P = 3x30 cv

Secagem contínua comesfriamento ereaproveitamento de ar:

Capac. = 80 t/h

Q = 180.000 m3/h

P = 2x30 cv

Fonte: Weber (2005)


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APROVEITAMENTO PARCIAL DE AR QUENTE - SECADORES DE TORRE


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secagem combinada contínua - seca parcial e descarrega o produto quente


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32

SECAGEM COMBINADA:

1 - seca e descarrega o produto quente (Weber, 2005)

. utiliza toda a torre do secador como torre de secagem;

. o produto seco e quente é esfriado em silo;

. sugere-se um repouso de 4-6 h;

. aumento da capacidade de secagem - 30%


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SECAGEM COMBINADA

2 - seca e descarrega o produto quente e com umidade acima da indicadapara a armazenagem (Weber, 2005)

. utiliza toda a torre do secador como torre de secagem;

. o produto seco e quente é esfriado em silo;

. sugere-se um repouso de 4-6 h;

. aumento da capacidade de secagem - 30%;

. ganhos devido a umidade


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Seca-aeração


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SECA AERAÇÃO

CONDIÇÕES OPERACIONAIS

1) permite aumentar em até 70 % a capacidade operacional, sendo:

a) 30 a 50 % por transformar a câmara de esfriamento emsecagem;

b) 30 a 40 % por secar os grãos até a umidade entre 14 e 16 % b.u

c) 10 a 20 % por operar com ar à temperatura igual ou superior a 9

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SECA AERAÇÃO

MELHORIA SOBRE A QUALIDADE DO PRODUTO

a) reduz em até 30 % o índice de trincas;

b) reduz os danos causados por estresse de temperatura quando otem baixo teor de água;

c) os grãos são menos manuseados no secador;

d) eficiência de esfriamento em grãos de milho:- temperatura de 53 °C – perde entre 1,5 e 1,9 % de umidade;

- temperatura de 61 °C – perde entre 1,7 e 2,3 % de umidade; e

- temperatura de 67 °C – perde entre 2,0 e 3,1 % de umidade.

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SECA AERAÇÃO

ALGUMAS CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA

a) vazão específica de ar – 0,4 a 1,0 m3 de ar por min por m3 de grão

b) o silo deve ter o fundo totalmente perfurado;

c) o sistema de ventilação é fixado na base do silo;

d) a capacidade do silo de esfriamento não deve ultrapassar 300 t;

e) a altura do silo não deve ser superior a 15 m;

f) o teor de impureza não deve ser superior a 3 %; e

g) o silo deve ser equipado com espalhador de grãos.

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CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES

A secagem é um processo de conservação muito dispendioso.

Estima-se que 60% do total de energia necessário ao processo deutilizado para a secagem.

Considera-se no processo de secagem a energia necessária paresfriar os grãos, para aquecer e movimentar o ar e para mogrãos.


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Fatores que influenciam o consumo de combustível e de energia edurante a secagem

Características construtivas do secador

Características operacionais do sistema

Características do produto a ser secado

Teores inicial e final de água dos grãos


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Formas de expressar as relações de energia:

1) Pelo consumos específico de energia - kJ ou kcal kg-1 d

evaporada.

2) Quantidade de energia por unidade de massa de produtkJ ou Kcal/t.

3) Em cada situação deve-se expressar a energia incluexcluindo a energia elétrica, considerando que os sepodem ter diferentes sistemas para a movimentação do


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NOVAS TECNOLOGIAS DE SECAGE


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Secagem em lotes com intermitência em secador de fluxos concorrentes e ar

desidratado - café


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SECAGEM EM LEITO FIXO EM CONDIÇÕES CONTROLADAS DO AR

AUTOMATIZAÇÃO DA CONDIÇÃO DE SECAGEM

Características potenciais e objetivadas em um sistema controlado de sec


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Características potenciais e objetivadas em um sistema controlado, de sec

1 – Segurança: redução do perigo de fogo ou explosão e emissão de partícula

2 – Garantia da qualidade do produto: manutenção dos atributos desejados pa

qualidade dos produtos e suas propriedades, como sabor, odor, sanidade,

vigor, germinação etc;

3 – Maximização do rendimento;

4 – Economia de energia: minimizar o custo e melhorar a eficiência;

5 – Atenuação dos distúrbios: minimizar a influencia sobre a quantidade e

qualidade do produto;

6 – Estabilidade do processo de secagem: responder as oscilações decorrent

processo de secagem do produto; e

7 – Robustez: garantir a operação normal do sistema para uma ampla faixa de

pontos de operação e distúrbios.

Metodologia


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MetodologiaVariáveis controladas e variáveis manipuladas:

Variáveis controladas:

• Temperatura do ar de saída

• Umidade relativa do ar de saída

Variáveis manipuladas:

• Velocidade do motor do ventilador

• Velocidade do motor do comprensor

Metodologia


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Curva típica da resposta em malha fechada com

constantes PID (proporcional integral derivativo) calcula

com as regras de Ziegler-Nichols

Metodologia


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gUniformização da umidade da massa de grãos:

Metodologia


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gSistema de controle para o secador com a UTA:

circuito

Resultados


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Protótipo:

Resultados


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Sistema completo:

AJUSTE DA TEMPERATURA


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AJUSTE DA UMIDADE


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AJUSTES DE TEMPERATURA, UMIDADE RELATIVA E UMIDADE DE

EQUILÍBRIO


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Valores de umidade de equilíbrio para diferentes valores de temperatura e de umidade relativa – milhsoja e arroz (Chung & Pfost, citado por Silva et al., 2000)


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Produtos

T

(ºC)

Umidade de equilíbrio (% b.u.)

10 20 30 40 50 60 70 80 90

Milho

15 6,08 7,91 9,34 10,64 11,94 13,31 14,88 16,83 19,79

20 5,54 7,38 8,83 10,15 11,46 12,85 14,43 16,4 19,39

25 5,03 6,90 8,36 9,69 11,02 12,24 14,01 16,01 19,0230 4,57 6,46 7,93 9,27 10,61 12,03 13,63 15,65 18,68

35 4,14 6,04 7,53 8,89 10,23 11,66 13,28 15,31 18,37

Soja

15 1,50 3,94 5,83 7,53 9,22 10,99 12,99 15,47 19,15

20 1,21 3,66 5,55 7,21 8,96 10,75 12,76 15,25 18,95

25 0,92 3,38 5,29 7,02 8,72 10,51 12,53 15,04 18,76

30 0,64 3,12 5,04 6,78 8,49 10,29 12,32 14,83 18,57

35 0,38 2,87 4,79 6,54 8,26 10,07 12,11 14,64 18,39

Arroz

15 6,97 8,37 9,48 10,50 11,52 12,60 13,85 15,42 17,8220 6,59 8,01 9,13 10,15 11,18 12,27 13,52 15,11 17,53

25 6,25 7,67 8,80 9,83 10,86 11,97 13,23 14,82 17,26

30 5,93 7,36 8,49 9,53 10,57 11,68 12,95 14,56 17,01

35 5,63 7,07 8,21 9,26 10,30 11,42 12,70 14,31 16,77

Curvas de secagem com sistema automático de

controle da UTA


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9,00

10,00

11,00

12,00

13,00

14,00

15,00

16,00

17,00

02/08/2010 05/08/2010 08/08/2010 11/08/2010 14/08/2010 17/08/2010 20/08/2

T e o r d e á g u a ( % b . u . )

Tempo (dias)

05 cm 40 cm 80 cm 120 cm 160 cm 200 cm média


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Literatura consultada

• BROOKER, D.B.; BAKKER-ARKEMA, F.W.; HALL, C.W. Drying and storage

grains and oilssed. New York: Na Avi Book. 450p., 1992;

• NAVARRO, S.; NOYES, R. (Ed). The mechanics and physics of modern graaeration management. New York: CRC Press. 647p. 2002;

• SILVA, J. de S. e (Ed). Secagem e armazenagem de produtos agrícolas.Viçosa: Aprenda Fácil. 502p. 2000.

• WEBER, E.A. Excelência em beneficiamento e armazenagem de grãos.Canoas: Editora Salles. 586p. 2005.


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MUITO OBRIGADO

Documents

Manejo Tecnológico e Operacional de Secagem de Grãos