Secagem Do Acucar

CENTRIFUGAO E SECAGEM DE ACAR

SECAGEM DE ACAR


1

ndice

1 Introduo

2 Tipos de Secadores

3 Processo de Secagem

4 Temperaturas do Acar no Ensaque

5 Consideraes Sobre Qualidade do Acar no Setor de Secagem e Armazenamento

6 Aletas em Secadores de Acar

7 Dimensionamento de um Secador Tambor Rotativo

7.1 Balano de Massa

7.2 Balano Entlpico

7.3 Dimetro do Secador

7.4 Comprimento do Secador


2

1 Introduo

A operao de secagem de acar em uma usina, consiste basicamente na secagem propriamente dita, pela reduo da umidade, e pelo resfriamento simultneo, a valores que permitam sua armazenagem por perodos mais ou menos longos, sem alterao significativa de suas caractersticas.

O acar na descarga das centrfugas contm uma umidade de 0,3 a 2,0%, que deve ser reduzida a nveis de 0,1 a 0,4% para acar demerara e 0,03 a 0,05% para acar cristal.

A temperatura do acar na sada do secador dever ser mantida preferivelmente abaixo de 40C, para que no ocorra amarelamento e/ou empedramento durante o perodo de armazenagem.

2 Tipos de Secadores

Os secadores mais utilizados nas usinas brasileiras so do tipo tambor rotativo e vertical de bandejas.

Outros secadores tambm bastante utilizados:

Roto-Louvre; Tambor rotativo tipo BSH e BMA; Leito fluidizado vibratrio.

Secadores mais modernos so:

Multitambores concntricos FCB; Leito fluidizado fixo (verdadeiro).

Tambor rotativo convencional


3

o secador mais utilizado em nossas usinas. Tem custo de aquisio relativamente baixo e sua instalao simples, mas sua eficincia relativamente baixa se comparada com outros tipos de secadores.

Consiste de um cilindro rotativo, montado na horizontal ou ligeiramente inclinado (5 a 7), provido internamente de aletas destinadas a recolher o acar e deix-lo cair repetidamente em forma de cortina. O ar para secagem/resfriamento atravessa o secador normalmente em sentido contrrio ao acar, isto , em contracorrente atravs de um exaustor.

Normalmente, a secagem e o resfriamento se processam no mesmo tambor, mas tambm podem ser utilizados dois tambores distintos em srie.

Secador vertical de bandejas (turbo-secador) (Figuras 18 e 19)

O acar alimentado pela parte superior e descarregado na primeira bandeja. A seguir, o acar distribudo por raspadores, caindo em bandejas sucessivas, at sair pela parte inferior do secador.

O acar depositado sobre as bandejas em camadas de 25 a 35 mm, despejado para as bandejas inferiores, aps completar 1 volta, atravs de raspadores. A altura de queda de 180 a 200 mm e, enquanto permanecer em repouso, o acar revolvido suavemente atravs de niveladores tipo pente. No compartimento central esto instaladas as turbinas que proporcionam uma circulao de ar atravs das camadas de acar.

As turbinas giram em sentido contrrio s bandejas. Este tipo de equipamento, devido a movimentao suave do acar no seu interior, evita quebra de cristais mantendo o seu brilho.


4

*Uma combinao comum a instalao de um resfriador vertical, precedido de um secador de tambor rotativo.

Secador/resfriador Roto-Louvre (Figura 20)

Consiste de um tambor rotativo com um cilindro cnico interno provido de venezianas sobre as quais repousa o acar que caminha no sentido longitudinal. O equipamento pode operar como secador (com ar quente), resfriador (ar frio) ou secador/resfriador, quando subdividido em duas zonas distintas - de secagem e de resfriamento.

A movimentao do acar suave reduzindo a quebra de cristais.

Os fabricantes deste equipamento garantem uma eficincia duas a trs vezes superior ao secador rotativo convencional.

Secador/resfriador a tambor rotativo - tipo BSH e BMA (Figuras 21 e 22)

um equipamento muito utilizado em refinarias no exterior, e atualmente em operao em algumas usinas brasileiras.

O secador BSH consiste de um secador e um resfriador incorporados em um mesmo equipamento, operando com ar em contracorrente em ambas as zonas.

O secador BMA tambm possui zona de secagem e zona de resfriamento sendo a 1 cocorrente com o ar e a 2 em contracorrente com o ar.

Secador/resfriador tipo leito fluidizado (Figura 23)

uma boa alternativa para adaptao aos secadores existentes, proporcionando um aumento de capacidade com a obteno de um acar mais frio no ensaque.


5

O secador com leito fluidizado vibratrio possui uma tela vibratria sobre a qual caminha o acar, acionado por motores concntricos.

No secador leito fluidizado verdadeiro o acar caminha sobre uma tela impulsionada pelo fluxo de ar que atravessa a mesma.


6

Figura 18 - Secador/Resfriador Vertical com Secador Primrio


7

Figura 19 - Cortes Secador/Resfriador vertical


8

Figura 20 - Secador/Resfriador Roto-Louvre


9

Figura 21 - Secador/Resfriador Rotativo Tipo BSH - Instalao


10

Figura 22 - Secador/Resfriador Rotativo Tipo BSH

1 - BATERIA DE TURBINAS 5 - AQUECEDOR DE AR 2 - TRANSPORTADOR COLETOR 6 - EXAUSTOR 3 - TRANSPORTADOR P/ALIMENTAO 7 - CICLONAGEM 4 - SECADOR/RESFRIADOR ROTATIVO


11

1 - ALIMENTAO ACAR MIDO 7 - VENTILADOR AR QUENTE 2 - SECADOR TAMBOR ROTATIVO 8 - EXAUSTOR AR QUENTE 3 - SADA DE ACAR SECO 9 - CMARA DE LAVAGEM DE P 4 - AQUECEDOR DE AR 10 - COLETOR DE P SECO 5 - RESFRIADOR DE LEITO FLUIDIZADO 11 - LINHA DE SADA DE AR 6 - SADA DE ACAR SECO

Figura 23 - Resfriador de Leito Fluidizado


12

Acar

Exaustode ar

Coletorde p

Acar seco eresfriado

Arfrio

Arseco

Figura 24 - Leito Fluidizado BMA

Secador

Ar frio

Ar quenteEntrada de

Acar

Resfriador

Sada deacar

Acar

Ar

Seo A-ASeo B-B

Rotao Rotao

Figura 25 - Multitubular - FCB


13

3 Processo de Secagem

A secagem de acar consiste basicamente das etapas de secagem propriamente dita e resfriamento at a temperatura de ensaque por um fluxo de ar, produzido por um ventilador de capacidade adequada.

A umidade do acar removida por evaporao, para a qual se necessita de uma determinada quantidade de calor suficiente para transformar o lquido em vapor. A evaporao da gua se d a presso atmosfrica por secagem convectiva, na qual o ar absorve a umidade (na secagem) e o calor contidos no acar (no resfriamento). Normalmente, no h necessidade de pr-aquecer o ar, pois o prprio acar mido vindo das centrfugas quente e contm uma quantidade de calor suficiente para evaporar a gua e aquecer o fluxo de ar no interior do secador, aumentando assim, a sua capacidade de absoro de umidade.

O pr-aquecimento do ar s vezes feito em dias de umidade relativa do ar ambiente muito elevada e/ou temperatura ambiente muito baixa. Mais adiante sero simuladas algumas situaes encontradas na prtica envolvendo os principais parmetros que regem o processo de secagem de acar.

A umidade no acar composta de:

Umidade livre ou no ligada: envolve externamente os cristais de acar, possvel de ser removida em secadores at uma umidade residual de 0,03 a 0,05% para acar cristal.

Umidade interna ou ligada: incorporada internamente ao cristal de acar. O excesso dessa umidade migra por difuso at atingir o equilbrio com a umidade do ar ambiente. A migrao desta umidade lenta e a sua remoo somente possvel por condicionamento do acar at o seu equilbrio com o ar ambiente.


14

Umidade oclusa ou inerente: contida no interior do cristal na forma de ocluses em forma de bolsas de mel que somente podero ser removidas ou por moagem ou por dissoluo.

A migrao desta umidade ligada, por ser lenta, pode causar problemas posteriores, como empedramento durante o armazenamento e dificuldades no manuseio a granel. Verificou-se que esta umidade sempre mais elevada em cristais conglomerados e cristais contendo acares redutores na pelcula superficial. Por estas razes importante que o cozimento e a cristalizao sejam conduzidos de forma correta.

O acar cristal, como qualquer outro material natural ou no, possui uma umidade de equilbrio, de acordo com a umidade relativa do ar. Uma curva caracterstica para acar cristal est representada na Figura 24.

O acar cristal pode ser considerado em equilbrio com o ar ambiente, quando no absorve nem fornece gua para o ambiente. Se o ar ambiente se tornar mais mido, o acar absorver gua aumentando sua umidade e no caso inverso, com o ambiente mais seco, o acar se tornar mais seco fornecendo gua ao ambiente.


15

Figura 24 - Curva Tpica de Umidade do Acar em Relao Umidade Relativa do Ar

As curvas de equilbrio de umidade, tambm chamadas de isotermas de adsoro, so caractersticas no s do material propriamente dito, mas tambm da sua granulometria, temperatura e no caso do acar, da sua pureza.

a) Efeito da Temperatura


16

b) Efeito da Pureza

c) Efeito da Granulometria

Figura 25 - Curvas de Equilbrio de Umidade em Funo de: a) Temperatura; b) Pureza; c) Granulometria


17

imprescindvel que o acar, aps secagem, seja resfriado imediatamente a uma temperatura prxima do ar ambiente e removido o excesso de umidade livre.

Desta forma, o acar entrar em equilbrio com o ambiente permitindo que seja ensacado e armazenado convenientemente sem apresentar problemas posteriores de empedramento e amarelamento. A incidncia do amarelamento minimizada temperatura de ensaque abaixo de 40C como mostrado na Figura 26 a seguir.

Figura 26 - Variao da Reflectncia do Acar Cristal com a Temperatura

O acar, aps secagem e resfriamento enviado para o ensaque, e o ar servido, carregado de p de acar, enviado a um sistema de recuperao de p (a mido e/ou a seco). 4 Temperaturas do Acar no Ensaque


18

O acar armazenado a uma temperatura acima de 40C tem a tendncia de amarelar e se aglomerar com o tempo, em prejuzo sua qualidade.

Os principais fatores que acarretam temperaturas muito elevadas no ensaque so:

Instalaes subdimensionadas

Produes de acar acima da capacidade de projeto do equipamento.

Ex.: Produo de 10.000 sacos/dia em secador de 6.000 sacos/dia.

Secador operando com 6.000 sacos/dia:

Temperatura entrada : 70C Temperatura sada : 40C

O mesmo secador operando com 10.000 sacos/dia:

Temperatura entrada : 70C Temperatura sada : 52C - muito elevada!

Necessidade de reduo de temperatura maior que a de projeto, para uma determinada capacidade.

Ex.:Temperatura de alimentaao: 95 CTemperatura de ensaque : 40 C t 55 C

~

=

A condio acima no possvel de ser alcanada na maioria dos secadores. Portanto para um t de projeto do secador = 30C, o acar deveria ser alimentado no mximo uma temperatura de 70C.


19

Instalaes operando inadequadamente

Vazo de ar insuficiente

Em secador rotativo a velocidade do ar no seu interior deve se situar entre 1,0 e 1,5 m/s; abaixo de 1,0 m/s a secagem deficiente e acima de 1,5 m/s o arraste de acar elevado.

Ex.: Com velocidade do ar = 0,6 m/s o secador poder estar operando abaixo de sua capacidade sendo difcil resfriar o acar a temperaturas abaixo de 40C, a menos que o secador seja alimentado a temperaturas mais baixas, da ordem de 55 a 60C.

Entradas de ar falso

Exemplos de entrada de ar falso:

Vedao corpo do cilindro do secador rotativo com moega de ensaque; Bica de alimentao do acar; Vlvula da moega de "caroos" aberta.

Tempo de reteno insuficiente

Valor recomendado: 5 a 10 min, dependendo das temperaturas do ar e umidade do acar desejado no ensaque.

No secador rotativo, o tempo de reteno diretamente proporcional ao comprimento do tambor e inversamente proporcional ao n de rotaes e inclinao do tambor.

Cascateamento do acar no interior do secador rotativo deficiente devido distribuio e geometria das aletas.


20

Ideal o recobrimento total da seco transversal do secador formando uma cortina uniforme de acar, promovendo assim o contato intenso entre ar e acar, otimizando a eficincia trmica do secador.

Com um recobrimento parcial, de por exemplo 40%, o contato do ar com o acar ficar prejudicado, havendo formao de caminhos preferenciais para o ar.

Com aletas circulares o recobrimento atingido praticamente total, tendo-se observado uma melhoria nas condies de secagem/resfriamento do acar em comparao com outros tipos de aletas.

Temperaturas do acar muito elevadas na alimentao do secador

So diversas as causas que resultam em temperaturas elevadas na alimentao do secador/sada das centrfugas:

Temperaturas elevadas do vapor na lavagem do acar nas centrfugas. O ideal seria vapor a 5 kg/cm2 saturado, 150 - 180C.

Ex.: Com a utilizao de vapor de 21 kg/cm2, superaquecido (~

300C), reduzido a 10 kg/cm2, obtm-se uma temperatura de

~ 270C, ainda

excessivamente elevada.

Tempos de lavagem com vapor excessivamente longos nas centrfugas

Para evitar temperaturas muito elevadas do acar nas centrfugas, verificou-se que o tempo de lavagem com vapor deve ser o mnimo possvel limitado a no mximo 1 min.

Uma boa opo seria a utilizao de gua superaquecida para a lavagem do acar, minimizando assim ou at eliminando o vapor na lavagem.


21

Acar muito seco na alimentao do secador

A evaporao da gua contida no acar, provoca na retirada de uma quantidade razovel de calor do mesmo, em funo do calor latente de vaporizao da gua (550 kcal/kg gua). Este fenmeno chamado de resfriamento evaporativo.

Tabela 13 - Reduo de Temperatura do Acar em Funo do Resfriamento Evaporativo (Clculo)

Umidade do acar Abaixamento da temperatura pela evaporao da gua

1,5% 25C 1,0% 17C 0,5% 8C 0,3% 5C

A faixa ideal de umidade do acar aps centrifugao 0,5% a 1,0%; acima de 1,0% o manuseio do acar se torna mais problemtico.

Uma umidade elevada do acar quente na sada das centrfugas, exige operao eficiente do secador de acar, caso contrrio, o acar pode no atingir a umidade necessria no ensaque.

5 Consideraes Sobre Qualidade do Acar no Setor de Secagem e Armazenamento

Condicionamento do acar - definido como sendo um acar, com determinado teor de umidade em equilbrio com o ar ambiente a uma determinada umidade relativa.


22

Condicionamento do acar geralmente conduzido pela passagem de ar atravs do acar com uma umidade relativa entre 30 e 50% e 25 a 35C, durante determinado perodo, a fim de remover o excesso de umidade tanto interna como externa aos cristais.

A finalidade do condicionamento obter um acar com caractersticas de fluir livremente sem tendncia de empedramento durante a armazenagem. Se torna mais difcil atingir um bom condicionamento, se a cristalizao foi mal conduzida durante o cozimento, principalmente com formao de elevado teor de conglomerados. Portanto, primordial que as massas cozidas estejam praticamente isentas de conglomerados. Agitao mecnica em vcuos tende a minimizar a formao de conglomerados.

Nas usinas brasileiras o acar ainda no submetido a um condicionamento, o que pode tornar problemtico o seu armazenamento em silos grandes por um perodo relativamente extenso. Por este motivo, a


23

tendncia nas usinas secar e resfriar o acar o mais prximo possvel das condies de equilbrio, ou seja:

Umidade do acar correspondente ao equilbrio com uma umidade relativa do ar abaixo de 60%.

Temperatura do acar abaixo de 40C para evitar amarelamento, preferivelmente abaixo de 35C, prximo portanto, temperatura ambiente.

J foi mencionado anteriormente, que cada cristal aps centrifugao envolvido por uma pelcula muito delgada de xarope de alta pureza, e que o comportamento do cristal em relao ao ambiente depende dessa pelcula, ou seja, o teor de umidade do cristal em equilbrio com o ambiente funo da sua pureza e da umidade relativa do ar.

Se a presso de vapor do ar for maior que a presso de vapor da pelcula de xarope, o acar absorver umidade do ar at chegar ao equilbrio. A presena de impurezas no interior do cristal diminui sua presso de vapor e resulta em um acar mais higroscpio. Por esta razo, cristais conglomerados so mais "higroscpicos" do que um conjunto de cristais isolados e bem formados.

Na maioria das usinas no exterior, normalmente todo o acar produzido armazenado em silos com capacidade para armazenamento de 10.000 a 80.000t cada, com sistema de condicionamento de ar, isolamento trmico e aquecimento trmico na parede, isto devido s condies climticas rigorosas.

Normalmente a alimentao do acar feita no topo do silo e a descarga feita pelo fundo por roscas transportadoras ou parte por gravidade e parte por roscas.

Existem vrias formas geomtricas de silos como cilndrico vertical, horizontal com fundo inclinado, tipo domo.


24

O material de construo utilizado ao carbono ou concreto armado.

Separador de partculas magnticas

As partculas magnticas presentes em maior ou menor quantidade no acar e que tem origem na corroso dos equipamentos (ferrugem), podem ser removidos com razovel eficincia nos separadores magnticos, instalados em locais aonde o acar seco flui livremente, por exemplo, sada do secador, alimentao de peneiras vibratrias, ensaque etc.

O equipamento mais utilizado a grade imantada, removvel para limpeza.

Medidas para reduo de pontos pretos

Isolar transportadores de acar, para evitar depsitos de partculas em suspenso no ar sobre o acar, atravs de coberturas apropriadas.

Prever captao de ar limpo utilizado no secador de acar. Em alguns casos recomendada a instalao de filtros na entrada do secador.

Evitar queda de gotas de mel ou massa sobre o acar centrifugado, pela eliminao de vazamentos nas centrfugas.

6 Aletas em Secadores de Acar

So encontrados diversos tipos de aletas em secadores de acar, variando sua geometria, tamanho e quantidade. Nota-se que na maioria das vezes as aletas retas e aletas retangulares com ou sem ranhuras no seu comprimento no tem capacidade de recobrir a seco transversal do secador inteiramente.

Tem sido recomendadas por diversos autores da literatura especializada, as aletas circulares que proporcionam um ntimo contato ar-partculas em secadores rotativos.


25

Em Usinas de acar, as aletas deste tipo tem demonstrado uma melhoria sensvel na eficincia do secador sem prejuzo algum qualidade do produto.

Os critrios de dimensionamento destas aletas so baseados nos seguintes aspectos:

A cortina de acar deve abranger eficientemente toda a seo transversal do secador - adota-se 95%.

As partculas quando caem da extremidade da aleta, devem ser distribudas to espalhadamente quanto possvel.

O nmero de aletas dispostas na periferia do tambor deve ser suficiente para impedir passagem excessivamente grande do ar ou a ocorrncia de curto-circuito - normalmente 24 aletas na seo transversal do secador.

O tamanho e forma das aletas devem ser suficientes para assegurar o transporte de acar atravs do movimento de cascateamento, impedindo que haja um transporte pelo fundo do tambor antes de ter entrado em contato com o ar - depende portanto, da produo adotada, rotao, dimetro e comprimento do secador.

As aletas ao longo do secador so divididas em sees e tem inclinao de 20 em relao ao eixo do secador.

Para evitar acmulo de acar mido na alimentao do secador, as primeiras sees so providas de:

1 seo de aletas planas e perpendiculares ao corpo do secador e inclinadas de 45 a 60 para um transporte rpido de acar ainda mido para o interior do secador.

1 ou 2 sees de aletas circulares com inclinao de 35.


26

Figura 27 - Aletas Circulares para Secador de Tambor Rotativo

7 Dimensionamento de um Secador Tambor Rotativo

A seguir ser desenvolvido o dimensionamento de um secador rotativo convencional para 8.000 sacos/dia.

Dados do projeto

Produo de acar: 340 sacos/h (50 kg/saco)


27

Temperatura de descarga na centrfuga : 75C Temperatura de entrada no secador : 70C Umidade entrada secador : 0,7% Umidade sada secador : 0,03% Temperatura de sada no secador : 40C

7.1 Balano de massa

7.1.1 Umidade no acar

Quantidade de acar no ensaque a 0,0% de umidade 16.662 kg/h

Quantidade de gua no acar

Alimentao a 0,7% umidade 117 kg/h

Ensaque a 0,03% umidade 5 kg/h

gua evap. durante secagem 112 kg/h 6,7 g gua/kg a. seco (117 kg/h - 5 kg/h)

7.1.2 Umidade no ar

Para uma reduo de temperatura do acar de 30C ou mais e para uma aproximao de temperatura (temperatura do acar na entrada - ar na sada) de 10 a 15C, possvel em secadores rotativos, a vazo mssica de ar seco necessrio dever ser no mnimo igual vazo mssica de acar.

Considerando o ar entrando em contracorrente a 25C, 60% de umidade relativa e 700 mmHg, ou 12,9 g gua/kg ar seco, teremos:

Quant. de ar seco na entrada 17.030 kg/h ou


28

16.000 m3/h

Quant. de gua no ar

Entrada (carta psicomtrica) 220 kg/h 12,9 g gua/kg ar seco

Sada 332 kg/h 19,5 g gua/kg ar seco (220 kg/h + 112 kg/h)

7.2 Balano entlpico

7.2.1 Quantidade de calor do acar

Quant. de calor do acar (entalpia)

Alimentao 466.584 kcal/h (16.662 kg/h x 0,393 kcal/kgC x 70C + 117 kg/h x 1,0 kcal/kgC x 70C)

Ensaque 245.738 kcal/h (16.662 x 0,393 x 37,5 + 5 x 1,0 x 37,5)

Calor latente de evaporao 65.608 kcal/h (583,4 kcal/kg x 112 kg/h)

Quant. de calor cedido pelo acar 155.238 kcal/h 9,3 kcal/kg a. seco (466.584 - (245.738 + 65.608))

7.2.2 Quantidade de calor do ar (entalpia)

Quantidade de calor no ar


29

Entrada (25C, 60%UR) 105.770 kcal/h 6,21 kcal/kg ar seco (14,0 kcal/kg ar seco x 17.000 kg ar seco/h)

Sada 248.080 kcal/h 14,57 kcal/kg ar seco

Perdas trmicas 12.927 kcal/h 0,76 kcal/kg ar seco

7.2.3 Caractersticas do ar na sada do secador

Condies do ar na sada do secador:

Umidade absoluta : 19,7 g gua/kg ar seco Entalpia : 14,5 kcal/kg ar seco

Pela carta psicomtrica teremos:

Temperatura : 57C Umidade relativa : 15,7%

Vazo de ar na sada: 17.770 m3/h

Aproximao de temperatura:

[Temperatura do acar na entrada] - [Temperatura do ar na sada] = 70 - 57,9 = 12,1C

7.3 Dimetro do secador

O dimetro do secador ser calculado de acordo com a velocidade do ar no seu interior que dever estar na faixa de 1,0 a 1,5 m/s. Acima de 1,5 m/s o arraste de acar fino pela corrente de ar ser elevado.


30

Considerando 1,2 m/s, teremos:

VsecD sec

4x 3.600

1, 2;Dsec17.770

4x 3.600 x 1,2

2,262pi pi= = =

7.4 Comprimento do secador

No muito simples calcular o comprimento til de um secador e que dever operar em condies definidas, pois depende da geometria das aletas, seu tamanho e quantidade, alm da inclinao do secador, rotao e tempo de reteno do acar.

Adotando:

Rotao do secador - 4 rpm.

Quantidade e tamanho de aletas suficientes para reter 10% do volume do secador em acar sem formar camada de acar no fundo do secador.

Tempo de reteno - 10 min (varia de 5 a 10 min para acar).

Densidade aparente do acar - 850 kg/m3.

Calcula-se:

Volume de acar no interior do secador

16.662 kg/h ----------------- x 10 min 60 min/h ------------------------------ = 3,3 m3 850 kg/m3


31

Comprimento do secador considerando 10% do volume do secador em acar:

x 2,262 ----------- x L x 0,1 = 3,3 L = 6,2 m 4

Como a vazo mssica de acar atravs do secador no totalmente contnua e constante, pois depende do sincronismo de operao das centrfugas e da quantidade de centrfugas em funcionamento alm de outros fatores, conveniente adotar um comprimento maior - L = 8,0 m.

Geralmente, a capacidade nominal do secador, quando indicada pelo fabricante, deveria corresponder quela que garante um resfriamento do acar de no mnimo 30C.

Documents

Secagem Do Acucar