Poupança de energia na secagem de cereais por indução com método de aquecimento por indução
Anualmente, o Cazaquistão produz cerca de 17-19 milhões de toneladas de cereais em peso limpo, exporta cerca de 5 milhões de toneladas de cereais e o volume médio do consumo interno atinge 9-11 milhões de toneladas. Para continuar a desenvolver a indústria de cereais e promover a exportação de cereais, é necessário desenvolver as infra-estruturas de armazenamento, transporte e secagem de cereais, incluindo a construção de novos silos de cereais e a reconstrução dos antigos, a construção de terminais portuários e a aquisição de navios de carga seca e de transporte de cereais (Baum, 1983). É necessário modernizar o sector e a tarefa exige um esforço intensivo dos produtores de cereais estatais e nacionais.
Os participantes do V Fórum de Cereais do Cazaquistão em Astana KAZGRAIN-2012 debateram a situação atual do mercado de cereais, as tendências e as expectativas de preços, bem como as questões problemáticas em matéria de logística e infra-estruturas. Foi referido que há 10 anos atrás o Cazaquistão não podia ser considerado um exportador de cereais, enquanto que atualmente as questões de exportação são reconhecidas como prioritárias. A produção e a secagem de cereais ocupam um dos lugares de destaque tanto no complexo agroindustrial como na economia em geral.
A análise da experiência de muitas empresas de transformação de grãos pós-colheita prova que a principal tarefa para garantir a segurança e a qualidade das sementes recém-colhidas é a sua secagem. A importância da secagem dos grãos aumenta na zona húmida: o atraso na secagem ou a realização desta operação em violação dos regimes tecnológicos causam inevitavelmente perdas de colheitas. De acordo com os estudos, com uma humidade de 25-28% durante três dias, a germinação diminui em 20%. E as perdas de matéria seca são de 0,7-1% por dia quando a humidade da pilha de grãos é de 37% (Ginzburg, 1973).
Os factores importantes para a utilização eficiente dos secadores na agricultura são a melhoria da qualidade dos grãos, o aumento da largura de banda das unidades, bem como a redução dos custos de energia. A base para melhorar a eficácia dos secadores existentes na agricultura é assegurar a remoção suficiente e estável da humidade de um metro cúbico nas câmaras dos secadores de grãos. Uma das razões que impedem esta situação é o facto de as unidades de refrigeração, incorporadas no eixo de secagem, não criarem condições ideais para o arrefecimento total dos grãos, reduzindo assim o volume efetivo do eixo de secagem e a remoção da humidade de um metro cúbico da câmara.
Desde 2010, a produção de trigo demonstra uma tendência de crescimento estável: a área de cultivo aumentou 17%, o rendimento aumentou 25% e o rendimento total - 52%. Em 1 de janeiro de 2012, o Cazaquistão tinha 258 silos com uma capacidade de armazenamento de 14 771,3 mil toneladas e elevadores com uma capacidade de armazenamento de 14 127,8 mil toneladas. O aumento do rendimento e da colheita bruta exige a melhoria da tecnologia de secagem para evitar perdas de colheitas e manter a qualidade dos grãos.
O método mais perspectivado para a secagem de grãos e remoção de humidade é o método de aquecimento por indução que continua a ser pouco estudado e raramente utilizado na prática devido a imperfeições consideráveis nas tecnologias de fabrico de conversores de frequência. Embora o equipamento de aquecimento por indução está atualmente a desenvolver-se e a sua utilização na secagem de cereais torna-se mais preferível do que os métodos tradicionais de aquecimento (Zhidko, 1982).
Atualmente, o aquecimento por indução é utilizado para o endurecimento de superfícies de produtos siderúrgicos, através do aquecimento para deformação plástica (forjamento, estampagem, prensagem, etc.), fusão de metais, tratamento térmico (recozimento, têmpera, normalização, têmpera), soldadura, soldadura, metais. O aquecimento indutivo indireto é utilizado para o aquecimento de equipamento tecnológico (condutas, tanques, etc.), aquecimento de líquidos, secagem de camadas e materiais (por exemplo, madeira). O parâmetro mais importante das instalações de aquecimento por indução é a frequência. Para cada processo (endurecimento de superfícies, aquecimento por passagem) existe uma gama de frequências óptima, que proporciona o melhor desempenho tecnológico e económico. As frequências de 50 Hz a 5 MHz são utilizadas para o aquecimento por indução.
As vantagens do aquecimento por indução são as seguintes
- A transmissão de energia eléctrica diretamente para o corpo de aquecimento permite o aquecimento direto dos materiais, pelo que a taxa de aquecimento é
- A transmissão de energia eléctrica diretamente para o corpo de aquecimento não necessita de dispositivos de contacto. Isto é útil para linhas automatizadas
- Quando o material de aquecimento é um dielétrico, por exemplo, um grão, a energia é distribuída uniformemente pelo volume do material de aquecimento. Por conseguinte, este método de indução permite um aquecimento rápido de
- Na maioria dos casos, o aquecimento por indução pode aumentar a produtividade e melhorar as condições de trabalho. O dispositivo de indução pode ser considerado como um tipo de transformador, quando o enrolamento primário (indutor) está ligado à fonte de alimentação CA e o material de aquecimento serve como secundário
A redução do custo de toda a instalação exige o desenvolvimento e a implementação de aquecedores de indução de conceção simples.
A principal diferença entre o aquecimento por indução e os métodos tradicionais de secagem reside no aquecimento volumétrico. O calor penetra no produto (material) e não a partir da superfície; forma-se em todo o volume de uma só vez, este processo permite a secagem eficaz de grãos com baixo consumo de energia. Durante o processo de aquecimento por indução, ocorre uma distribuição uniforme da humidade no material seco. A indução não pressupõe a transferência de calor do aquecedor para o material. Enquanto que a utilização de outros métodos de secagem requer o aquecimento do ar e, em seguida, a transferência de calor do ar quente para o material. Em cada fase - aquecimento do ar, seu transporte e transferência de calor para os produtos - as perdas de calor são inevitáveis.
Atualmente, as empresas do Cazaquistão praticamente não utilizam aquecedores de indução, uma vez que são muito caros. Os modelos antigos de lâmpadas de máquinas de aquecimento por indução estão desactualizados e não são fabricados.
Secagem de grãos por aquecimento indutivo. Secagem na camada descendente
Sugerimos o método de aquecimento por indução para a secagem de grãos (Figura 1), em que o material de grãos passa, impulsionado pela força da gravidade, através do eixo de secagem. No topo do secador, o grão é carregado por transportadores de baldes ou outros dispositivos de transporte; depois o grão entra na torre de secagem. Na câmara da torre de secagem, o indutor, ligado ao conversor de frequência, cria um campo eletromagnético (fluxo) de alta frequência.
Secagem em camada descendente. A camada em queda representa um fluxo de grãos em movimento gravitacional altamente descarregado, parcialmente compensado pelo fluxo ascendente de gás (travagem aerodinâmica). A concentração real dos grãos aumenta no decurso do movimento. Secagem em camada suspensa. O estado de suspensão do grão é alcançado no fluxo ascendente de gás quando se aumenta a velocidade da fonte de alimentação. Durante o processo, toda a superfície do grão é envolvida na troca de calor e humidade com o gás. O tempo de permanência do grão no tubo pneumático não excede alguns segundos; a temperatura do agente de secagem é de 350-400 °C. No entanto, a redução da humidade é de apenas uma fração por cento. Por isso, o aparelho com camadas ponderadas de grãos não é utilizado como secador separado, mas como elemento do secador combinado de várias câmaras.
Conclusão
Atualmente, as empresas agrícolas e os elevadores estão equipados principalmente com secadores de fluxo direto. Estes secadores sugerem uma irregularidade considerável no aquecimento e secagem do grão, o que, por sua vez, causa custos substanciais de secagem térmica. A principal razão para tal é a imperfeição no fornecimento do agente de secagem e do ar atmosférico às camadas de desidratação do grão.
Uma condição importante para a qualidade do trabalho dos secadores de grãos é o arrefecimento eficaz dos grãos secos. De acordo com o projeto, os dispositivos de arrefecimento dos secadores de grãos são concebidos de modo a que a temperatura do grão à saída não exceda a temperatura do ar atmosférico em mais de 10°C. No entanto, na prática, este valor atinge mais de 12°C quando a temperatura do ar é superior a 15°C. Além disso, os secadores de cereais modernos permitem um arrefecimento desigual considerável das camadas individuais de cereais. No contexto discutido, a aplicação da secagem por aquecimento indutivo pode ser a forma mais adequada em termos de produtividade, qualidade e eficiência de custos.
Referências
Baum, A., 1983. Secagem de grãos [em russo], Moscovo: Kolos
Ginzburg, A., 1973. Fundamentos da teoria e tecnologia de secagem de géneros alimentícios [em russo], Moscovo: Indústria alimentar
Zhidko, V., 1982. Secagem de grãos e secadores de grãos [em russo], Moscovo: Kolos