Secadores – Resfriadores para Açúcar

Ao contrário de outros equipamentos, os secadores – resfriadores para açúcar muitas vezes são adquiridos sem uma análise mais criteriosa a respeito das suas características técnicas. Normalmente o fabricante indica uma capacidade em sacos de açúcar por dia, e o cliente potencial acredita sem questionar de forma mais profunda quais seriam os requisitos para se atingir aquela capacidade.

Pretendemos indicar quais são as características que a nosso ver são fundamentais para uma comparação entre os diversos projetos e possibilidades de um mesmo projeto de secador – resfriador. Vamos considerar os equipamentos tipo tambor rotativo, que são os mais populares e que aparentemente continuam sendo os que melhor relação custo / benefício apresentam.

Nestes equipamentos ocorrem fenômenos mais ou menos complexos de troca de energia e de massa, entre o açúcar e o ar. Na área de secagem há transferência de água do açúcar para o ar e na área de resfriamento até pode ocorrer transferência de água do ar de volta para o açúcar. O sentido destas transferências depende naturalmente das características físicas do açúcar e do ar. É por esta razão que o secador – resfriador é um equipamento cuja capacidade de produção é muito elástica. Quando as condições do açúcar (pouca umidade e alta temperatura) e do ar principalmente (baixa umidade relativa para secar e baixa temperatura com baixa umidade relativa para resfriar) são favoráveis, a capacidade do equipamento pode aumentar de forma muito significativa, pois os gradientes para transferência de massa e de energia ficam extremamente adequados.

O esquema ideal para equipamentos com tambor rotativo é aquele em que o ar de secagem e o ar de resfriamento são admitidos em lados opostos do tambor. Isto porque existe um limite para a velocidade aparente do ar no equipamento, acima da qual pode-se iniciar o transporte pneumático dos finos presentes no açúcar. Equipamentos bem projetados tem esta velocidade aparente na faixa de 2,0 a 2,5 m/s, nunca ultrapassando o limite de 3,0 m/s. Assim, se introduzimos o ar pelos dois extremos do tambor, podemos otimizar a capacidade do equipamento sem correr o risco de arraste de finos. Isto porque a vazão de ar é definida pelos balanços de massa e de energia, e se dividimos esta vazão em duas partes, temos maior capacidade com baixa velocidade do ar.

Outro ponto importante é que a condição ideal no secador é a de fluxo co-corrente na secagem e de fluxo contra-corrente no resfriamento. Para a secagem devemos aquecer o ar para baixar a sua umidade relativa, dependendo do caso até 80 a 90 C. Portanto, é melhor que este ar “seco” e quente encontre o açúcar ainda úmido, pois teremos assim o abaixamento rápido da sua temperatura sem a ocorrência do fenômeno de “queima” do açúcar. Nesta etapa do processo há maior transferência de massa.

Na etapa do resfriamento, ao contrário, o ideal é ter sempre o maior gradiente de temperatura entre o ar e o açúcar, pois há mais troca de energia, e portanto o ideal é o fluxo em contra-corrente. Por outro lado, as vazões de ar para secagem e resfriamento normalmente são diferentes, sendo maior a vazão necessária de ar de resfriamento. A vazão maior em contra-corrente reduz o efeito de transporte pneumático dos finos do açúcar.

A geometria dos elementos internos do tambor também é essencial para a boa performance. Vimos que neste equipamento o ar precisa encontrar o açúcar para que ocorram as transferências de massa e de energia. Os internos assim tem como função criar uma cortina de açúcar para o ar atravessar, de forma a mais uniforme possível. Quando o tambor tem diâmetro maior do que digamos 1.500 mm, é fundamental dispor de internos específicos (chicanas ou colmeias) para criar esta cortina e para evitar quedas muito grandes dos cristais de açúcar. Tambores menores podem ter apenas sistemas com aletas especiais ligadas à parede do tambor.

Vimos que o diâmetro do tambor é definido em função da velocidade aparente do ar. O comprimento do tambor é definido pelo tempo de residência previsto para o açúcar dentro do tambor. Naturalmente este tempo de residência vai depender da geometria dos internos do tambor, a qual vai definir uma velocidade de transporte do açúcar. Mas geralmente quanto maior o comprimento do tambor maior será a capacidade do equipamento.

Portanto, para secadores com internos equivalentes, a capacidade nominal vai depender do diâmetro e do comprimento do tambor. São dimensões que devem ser cuidadosamente avaliadas em cada projeto.

Falamos aqui que os internos devem ser bem projetados para evitar a quebra dos cristais. Isto é verdadeiro, mas por outro lado é também verdade que na maioria dos casos os finos do açúcar são “fabricados” durante o cozimento, sendo que o secador apenas os torna mais evidentes devido ao abaixamento da umidade do açúcar. Para saber se o secador é o vilão, é importante coletar amostras do açúcar antes e depois do mesmo e verificar a variação da percentagem de finos.

Os finos que são arrastados devem ser separados em lavadores projetados de tal maneira que tenham um setor de alta turbulência e alta velocidade do ar, para se obter boa mistura com a água doce, e um setor de muito baixa velocidade do ar já umedecido para que haja boa separação das partículas. Não confie em lavador de pó esguio (alto e fino). O bom lavador é aquele baixo e largo, o qual infelizmente ocupa mais espaço.

Um ciclone separador deve ser usado apenas no caso de se embalar os finos para venda.

As entradas e saídas de açúcar e de caroços devem ter válvulas tipo rotativa para evitar a entrada de ar falso.

O sistema de exaustão pode ser feito com apenas um equipamento, com registros nas duas entradas para modular o ar de secagem e o ar de resfriamento. Uma regra grosseira indica o valor aproximado de 2,0 Nm³/t.h de açúcar, mas isto depende muito das condições climáticas específicas do local. Naturalmente deve haver filtros para o ar a ser insuflado no equipamento.

O aquecedor de ar para baixar a umidade relativa do ar de secagem é indispensável. Um sistema de água gelada para baixar a temperatura do ar de resfriamento (e sem aumentar a sua umidade relativa) é indispensável se quisermos manter baixa a temperatura do açúcar sem depender da temperatura do meio ambiente.