Ar Contra ou a Favor?

Estamos nos referindo às correntes de ar que existem dentro de um secador de açúcar do tipo tubular. Recentemente tivemos uma discussão interessante com um cliente sobre as opções de fluxo de ar em co-corrente e em contra corrente.

Via de regra, nos secadores tubulares, o fluxo de ar na área de resfriamento é em contra corrente com o açúcar. Na área de secagem, os secadores de projeto moderno apresentam fluxo de ar em co-corrente com o açúcar, embora este arranjo crie a necessidade de soluções mecânicas mais complicadas (a retirada do ar no centro do tambor rotativo).

Os projetistas dos secadores mais modernos não são masoquistas, criando dificuldades mecânicas sem razão. A verdade é que, do ponto de vista da termodinâmica, é melhor ter fluxo em co-corrente na área de secagem e ter fluxo em contra corrente na área de resfriamento.

Os fenômenos que ocorrem dentro do tambor rotativo são relativamente complexos, pois envolvem transferência de massa, além da troca de calor simples entre o açúcar e o ar.

A justificativa para o fluxo em contra corrente na área de resfriamento é simples de entender. Com este procedimento, procuramos manter mais ou menos constante o gradiente de temperaturas entre açúcar e ar ao longo do percurso dentro do tambor. O açúcar entra quente e vai perdendo temperatura, e o ar, em contra corrente, entra frio (muitas vezes nem tanto!) e vai ganhando temperatura. Nesta área, embora exista, a transferência de massa (umidade) normalmente é pequena.

Na área de secagem existe, além de troca térmica, transferência de massa, pois parte da umidade do açúcar passa para o ar. Portanto, nesta área, mais importante do que gradiente de temperaturas é o “gradiente de umidade”, se é que o podemos chamar assim. Trabalhando em co-corrente nesta área, o ar mais seco (menor umidade relativa) encontra inicialmente o açúcar mais úmido, havendo portanto um grande gradiente de umidade e como conseqüência grande transferência de massa. Ao longo do percurso no tambor em co-corrente, o ar vai tendo sua umidade relativa aumentada e o açúcar vai tendo a sua umidade reduzida, mantendo o gradiente.

Esta forma de trabalhar, secagem em co-corrente e resfriamento em contra corrente, removendo a mistura de ar no centro do tambor, traz outra vantagem indireta importante para a capacidade e a performance do equipamento, que é a possibilidade de termos correntes de ar independentes.

O diâmetro do tambor define a capacidade do equipamento, pois existe um limite para a velocidade aparente do ar dentro do tambor, que é de cerca de 2,0 m/s. Já trabalhamos no limite com 2,5 m/s, mas valores assim altos começam a provocar o transporte pneumático do açúcar e produzem pó de forma proibitiva. Portanto, se dividimos os fluxos de ar em cada lado do tambor, para um dado diâmetro teremos sempre maiores capacidades potenciais de secagem e de resfriamento.

O ar para secagem deve normalmente ser aquecido para apresentar uma baixa umidade relativa quando entrar em contato com o açúcar. Este aquecimento poder ser reduzido ou mesmo eliminado em dias de umidade relativa muito baixa no ar ambiente. A tendência hoje em dia, com as novas plantas de cogeração de energia elétrica, é providenciar o aquecimento do ar com vapor vegetal, para evitar perda de condensado de vapor de escape ou sistemas caros para a sua recuperação. Com vapor vegetal vamos ter trocadores um pouco maiores e o ar com uma temperatura na faixa de 90 ºC, o que normalmente é satisfatório para se baixar a umidade relativa, mesmo em dias de chuva.

Já o ar para resfriamento deveria ter a sua temperatura reduzida para cerca de 20 a 22 ºC visando garantir a temperatura do açúcar em no máximo 38 ºC, mesmo em dias de grande calor. A temperatura do ar pode ser reduzida por meio de um trocador no qual passa água gelada com vazão e temperatura controladas. Esta é a única maneira de garantirmos a temperatura final do açúcar no Brasil, pois via de regra a temperatura do açúcar fica dependente das condições climáticas da região onde está instalado o equipamento.

Um outro aspecto importante a discutir é o grau de contato entre as correntes de ar e o açúcar que está caindo dos internos do tambor. Com a fabricação de equipamentos de capacidade cada vez maior, os diâmetros vão aumentando sempre, chegando hoje a mais de 3.000 mm. Nestas condições, e mais fácil ocorrer o curto circuito de ar, ou seja, o ar não entra em contato íntimo com o açúcar ao longo do tambor.

Para procurar resolver este problema foram criados os internos do tambor tipo colmeia, para os secadores monotubulares, ou então se usa os secadores multitubulares, que na verdade procuram limitar o diâmetro dos tambores para provocar o bom contato entre ar e açúcar.

Para completar estas considerações sobre secagem e resfriamento, não podemos deixar de mencionar outros aspectos importantes para a performance do equipamento.

A performance dos secadores / resfriadores de açúcar depende fundamentalmente das condições do ar utilizado no processo.

Ar introduzido no sistema com impurezas pode aumentar o número de pontos pretos e o valor de insolúveis no produto final. Um sistema adequado de filtragem é indispensável.

Em épocas de ar ambiente com umidade relativa muito alta, existe o risco de umidificação do açúcar dentro do secador. O ar para secagem, aquecido sem controle, aumenta a temperatura do açúcar sem necessidade. Um aquecimento controlado é fundamental.

Quando se usa ar condicionado é possível trabalhar com vazões de ar menores, que resultam em velocidades menores e por conseqüência um menor arraste de pó. E os sistemas de captação de pó devem ser adequados para se garantir mínimas perdas e nenhuma contaminação do meio ambiente.

A falta de sistema de automação adequado faz com que as condições operacionais variem muito, prejudicando a performance do conjunto.

O secador / resfriador e um equipamento que trata do nosso produto acabado, que é um alimento. Não podemos trata-lo com indiferença.