Automação do Secador-Resfriador de Açúcar

O secador-resfriador de açúcar é talvez o equipamento que mais tem sofrido sobrecarga nas usinas ultimamente.

Enviamos, de um lado, grandes quantidades de açúcar cuja vazão, umidade e temperatura não conhecemos e não controlamos e, do outro lado, ar quente / frio cuja vazão, umidade relativa e temperatura não conhecemos e não controlamos.

Como Deus é brasileiro na maioria das vezes o açúcar acaba saindo seco, mas nem sempre adequadamente resfriado, e em algumas vezes úmido e quente com as conseqüências que todos conhecemos (empedramento, amarelamento, etc.).

Esta constatação no faz supor que se investirmos adequadamente na otimização e na automação da operação secagem-resfriamento, é de se esperar ganhos representativos na performance e na capacidade dos equipamentos existentes.

Pretendemos discutir algumas alternativas para otimizar o secador-resfriador, considerando como exemplo o equipamento tipo tambor rotativo com entradas opostas de ar quente / frio (secagem em co-corrente e resfriamento em contra-corrente), o qual é o modelo encontrado na maioria das usinas.

A primeira providência, indispensável antes de se procurar investir em automação, é procurar manter uma vazão de açúcar a mais constante possível na entrada do secador-resfriador. Esta é uma das chaves para operar o equipamento com sucesso.

É necessário, portanto, operar as centrífugas de forma sincronizada, o que todos procuramos fazer. Ocorre que muitas vezes existem em operação centrífugas de capacidade e / ou de modelos diferentes, o que torna os sistemas de controle das mesmas incompatíveis, provocando sobrecargas momentâneas.

Uma possibilidade é instalar sobre a entrada do secador-resfriador uma pequena moega pulmão de açúcar úmido construída em aço inoxidável, com tempo de residência na faixa de 3 min, que é a duração de um ciclo típico das centrífugas. Se sob esta moega houver uma válvula rotativa com inversor de frequência para modular a vazão de açúcar, a moega vai absorver as variações de vazão provenientes do setor das centrífugas. Na moega podem ser instalados sensores para informar os operadores das centrífugas a respeito dos níveis alto / baixo. Na moega também deve ser instalado um vibrador com temporizador, cuja frequência de ativação pode ser determinada com a prática, evitando acúmulo de açúcar nas paredes. Um sistema deste tipo opera bem na refinaria do Ingenio Cauca, na Colômbia.

É importante passar a pensar na válvula rotativa da entrada de açúcar como um elemento de controle de vazão, e não somente como um elemento de vedação para evitar entrada de ar falso.

Admitindo que estamos com uma vazão de açúcar mais ou menos constante, é importante agora discutir os outros parâmetros importantes no processo. Estes parâmetros são basicamente as condições climáticas do local (temperatura e umidade relativa do ar), as características do secador (tempo de residência e projeto das aletas) e as variáveis de operação (tipo, umidade e temperatura do açúcar e a relação ar / açúcar).

O tempo de residência é mais importante no setor de resfriamento. Ao longo do comprimento do tambor a umidade do açúcar cai rapidamente, mas a sua temperatura cai bem mais devagar e costuma atingir o valor próximo ao desejado no décimo final do comprimento do tambor. Portanto, é sempre mais produtivo procurar aumentar o comprimento do tambor no setor de resfriamento. Um tempo de residência mínimo no equipamento de 20 minutos é recomendável.

Com relação ao projeto das aletas, estudos desenvolvidos na Austrália mostraram resultados práticos coincidentes com um modelo matemático especialmente desenvolvido para secadores-resfriadores tipo tambor rotativo. A conclusão obtida é que o projeto das aletas tem menos influência na capacidade ou performance do equipamento do que se pensava inicialmente. Mais aletas significam maior área do açúcar exposta ao ar, e mesmo quando multiplicamos esta área exposta por dez, os ganhos são apenas marginais. Naturalmente estamos falando de equipamentos com aletas adequadamente projetadas.

Das variáveis de operação, as condições do açúcar (vazão, umidade e temperatura) são muito dependentes do processo e podem ser alteradas apenas dentro de limites mais ou menos estreitos.

Como não podemos influenciar as condições climáticas, a relação ar / açúcar passa a ser a variável mais importante sobre a qual temos que atuar.

Existe uma regra prática usada no nosso setor para se determinar a vazão do exaustor principal: para obter a vazão do exaustor em m³/h, multiplique a vazão de açúcar em kg/h por dois. Por exemplo, um secador para 9.000 s/d teria um exaustor com capacidade de 37.500 m³/h .

Esta regra pode servir talvez para determinar a vazão de projeto do exaustor, mas é preciso na prática controlar esta vazão de forma sistemática.

Naturalmente a temperatura e a umidade relativa do ar ambiente influenciam na qualidade final do açúcar, mas esta influência é menor do que se possa antecipar.

É importante lembrar que no secador-resfriador ocorre um complexo balanço de massa e de energia. Assim, se enviamos ao secador-resfriador um açúcar muito úmido, é preciso que o açúcar esteja também mais quente para que o equipamento possa cumprir a sua tarefa de secagem e de resfriamento. Se enviamos um açúcar muito frio, ele pode não ter energia suficiente para a evaporação da umidade e poderá deixar o equipamento resfriado porem muito úmido. Da mesma maneira, se o açúcar entrar muito quente ele pode secar muito rapidamente, mas poderá não ser adequadamente resfriado pelo ar. Por estas razões, o açúcar enviado ao secador-resfriador deve ter as suas características (umidade e temperatura) ajustadas dentro de uma faixa adequada (mais úmido mais quente, e vice-versa).

Normalmente, aumentando-se somente a vazão de ar, obtém-se um açúcar mais frio porém mais úmido, enquanto que reduzindo-se somente a vazão de ar, obtém-se um açúcar mais quente e mais seco. Entretanto, é possível obter maiores capacidades no secador-resfriador fazendo-se justamente o contrário, isto é, diminuindo-se a vazão de ar e aumentando-se a umidade do açúcar, o que ajuda a evitar perdas por arraste de pó. Velocidade aparente do ar no tambor acima de 3 m/s pode ocasionar transporte pneumático do açúcar.

Vemos assim que a relação ar / açúcar é um parâmetro fundamental para a correta operação do secador, e que a melhor combinação entre umidade e temperatura do açúcar na entrada e a relação ar / açúcar no equipamento são dependentes tanto do secador-resfriador como da operação de centrifugação.

Portanto, para determinar a melhor relação ar / açúcar é indispensável monitorar as diversas variáveis em jogo.

A umidade e a temperatura do açúcar dependem das condições operacionais das centrífugas, e mantidos os tempos básicos de lavagem principalmente é possível adequar os parâmetros dentro de faixas desejadas.

A vazão de açúcar não é fácil de medir, mas é possível criar uma correlação da mesma com a velocidade da válvula rotativa na entrada do secador-resfriador.

Temperatura e umidade relativa do ar de secagem e do ar de resfriamento podem ser medidas sem dificuldade e monitoradas adequadamente.

A vazão de ar também não é fácil de medir, mas com a curva de performance dos ventiladores e exaustores e com a medição da pressão na descarga e da amperagem do motor é também possível estabelecer correlações com a vazão de ar.

Monitorando-se estes parâmetros, fica possível construir tabelas para se determinar na prática a melhor relação ar / açúcar para um dado projeto de secador. Esta relação costuma estar na faixa de 0,6 a 1,2 (relação peso / peso), dependendo do tipo e das condições do açúcar e das condições do ar ambiente.

Naturalmente que para condições extremas de umidade relativa do ar de resfriamento seria preciso desumidificá-lo, mas para as condições do Brasil normalmente apenas o ajuste dos parâmetros do processo costuma ser suficiente.

Com uma monitoração sistemática das variáveis discutidas acima é possível adequar o secador existente para operar nas condições ideais para cada tipo de açúcar e para cada condição climática específica.

Acreditamos que o setor de secagem resfriamento do açúcar está merecendo uma fatia maior da verba destinada aos sistemas de automação da usina. Com pouco investimento será possível aumentar muito a performance de equipamentos existentes.