Aeração de grãos armazenados – Cálculo da vazão de ar

Dando sequência ao post anterior – se você ainda não leu, basta clicar aqui – hoje falaremos sobre aeração de grãos armazenados – cálculo de vazão de ar.

Esta orientação se destina a seleção de ventiladores para promover a aeração de grãos em silos prismáticos de formato variado, tais como cilíndrico, retangular ou quadrado.
Usando ventiladores, você pode forçar o ar com a temperatura e a umidade relativa adequadas através dos grãos para ajudar a preservar a qualidade após a colheita. Isso ocorre porque o ar ajuda a manter a umidade, a temperatura e o conteúdo de oxigênio de uma colheita em níveis que impedem o crescimento de bactérias e fungos prejudiciais e o encolhimento excessivo, discutindo principalmente grãos e oleaginosas.

Taxa de fluxo de ar recomendada

Esse é um cálculo simplificado, existem outras metodologias mais complexas e exatas, inclusive contemplando a simulação CFD.

Listamos as recomendações típicas de fluxo de ar na Tabela 1. Selecione os ventiladores que fornecem fluxo de ar dentro dos intervalos indicados na tabela, que são mostrados em m3/h/tonelada de produto. Observe que fluxos de ar maiores exigem ventiladores maiores e levam a custos maiores, enquanto fluxos de ar mais baixos podem resultar em qualidade inaceitável da colheita.

Massa específica dos grãos- m_s

Resistência ao fluxo de ar

Quando o ar é forçado através da carga de grãos, ele deve percorrer caminhos estreitos entre partículas individuais.

O atrito ao longo das vias aéreas cria resistência ao fluxo de ar. Os ventiladores devem desenvolver pressão suficiente para superar essa resistência e mover o ar através da colheita.

Figura 3. Usando um manômetro de tubo em U para medir a pressão em uma bandeja de grãos.

Você pode fazer um manômetro com tubo em U prendendo um tubo de plástico transparente e uma régua em uma placa. Em seguida, despeje um pouco de água no tubo.

Como os manômetros medem a pressão em relação à pressão atmosférica, deixe uma extremidade do tubo aberta para a atmosfera. Anexe a outra extremidade ao duto ou plenum onde deseja medir a pressão.

Quando um ventilador gera pressão, força a água no tubo a se mover na direção da pressão mais baixa. A diferença de altura dos níveis de água nos dois lados do tubo, medida em mmca, é a pressão estática do ventilador, milímetros de coluna de água.

Nos sistemas de exaustão, a pressão entre a carga e o ventilador é menor que a pressão atmosférica, já nos sistemas de insulamento a pressão é maior que a pressão atmosférica.

Existem uma variedade de manômetros de coluna e digitais que podem ser utilizados para tal fim.

Cálculo da pressão necessária

A profundidade da colheita afeta a resistência do fluxo de ar necessária para superá-la e depende da velocidade com que o ar se move e da extensão do percurso. Para grãos e oleaginosas, esses fatores são uma função da cultura em particular (tamanho e forma das sementes), profundidade e taxa de fluxo de ar (m3/h/ton.).

Abaixo, você encontrará a pressão estática esperada para cevada e aveia, (Tabela 3) milho descascado, (Tabela 4) soja e girassol (Tabela 5), girassol tipo óleo (Tabela 6).

Como podemos ver, a uma determinada taxa de fluxo de ar, a profundidade da carga tem um grande efeito na pressão estática e essa, por sua vez, afeta muito os requisitos de energia do ventilador.

Os compartimentos curtos e de grande diâmetro são recomendados para a secagem de grãos com ar natural porque a pressão estática e o tamanho necessário do ventilador são menores do que seriam em compartimentos altos e estreitos. Embora as caixas curtas custem mais para instalar do que as altas com a mesma capacidade de grãos, os custos totais de secagem são menores porque os ventiladores menores usam menos energia elétrica.

Construção – piso e dutos

Os pisos perfurados usados ​​em silos de grãos geralmente apresentam resistência insignificante ao fluxo de ar, a menos que a área livre de passagem do ar seja inferior a cerca de 7%. A maioria dos pisos comercialmente disponíveis possui mais de 10% de área aberta.

Os dutos de suprimento de ar, túneis e dutos de distribuição de ar perfurado, oferecem maior resistência ao fluxo de ar do que os pisos perfurados completos. Essa resistência pode ser bastante grande se os dutos forem muito estreitos ou muito longos.

Portanto, use dutos grandes o suficiente para que a velocidade do ar seja inferior a cerca de 7.5 m/s.  Para calcular a velocidade, divida o fluxo de ar do duto em m3/h pela área da seção transversal do duto em metros quadrados dividido por 3600.

Além disso, tente manter o comprimento do duto abaixo de 30 metros. A menos que você tenha informações melhores, use 12 mmca de água como uma estimativa da resistência ao fluxo de ar para sistemas de dutos.

Esteja ciente de que os dutos de plástico corrugado projetados para distribuição de ar têm apenas 1 a 3% de área aberta e a telha plástica comum projetada para drenagem de campo tem menos de 1% de área aberta. Como os dutos de plástico têm tão pouca área para a saída de ar, sua resistência ao fluxo de ar pode exceder 12 mmca de água.

Construção – Aberturas de entrada e saída de ar

Ao usar o ar externo para ventilar um compartimento ou edifício, é necessário fornecer aberturas de tamanho adequado para que o ar entre e saia da estrutura. Se as aberturas forem muito pequenas, elas restringem o fluxo de ar e aumentam os requisitos de pressão do ventilador.

Forneça pelo menos um metro quadrado de área de entrada por 1.700 m3/h e uma área de exaustão igual e verifique se essas aberturas de ventilação ou portas estão abertas sempre que o ventilador estiver em operação.

Tipos de ventiladores

São utilizados nestas aplicações ventiladores axiais, centrífugos ou In-Line, cada um adequado as condições de vazão e pressão requeridas.
Em comum predomina a transmissão direta de construção robusta e simplificada, a seguir as aplicações típicas de cada tipo de ventilador.

Como selecionar os ventiladores

O primeiro passo na seleção de um ventilador é determinar a vazão de ar total que ele deve fornecer.

Escolha uma taxa de fluxo de ar na Tabela 7, estime a quantidade total de carga de grãos e multiplique pela quantidade de colheita para obter a necessidade total de vazão de ar.
Na tabela 2 anote a massa específica do milho seco, no caso m_s=790 kg/m3

Na Tabela 5 se você deseja fornecer V_z= 62.4 m3/h/ton. para milho seco ao ar natural em um silo de D_s= 8.0 m de diâmetro por H_s= 4.9 m de profundidade com um piso perfurado completo, calcule o fluxo de ar do seguinte modo:

O próximo passo na seleção de um ventilador é estimar a pressão contra a qual o ventilador operará. Para grãos e oleaginosas, use a taxa de fluxo de ar desejada e a profundidade de colheita esperada e leia o valor de pressão apropriado das Tabelas 3 a 6.

Lembre-se de adicionar P_d = 12 mmca ao valor da tabela se você distribuir o ar através de um sistema de dutos. Para feno, batata ou outros produtos, use 25 mmca como estimativa de pressão, a menos que um número melhor esteja disponível.

Continuando nosso exemplo, a Tabela 4 (consulte a seção de milho descascado acima) indica que a pressão esperada para 4.9 m de milho e uma taxa de fluxo de ar de 62.4 m3/h/ton. é de P_s = 61 mmca.

Desta forma a pressão a ser desenvolvida pelo ventilador P_t

Dados para seleção do ventilador

Desta forma temos os dois parâmetros básicos para seleção do ventilador:

A potência e eficiência necessárias vão variar conforme o modelo e fabricante do ventilador.

Sistema de controle da aeração

O sistema de controle da aeração consiste não só na operação de ligar e desligar o ventilador, como também em um sistema automatizado que analisa o tipo de grão com suas condições de umidade, temperatura, nível de impureza e sanidade; condições climáticas atuais e históricas; objetivos da aeração; tempo de aeração; consumo de energia, etc. Estes sistemas automatizados já estão disponíveis no mercado brasileiro.
É uma ferramenta bastante útil que facilita sobremaneira o trabalho do operador.

Cuidados na operação de aeração

A experiência do operador pode ajudar em operar a Aeração, no entanto, o conhecimento de sua tecnologia otimizará a operação tanto no aspecto qualitativo, quanto na economia do sistema. Programa de capacitação e de atualização é essencial.

• Manutenção preventiva do sistema de aeração é imprescindível para que ele funcione a contento. Assim, é necessário que se proceda, antes de se carregar o silo, uma limpeza rigorosa não só nas paredes e no piso da unidade armazenadora, mas principalmente nos ventiladores, aerodutos e os furos das chapas perfuradas. Verificar se nos furos das chapas não estão obstruídos. Verificação de todo sistema elétrico (fiação, conectores, fusíveis ou sistema de proteção), ligação dos polos correta (certeza do sentido da rotação dos ventiladores), estado dos rolamentos, tensão das correias, fixação dos ventiladores, vedação adequada dos aerodutos, limpeza em torno das entradas de ar dos ventiladores, etc;
• Origem e histórico dos grãos a serem aerados (nível de umidade e de impurezas, principalmente de finos). Modo de carregamento dos silos (com ou sem espalhadores);
• Obtenção de dados climatológicos locais por meio de Estações Meteorológicas oficiais como a do Ministério da Agricultura, Pecuária e do Abastecimento, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, de alguma instituição estatal ou privada que registre estes dados. Na impossibilidade de se obter estes dados, pode-se montar uma pequena estação meteorológica própria ou, no mínimo, ter um psicrômetro (que consiste em dois termômetros em que em um dos bulbos está envolvido com uma gaze molhada com água destilada) com uma Carta Psicrométrica
• Ao ligar o sistema de aeração, manual ou automático, verifique se o ar está fluindo uniformemente em toda a superfície da massa granular.
• Preferencialmente desligar o sistema no início da manhã para aproveitar ao máximo as temperaturas mais baixas da noite e, consequentemente, evitar o desligamento da aeração no final do dia;
• Não se precipitar em desligar a aeração quando a Umidade Relativa do Ar estiver acima do Equilíbrio Higroscópico, desde que a temperatura do ar externo esteja abaixo da temperatura média dos grãos armazenados, pois o processo de umedecimento é 4 a 6 vezes mais lento que o de secagem. É preferível aproveitar para baixar a temperatura dos grãos com leve umedecimento do que a elevação de temperatura e, na maioria dos casos, não é interessante que ocorra a secagem;
• Um operador de unidade armazenadora com experiência, somente sentindo o cheiro do ar que sai da aeração, pode detectar o desempenho da aeração, bolsões de aquecimento devido a princípio de deterioração ou infestação de insetos antes da termometria.

Concluindo, podemos afirmar que a Aeração é um instrumento muito útil, se não indispensável em muitos casos, na conservação de grãos armazenados quando bem operada. Por outro lado, quando operada inadequadamente, sem o devido conhecimento tecnológico, será uma fonte de perda de peso e na qualidade dos grãos armazenados como também será uma fonte de despesas intoleráveis para a unidade armazenadora.

Escrito por: Eng. Eduardo Bertomeu, consultor técnico Sicflux.

Bibliografia
-Aeração com qualidade -Tetuo Hara – Universidade Federal de Viçosa;
-William F. Wilcke, emeritus Extension engineer and R. Vance Morey, emeritus agricultural engineer, College of Food, Agricultural and Natural Resource Sciences- University of Minesota.

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