1

Para Blocos, Telhas, Capas para Lajes, Tubos Cerâmicos.

A SECAGEM Introdução.

No Capitulo 1 foi abordado o diagnóstico da matéria prima para Indústrias da Extrusão. Sua caracterização, os ensaios, sua interpretação. No Capitulo 2 foi a vez da extração, a metodologia de gerenciamento de cavas, dos veios das cavas, a formação dos lotes, o sazonamento. No capitulo 3 abordamos o Lay out da Preparação de Massa, com ou sem laminadores, com ou sem moagem, total ou parcial, os procedimentos de dosagem, as corridas de produção experimental. No capitulo 4 abordamos a extrusão, caracol, camisa, freios, vácuo, consistência da massa, perfil das velocidades de extrusão. No capitulo 5 abordamos a formação dos blocos, capas para lajes, tubos, telhas. No presente capitulo abordaremos o Diagrama de Secagem (Temperatura e Umidade Relativa), o Ponto Critico de Bigot, o Secador Contínuo com Auto-Viajantes, a secagem como “gargalo” da produção, a desvantagem dos secadores ultrapassados, o custo da produção não produzida, o custo da produção produzida e perdida. SECAGEM: OPERAÇÃO UNITARIA CHAVE DAS INDÚSTRIAS DA EXTRUSÃO. A utilização de teores de água elevados constitui característica típica das Indústrias da Extrusão (16 a 26 %, dependendo das matérias primas, magras ou plásticas) O uso de quantidades comparativamente grandes de água está associado com a produção de formas complexas. Acarreta a necessidade de secar grandes quantidades de água. Portanto a secagem constitui um importante gargalo produtivo. A secagem ineficiente diminui a produção. Aumenta as perdas. O modelo de secador impõe um diferencial de custos entre as empresas.

CONCEITOS BÁSICOS DA SECAGEM: Objetivo: aquecer com ar saturado morno antes de secar.

Um dos conceitos fundamentais da secagem é que estamos proibidos de aplicar calor seco sobre a peça úmida fria. Fazer isso acarreta fatalmente em secar a “casca” externa de modo preferencial (Fig. 1). Retrair por fora sem retrair por dentro significa trincar.

É indispensável aquecer a peça por dentro antes de secar. No Secador Contínuo isso se consegue com saturação morna na entrada. Um Diagrama de

2 Secagem é requerido. São os Gráficos de Temperatura e UR (Umidade Relativa). O Diagrama de Secagem está para o Secador como o Diagrama de Queima está para o Forno. É a base do Processo. DIAGRAMA TERMO-HIGROMETRICO ( DIAGRAMA DE SECAGEM ) A figura 2 mostra a forma do Diagrama de Secagem para o Secador Túnel Contínuo com Ventiladores Auto-Viajantes. Considerado o secador de modelo mais avançado das Indústrias da Extrusão. As variáveis que controlamos na secagem são:

1) a Temperatura do ar 2) a Umidade Relativa do Ar ( % UR ), 3) a massa a secar em toneladas hora e 4) o teor d'água do material na entrada e saída.

A entrada e a saída do Secador Contínuo correspondem ao início e o fim de uma secagem por Lotes (em Estufas ou em Galpão Coberto). Mas a correspondência não é perfeita.

TERMOS UTILIZADOS: UMIDADE RELATIVA, SATURAÇÃO, PONTO DE ORVALHO. Existem conceitos que o profissional da industria da extrusão precisa utilizar no domínio do processo. O conceito de Umidade Relativa com relação à Saturação, por ex. Dentro do secador temos Ar Seco, Ar Úmido, Ar Saturado. Na saída do secador túnel contínuo temos ar seco com umidade relativa baixa. Na entrada temos ar úmido com umidade relativa elevada perto da saturação. A Saturação é o máximo de umidade que o ar úmido pode comportar sem condensar. Quando atingimos a Saturação1 estamos no Ponto de Orvalho2 ou Ponto de Condensação. Condensar é formar gotas.

O ar úmido não saturado é transparente (não possui gotas). Quando aumentamos a carga d’água fica sobre-saturado3 e separam-se gotas. Uma névoa é uma suspensão de gotas em ar saturado. Quando observamos uma névoa o que vemos são as gotas. O vapor de saturação não é visível. Costumamos imaginar como vapor o que é visível. Isso não é correto. O visível é a névoa. O verdadeiro vapor é invisível.

Durante a noite a temperatura cai. A atmosfera atinge a saturação. Nesse momento condensa vapor que durante o dia permanecia invisível. Desce o

1 Ar Saturado é ar com 100 % de Umidade Relativa. Dictionary of Scientific and Technical Terms. 2 Ponto de Orvalho é a temperatura na qual o vapor de água começa a condensar, Dictionary of Scientific and Technical Terms, Editora Mc Graw Hill, New York.. 3 Fica com mais umidade que a saturação.

3 chamado “sereno”. Uma tênue névoa noturna se deposita sobre a grama. O sereno se acumula em gotas de orvalho. Ao cair a temperatura o ar comporta menos umidade. O ar atmosférico fica saturado por resfriamento Atinge o “Ponto de Orvalho”. Condensar é transformar vapor (gasoso) em gotas (líquidas).

Durante uma tempestade pode acontecer o encontro de uma massa de ar quente muito úmido com uma massa de ar frio. O resfriamento da massa de ar úmido provoca abundante condensação de gotas onde minutos antes só existia transparência. A atmosfera passa rapidamente da transparência não saturada para as nuvens negras da tempestade, pós-saturação. A escuridão da tempestade é simplesmente uma enorme massa de gotas que acabam de separar-se do ar transparente. UMIDADE RELATIVA: CONCEITOS. A Umidade Relativa de 100 % é definida como o limite máximo de conteúdo de umidade que o ar pode comportar. Quanto maior a temperatura, mais umidade comporta o ar. A saturação é uma referência. Em 100 % se inicia a condensação para qualquer temperatura que seja. A Umidade Relativa do ar (U.R) vai de zero a 100%. 100% é o máximo de vapor invisível que o ar pode sustentar antes de formar névoa visível.

Mede-se U.R. com Higrômetros, que são instrumentos de controle do Secador. O mais simples dos higrômetros é o termômetro de Bulbo Seco - Bulbo Úmido. Possui dois termômetros. Um termômetro dentro de uma estopa molhada. Caso a umidade relativa do ar esteja abaixo de 100%, o bulbo úmido sentirá os efeitos da evaporação. A temperatura do mercúrio vai cair como resultado da evaporação, acusando a capacidade de secagem do ar não saturado. A diferença entre as temperaturas do bulbo seco e do bulbo úmido se usa para medir a UR do ar4. Existem outros modelos mais sofisticados. Um higrômetro é necessário.

Também o nosso corpo sente a UR do ar. O suor refrigera nossa pele retirando dela calor ao evaporar-se. Numa sauna seca o controle interno de temperatura do corpo funciona evaporando intensamente. Numa sauna úmida a pele fica molhada. A refrigeração do corpo cessa totalmente de funcionar. A saturação que prevalece na sauna úmida força o aquecimento do corpo sem permitir evaporação. É exatamente o que desejamos que aconteça com o material estrudado verde. Que aqueça por dentro antes de evaporar por fora. Que não ocorra retração por fora antes de aquecer por dentro. A entrada numa sauna úmida embaça o nosso óculos e aquece a nossa pele molhada. É o que desejamos para o material na entrada do secador contínuo: que aqueça sem secar. Que não trinque.

O Diagrama de Secagem desejado (Fig. 2) pode portanto ser descrito com as seguintes palavras: “começamos aquecendo na quase saturação, sem secar,

4 Não confundir UR, de 0 a 100 %, com teor de água da massa verde, de 16 a 25 %.

4 depois passamos de sauna úmida para sauna seca” . Isso é a finalidade dos gráficos Termo - Higrômetricos. Um gráfico com a temperatura subindo. Outro com a UR caindo. Traduzidos em palavras, os gráficos dizem o seguinte: “passamos de sauna úmida morna para sauna seca quente”. “Passamos da quase saturação na entrada para a UR quase zero na saída.”

Quando sopramos uma peça úmida fria com ar quente seco, trinca imediatamente. Quanto mais argila e menos magros, mais trinca. Quanto mais água em verde, mais trinca. Agora sopramos a mesma peça com um poderoso ventilador Auto - Viajante, na entrada de um secador contínuo. Nenhuma trinca acontece. Por que? Por que dirigimos ar saturado morno sobre uma peça fria, para aquecer sem secar. Não há como trincar.

SECAGEM CRÍTICA E NÃO CRÍTICA. Figuras.3 e 4. A curva Retração - Teor d'água e conhecida como Curva de Bigot. Ilustra um comportamento fundamental: a massa argilosa seca primeiro retraindo, depois seca sem retrair. A umidade pode ser retirada após o ponto critico sem provocar retração alguma !! A curva mostra que existem duas Fases Operacionais na Secagem: a secagem crítica e a não critica. A 1a secagem é a Critica porque os poros da massa mole encolhem livremente. No ponto critico as partículas atingem o contato. A partir do ponto critico os poros se esvaziam de água sem retrair e estamos em Secagem Não Crítica”. (Vide FIG.4) FIG. 4 OS POROS ANTES E DEPOIS DO PONTO CRÍTICO.

Em preto: água nos poros. Tracejado: partículas. Em branco: ar nos poros. 1 Poros encolhendo. 2 Partículas encostadas. 1 Retração acontecendo. 2 Secando sem retrair. 1 Secagem critica 2 Secagem não critica.

A RETRAÇÃO DE SECAGEM DOS MAGROS E PLASTICOS.

Os magros freiam a retração de secagem. A massa dura freia a retração de secagem. Os taguás de alto teor de argila aumentam a retração de secagem. O chamote moído abaixa a retração de secagem. Os não plásticos moídos abaixam a retração de secagem (mais detalhes, nos Capítulos 1, 2 e 3).

Acaba aqui a apresentação dos Conceitos Básicos da Secagem. Vamos agora aplicar os conceitos aos Equipamentos.

5

TIPOS DE SECADORES.

CLASSIFICACAO: SECADOR TÚNEL A) Em Contínuo B) Em Semi – Contínuo. SECAGEM POR LOTES. C) Em Estufa. D) Lotes ao Ambiente.

A) SECAGEM CONTINUA: SECADOR TÚNEL: • Ponto Chave: o material se movimenta. • Diagrama de Secagem em Regime. Sistemas construtivos: • Com Trilhos, Vagonetas, Transferidores. • Com Canais distribuidores de calor e Registros reguláveis. Ventiladores: 1) com Ventiladores Auto-Viajantes (é o sistema moderno) 2) com Ventiladores Fixos (este sistema é ultrapassado).

B) SECAGEM SEMI-CONTÍNUA EM SECADOR TÚNEL:

Possibilidades: 1) Operando em contínuo 7 dias por semana X 21 h ( 3 hrs de pico). 2) Operando em contínuo 5 dias por semana X 21 horas ( 3 hrs de pico + 48

horas de parada durante o fim de semana). 3) Operando em contínuo 1 ou 2 turnos durante o dia, virando estufa durante

a noite. Secando lote durante a noite. • Ponto Chave: operar em semi-contínuo não é o correto. • o material se movimenta uma parte do tempo apenas. • O Regime (o Diagrama de Secagem) existe uma parte do tempo.

A noite o Túnel vira Estufa (este procedimento é ultrapassado)

C) SECAGEM POR LOTES: • Ponto Característico: o material NÃO se movimenta • Operação Intermitente. Cada Lote é uma secagem conduzida.

6 • A temperatura aumenta gradativamente no lote como um todo. • Não existe como garantir a saturação nas entradas de calor. • Não existe Regime. Sistemas Construtivos: 1) Lotes Confinados em Câmaras (chamadas de Estufas). 2) Lotes Não Confinados, sob Galpão Coberto, secando ao Ambiente. • Com adutores de calor, exaustores do forno. • Com ou sem distribuidores de calor reguláveis.

Sem a menor duvida o modelo mais avançado que existe é o Secador Túnel com Ventiladores Auto-Viajantes. Vamos descrever o secador de modelo mais avançado como base para analisar o funcionamento dos outros. A) SECAGEM CONTÍNUA. SECADOR TÚNEL COM AUTO-VIAJANTES

(FIG.5 Sistema Construtivo. FIG. 6 Registros de Regulagem).

FIG. 5 SISTEMA CONSTRUTIVO DO SECADOR TÚNEL As setas mostram:

1: o sentido de avanço da massa verde 2: o avanço e retrocesso dos Auto-Viajantes 3: a rápida re-circulação transversal local dos Auto-Viajantes 4: o lento Movimento Geral contracorrente do Ar

Sistema construtivo: 1) Um ou mais túneis com trilhos. 2) Vagonetas se movimentam da entrada para a saída. 3) Ar quente se movimenta da saída em direção à entrada. 4) Ventiladores Auto-Viajantes se movimentam por trechos ida e volta. 5) Canais distribuidores de calor por baixo dos Auto-Viajantes. 6) Aberturas com Registros Reguláveis 7) São regulados de menor a maior ao longo do avanço. 8) O calor entra pelos registros. 9) A umidade sai pelo exaustor de ar saturado (entrada de verde). 10) A entrada do túnel é morna e úmida 11) A saída é quente e seca.

A Figura 5 mostra o Túnel por dentro e os seus Registros de Regulagem.

FIG. 5 REGULAGEM DOS REGISTROS DO SECADOR TÚNEL. 1: Exaustor de Forno 2: Aberturas de injeção de calor com registros reguláveis

7 3: Auto-Viajantes por cima das aberturas 4: Exaustão de umidade de entrada.

VENTILADORES AUTO-VIAJANTES.

É o sistema de ventilação mais eficiente que existe. Não se perde energia elétrica em ventiladores fixos, que ventilam alguns pontos em demasia e deixam outros pontos sem atender. O ventilador Auto-Viajante atende todo o volume do túnel, em todos os pontos por igual. Produz uma re-circulação intensa na seção transversal do túnel e por dentro dos vazados do material. Nenhum volume do túnel escapa da ação dos Auto-Viajantes. Por baixo e por cima ventilam em sentidos opostos produzindo re-circulação transversal. Em cada ponto do seu percurso o auto-viajante opera com a UR e a temperatura que corresponde a esse ponto exato no diagrama térmico progressivo. Re-circulação longitudinal não é desejada. Existe um lento movimento longitudinal de ar, dirigido da saída para a entrada do túnel. É impulsionado pela injeção de ar quente seco através dos registros reguláveis. É puxado pela remoção de ar morno saturado saindo no pequeno exaustor localizado na entrada do material verde.

FLUXOS EM CONTRACORRENTE DO SECADOR CONTÍNUO. O ar cai em temperatura e aumenta em UR ao longo do seu percurso contracorrente, em direção à entrada do verde. Dois fluxos de massa avançam dentro do túnel em direções opostas. O regime se estabelece quando uma coluna completa de vagonetas carregadas de material úmido avança contra um fluxo de entrada de ar quente seco. O ar perde temperatura e aumenta de UR a medida que encontra a coluna de material cada vez mais verde. O movimento contracorrente espontaneamente estabelece o Diagrama em forma de X como mostra a Fig. 2.

CALORIAS REQUERIDAS PELO SECADOR. A massa de material estrudado que avança equivale a um certo fluxo de toneladas de água por dia. Essas toneladas correspondem a uma quantidade de calor bem definida (Kcal / dia), que deverá necessariamente entrar pelos canais injetores de distribuição. Existe uma equivalência entre calorias requeridas e as toneladas de água evaporadas. A equivalência tem como base o Calor de Evaporação da Água λ 5 ( λ = 580 Kcal / Kg) Conforme a eficiência de cada modelo, os secadores consomem algo a mais (ou bem mais ?) do que o valor de evaporação teórico. Por exemplo, consomem de 600 a 900 Kcal / Kg ( ou até 1100 Kcal / Kg ?). O consumo real de um secador acima do calor de evaporação teórico da água é uma clara indicação do seu custo de secagem maior. As calorias requeridas para evaporar estão entre os maiores custos de uma empresa. O 5 Calor Latente de Evaporação. É a quantidade de calor que se utiliza para vaporizar, ou seja, transformar um 1 kg de água líquida em 1 kg de água vapor. Não confundir com o calor sensível, que é o calor que se utiliza para aquecer (água ou massa).

8 rendimento do secador em Kcal / Kg de água evaporada, é assunto de importância gerencial macro para o Empresário.

O CICLO DA SECAGEM ( EM HORAS).

Fundamental para a produção e para o faturamento da Empresa, o ciclo varia entre 24 e 48 horas (ou entre 20 a 60) dependendo de fatores mencionados a seguir. Os Auto-Viajantes e a Velocidade de Secagem. Os Auto-Viajantes são ventiladores de impressionante eficácia. Quando eles são instalados num túnel antigo equipado de secadores fixos, reduzem de maneira importante o tempo de entrada a saída, denominado “Ciclo de Secagem”. Nenhum produto seca em menos horas que aquele que seca com um vento forte que se repete a cada minuto. O Teor dos Magros e a Velocidade de Secagem. Massas com teor excessivo de argila apresentam poros muito fechados para secar. Só conseguem ser secas em 50 a 60 horas. Massas ricas em magros e não plásticos moídos podem ser secas em 24 horas, as vezes em 20. Entre tais extremos (de 20 a 60 hrs) se encontram os ciclos reais dos secadores. Atrás dos ciclos demorados vão-se embora as capacidades produtivas das empresas. A Orientação dos Vazados e a Velocidade de Secagem. A distribuição da carga influi na velocidade do ar. A carga não deve constituir uma muralha para o vento. Os elementos vazados devem estar orientados na direção do vento. Este fato afeta o projeto do secador. O secador contínuo para tubos, por exemplo, tem Auto-Viajantes horizontais que sopram na vertical. A REGULAGEM DOS REGISTROS DO SECADOR TÚNEL. (Fig. 6) : Regular o secador contínuo significa implantar e ajustar o Diagrama. Entrar no túnel paquímetro em mão para verificar onde se encontra o Ponto Critico. É mais simples do que parece medir a dimensão do produto vagoneta por vagoneta dentro do túnel. Lá pela metade ou 1/3 do túnel, o encolhimento cessa. Estamos agora dentro do túnel no lugar exato onde a umidade passa pelo Ponto Critico. Significa que daqui para trás se encontra a “Zona de Secagem Critica”. Daqui para diante estamos na “Zona de Secagem Não Critica”. Marcamos no chão a posição do ponto critico. Daqui para trás temos que ser muito cuidadosos com a abertura dos registros. Daqui para frente podemos ser bastante generosos com o calor forte. A abertura dos registros aumenta da entrada para a saída. Graficamos o

9 encolhimento da massa verde nas estações, a posição do Ponto Critico, a Abertura dos Registros ao longo do Túnel como na Tabela 1: Tabela 1. VISUALIZAÇÃO DO ENCOLHIMENTO, VAGONETA POR VAGONETA

Vago-neta Num:

Dimensão do Bloco,

mm

Encolhimento nesta vagoneta

Encolhimento Acumulado

Comentários: Regulagem dos Registros

1 260 mm nada 0 mm Aquecendo na saturação 2 258 mm 2 mm 2 mm Não precisa registro 3 257 mm 1 mm 3 mm 4 255 mm 2 mm 5 mm Registro apenas aberto 5 253 mm 2 mm 7 mm 6 251 mm 2 mm 9 mm 7 247 mm 4 mm 13 mm Aqui retrai rapidamente 8 244 mm 3 mm 16 mm Cuidado aqui c/o registro 9 242 mm 2 mm 18 mm

10 240 mm 2 mm 20 mm Na metade do secador: Já encolheu tudo o que tinha para encolher

11 PONTO CRITICO DE BIGOT 12 Acabou 13 o 14 Encolhi- 15 mento: Agora somos livres de abrir

os registros e secar forte 16 17 Continua 18 Secando 19 20 240 mm

REGIME, “EQUILÍBRIO DINÂMICO”. Entrar em regime significa que o Diagrama de Secagem se estabiliza. O Diagrama é o resultado do equilíbrio dinâmico entre dois fluxos em contra - corrente. O Diagrama será estável, sob condição que os fluxos contra - corrente sejam estáveis. É só garantir constância do teor d'água de entrada de material para garantir a constância de saída. AJUSTE DA RETIRADA DA UMIDADE COM HIGRÔMETRO. Queremos 1º aquecer sem secar. Queremos portanto quase saturação na entrada. Existe uma retirada correta de umidade: exatamente a água que entra com o verde. Se aspiramos em demasia, levaremos para fora do secador ar quente não saturado. Isso seria como jogar dinheiro fora. Também não queremos condensação encima do material verde (UR 100 %). Queremos ambiente muito

10 úmido, quase saturado. Queremos UR 98 a 99 % na entrada. O higrômetro permite encontrar o equilíbrio certo entre a entrada d'água e a saída de umidade. Não se pode operar um secador sem um higrômetro. Não é possível operar “a olho”. A água entra com o verde e a umidade sai com ar saturado. Diferente do ar, que se movimenta em contracorrente, a água entra e sai pela região da entrada. EXAUSTORES, DOSAGEM DE AR QUENTE Os exaustores de calor dos fornos são os injetores de calor do Secador. O Registro de dosagem controla a mistura de ar quente do forno + ar frio do ambiente, tal vez num valor por volta de 140 oC conforme seja requerido para atingir menos de 1,5 % de umidade residual. Mistura-se ar do forno e ar do ambiente de modo a manter constantes as temperaturas de referência dentro do secador. O registro geral do exaustor controla a vazão global da mistura. A vazão pode ser medida com tubo de PITOT6. E dai...

à vazão de ar quente (m3 / hr.) + temperatura do ar quente à Fluxo de Calorias hora7 à Teor d'água na massa à Toneladas água-hora, na massa à à Consumo do secador em Kcal / Kg de Água Evaporada, • Poder Calorífico do Combustível, Kcal / Kg (vide capítulo 8) à à consumo de combustível que equivale ao secador • Custo do combustível à R$ de custo de Secagem por tonelada.

O PARQUE DE ESTOQUE DO SECADOR CONTÍNUO. Fig. 7: TRILHOS DE SERVIÇO PARA OPERAR EM CONTÍNUO. Princípio fundamental da operação em contínuo é a carga horária de água constante. É fundamental que não mude durante as 24 horas do dia nem durante os 7 dias da semana. Para obter as enormes vantagens da operação continua, é rentável um parque de estoque para 44 horas. O preço a pagar pela operação continua total é o capital de giro em vagonetas para cobrir desde o sábado às 11 horas até a 2a feira às 7 horas. O secador contínuo tem trilhos de serviço onde se acumula material verde de 2a a 6a. Na 2a feira os trilhos estarão cheios de material seco. A quantidade das vagonetas necessárias se calcula pelo número de peças consumidas pelos fornos durante o fim de semana (desde o fim da operação da maromba até a retomada da extrusão) Os trilhos de serviço precisam de um túnel de serviço sem Auto-Viajantes. Sua finalidade é proteger o material seco contra a reabsorção de umidade.

Analisamos a situação das empresas que estão preparando a operação contínua total sem ainda dispor de vagonetas em número suficiente. Quanto mais 6 Tubo de PITOT Fornecedor: Casagrande. (Como usar: Perry and Don Green, 1997, Chemical Engineer’s Handbook) 7 um dado bem melhor que o calor de evaporação teórico.

11 contínua possa ser a escalação dos turnos dos funcionários, menor será o número requerido de vagonetas. Funcionários que estejam dispostos a trabalhar em revezamento podem dar uma contribuição importante para a nova conquista da sua empresa. Nem sempre porém é possível ter colaboradores tão comprometidos com o sucesso da empresa. A alternativa temporária é o funcionamento semi-contínuo. B) O SECADOR TÚNEL EM FUNCIONAMENTO SEMI-CONTÍNUO. Temos duas situações de gravidade diferente:

1) falta de vagonetas para os trilhos de serviço 2) falta de vagonetas dentro do túnel.

Quando faltam vagonetas para os trilhos de serviço, são necessárias horas extras para manter o túnel abastecido cheio. Se as horas extras não forem feitas teremos o túnel semi vazio. Quando o túnel fica meio vazio equivale a operar com um ciclo mais curto. Um túnel meio vazio não da conta de secar. Sai material com 3 – 4 - 5 % de umidade residual. Se faltarem vagonetas, peças podem chegam a sair do secador escuras (parcialmente verdes). SECADORES QUE OPERAM EM CONTÍNUO DURANTE O DIA. ESTÁTICOS DURANTE A NOITE. Trata-se de um caso particular de funcionamento misto. A carga se movimenta quando funciona a extrusão. A carga se movimenta no túnel durante o dia. Fica estática durante a noite enquanto a maromba não funciona. A capacidade de secagem aumenta durante a noite, quando cessa de entrar água no secador. Também durante a noite o diagrama térmico deixa de existir. O túnel inteiro se transforma em estufa durante a noite, com a UR baixa e a temperatura alta. No dia seguinte quando a maromba retoma o trabalho, as primeiras vagonetas de verde frio entram numa entrada de túnel que agora se encontra com o calor seco que corresponderia a uma saída. O túnel que opera durante a noite como estufa reinicia a operação com tendência a trincas. O mesmo acontece com o túnel que fica parado durante o horário de pico da energia elétrica. Todo secador contínuo que fica parado passa a funcionar como uma estufa. As temperaturas e umidades se misturam. O Diagrama de Secagem desaparece. TRATAMENTO DAS VAGONETAS. . O Secador Contínuo possui imensas vantagens e uma grande desvantagem: as vagonetas enferrujam. Precisam ser protegida contra a corrosão. As vagonetas são protegidas: 1) por imersão em óleo, 2) por zincagem em banho de zinco metálico fundido. A zincagem pode custar tanto quanto a vagoneta de aço. A duração da vagoneta se estende em muito mais de 100 %.

12

SECADORES DE MODELOS MENOS AVANÇADOS:

C) A ESTUFA. A estufa como um todo é conduzida aumentando gradativamente a temperatura. Mas a Umidade Relativa do ar não é conduzida. Apenas a temperatura é conduzida com uma planilha. A Estufa possui entradas de calor. Infelizmente o material frio úmido colocado perto das entradas de ar quente seco inicia a sua secagem sem saturação morna, em contra de tudo que é correto. Visto que iniciamos com calor seco, é lógico que aconteçam trincas perto das entradas de calor. Isso não ocorre com o secador contínuo. Uma estufa estática sempre dará mais perdas (aprox. 5%) comparadas ao secador contínuo ( 0,5 % ). Isto é uma diferença competitiva de 4,5% de custo a favor da empresa que tenha secador contínuo. Quem não meça as suas perdas de secagem e não verifique o valor do seu consumo (perto de 600 ou de 1100 Kcal / Kg?), não ficará sabendo que está com custo maior. Uma empresa pode passar a vida inteira operando com uma estufa que aumenta os seus custos e não saber ! D) A SECAGEM AO AMBIENTE DENTRO DE GALPÃO COBERTO. Podemos ter uma “estufa sem paredes”, digamos assim. O espaço ambiente dentro do galpão pode ser imaginado como uma “estufa” e ali secar em 5 dias em vez de secar em 24 horas. A estufa sem paredes não está confinada e naturalmente perde parte do seu calor pelo telhado afora. A perda de calor não parece preocupar aos que optam por este sistema. Alguns consideram que o calor recuperado já está perdido. Mais adiante vamos fazer umas contas para mostrar que custa 40 % mais ou menos da despesa total de combustível.

Na Secagem ao Ambiente temos Exaustores que aspiram o calor dos fornos. Misturam ar quente e ar frio com registros reguláveis. Injetam o calor através de canais distribuidores de calor. Existem pequenas aberturas injetoras nos canais, soprando dentro das pilhas de material úmido. Naturalmente, quebram as peças molhadas próximas das bocas de calor seco. Também neste caso é violada a regra de iniciar a secagem com saturação morna. O resultado de transgredir as regras são pilhas de quebras perto das bocas injetoras de calor. Quanto mais argila, maiores são as perdas. As quebras são retiradas, apostando que os outros concorrentes também tenham perdas. O que as vezes acontece realmente. O fato de que os outros utilizem processos primitivos não justifica fazer o mesmo. Algumas fábricas operam com Secador Túnel em Regime Contínuo total. Resultado: eles quase não tem quebras de secagem para computar.

Na Secagem ao Ambiente é normal demorar uns 5 dias para secar. Um túnel seca em 4 turnos mais ou menos, se não em 3. A Secagem por Lotes é o sistema

13 de secagem mais simples que existe depois de secar ao sol. Por falar nisso, secar ao sol é o primeiro sistema que o homem pré-histórico conheceu. Nenhuma secagem está mais fora das regras do que secar ao sol. Ali não pode existir saturação morna. Os que secam ao sol poderiam cobrir com palha, para formar um ambiente saturado ao redor das peças verdes frias antes de iniciar a retração.

CONDUÇÃO DA SECAGEM POR LOTES. Com cuidado e com conhecimento, a secagem por lotes pode ser conduzida com bom senso. Uma boa condução tenta se aproximar do que seria o diagrama térmico de um secador túnel contínuo. Comparando a Fig. 2 (Diagrama Termo Higrométrico em Contínuo) com a Fig. 8 (Condução da Secagem por Lotes), verificamos que existem “analogias de boa intenção”. O Lote pode ser conduzido passando por temperaturas progressivamente maiores. O primeiro dia do lote tenta “imitar” a entrada morna do túnel. O 5º dia do lote procura imitar à saída quente do Túnel Contínuo. A progressividade da temperatura é possível. A progressividade da Umidade Relativa, nem tanto. As regras básicas da secagem são violadas nas bocas de injeção de ar quente. O 1º dia da Secagem por Lotes não dispõe de uma verdadeira saturação morna, como no Túnel com os Auto-Viajantes. As quebras computam a diferença entre os dois processos. O que foi idealizado como um sistema de secagem “barato”, “com pouco investimento”, na verdade é um sistema com maiores perdas (5% a mais aproximadamente) e portanto, com maiores custos para toda a vida. Quebrar mais peças e demorar 5 dias para secar perdendo calor pelo telhado não é competir eficazmente. A SECAGEM AO AR LIVRE. A ECONOMIA ILUSÓRIA. As empresas que adotam um sistema moderno de secagem, imediatamente experimentam sensíveis melhoras de perdas e de custos. É muito grande o diferencial de custos entre empresas que operam com secadores diferentes. .

O autor teve oportunidade de acompanhar de perto dois casos de Modernização. A 1º unidade tinha uma Secagem ao Ambiente. Foi construído um Túnel Contínuo. O resultado foi a redução de umidade residual de 3,5 % para 1%. Dai resultou uma economia de nada menos que 30% no consumo de lenha, a maior despesa da empresa. O fabricante passou para uma posição competitiva confortável.

O 2º caso de Modernização era um Túnel com enorme quantidade de Ventiladores Fixos. Totalizava um exagero de cavalos inúteis. Todos esses motores inúteis foram substituídos por uma pequena quantidade de Auto-Viajantes com motores bem menores, secando muito mais que antes. Dezenas do motores foram aposentados como ferro velho. A conta de energia elétrica (KWh) foi drasticamente cortada na hora mais critica da falta de Energia Elétrica. A empresa

14 aumentou sua produção num momento em que todas as outras encolhiam. Comparado com os Ventiladores Fixos, a economia de energia elétrica dos Auto-Viajantes é um fato. Também o aumento de capacidade de secagem é um fato. A aceleração da velocidade de secagem do Auto-Viajante com relação ao fixo é certa. A ronda que faz o Auto-Viajante é mais eficaz.

DEFEITOS QUE SE MANIFESTAM APÓS SECAGEM:

TRINCAS. Vide Capítulo 1. São devidas a excesso de plasticidade, falta de magros, massa mole, excesso de água, início da secagem sem saturação morna. RESISTÊNCIA EM CRU. Pesquisas modernas na Europa mostram que a resistência em cru do material seco depende da temperatura de secagem. Secando com volumes maiores a temperaturas mais baixas se obtém resistência em cru mais elevada. DEFORMAÇÕES: Não há como gerar curvaturas numa peça ventilada por igual em todas direções. Acontecem curvaturas marcantes na secagem natural dos tubos em pé. Exemplo típico da deformação da peça por assimetria das correntes de ar. Conjuntos grandes de tubos que secam ao ambiente, necessariamente secam por secagem lateral. O lado que está exposto ao ar retrai, o lado oposto fica verde. O resultado é uma violenta curvatura côncava na direção da secagem assimétrica. Secar um tubo lateralmente é uma transgressão às regras. O correto para um tubo é a secagem axial com ventilação forçada pelo lado interno do tubo. Falta de sazonamento provoca variação das velocidades de extrusão momento a momento. A preparação de massa com projeto inadequado causa variação. O secador de blocos coloca em evidência as variações da densidade aparente (velocidades instantâneas de extrusão) que se originam das fases anteriores do processo, resultando em deformações “aleatórias”.

PROJETO DE SECADORES INDUSTRIAIS:

Um secador não é um equipamento que possa ser improvisado. Deve ser projetado por construtores especialistas. Utiliza métodos de cálculo da Engenharia. O Projeto envolve fluido-dinâmica (fluxo de ar em canais retangulares) projeto dos canais de distribuição, dos defletores, dos ventiladores, registros, projeto da vazão, medição de vazão, balanço térmico, entalpia, calor latente de evaporação, calor sensível, diagrama psicrométrico, cálculo das quantidades de calor requeridas, transformadas em vazões de ar quente, balanços de massa. Na bibliografia citamos um conhecido Manual de Engenharia que se utiliza para estes cálculos, o “Perry”.

15 OS CUSTOS DA SECAGEM.

Para quem trabalha com calor recuperado dos fornos, os custos da secagem estão escondidos dentro da conta de combustível dos fornos. Sobra calor dos fornos intermitentes, não sobra calor dos contínuos. Os intermitentes permitem alimentar os secadores com calor recuperado. As calorias que vem dos fornos certamente tem um custo. O calor recuperado não é grátis: o importante é calcular quanto custa. Uma parte considerável da despesa de lenha dos fornos intermitentes é calor de secagem. Deveria ser lançada como custo de secagem e não como custo de queima. A vazão dos exaustores pode ser medida, computada em calorias e em dinheiro. A seguir damos uma idéia de quanto custa secar. Utilizamos para este cálculo o calor de evaporação teórico, sabendo que o consumo real do secador é maior. CONCEITO DE CALOR SENSÍVEL8 E DE CALOR LATENTE9. Para se ter uma idéia do consumo do secador analisamos brevemente uma característica física da água denominada “Calor Latente de Evaporação”. Para efeitos do que nos preocupa, vamos diferenciar dois conceitos: 1) Calor Latente de Evaporação da Água λ ( λ = 580 Kcal / Kg)

Chamado “latente” porque transforma água líquida a 100 oC em vapor de água a 100 oC. É consumido sem variação de temperatura.

2) Calor Sensível utilizado para aquecimento. Denominado “sensível” porque provoca variação de temperatura que se “sente” no termômetro. O calor requerido para aquecer é calor sensível. Calcula-se a partir de uma característica física de cada material, denominada “Calor Específico do Material” - Cp. O calor especifico nos informa quantas quilo – calorias (Kcal) são requeridas para aumentar em um grau centígrado, a temperatura de 1 Kg de cada material. Água requer Cp = 1 Kcal / Kg oC. A massa argilosa requer 0,224 Kcal / Kg oC. Aquecer água portanto requer 5 vezes mais calorias que aquecer massa argilosa base seca !!

COMPARATIVO DO CALOR SENSÍVEL E CALOR LATENTE. A seguir vamos calcular a quantidade de calor que utilizamos para aquecer 1 Kg de argila de 30 oC até 1000 oC. Vamos comparar o valor achado contra a 8 Calor Sensível: calor utilizado para aumentar a temperatura . 9 Calor Latente de evaporação, calor utilizado para evaporar água, não para aumentar temperatura.

16 quantidade de calor requerida para aquecer 1 Kg de água de 30 oC até 100 oC e evaporar. O resultado será uma surpresa para vocês como foi para o autor a 1a vez. Símbolos utilizados: Qs Calor Sensível. (Kcal) QL Calor Latente (Kcal). Qs (H2O) = calor sensível requerido para aquecer 1 Kg de água de 30 a 100 oC Massa de água = m = 1Kg; Calor específico da água = Cp (H2O) = 1 Kcal / Kg oC Temperatura inicial e final = t1 e t2 oC Qs (H2O) = m Cp (H2O) (t2 – t1) = 1 Kg x 1 Kcal / Kg oC x 70 oC = 70 KCal QL H2O = calor latente para evaporar 1 Kg de água = 580 Kcal /Kg Secar =Aquecer água + Evaporar =Qs (H2O) + QL (H2O) =70 + 580 = 650 Kcal/ Kg Qs (Argila) = calor sensível para aquecer argila de 30 a 1000 oC Calor específico da argila Cp (arg) = 0,224 Kcal / Kg oC (Handbook PERRY) = m . Cp (arg) (t2 – t1) = 1 Kg x 0,224 x 970 oC = 217 Kcal/Kg Resultado inesperado. Gastamos menos calorias para aquecer 1 Kg de massa seca até 1000 oC do que para aquecer 1 Kg de água até 100 oC e evaporar. O calor de evaporação da água é muito elevado! COMPARATIVO ENTRE SECAR E QUEIMAR. Queimar consome algo mais do que 217 Kcal/Kg. Queimar significa não apenas aquecer, mas também manter o material durante determinado número de horas na temperatura máxima. Significa fornecer combustível para cobrir as perdas de calor que acontecem durante essas horas. As perdas de calor a 1000 oC são bem maiores que as que acontecem na secagem a 100 oC. Por isso incluiremos um coeficiente de perdas que será maior para o forno. O consumo do forno durante o patamar pode ser medido. A medição real deverá dar entrada no cálculo neste ponto em vez de estimar um coeficiente de perdas. Continuamos com a nossa comparação. Referimos as contas a 1 Kg de massa verde úmida. Suponhamos que 1 Kg contenha 75 % de sólidos e 25 % de água. Nesse caso as contas são como segue: Secar: 650 Kcal/Kg x 0,25 Kg de água por Kg de Massa verde x perdas 1,2 = = 195 Kcal para secar ....a água contida em 1 Kg de massa verde. Queimar: 217 Kcal x 0,75 Kg de massa seca por Kg de Massa verde x perdas 1,5 = = 244 Kcal para queimar ...a massa contida em 1 Kg de massa verde

17 Surpresa: secar e queimar são duas despesas da mesma ordem de grandeza ! Total para secar e queimar: 195 kcal secar + 244 kcal queimar = 439 kcal. A conta de combustível da nossa fábrica será proporcional a soma dos dois calores, secar e queimar.

Secar = 195 Kcal/Kg, representa 44 % sobre 439 Kcal/Kg. Queimar = 244 Kcal / Kg, representa 56 % sobre 439 Kcal/Kg

Conclusão: secar representa aproximadamente 44 % da energia térmica total. Secar representa aproximadamente 44 % da conta do combustível da fábrica como um todo. Se o secador consumir 1100 Kcal em vez de 600, o custo da secagem será ainda maior. As contas se refazem caso a caso para o consumo real do secador. Esta é a importância da secagem em termos de custos da empresa. TEOR DE ÁGUA RESIDUAL FORA DE CONTROLE: ACIDENTES NA SECAGEM: ADMINISTRAÇÃO EM APUROS. A capacidade de secagem é crítica para a empresa. Se faltar capacidade, aumenta a umidade residual. Cai a resistência mecânica em verde. Aumenta a quebra de carga de forno em cru. Entram no forno peças escuras, meio verdes. Estouram as peças durante a queima. Cai a produção na descarga do forno. Diminui a receita. Aumentam as despesas. A empresa entra no vermelho. O resultado é uma catástrofe financeira que abala a empresa como um todo. A empresa com problemas de secagem é uma empresa em apuros. ÁGUA DENTRO DO FORNO: SITUAÇÃO GRAVE. Já que o calor de evaporação da água é tão elevado, imaginem o que acontece se enfornarmos material úmido. Estouram as peças. Aproximadamente 3 % é o máximo de umidade residual que um produto mal seco pode comportar sem estourar. Estourar peças no forno significa detonar o faturamento da empresa. Precisamos prevenir esta catástrofe. O controle de Qualidade controla a umidade residual do secador. Por tanto o controle de qualidade diminui os custos da empresa (além de impulsionar as vendas ! ). Suponhamos que colocamos 80 toneladas de material seco dentro de um forno intermitente. Se esse material entrar com 5 % de água, são 4 toneladas de água que jogamos no forno. É como jogar 2 caixas d'água de 2000 litros dentro do forno. É grave. É gravíssimo. Essa é a importância administrativa de medir o teor de água residual do secador. BUSCANDO ECONOMIA NO PROCESSO DE PRODUÇÃO.

18 Trabalhar com massa dura é objeto de preocupação de toda empresa bem administrada. Busca-se economia com durômetro. Busca-se economia com medição da água residual. Busca-se aumento de capacidade de secagem e redução de ciclo de secagem, com Auto-Viajantes e com matéria prima magra. Uma temporada de chuvas fortes pode ser fatal para a empresa, caso venha a acabar o estoque de matéria prima seca sob galpão coberto. Uma longa temporada de chuvas fortes coloca a secagem fora de controle. Já que os custos precisam ficar rigorosamente sob controle, precisamos evitar acidentes de “Secagem selvagem”. Precisamos registrar as quebras de secagem lado a lado com a umidade residual do secador. “CONCORRER SIGNIFICA LUTAR POR ZERAR AS PERDAS” Vamos considerar uma perda de secagem de 5% a 15 %. 5% é muito comum entre pequenas empresas que utilizam estufas.

• O faturamento potencial passa de 100 para 95. • O restante 95 % de produto vendável aumenta 5% o seu custo e perde

capacidade de competição. • É difícil poder bancar os preços baixos que existem lá fora com custos

5 % maiores. Essa é a importância do Equipamento Moderno e a Qualidade.

RESUMO: ASPECTOS CHAVES DA SECAGEM

1) Constitui o gargalo central da produção. 2) Administra 40 % aproximadamente dos custos de combustível. 3) Os secadores eficientes consomem por volta de 600 a 800 Kcal/kg de água

evaporada. 4) Os secadores ineficientes chegam a consumos de até 1100 Kcal / Kg. 5) A secagem envolve possíveis perdas sérias. 6) Envolve prevenção e administração da possível produção faltante. 7) Afeta de modo direto o caixa da empresa. 8) O material enfornado molhado envolve perdas totais dos custos. 9) O secador mais eficiente que existe é o Túnel com Auto-Viajantes. 10) A secagem mais eficiente que existe é a Secagem Contínua. 11) A perda do Túnel Contínuo pode ser inferior a 0,5 %10.

10 A secagem por lotes ao ambiente não é o processo mais competitivo.

19 Nosso trabalho visa diretamente ajudar você. Se você está gostando das informações que está recebendo, compre os fascículos anteriores. ANUNCIANDO A QUEIMA. No próximo capítulo vamos analisar os fornos contínuos e descontínuos, seus diagramas de queima, a variação de cor e as trincas invisíveis de choque térmico que desprestigiam o produto, suas causas, sua prevenção. A secagem tem uma relação direta com a posição competitiva e com a saúde financeira da Empresa. A queima tem uma relação direta com as variações de qualidade visíveis para o cliente. E com os custos. Prepare-se. É a Editora Polo apoiando sua empresa.

BIBLIOGRAFIA Cálculos de Engenharia para Secadores: Perry and Don Green, Editora Mac Graw Hill, New York, 1997.

20 FORA DE TEXTO: CAPITULO 6. RELAÇÃO DAS FIGURAS: (a cor azul é apenas para achar a figura no texto durante a edição) Fig. 1: Trincas de secagem.

Fig. 2: Diagrama Termo - Higrométrico em Contínuo Fig. 3: Retração contra Teor d’água (Curva de Bigot ) Fig. 4: Os poros antes e depois do Ponto Critico. Fig. 5: Sistema Construtivo do Secador Túnel. Fig. 6: Regulagem dos Registros do Secador Túnel Fig. 7: Trilhos de Serviço para Operação em Contínuo. Fig. 8: Diagrama Termo – Higrométrico na Secagem por Lotes.

FORA DE TEXTO: ESTRUTURA CONCEITUAL DO CAPITULO 6 A SECAGEM. Breve menção ao conteúdo dos capítulos anteriores. Conceitos básicos sobre secagem. Diagrama de Secagem. As variáveis: Ar seco, ar úmido, ar saturado. Ponto de orvalho. Condensação. Temperatura, umidade relativa do ar ( % UR ). Duas fases da secagem. Antes e depois do ponto critico. TIPOS DE SECADORES. Classificação. Contínuos. Semi-contínuos. Estufas. O Secador Túnel com Auto-Viajantes Diagrama termo – higrométrico em contínuo. Mapeando a retração dentro do túnel, vagoneta por vagoneta. Localizando a posição do ponto crítico dentro do túnel. Regulando os registros após determinar a posição. O parque de estoque do secador contínuo. Vagonetas para secagem. O secador túnel em funcionamento semi-contínuo. Secadores dos modelos menos avançados: Secadores que operam em contínuo durante o dia, estáticos durante a noite. A secagem por Lotes em Estufa. A secagem por Lotes em Galpão Coberto. Economia de energia elétrica dos Auto-Viajantes. DEFEITOS QUE ACONTECEM APÓS A SECAGEM. Chamada a montante. CUSTOS DA SECAGEM: Comparativo entre calor sensível e calor latente. Secagem, uma parcela grande da energia total. RESUMO: a secagem como gargalo central da produção. Custos da produção faltante e das perdas totais. Anunciando o próximo capítulo: a queima.

21

Cap. 1 DIAGNÓSTICO DA MATÉRIA PRIMA Cap. 2 METODOLOGIA DA EXTRAÇÃO DA MATÉRIA PRIMA Cap. 3 PREPARAÇÃO E DOSAGEM DE MASSA Cap. 4. A EXTRUSÃO Cap. 5 A CONFORMAÇÃO