XXXVI Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola

Bonito - MS, 30-7 a 2-8-2007

INOVAÇÃO TECNOLÓGICA EM SECADORES DE CEREAIS COM MOTOR DE INDUÇÃO LINEAR

SUSSUMU CALIENTO TANIMOTO1; DÉCIO BISPO2; LUCIANO MARTINS NETO3

1Engenheiro Eletricista, M.Sc., BAGEL/Bom Jesus – GO. E-mail: manutenção@bagel.com.br 2Engenheiro Eletricista, Prof. Titular Dr., UFU/Uberlândia – MG. 3Engenheiro Eletricista, Prof. Titular Dr., UFU/Uberlândia – MG.

Apresentado no XXXVI Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola 30 de julho a 02 de agosto de 2007 – Bonito – MS

RESUMO: A proposta deste trabalho é o estudo do desempenho e eficiência do motor de indução linear, MIL, aplicado como acionamento da eclusa de descarga de secadores de cereais, em substituição ao Sistema Convencional utilizado anteriormente, composto por um sistema eletro-pneumático, composto por conjunto compressor, pistão pneumático e acessórios. A busca deste objetivo baseou-se na procura de soluções para diminuir o alto índice de defeitos do Sistema Convencional, e que o Sistema Proposto tivesse constituição simples e robusta, exigindo pouca manutenção por ter poucos pontos potenciais de defeitos, apresentando ao mesmo tempo, inovação tecnológica, eficiência produtiva e baixo consumo de energia. Para isto foi projetado e construído um equipamento denominado de simulador da eclusa de descarga de secador de cereais, com escala de fluxo dez vezes menor que o sistema de campo, e neste simulador foi adaptado o motor de indução linear proveniente de Pontes(2003), onde foram efetuados os testes de operação do simulador para condições de carga, medições de força e consumo de energia. Os resultados obtidos estão muito próximos ao esperado e atendem perfeitamente aos objetivos deste trabalho. PALAVRAS-CHAVE – Motor de indução linear, descarga mecânica de secadores de cereais. TECHNOLOGICAL INNOVATION IN CEREALS DRYERS WITH LINEAR INDUCTION

MOTOR ABSTRACT: The purposes of this work is to present the acting study and efficiency of the induction linear motor, MIL, applied as starter of the discharge in dryers of cereals, in substitution to the conventional system used previously, composed by a electro-pneumatic group, constituted by air of compressor, pneumatic piston and accessories. The search of this purpose based on the conceptions of reducing the high index of defects of the conventional system, and in the elaboration of a robust system, that had simple constitution, with low maintenance, presenting efficiency productive, low consumption of energy and at the same time presenting a technological innovation in the application section. For this it was projected and built a denominated equipment of simulator of the discharge of dryer of cereals, with flow scale ten times less than the field system, and in this simulator was adapted the induction linear motor of originating Pontes(2003), where the operation tests were made for load conditions, measurements of force and consumption of energy. The obtained results are very close to the expected, and they assist perfectly to the purposes of this work. KEYWORDS: Induction linear motor, mechanical discharge dryers of cereals. INTRODUÇÃO: Com o objetivo de melhorar o desempenho produtivo diminuindo custos operacionais, elaborou-se um estudo com aplicação de motores de indução lineares no sistema de descarga dos secadores de cereais, em operação atualmente no país. Foi efetuado um estudo e análise da interferência das paradas de equipamentos no fluxo do processo de secagem de cereais, com levantamento das principais causas e suas contribuições nos resultados obtidos, no Armazém 11 da BAGEL – ARMAZÉNS GERAIS BOM JESUS LTDA, empresa voltada ao ramo de armazenagem de cereais no estado de Goiás, Brasil. Executou-se a reestruturação do fluxo do processo, Weber(1995), Puzzi(1973) e dos procedimentos operacionais envolvendo também modificações no sistema mecânico e elétrico. Tais procedimentos apresentaram melhorias no desempenho produtivo, apresentando contribuição positiva no custo global.

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O SISTEMA 01 CONVENCIONAL: O sistema utilizado no acionamento da eclusa de descarga dos secadores de cereais despertou a atenção para elaboração deste trabalho, devido ao alto índice de interrupções do fluxo produtivo. Na Figura 1, é apresentado um diagrama esquemático do sistema utilizado, aqui denominado de Sistema 01, Pontes(2003), Weber(1995), no controle de acionamento da eclusa de descarga de secadores de cereais, utilizado na BAGEL.

LEGENDA DOS COMPONENTES 1 Reservatório de ar 2 Compressor 3 Motor elétrico 4 Válvula de retenção de ar 5 Pressostato 6 Manômetro do compressor 7 Válvula de dreno de água 8 Válvula de saída de ar 9 Filtro lubrificador- regulador de pressão de ar 10 Válvula solenóide de 05 vias 11 Pistão pneumático 12 Conjunto da eclusa de descarga

14

7

1

5

32

4

6

8

9

10 1112

13

LIGAÇÃOPNEUMÁTICA

ESTRUTURA DO

DECADOR

LIGAÇÃOPNEUMÁTICA

LIGAÇÃOELÉTRICA

REDEELÉTRICA

13 Estrutura do secador de cereais

Figura 1 Croquis e legenda do Sistema 01 O SISTEMA 02 PROPOSTO: Foi construído na oficina mecânica da BAGEL um protótipo do simulador da eclusa de descarga de um secador de cereais, utilizando-se um motor de indução linear, MIL, como acionamento, para que se pudesse obter dados do equipamento proposto. O MIL utilizado foi um protótipo com todos os parâmetros elétricos obtidos de Pontes(2003), Tanimoto(2006) e demais conceitos de Laithwaite(1975), Yamamura(1972) e Guerrini(1972). Nesta proposta objetivou-se cons-truir um sistema alternativo que substituísse o convencional, com capacidade de atenuação dos pontos de defeito, diminuindo serviços de manutenção, simplificando ajustes operacionais, concentrando a atenção dos operadores em serviços de aumento de qualidade e confiabilidade da produção, liberando o pessoal da manutenção e operação para execução de outras rotinas de procedimentos. O painel de acionamento e controle utilizado no Sistema 01, Tanimoto(2006), Weber(1995), foi simplificado com aproveitamento de todos os componentes e aplicado para o novo sistema. A Figura 2 apresenta detalhes construtivos do simulador.

COMPONENTES GRANDEZAS 1 Linor em alumínio Potência Ativa Total 1748,56 W 2 Guias do linor Potência Reativa Total 3188,96 VAR 3 Suporte pacote do estator Fator de potência 0,48 4 Enrolamento do estator Tensão nominal aplicada 220 V 5 Suporte montagem estator Peso do Linor 6 KGF 6 Regulador de entreferro Força medida no linor 15 KGF 7 Braço acionador eclusa Força máx. na eclusa 23 KGF 8 Caixa da eclusa Potência Ativa Total 1748,56 W 9 Reservatório do simulador Tempo máx. de operação 0,2 segundos 10 Elemento colméia Energia consumida pulso 0,097 Wh

11 Rosca de realimentação Temperatura operação 30 ºC

Figura 2. Detalhes do Simulador utilizando o Sistema 02 Foi instalada uma alavanca multiplicadora de força entre o linor e o conjunto da eclusa do simulador, para evitar operação inadequada do simulador devido a problemas de subdimensionamento do MIL. O simulador basicamente é constituído por dois reservatórios, um superior (torre de secagem, com colméias, montadas da mesma forma com num secador industrial), e um inferior (caixa de descarga, que recebe produto do reservatório superior), separados entre si pela eclusa de descarga. O produto desce pelo reservatório passando por entre as colméias preenchendo todos os vãos abertos até encher a caixa da torre do simulador. A eclusa do simulador funciona abrindo as cavidades de abertura existentes na parte inferior da torre do reservatório e fazendo com que haja escoamento intermitente do produto. A cada ciclo, a eclusa se abre por um pequeno intervalo de tempo e o produto armazenado desce até a caixa de recepção inferior e retorna ao simulador através de uma rosca transportadora heli-coidal.

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ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS: O Sistema 01 apresenta o inconveniente de apresentar vários pontos potenciais de defeito para cada conjunto, sendo que um defeito em qualquer um destes pontos pode interromper parcial ou total do fluxo de grãos, ocasionando paradas e prejuízo operacional. A Tabela 1 abaixo, apresenta as contribuições possíveis de parada referentes aos sistemas 01 e 02.

PONTOS DE DEFEITOS DO SISTEMA 01 PONTOS DE DEFEITOS DO SISTEMA 02 CONJUNTO CONTRIBUIÇÃO CONJUNTO CONTRIBUIÇÃO

Pistão pneumático 7 possibilidades Alimentação sistema elétrico Existente Válvula solenóide 9 possibilidades Motor de Indução Linear 3 possibilidades Filtro regulador pressão de ar 6 possibilidades Sistema de controle Existente Conjunto compressor 17 possibilidades Eclusa e adaptação do MIL 1 possibilidade Acionamento mecânico eclusa 4 possibilidades Ajustes e operação sistema 1 possibilidade Pressostato 4 possibilidades Dimensionamento do MIL 1 possibilidade Acionamento elétrico motor 3 possibilidades Drenagem do compressor 2 possibilidades Sistema de distribuição ar 3 possibilidades

Tabela 1 Contribuições possíveis de paradas para os sistemas 01 e 02

Verifica-se pela Tabela 1, que o Sistema 02 apresenta seis locais com possibilidades de defeitos, sendo que as possibilidades dos itens envolvendo alimentação elétrica, controle e ajustes existentes no Sistema 01, permanecem no sistema 02, com algumas modificações. Sendo assim, as maiores possibilidades de defeitos do sistema 02 estão concentradas no MIL e na sua adaptação mecânica à estrutura da eclusa. A Tabela 2 abaixo apresenta um resumo referente à paradas e perdas para Safras de 2001 a 2003, na unidade Matriz da BAGEL, utilizando o Sistema 01.

Empresa: BAGEL Local: Unidade Matriz, Armazém 11

Parâmetros analisados

Safra 2000/2001

Produto: Milho

Safra 2001/2002 Produto: Soja

Safra 2002/2003 Produto: Soja

Total

Horas paradas processo (h) 36:10 28:00 23:00 87:10 Perda de produção (Ton) 2.000 1.500 1.200 3.700 Prejuízo recebimento (U$) 12.000 10.000 8.000 30.000

Tabela 2. Resumo de paradas no processo e perdas das Safras 2001 a 2003 na BAGEL. As empresas utilizadoras do Sistema 01 são obrigadas a fazerem altos investimentos em serviços de manutenção para não terem riscos de perdas de produção, adquirindo conjuntos sobressalentes constituído de todas as peças e acessórios que compõem o sistema descrito. É necessário treinar e capacitar tecnicamente os operadores para que eles façam os serviços de ajustes e manutenção, acarretando aumento no custo operacional da empresa. A umidade relativa do ar é um fator que depende do ambiente e o seu controle não está sob o controle operacional. Sendo assim, é necessário o cuidado de se efetuar a drenagem da água do reservatório do compressor, em intervalos de tempo que se alteram de acordo com o valor da umidade relativa do ar do ambiente local, necessitando assim a existência de um programa adequado de procedimentos operacionais visando a otimização do processo, para que seja obtido o maior fluxo possível de recebimento de grãos. O tipo de descarga dos secadores de cereais utilizado pela BAGEL é o sistema a guilhotina, e defendido por vários fabricantes por diminuir efeitos de caminhos preferenciais dos grãos durante o processo de secagem. Devido aos fatores descritos anteriormente os secadores que operam com o Sistema 01 tem eficiência operacional e produtiva comprometidas. A Tabela 3 apresenta uma análise comparativa dos resultados obtidos dos ensaios com o simulador em operação utilizando o Sistema 01 e o Sistema 02, e o resultado comparativo que a BAGEL obteria nos três períodos anuais analisados, utilizando o Sistema 02.

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Resultados obtidos com o Simulador em operação utilizando o Sistema 01 e o Sistema 02 nas mesmas condições de capacidade de fluxo de produto

Simulação de resultados esperados considerando o Sistema 01 substituído pelo

Sistema 02 na BAGEL, nos 03 períodos anuais analisados

Parâmetros analisados Sist. 01 Sist. 02 Motor (CV) 0,5 2,4

Parâmetros analisados

Sist. 01

Sist. 02

Diferença (%)

Fator utilização 0,85 1 N.º operações por minuto 6 6

Paradas de processo (h)

87 10,75 809%

N.º operações por hora 360 360 Tempo operação (horas) 24 0,3

Perda de Produção (Ton)

3700 700 528%

Período analisado em dias 30 30 Consumo acionamento Wh 0,028 0,245

Valor das perdas (U$)

30000 5000 600%

Consumo mensal kWh 228,42 63,50 Custo mensal U$ 54,54 15,16 Relação potência instalada (%) 1 480% Relação consumo energia (%) 1 -360% Relação custo energia (%) 1 -360%

Valores considerados nos cálculos: U$ 7,50 / Tonelada de produto processado Tarifa Horosazonal Verde CELG 2005 Dólar: 1U$= R$ 2,50 em Abril de 2005

Tabela 3 Resultados obtidos esperados Simulador e BAGEL para Sistema 01 x Sistema 02

CONCLUSÕES: O acionamento da eclusa em secadores de cereais por um MIL pode ser ótima solução, porque o mesmo não possui partes mecânicas sujeitas a desgaste, devido seu movimento ser originado por indução e interação de campos magnéticos. O sistema proposto de acordo com pesquisas recentes é uma inovação tecnológica na área de secagem de cereais, pois não foi encontrado nada semelhante ainda em operação. A substituição do Sistema 01 pelo Sistema 02 é perfeitamente viável, pois apresenta contribuição positiva expressiva em relação aos resultados obtidos das interrupções de processo por paradas na eclusa de descarga dos secadores em vários aspectos, com os dados apresentados na Tabela 3, envolvendo:

• Economia de energia (360%); • Ganho operacional (809%); • Ganho de produção (528%); • Diminuição dos prejuízos (600%).

Os valores dos prejuízos citados pelo não recebimento de produto poderiam cobrir os custos das substituições, mesmo frente às dificuldades encontradas no dimensionamento e adaptação do MIL para o estudo em questão. O novo sistema é mais simples e robusto que o sistema convencional utilizado anteriormente, apresentando uma performance aproximada de seis para quarenta e oito em diminuição de locais causadores de possibilidades de interrupções. Estudos e resultados obtidos em simulações mostram que o novo sistema causa perturbações pouco significativas no sistema elétrico, Tanimoto(2003). REFERÊNCIAS TANIMOTO, SUSSUMU C. (2006) Uma contribuição para aplicação de motores de indução lineares em secadores de cereais, Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Uberlândia. PONTES, RICARDO S. T.(2003) Modelagem do motor de indução linear baseando-se na equivalência com o motor rotativo, Tese de doutorado, Universidade Federal de Uberlândia. WEBER, ÉRICO A.(1995) Armazenagem Agrícola, Kepler Weber Industrial S.A., Porto Alegre, Brasil. LAITHWAITE, E. R.(1975) Linear electric machines – a personal view. Proceedings of the IEEE, v. 63, n. 2, p. 250-290. PUZZI, DOMINGOS (1973) Abastecimento e armazenagem de grãos. Campinas: Instituto Campineiro de Ensino Agrícola. YAMAMURA, S.(1972) Theory of Linear Induction Motors. 2ª ed. Tokyo: University of Tokyo Press. GUERRINI, D. P.(1972) Contribuição ao Estudo de Motores Lineares de Indução. Tese de Doutorado. Escola de Engenharia de São Carlos – USP.