Simulação e avaliação de sistemas de secagem de café

Abstract

Com os objetivos de quantificar e racionalizar os parâmetros energéticos e econômicos de sistemas distintos de secagem, estudou-se a secagem de café em duas fazendas da empresa Heringer Ltda., localizadas nos municípios de Martins Soares-MG e Iúna-ES. Nos ensaios realizados na primeira fazenda, o ar de secagem foi aquecido até 60oC, através de trocadores de calor por onde circulavam vapor de água e ar. Na unidade de secagem localizada no município de Martins Soares-MG, um dos secadores foi desconectado da linha de vapor, e no lugar do trocador de calor vapor de água/ar colocou-se um queimador de gás liqüefeito de petróleo (GLP). Nos ensaios realizados na fazenda de Iúna-ES, o ar de secagem foi aquecido até 60oC, numa fornalha a fogo indireto com trocador de calor tipo tubo-carcaça. O GLP foi utilizado somente na secagem a fogo direto. O café, com umidade inicial igual a 60% bu, foi secado durante oito horas, em terreiro, até aproximadamente 47% bu e colocado, posteriormente, em secadores mecânicos para completar a secagem. Como testemunha fez-se, no terreiro, ao sol, uma secagem para cada ensaio até que o café atingisse a umidade final igual a 13% bu, visando à comparação de qualidade do produto. Nos tratamentos em que o ar de secagem foi aquecido pelo trocador de calor e pela fornalha a fogo indireto, o café passou pela pré-secagem em secador horizontal, reduzindo a umidade de 47 para 30% bu e, posteriormente, a secagem foi completada em secador vertical. Nos testes realizados com gás liquefeito de petróleo, o produto passou direto do terreiro para o secador vertical, onde ficou até atingir a umidade final desejada. Monitoraram-se os parâmetros relativos ao ar de secagem, ar ambiente, produto, combustíveis, e também, aqueles relativos aos investimentos e custo da secagem do produto, em cada fazenda. No secador rotativo horizontal, houve variação na temperatura do ar de secagem no sentido longitudinal do plenum. No secador de coluna, do início ao final da coluna de secagem, observou-se um gradiente de temperatura de 4oC. A umidade do café variou na direção perpendicular ao fluxo de grãos, segundo sua posição, ao longo da coluna de secagem, em até 3% bu, sendo mais secos os grãos localizados próximos ao plenum. A massa específica global variou segundo a umidade do produto. O café com maior umidade apresentou maior massa específica aparente. Não houve diferenciação entre a qualidade do produto secado no terreiro e nos secadores mecânicos. O secador rotativo apresentou menor consumo específico de energia, uma vez que o café com umidade mais elevada requer menos energia para evaporar a água, isto é, os secadores são mais eficientes energeticamente nas operações realizadas com produto mais úmido. O custo da secagem foi igual a R$8,46; R$13,66 e R$17,78 a saca de 60 kg de café beneficiado para a operação em que o ar foi aquecido em fornalha a fogo indireto, vapor de água e GLP, respectivamente. A taxa interna de retorno dos sistemas de aquecimento a fogo indireto foi de 53% aa, e 38% aa para a secagem em que se utilizou o vapor. Considerando-se que a qualidade final do produto seco e beneficiado foi a mesma para todos os ensaios, concluiu-se que o sistema de secagem com aquecimento a fogo indireto (fornalha a fogo indireto) apresentou menor custo final. No entanto, considerando-se o fluxo de caixa incremental, o sistema em que o ar de secagem foi aquecido pelo vapor de água, apesar de ter apresentado maior custo de produção, foi o mais indicado.

In order to quantify and rationalize the energetic and economic parameters of distinct drying systems, drying of coffee was studied in two different farms of the Heringer Ltda. company, situated in the Martins Soares-MG and Iúna-ES counties. For the assays done in the farmer, the drying air was heated to 60oC through heat exchangers where water vapor and air were circulated. On the drying unit, located in the Martins Soares-MG county, one of the dryers was disconnected from the vapor outlet and a liquid petroleum gas (LPG) burner was connected replacing the water vapor/air heat exchanger. In the assays done at the Iúna-ES farm, the drying air was heated to 60oC in an indirect fire furnace with a tube-carcass-type heat exchanger. The LPG was used only in the direct fire drying. Coffee with an initial moisture of 60% wb was dried during eight hours, in a yard, until approximately 47% wb and placed, afterwards, in mechanical dryers to complete the drying process. As control to compare the quality of the product, one drying for each assay was done, in a yard under sunlight, until the final coffee moisture was 13% wb. On the treatments in which the drying air was heated by the heat exchanger and by the indirect fire furnace, coffee was pre-dried in a horizontal dryer, thus reducing the moisture from 47 to 30% wb and, afterwards, the drying process was completed in a vertical drier. In the tests done using LPG, the product went directly from the yard to the vertical drier, were it remained until the desired moisture was reached. The parameters relative to the drying air, ambient air, product, fuel, and also those relative to the investments and product drying cost, in each farm, were monitored. On the horizontal rotating drier, variation in the drying air temperature in the longitudinal plenum direction was observed. In the column drier, a temperature gradient of 4oC was observed from end to end in the column. Coffee moisture varied perpendicularly to the coffee bean flux up to 3% wb throughout the drying column, according to its position, being the driest beans located close to the plenum. The global specific mass varied according to product moisture. Coffee with a higher moisture showed higher apparent specific mass. No differentiation was observed between the quality of the product dried in the yard and in the mechanical dryers. The rotating dryer showed the least specific energy usage due to a lower requirement in energy to evaporate water from coffee with a higher moisture, i.e. the dryers are more energetically efficient in the processes done with a more humid product. The drying costs were R$ 8.46, R$ 13.66, and R$ 17.78 for a 60 Kg sac of processed coffee for the operation where the air was heated using an indirect fire furnace, water vapor, and LPG, respectively. The internal reflux rate of the indirect fire heating systems were 53% aa and 38% aa for the vapor drying process. Considering that the end quality of dried and processed product was the same for all assays, we conclude that the drying system using indirect fire (indirect fire furnace) had a lower final cost. Nevertheless, considering the incremental cash flow the most indicated drying system was the one using water vapor to heat the drying air, even though it presented a higher production cost.