Secador rotativo para secagem de material granulado.

  • Número do pedido da patente:
  • PI 8703812-9 A2
  • Data do depósito:
  • 10/07/1987
  • Data da publicação:
  • 31/01/1989
Inventores:

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Documento

Relatório Descritivo da Patente de In venção: "SECADOR ROTATIVO PARA SECAGEM DE MATERIAL GRANULADO" .

Refere-se a presente invenção a um se 5 cador rotativo de operação contínua para secagem de materiais granulados, em especial, de alimentos granulados, a través da utilização de microondas e ar quente em fluxo ou contrafluxo em circuito hermeticamente fechado.

A utilização de microondas para o pro 10 cessarnento térmico de alimentos em fornos domésticos estã bastante difundida comercialmente.

Basicamente um forno a microondas ê uma caixa metálica (cavidade), geralmente de forma retangular ou cilíndrica, projetada para o aquecimento de qual 15 quer material dielêtrico dissipativo (alimento em particu lar) .

Através deste processo a energia arma zenada em um campo elétrico de alta frequência ê convertí da em calor pelas perdas dielêtricas de polarização do ma 20 terial. Disto resulta um aquecimento volumétrico que se estabelece rapidamente em todos os pontos do material a aquecer.

Os primeiros fornos a microondas para processamento térmico de alimentos foram produzidos em 25 1945 e estão descritos nos documentos US 2,480,679; US 2,495,429; US 2,593,067 e US 2,605,383. Em seguida, em 1947, alguns pesquisadores estudaram alguns aspectos fundamentais do processo de interação alimento microondas, visando novas e promissoras aplicações. Posteriormente as

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30 Cias. Raytheon, G.E. e Westinghouse envolveram-se ativa-

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mente com programas de pesquisa e desenvolvimento da nova tecnologia nos Estados Unidos. Aos E.u.A. seguiram-se o Ja pão, maior produtor do mundo atualmente, e alguns países da Europa entre os quais se destacam a Inglaterra, a Ho-5 landa e a Suécia.

Atualmente diversos centros de pesqui, sa desenvolveram trabalhos de grandes perspectivas tecnológicas, tais como a liofilização acelerada de alimentos, a pasteurização, a esterilização e a aplicação da energia 10 de microondas para secagem de um modo geral.

Hã oportunidades para emprego do aque cimento por microondas nos processos de secagem industrial de alimentos, tais como pasta de macarrão, milho e seus cte rivados, na secagem industrial de fumos, papel, fios têx-15 teis, laminados de madeira, cerâmicas, bem como na pasteu rização ou esterilização de leite e de produtos farmacêuticos e no pré-aquecimento de pílulas sintéticas.

Um forno a microondas consiste basica mente de 8 partes principais:

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-    Fonte de alimentação: fornece as tensões e correntes pa ra o funcionamento do gerador de microondas.

-    Gerador de microondas: ê um oscilador que converte a po tência a ele suprida pela fonte de alimentação para ener

25 gia de microondas em uma das faixas de frequência ISM.

-    Secção de'transmissão: propaga, irradia ou transfere a energia gerada pelo oscilador para a cavidade.

-    Acoplamento: permite a transferência mais eficiente da energia de microondas para a cavidade.

30 - Agitador de campo: modifica, periodicamente, as condições de contorno no interior da cavidade, objetivando uma distribuição mais uniforme de energia no seu interior.

-    Cavidade, aplicador ou forno propriamente dito: ê um vo lume limitado por paredes metálicas no inberior do qual se processa a interação material-microondas.


- Porta ou abertura com blindagem eletromagnética: permite um fãcil acesso ao interior da cavidade e deve limitar a emissão eletromagnética para o meio ambiente ao nível mãximo permitido por lei.

5 - Controles de operação e segurança: permitem selecionar as condições de aquecimento, a interrupção do fluxo de potência e também uma indicação audível ou visual do f,i nal do ciclo de processamento.

É possível incorporar ao forno outros 10 meios auxiliares de aquecimento tais como grelhas elétricas, ar quente ou irradiação infra-vermelha, ou mesmo um sistema completo de aquecimento convencional, tal como nos sistemas mistos ou combinados.

Ê necessário prover os meios para a 15 refrigeração dos oscilador, dos transformadores e de quais quer outros componentes elétricos que dissipem calor.

Finalmente, ê pratica comum equipar o sistema com exaustores, para a extração dos vapores eventualmente gerados no interior do aplicador.

20    Os fornos de operação continua pos

suem essencialmente as mesmas partes principais acima enu meradas, diferenciando-se somente quanto ã cavidade de a-plicação das microondas que, neste caso, permite a permanente entrada e salda do material, antes e apõs o proces-25 sarnento, simultaneamente com a interação material-microon das de uifi certo volume de material retido em cada instante. Além disto, neste caso, a cavidade também ê mõvel e induz a movimentação do material em sua travessia pela meis ma.

30    Em 1982 no Canada, foi desenvolvido um

forno a microondas cillndrico-rotativo de operação intermitente, para a destruição por tostagem da aflatoxina em amendoim. Posteriormente apresentado um modelo aperfeiçoa do de forno a microondas cillndrico-rotativo a fluxo con-35 tlnuo, para a inativação térmica de enzimas das sementes de mostarda. Neste equipamento o produto a ser tratado ê

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alimentado por gravidade através de um tubo localizado no eixo de rotação do forno, com possibilidade de introdução simultânea de ar ou gases quentes pelo mesmo tubo. O diâmetro deste tubo e pequeno o bastante para que a energia 5 das microondas não possa escapar para o exterior. 0 produ to ê descarregado do tambor processador por meio de tubos dispostos radialmente, cujas dimensões outra vez são tais que evitam o vazamento da energia das microondas para o exterior.

10    A presente invenção consiste de um for

no secador rotativo de operação continua para secagem de materiais granulados, em especial, de alimentos granulados, empregando microondas e ar quente em fluxo ou contra fluxo, combinando as vantagens do forno inativador enzima 15 tico de microondas com as vantagens da secagem por ar quen te. O forno, ora desenvolvido, possui dois tipos de filtro de microondas que permitem a operação continua com ar quente e uma estrutura prõpria que possibilita a operação contínua, com fluxo ou contrafluxo de ar quente.

20    Para um melhor entendimento do inven

to pretendido são anexadas figuras que, de uma forma esquema tica, representam:

Figura 1 - Esquema do secador rotati

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tro (18). (18) .

30 tro (19). (19) .


Figura 2 - Vista em perspectiva do fil Figura 3 - Neslmo segmento do filtro Figura 4 - Vista em perspectiva do fil Figura 5 - Nesimo segmento do filtro

Conforme pode ser observado através da figura 1, o secador rotativo de operação continua, ob-35 jeto da presente invenção, e constituído de uma cavidade cilíndrica (1) que recebe a energia de microondas pela ex

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tremidade onde se situa uma janela (2) de "teflon", através de uma seção curva (3) de guia de onda retangular e de uma peça (4) de transição de guia de onda retangular, com casamento de impedância sendo realizado através de to 5 co triplo (5) ajustãvel. A energia das microondas ê intro duzida na cavidade mõvel atravessando uma junta rotativa (6) que incorpora uma ranhura anular - "choke strucfcure", que previne qualquer* vazamento de microondas entre a junta e o tambor.

10    A entrada do material granulado na ca

vidade ê forçada na extremidade oposta com o auxilio de uma rosca helicoidal alimentadora (7), que ê precedida por uma vilvula rotativa vertical (8), colocada no fundo do deposito cônico (9). Os elementos (7), (8) e (9) compõem 15 um sistema de alimentação acionado por um único motor (10) com controle de velocidade variãvel e transmissão por re-dutor (11) e par de engrenagens com corrente (12), de for ma a permitir um ajuste preciso da taxa de alimentação de sejada. A configuração adotada para o sistema de alimenta 20 ção ê além disso estanque, impedindo que o ar quente esca pe através dele. O movimento do material através da cavidade (1) é controlado pelo efeito combinado da inclinação (.13) do tambor, ajustãvel de 0 a 5°, associado à estrutura interna (14) de "teflon" do tipo de taliscas longitudi 25 nais e ao ajuste" independente da velocidade de rotação (RPM) do tambor proporcionado pelo sistema acionador por motor (15) com controle de velocidade variãvel e transmissão a-travês de par de engrenagens com corrente (16). Desta for ma, para cada posição inclinada da cavidade (1), possível 30 de ser ajustada pelo uso de um trecho flexível (17) de guia de onda retangular, a quantidade de material retido interiormente em qualquer instante e o tempo gasto pelo mesmo na travessia do tambor ("tempo de residência") podem ser estabelecidos pelos ajustes combinados do sistema de ali

35 mentaçao e das RPM do tambor, de uma forma perfeitamente *

controlável e previsível.

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Dois conjuntos de filtros de microondas, (18) e (19), objetos da invenção, estão situados res pectivamente na extremidade de saída (20) e de entrada(21) do material junto â cavidade cilíndrica (1), com abertu-5 ras que permitem a livre transposição do material tanto na entrada como na saída, bem como a passagem nesses locais do ar quente em qualquer dos sentidos, paralelo ou em con trafluxo com o material, impedindo qualquer vazamento da energia das microondas para o exterior.

10    0 conjunto de filtros (18) consiste de

uma estrutura obtida pela introdução de lâminas metálicas (22) recortadas na forma de "L", conforme mostrado na figura 2, dispostas radialmente consecutiva e igualmente espaçadas, das quais somente quatro aparecem na figura. As

15 lâminas (22) formam uma configuração de ondas evanescen-tes descritas a seguir:

-    na primeira parte (22) do percurso (figuras 2 e 3) tem-se uma estrutura de um guia cilíndrico não circular, composto de duas paredes planas formando

20 ângulo =    360 graus, sendo N o numero de lâminas "L" e

duas paredes N curvas, correspondentes uma ã face interior da cavidade cilíndrica circular (1) e outra à face exterior do corpo cilíndrico (24) - (figuras 1 e 2), envoltõ-rio da junta rotativa (6). Este guia e projetado em corte

25 para o modo fundamental e tem comprimento aproximadamente igual a O^a/2, originando uma onda evanescente em seu inte rior.

-    na segunda parte (25) - (figuras 2 e 3) do percurso tem-se uma estrutura semelhante a uma an

30 tena corneta de microondas. Neste caso, também, a estrutu ra e projetada em corte para frequência de operação e com primento aproximado em^o/4, de forma a aumentar ainda mais a atenuação da onda evanescente.

0 conjunto de filtros (19) ê composto

35 de uma estrutura obtida pela introdução de lâminas metãli *

cas (26) recortadas em contorno retangular, conforme mos-

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trado na figura 4, dispostas radialmente, consecutiva e igualmente espaçadas, das quais somente quatro aparecem na figura.

A filtragem de microondas ê feita pe-5 la estrutura radial das lâminas '(26) que provocam a forma ção de uma onda evanescente em seu interior, descrita a se guir: se for considerada igualmente somente a Mês ima seção deste filtro, mostrada na figura 5, tem-se uma estrutura de uma corneta de microondas, fechada no topo e com 10 uma abertura lateral, por onde tem acesso o alimento granulado e passa o ar quente. Esta corneta e projetada em corte de forma a não permitir propagação de onda em seu interior, dando origem a uma estrutura de onda evanescente.

3^    O movimento do material quando ele al

cança a cavidade Cl) ê controlado mediante o efeito combjL nado da inclinação C13) do tambor, ajustãvel de 0 a 5o, as soeiado â estrutura interna de "teflon" (14) do tipo de taliscas longitudinais e ao ajuste independente da veloci 20 dade de rotação - R.P.M. do tambor, proporcionado pelo sij3 tema acionador por motor (15) com controle de velocidade variável e transmissão através de par de engrenagens com corrente Cl6). Desta forma, para cada posição inclinada da cavidade, possível de ser ajustada pelo uso de um tre-25 cho flexível (17) de guia de onda retangular, a quantidade de material retido interiormente em qualquer instante e o tempo gasto pelo mesmo na travessia do tambor ("tempo de residência1') podem ser estabelecidos pelos ajustes com binados do controlador de velocidade variável (10) do sis 30 tema de alimentação e das R.P.M. do tambor, de uma forma perfeitamente controlável e previsível.

O ar quente, coadjuvante da secagem do material em sua passagem pela cavidade (1), tem seu flu xo estabelecido em corrente paralela quando entra pela cã 35 mara (27), do lado da entrada do produto, e saindo pela câmara (28) do lado da salda do produto. Vice-versa, oflu

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xo serã em contra-corrente através da inversão da passagem do ar quente, entrando em (28) e saindo por (27). Em nenhum dos casos, apesar da pressão positiva, o ar quente ê permitido vazar pois, conforme jã observado, o sistema 5 de alimentação do produto ê estànque e, além disso, no lado da descarga, o material proveniente da cavidade icon tinuamente recolhido em um recipiente fechado (29). Acre£ cente-se que os pares de anéis de vedação (30) e (31), co locados respectivamente do lado da entrada e da salda do 10 material, e os anéis de vedação (32), situados ã frente dos mancais de rolamento no lado da alimentação do material, impedem quaisquer possibilidades de escape do ar quente, garantindo a pressurizaçao do sistema.

0 projeto deste secador prevê também 15 a possibilidade de funcionamento com pressão ligeiramente negativa, a fim de atender outras condições de processamento .

Uma vez ajustado o regime de alimenta ção do material úmido, assim como as condições de vazão, 20 temperatura e sentido de fluxo do ar quente, efetiva-se a > ligação do sistema gerador de microondas e a regulagem da sua potência de acordo com a demanda e cuja entrada dã-se através do guia de ondas flexível (17). Estabelece-se então a partir daí o pleno funcionamento do sistema seca-25 dor.

O teste dos filtros (18) e (19) foi realizado em um modelo isomêtrico da cavidade do secador de tamanho reduzido quatro vezes, com frequência de opera ção quatro vêzes maior, de modo a tornã-lo eletricamente 30 semelhante ao original, porém de construção e custo reduzidos. As medidas de vazamento de potência de microondas pelas aberturas correspondentes ã entrada e a saída do ali mento e do ar foram satisfatórias, tendo-se conseguido uma * rejeição acima de 45dB entre o campo interior e o campo 35 exterior à cavidade, o que devera enquadrar o protõtipo fi nal perfeitamente dentro das normas de segurança e homolo

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A presente invenção vem permitir a ex tensão das vantagens dos sistemas clássicos contínuos de cavidade ressonantes aos secadores de corpo rotativo. O 5 sistema de cavidade ressonante’ ê essencialmente um forno com uma cinta transportadora passando através dele onde cargas terminais absorventes e/ou "chockes" de radio frequência impedem emissões de energia de microondas do forno acima dos limites estabelecidos. As vantagens associa-