No projeto de uma fábrica de ração, o frigorífico normalmente não ocupa o primeiro plano nas decisões técnicas. A matriz, o condicionador e a prensa concentram a atenção devido ao seu impacto direto no desempenho e na qualidade, enquanto o refrigerador tende a ser especificado pela capacidade nominal e a ser integrado como mais um equipamento do catálogo.
Esta hierarquia de prioridades, no entanto, não se corresponde com o peso real do arrefecimento sobre a qualidade final do produto. Grande parte dos problemas que aparecem a jusante —"finos" na peneiração, perda de durabilidade, desenvolvimento microbiológico em silo— têm origem num dimensionamento deficiente desta etapa. O custo de um refrigerador mal dimensionado não se reflete no investimento inicial: manifesta-se meses depois, sob a forma de perdas difíceis de explicar, fragilidade estrutural do granulado durante o transporte e reclamações do cliente final.
Convém, portanto, rever com algum detalhe que parâmetros governam o processo e por que a escolha do tamanho não admite simplificações.
O erro duplo: subdimensionar e sobredimensionar
A intuição mais generalizada na fase de compra assume que um refrigerador folgado oferece uma margem de segurança maior do que um refrigerador apertado. A lógica é razoável noutros equipamentos de fábrica, mas não se aplica ao arrefecimento.
A subdimensionagem produz pellets com temperatura e humidade superiores ao intervalo admissível. O produto chega quente ao silo, condensa contra as paredes metálicas e gera condições favoráveis ao desenvolvimento fúngico durante o armazenamento. É uma falha bem documentada e, precisamente pela sua visibilidade, raramente é intencional.
O sobredimensionado é mais subtil e, por isso, mais frequente. Um refrigerador com uma capacidade sensivelmente superior à requerida pela peletizadora a montante expõe o produto ao ar ambiente durante um tempo excessivo, com uma caudal calibrada para uma produção maior. O resultado é uma sobre-secagem sistemática: humidades finais abaixo do intervalo ótimo e, com elas, uma perda direta de peso vendido. Numa fábrica de 100.000 toneladas anuais, um único ponto percentual de humidade perdido por sobre-secagem representa um impacto económico considerável que raramente é atribuído à sua causa real.
Os parâmetros que regem verdadeiramente o processo
A literatura técnica sobre secagem e arrefecimento de *pellets*, em particular o trabalho de Maier e Bakker-Arkema Sobre refrigeradores a contracorrente, publicado em 1992 e ainda uma referência no setor, identifica claramente os parâmetros dominantes no projeto. Não concordam com aqueles que a intuição coloca em primeiro plano.
Os quatro fatores que determinam o resultado, ordenados por peso real sobre o processo, são os seguintes:
- Profundidade do leito. A espessura da coluna de pellets dentro do refrigerador determina a massa de produto exposta ao ar em cada instante e, em conjunto com a velocidade de descarga, o tempo durante o qual cada granulado permanece no equipamento. As profundidades habituais em refrigeradores industriais situam-se entre 750 e 1.500 milímetros, e a sua escolha não responde a critérios geométricos, mas sim diretamente à capacidade de secagem e refrigeração esperada.
- Tempo de residência. Estreitamente ligado ao anterior. Quando o pellet entra no refrigerador, a água não se distribui uniformemente no interior do grânulo: o núcleo retém a humidade incorporada durante o condicionamento, enquanto a superfície já cedeu parte do seu conteúdo durante o percurso desde a prensa. Para atingir uma humidade final estável e homogénea, a água interior tem de migrar para a superfície e daí incorporar-se no ar. Este processo de difusão interna é lento, requer minutos, e qualquer projeto que não contemple esses minutos compromete o resultado final.
- Temperatura de entrada do produto. Um pélete que entra mais quente no refrigerador mantém um diferencial térmico maior com o ar e, consequentemente, uma maior capacidade de transferência de calor e arraste de humidade. Um acondicionamento térmico correto na fase prévia não só melhora a qualidade do granulado: também otimiza o trabalho do refrigerador.
- Humidade relativa do ar ambiente. A intuição confere-lhe uma importância maior do que a que realmente tem. A análise de Maier e Bakker-Arkema concluiu que a humidade do ar de entrada constitui um fator de menor peso no projeto do refrigerador a contracorrente, conclusão que a literatura posterior manteve. A explicação reside no facto de o ar, ao atravessar o leito, aquecer rapidamente e aumentar a sua capacidade de carga de humidade, de modo que o seu estado inicial influencia menos do que o previsto.
Isto não torna o clima irrelevante —como se verá mais adiante—, mas desloca o centro da dimensionamento da geografia para as características do produto e do processo.
A crosta seca: o problema invisível do arrefecimento agressivo
Existe um fenómeno físico cuja compreensão se revela essencial, pois explica uma parte substancial dos problemas de qualidade que são habitualmente atribuídos a outras causas. Na literatura sobre secagem de grãos e oleaginosas, onde se encontra perfeitamente documentado, recebe o nome de cementação crosta seca. Produz-se quando a velocidade de evaporação na superfície do produto supera a velocidade de migração da água do interior.
Num refrigerador, o fenómeno ocorre quando o ar está excessivamente frio ou o caudal é demasiado elevado em relação ao tempo de residência. A superfície do granulado perde humidade rapidamente e endurece formando uma crosta, enquanto o núcleo conserva uma fração significativa da água original. À saída do refrigerador, o produto apresenta um aspeto correto: temperatura dentro do intervalo previsto, humidade superficial em valores aceitáveis. O problema manifesta-se posteriormente.
Uma vez no silo, o pélete tende ao equilíbrio. A humidade retida no centro migra para o exterior por difusão natural, atravessa a crosta endurecida e desestabiliza a estrutura interna do granulado. O produto torna-se quebradiço durante o armazenamento e manuseamento, gerando quantidades anómalas de finos em qualquer operação subsequente de transporte ou ensacamento. A fábrica identifica o problema na peneiração, em reclamações de durabilidade, em queixas do cliente final, mas a origem ficou longe no tempo e no processo.
Por esta razão, no dimensionamento de um refrigerador a questão pertinente não é unicamente apenas o calor a ser retirado, mas a que velocidade pode ser feito sem induzir um desequilíbrio entre superfície e núcleo. A resposta depende do produto, do tamanho do pellet e da formulação.
O caudal de ar não é uma variável independente
Disto retira-se uma conclusão que na prática encontra resistência: aumentar o caudal de ar não melhora o arrefecimento acima de certo limiar, e a partir desse ponto deteriora-o. O caudal ótimo é função da profundidade de leito, do tempo de residência e das características do produto, e não admite tratamento como variável isolada.
Um caudal insuficiente entrega um pellet quente e húmido, com os problemas de armazenamento já descritos. Um caudal excessivo arrefece rapidamente a superfície mas impede a migração interna da água, reproduzindo o efeito de crosta seca.
O ajuste fino da caudal constitui, além disso, a principal ferramenta de operação em fábrica quando variam as condições ambientais ao longo do ano, mas essa margem de regulação só existe se a dimensionamento base for correto. Nenhum ajuste de comporta compensa um refrigerador mal dimensionado.
Quando a dimensionamento padrão é insuficiente
Existem cenários em que um frigorífico corretamente dimensionado para condições médias não atinge o resultado pretendido. Os mais comuns são:
- Plantas em climas tropicais o sujeitas a períodos prolongados de alta humidade, onde a temperatura ambiente impõe um solo demasiado elevado para a temperatura final do granulado.
- Fórmulas com elevado teor de líquidos —melaços, gorduras, óleos de peixe típicos na aquicultura— que fornecem ao granulado mais humidade e energia térmica do que um refrigerador convencional pode gerir dentro do tempo de residência previsto.
- Produtos especialmente sensíveis ao stress térmico, nos quais um arrefecimento brusco compromete a integridade nutricional ou estrutural do grânulo.
Nestes casos recorre-se a sistemas de injeção de ar previamente arrefecido e desumidificado, capazes de reduzir a temperatura do pellet abaixo da ambiental e de manter a qualidade do grânulo em condições onde um refrigerador padrão não pode operar de forma satisfatória. Este tipo de sistemas e as suas aplicações desenvolvem-se com maior detalhe na nossa Guia técnico completo de peletização de rações.
Conclusão
A secagem é a fase onde o trabalho realizado em todas as fases anteriores do processo é consolidado ou perdido. Um dimensionamento correto não se resolve selecionando o equipamento de maior capacidade disponível, mas sim compreendendo que parâmetros determinam verdadeiramente o resultado: profundidade do leito, tempo de residência, temperatura de entrada do produto e um caudal de ar ajustado em conformidade. A humidade ambiente tem menos peso do que a intuição sugere; a crosta seca, consideravelmente mais do que a maioria das instalações reconhece.
Cada projeto apresenta uma geometria, uma formulação e um ambiente climático específicos. Por isso, o dimensionamento de um refrigerador não admite tabelas genéricas: requer análise caso a caso. Em projetos de novas instalações ou perante problemas recorrentes de condensação ou humidade em instalações existentes, Rosal-Mabrik aporta mais de seis décadas de experiência no dimensionamento e fornecimento destes equipamentos para clientes nos cinco continentes.
Perguntas mais frequentes
Um frigorífico com capacidade sensivelmente superior à necessária tende a secar excessivamente o produto, o que se traduz numa perda direta de peso vendido e, em muitos casos, em pellets quebradiços devido ao efeito de crosta seca durante o posterior equilibrado em silo.
A crosta seca ou cementação. Ocorre quando a superfície do pellet seca mais rapidamente do que a migração interna de água. O núcleo retém humidade que, posteriormente, migra para o exterior no silo, desestabiliza a estrutura do grânulo e gera fragilidade e finos durante o manuseamento.
Os parâmetros dominantes são a profundidade do leito, o tempo de residência e a temperatura de entrada do pellet. A caudal de ar é função dos anteriores, não uma variável independente. A humidade relativa ambiente, contra o que se assume geralmente, tem um peso menor no projeto.
Bibliografia
Brooker, D.B., Bakker-Arkema, F.W. e Hall, C.W. (1992). Secagem e Armazenamento de Cereais e Oleaginosas. Van Nostrand Reinhold, Nova Iorque.
Maier, D.E. y Bakker-Arkema, F.W. (1992). «O arrefecimento contrafrente de granulados alimentares». Revista de Investigação em Engenharia Agrícola, 53, 305-319. https://doi.org/10.1016/0021-8634(92)80089-B
