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Critérios técnicos para ampliação de uma unidade de
beneficiamento de sementes de milho1
Edson Junior Seibt2; Maria Laura Gomes Silva Luz3; Carlos Alberto Silveira Luz3;
Gizele Ingrid Gadotti3*; Mário Conill Gomes3
Introdução
O estudo das projeções de produção de milho, realizado
pela Assessoria de Gestão Estratégica do Ministério da
Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA), indica aumento
de 19,11 milhões de toneladas entre a safra de 2008/2009 e
2019/2020. Em 2019/2020, a produção deverá ficar em 70,12
milhões de toneladas e o consumo em 56,20 milhões de toneladas.
Esses resultados indicam que o Brasil deverá fazer ajustes no seu
quadro de suprimentos para garantir o abastecimento do mercado
interno e obter excedente para exportação, estimado em 12,6
milhões de toneladas em 2019/2020, número que poderá chegar
a 19,2 milhões de toneladas. Paralelamente haverá a necessidade
de aumento na produção de sementes.
O consumo mundial de milho vem crescendo em
decorrência do aumento do consumo per capita de carnes,
principalmente de frangos, que está estimado, atualmente, em
867,6 milhões de toneladas (Emater, 2011; Usda, 2012).
É necessária a quantidade suficiente de sementes para
atender essa demanda crescente. Grande parte das áreas
destinadas à produção de sementes de milho, a colheita
tem sido realizada com elevado grau de umidade. Para a
realização da colheita antecipada é necessário que as sementes
permaneçam nas espigas no momento da colheita e durante
a secagem posterior. Este procedimento permite ganhos
como a redução do tempo de exposição a pragas e condições
ambientais adversas, melhor aproveitamento dos campos de
produção, e melhor planejamento do processo de secagem.
Nestes casos, a secagem artificial, realizada com o
emprego de secadores, é essencial para manutenção da
qualidade fisiológica das sementes. Do mesmo modo, como
ocorre para a maioria das espécies, o momento mais indicado
para se realizar a colheita de milho é quando as sementes se
encontram o mais próximo do ponto de maturidade fisiológica.
Neste estádio, a semente interrompe a conexão nutricional
com a planta-mãe e atinge a sua máxima qualidade fisiológica,
com elevados valores de matéria seca e níveis ótimos de
germinação e vigor. Entretanto, o grau de umidade da semente
Artigo submetido em 04/07/2013. Aceito para publicação em 21/11/2013.
Engenheiro Agrícola. Kepler Weber S.A., Av. Juscelino K. Oliveira nº 2200,
Bl, 13B, Apt 201 - Pelotas, RS, Brasil.
1
2
Informativo
ABRATES
é ainda mais elevado, o que requer atenção, principalmente no
início da secagem artificial (Schuh, 2010).
A secagem de sementes, mediante fornecimento forçado
de ar aquecido, compreende, essencialmente, dois processos
simultâneos: a) transferência (evaporação) da água superficial da
semente para o ar circundante, que ocorre motivado pelo gradiente
de pressão parcial de vapor entre a superfície da semente e o ar
de secagem; b) movimento de água do interior para a superfície
da semente, em virtude de gradiente hídrico e térmico entre essas
duas regiões (Peske; Villela; Meneghello, 2012).
A secagem é feita em espigas evitando que o embrião sofra
ação direta da temperatura e dano mecânico. O secador de milho
em espigas é um secador retangular com paredes sólidas, aberturas
superiores para enchimento das câmaras e saída do ar com fundo
falso inclinado para facilitar a descarga das espigas. O sistema
de distribuição do ar é por meio de túneis, sendo um principal
e as ramificações para as câmaras ou depósitos das espigas. A
temperatura do ar de secagem não pode ultrapassar os 42ºC.
Nos sistemas de dupla passagem do ar, onde o ar é
recirculado para aumentar sua eficiência térmica, há um túnel
superior e um inferior. O ar quente é insuflado pelo ventilador
de alta potência ao túnel superior e dirigido aos depósitos ou
câmaras que contem as espigas com sementes com umidade
mais baixa. O ar passa através das espigas e é coletado no túnel
inferior de onde passa para as câmaras onde estão as espigas
com as sementes mais úmidas. Após, o ar é descarregado para
o ambiente pela parte de cima do secador. Em geral, a secagem
demora entre 84 a 120 horas. O combustível utilizado nas oito
fornalhas para secar o milho é o próprio sabugo do milho que
fica após a debulha (Peske et al., 2011).
A Unidade de Beneficiamento de Sementes deste estudo
possui capacidade teórica de 10.000 sacos por dia, porém, esta
meta dificilmente é alcançada pelo alto índice de repasse dos
híbridos que estão sendo classificados, devido às exigências
de qualidade. Com isso, aumenta-se bastante o tempo e custo
do processo. Sendo assim, com a inserção de novas máquinas
classificadoras, cilindros separadores (“trieur”) e mesa de
gravidade pretende-se diminuir o número de repasses e otimizar o
Professor, Centro de Engenharias - UFPel. Rua Almirante Barroso 1734,
96010-280 - Pelotas, RS, Brasil.
*Autor para correspondência <[email protected]>
3
vol.23, nº.3, 2013
66
tempo de classificação, atingindo a meta de 10.000 sacos por dia.
A unidade de beneficiamento de sementes de milho
estudada, fica localizada em Formosa-GO, beneficiou na safra
2011/2012 de verão, mais de 6 mil hectares de lavoura de
milho, e com esta quantidade operou com preenchimento total
das 48 câmaras de secagem com volume de 250 m³ cada, tendo
em alguns momentos que parar de descarregar os caminhões. A
previsão da próxima safra é de beneficiar mais de 9 mil hectares
de lavoura de milho. Desta forma, evidencia-se a necessidade
urgente de ampliação do secador. Com a duplicação do secador
pretende-se dobrar a capacidade máxima para 24.000 m³.
Este trabalho tem por finalidade estudar a viabilidade técnica
da duplicação de um secador e a ampliação da classificação de
uma unidade de beneficiamento de sementes de milho.
Material e Métodos
Foram analisados os processos unitários do beneficiamento
de sementes de milho da unidade e comparado com os autores
Schuh (2010); Peske (2011); Peske; Villela; Meneghello (2012).
Fez-se o levantamento total de balanço de massa e posteriormente
o dimensionamento de equipamentos, confecção de plantas e
levantamento de números de empregados solicitados pelo processo
após a ampliação.
Argumentação técnica operacional
A indústria beneficia sementes de milho durante 10 meses
ao ano. O período de interrupção da produção corresponde à
entressafra que ocorre nos meses de março e abril. O setor de
secagem é o único que trabalha todos os dias da semana. Os
35 % Umidade
35 % Umidade
35 % Umidade
12 % Umidade
12 % Umidade
12 % Umidade
12 % Umidade
12 % Umidade
12 % Umidade
12 % Umidade
12 % Umidade
12 % Umidade
demais setores folgam no domingo.
A empresa necessitará para ampliação mais nove
funcionários para o setor de secagem, para verificação de
temperatura, umidade e fluxo do ar nas câmaras de secagem,
abrir e fechar as portas do túnel inferior do secador e das
câmaras, coletar amostras de espigas, executar limpezas de
câmaras e de fitas transportadoras e retirar a cinza do sabugo
de milho das fornalhas; três encarregados de área para o setor
de secagem, responsáveis por controlar a secagem e autorizar
a inversão de fluxo ar; três funcionários para fazer os testes de
controle de qualidade da classificação e três funcionários para
regular a mesa de gravidade, fazer limpeza nas trocas de híbrido
e levar as amostras do classificador de sementes de milho com
peneiras cilíndricas, do cilindro (“trieur”) separador e da mesa
de gravidade até a sala de controle de qualidade. Na empresa
observa-se conduta de segurança patrimonial e de trabalho,
bem como o uso de equipamentos de proteção individuais (EPI)
fornecidos. O regime de trabalho é de 44 horas semanais. A
Tabela 1 apresenta a função de cada funcionário a ser contratado.
A Figura 1 apresenta o fluxograma e o balanço de massa
propostos, considerando uma descarga de 72.000 kg.h-1 e
todas as saídas nas diversas etapas dos processos.
Tabela 1. Distribuição das atividades dos funcionários.
Atividade desempenhada
Secadorista
Controle de qualidade
Operador de classificação
Encarregado de área
Total
Número de funcionários
9
3
3
3
18
Milho em espigas
↓
Descarga
72.000 kg/h
↓
54.000 kg/h→ Palha 18.000 kg/h
Despalhamento
Ração 20.400 kg/h
↓
51.600 kg/h→ Refugo 2.400 kg/h
Seleção manual
↓
37.899 kg/h→ H2O evaporada 13.701 kg/h
Secagem
↓
Debulha
35.649 kg/h→ Sabugo do milho 2.250 kg/h → Fornalha 3.800 kcal/kg → Cinza 150 kg/h
↓
35.439 kg/h→ Impurezas 210 kg/h
Pré - limpeza
↓
Aeração
↓
Ração7.731 kg/h
34.689 kg/h→ Impurezas 750 kg/h
Limpeza
↓
27.918 kg/h→ Refugo 6.771 kg/h
Classificação
↓
Tratamento químico 220 ml
↓
420 sacos/h + 13 jumbos/h
Ensacamento
↓
Câmara fria entre 10 a 12º C e umidade relativa do ar entre 40 e 50%
Armazenamento
Figura 1. Fluxograma e balanço de massa do processo de secagem de sementes de milho.
Informativo
ABRATES
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67
A indústria contém uma balança rodoviária eletrônica e
trabalha com duas linhas de descarga, cada linha possui duas
esteiras transportadoras que conduzem o milho em espigas
para o despalhamento, que é um processo completamente
automatizado. Depois, o milho passa para a seleção manual,
observando as seguintes características: tamanho das espigas,
coloração das sementes na espiga, ataque de fungos Fusarium
sp., Giberella sp., Diplodia sp. ou Penicillium sp., sementes
pré-geminadas na espiga,espigas atacadas por lagartas no
campo, coloração dos sabugos,coloração do estigma, presença
de matérias estranhas e impurezas.
O refugo do despalhamento e da seleção manual é
conduzido por esteiras transportadoras até o terminal de
expedição de refugo, onde fica uma carreta aguardando seu
Transportado por correia para carregar
carregamento. Terminada a seleção manual, o milho em
espiga é conduzido por esteiras para as câmaras de secagem.
O sistema é automatizado, controlando o abastecimento do
sabugo nas fornalhas através de níveis e acionando vibradores
para manter o fluxo constante. Os alarmes são programados
para aviso de temperatura alta, temperatura baixa e falta de
sabugo. O secador possui 48 câmaras de secagem que tem
um volume de 250 m³ cada. O combustível das fornalhas é o
próprio sabugo do milho que tem um poder calorifico médio
de 3.800 kcal.kg-1.
O secador do tipo estacionário de distribuição axial de ar
(fluxo de 5,0 m3.min-1.t-1) permite inversão do sentido do fluxo
do ar, o que caracteriza duas fases de secagem distintas em
função da umidade da espiga (Figura 2).
Tampa superior do secador
Janela do túnel superior
Câmara
Túnel de ar
superior
Câmara
Túnel de ar
inferior
Camada de espigas de milho
Janela de descarga
Porta do túnel inferior
Fluxo de ar
descendente
Fluxo de ar
ascendente
Transportador por correia para
descarregar
Figura 2. Secador de sementes de milho em espigas com dupla passagem do ar. Fonte: PESKE et al. (2011).
1ª Fase: fluxo de ar ascendente com menor temperatura e
maior umidade relativa.
2ª Fase: fluxo de ar descendente com maior temperatura e
menor umidade relativ a.
O operador do secador mede o fluxo de ar ascendente
nas tampas superiores do secador, observando: se a altura da
massa de espigas for a máxima recomendada pelo protocolo
da empresa para o material, deve se abrir totalmente as portas
inferiores da câmara de secagem; se a altura da massa de
espigas for inferior, se regula as aberturas de porta de modo
a restringir a passagem de ar, buscando obter a velocidade do
ar ascendente conforme as recomendações de fluxo, com um
anemômetro. O operador poderá utilizar o sistema de by pass,
localizado em frente às câmaras de secagem para aumentar
o fluxo de ar, caso não tenham sido atingidos os fluxos
sugeridos, atentando-se sempre para a temperatura máxima
do ar recomendada no túnel inferior do secador. O operador
do secador poderá utilizar uma câmara vazia como passe de
ar quando a pressão dentro do secador estiver muito elevada e
Informativo
ABRATES
o fluxo de ar descendente estiver muito baixo.
O assistente do secador assegura-se que a tampa superior do
secador esteja aberta e sem fluxo de ar descendente (janela do
túnel superior fechada), depois entra no túnel inferior do secador
acompanhado de outro funcionário do setor (por segurança)
e realiza a abertura parcial das portas inferiores do secador. O
operador do secador realiza novamente o procedimento de
conferência do fluxo de ar em todas as câmaras que estiverem
em processo de secagem. O operador do secador deverá reduzir
a abertura do passe de ar caso o fluxo de alguma câmara com ar
subindo estiver abaixo de 1,5 m.s-1, e em seguida realiza uma
nova conferência do fluxo das câmaras. O operador do secador
sempre deverá registrar no quadro de controle do secador qual a
câmara que está sendo utilizada como passe de ar, para que todos
os funcionários do secador estejam atentos ao procedimento.
Os parâmetros para determinar o momento exato em que
a semente está com umidade adequada para debulha são:
horas de secagem, diferença de temperatura de entrada e saída
do ar, diferença de umidade relativa entre entrada e saída do
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ar, teste de umidade.
As câmaras de secagem com espigas entre 11 e 12,5%
de umidade estão aptas para serem descarregadas. A
descarga é feita pelo lado do secador por gravidade em uma
fita transportadora que leva as espigas à debulhadora e,
após, à máquina de pré-limpeza, de onde são conduzidas já
debulhadas, pré-limpas e secas aos silos de aeração.
Com a duplicação do secador (Figura 3), do tipo estacionário
de distribuição axial de ar (fluxo de 5m³.min-1.t-1), a Unidade
terá 48 câmaras de secagem com 250 m³ de capacidade.
Almoxarifado
Descarga
Descarga
Secador
existente
Refugo
Secador a ser
construido
Amostragem
Despalha
e Seleção
Manual
Refugo
Balança
Escritório
Torre de Classificação
Y
X
Entrada
Refeitório
Armazenamento
Expedição
Figura 3. Planta baixa geral mostrando os locais que serão ampliados: secador e equipamentos na torre de classificação.
Em geral, a secagem demora entre 84 a 120 horas,
variando com o híbrido a ser secado. O combustível utilizado
nas oito fornalhas é o próprio sabugo (poder calorifico médio
de 3.800 kcal.kg-1) que fica após a debulha. Para o controle do
abastecimento do sabugo nas fornalhas é utilizado o sistema
de automação que através de níveis aciona vibradores para
Informativo
ABRATES
manter o fluxo constante. O encarregado de área avalia a
possibilidade de inversão do fluxo de ar nas câmaras de
secagem, observando se o tempo decorrido de secagem está
entre 40 a 60% do tempo total estimado e se a umidade da
amostra coletada na parte superior da câmara é de 26%. Se
a umidade inicial do material for menor ou igual a 26%,
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realiza-se a inversão do fluxo do ar de secagem. As câmaras
de secagem com espigas entre 11 e 12,5% de umidade estão
aptas para serem descarregadas.
A descarga é feita pelo lado do secador (Figura 4), por
gravidade, em uma fita transportadora que leva as espigas à
debulhadora para a operação de degrana. A semente separada
segue por gravidade para a pré-limpeza enquanto o sabugo é
conduzido por um elevador para ser armazenado no silo de
sabugos. Na pré-limpeza, a máquina de ventilador e peneiras
retira as impurezas bem maiores, bem menores e bem mais
leves que a semente. Em seguida, a semente é transportada
por um elevador de canecas até o silo de aeração.
34,2 m
56 m
85 m
Transportador por corrreia para
descarregar as câmaras que será
ligado ao secador existente
Tripper
Transportador por correia para
carregar as câmaras
Transportador por correia para
decarregar as câmaras
Câmara
Transportador por corrreia para
abastecer as moegas com
sabugo que será ligado com o
secado existente
Ventiladores
Moegas para sabugo
Dosador para sabugo
Sistemas de fornalhas
Figura 4. Planta baixa do secador de milho em espigas.
A Unidade possui 32 silos de aeração com capacidade de
150 toneladas cada. As sementes estando no silo de aeração
têm duas opções: exportar ou classificar. Para exportação a
semente sai da bica do silo de aeração e é transportada por
uma esteira transportadora até outra esteira transportadora
inclinada que conduz a semente até a moega de expedição
onde o motorista encosta a empilhadeira (a gás) para encher
Informativo
ABRATES
os “big bags” com capacidade de 1.000 kg e 1.500 kg.
O inicio do processo de classificação (Figura 5), é a saída
da semente da bica do silo de aeração, aonde é transportada
por uma esteira transportadora até o elevador de canecas
que descarrega a semente do milho em dois silos pulmões.
Os silos pulmões descarregam a semente por gravidade na
máquina de ar e peneira que realiza a limpeza.
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70
0,9
18,5
22,5
3,5
12
3º andar
Máquinas de peneiras
para classificação por
largura e espessura
18,5
2º andar
11,5
R3
C3
20,5
14
20,5
13,5
R4
Máquinas de peneiras
para classificação por
largura e espessura
C4
R2
C2
1,5
3
C3
R2
1º andar
Cilindros separadores para classificação por comprimento
MG
MG
MG
MG
1,2
MG
MG
Térreo
Mesa de gravidade para separação por densidade
3
MG
Figura 5. Ampliação de máquinas para classificação (em pontilhado) nos quatro pavimentos da torre de classificação.
Terminada a limpeza, o elevador de canecas conduz as
sementes até a máquina de peneiras que realiza a separação
Informativo
ABRATES
por largura e espessura. As sementes peneiradas passam pelo
silo antes do “trieur” (SAT) e em seguida, por gravidade, as
vol.23, nº.3, 2013
71
sementes passam pelos cilindros separadores (“trieur”)
onde são separadas por comprimento e segue classificação
conforme Figura 6. Após passam pelo silo antes da mesa de
gravidade (SAM) e depois passa pela mesa de gravidade
que faz a separação por peso específico. O elevador de
canecas conduz as sementes até o silo de semente pronta
(SSP). A Unidade possui 24 silos de sementes prontas.
Em seguida, as sementes são transferidas por gravidade
para o tratamento químico. O tratamento químico tem
duas moegas dosadoras com autonomia de tratar 630
kg.min-1 de sementes cada. Em seguida, as sementes vão
para a moega de expedição dosadora de ensacamento
automático ou para a moega de expedição dosadora de
ensacamento manual.
Peneiras
defuros
furosredondos
redondos
(avos
de polegada)
Peneiras de
(avos
de polegada)
22,5
14
C1 - R1
Peneiras
defuros
furosoblongos
oblongos
(avos
de polegada)
Peneiras de
(avos
de polegada)
20,5
13,5
C2 - R2
18,5
12
11,5
C3 - R3
C4 - R4
C
Semente
chata
Semente chata
R
Semente
redonda
Semente redonda
1a4
Tamanho
dasemente
semente
ordem
crescente
Tamanho da
emem
ordem
crescente
Figura 6. Fluxograma dos classificadores de sementes de milho.
A classificação das sementes de milho híbrido
tornou-se já há muitos anos uma necessidade comercial
na produção de sementes de alta qualidade. Sendo esta
realizada em máquinas de peneiras cilíndricas de chapa
metálicas, empregando peneiras de perfurações redondas
para a classificação por largura (tamanho) e oblongas para
a classificação por espessura (separação das redondas das
planas). As peneiras para classificação de sementes de
milho híbrido possuem as perfurações de forma cônica,
para facilitar o posicionamento da semente contra o furo
(Peske; Villela; Meneghello, 2012).
O projeto contará com 80% de financiamento bancário
em 10 anos. Para o pagamento do financiamento o sistema
de amortização escolhido foi o Sistema de Amortização
Constante (SAC), com carência de um ano no qual será pago
somente o valor representado pelo juro.
O valor financiado será de R$ 4.191.283,62 e uma Taxa
Mínima de Atratividade é de 7% a.a, que é a taxa consultada na
instituição financeira para esse volume de capital a ser investido.
A Tabela 2 apresenta os resultados dos cenários montados
no projeto, levando em conta a variação dos índices
econômicos, conforme se mudam as variáveis de preço.
Todos os cenários estudados são considerados viáveis, pois a
TIR foi maior que a TMA considerada (7%), o que significa
que o investimento de capital no projeto é mais interessante
do que uma aplicação financeira com rendimento de 7%.
Tabela 2. Indicadores financeiros da análise econômica do projeto
Indicadores
TMA (%)
VPL (R$)
Payback (anos)
TIR (%)
TIRm (%)
TIRm>TMA
Cenário 1
7
185.121.422,37
1
489,78
56,63
Atrativo
Cenário 2
7
207.761.001,92
1
528,28
57,88
Atrativo
Cenário 3
7
237.947.107,99
1
575,50
59,30
Atrativo
Conclusão
Referências
É tecnicamente viável a duplicação de um secador e a
ampliação da classificação, além de que o período de retorno
do investimento é de menos de 1 ano.
BRASIL. Ministério da Agricultura e Reforma Agrária. Regras para análise
de sementes. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Secretaria
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agricultura.gov.br/arq_editor/file/2946_regras_analise__sementes.pdf
Acesso em: 10 de março de 2013.
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PESKE, S.T.; TRIGO, L.F.N.; ZIMMER, P.D.; OUTUMURO, M. F. O.;
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