Janeiro de 2015
Moegas - Adição de Chapas Cantoneiras Defletoras em Moegas
Transferidoras de Grãos, para Minimização de Perdas, e Ações
Correlatas
José Esteves Botelho Rabello
Agência Nacional de Transportes Aquaviários – ANTAQ / SOG / GAN
RESUMO
INTRODUÇÃO
Moegas são equipamentos portuários destinados a
transferir material granulado, ou grãos, sendo estes
agrícolas, fertilizantes ou minérios. Esta transferência se
dá do navio para o cais, neste estudo. Estes
equipamentos podem ser comparados a funis, e tem
forma de pirâmide invertida, normalmente de base
quadrada ou circular.
Muitas vezes a carga em grãos de navios é distribuída a
caminhões. Neste caso esta distribuição é feita do porão
do navio até o cais. No cais, a carga é entregue a
caminhões, por meio de moegas.
Nos portos e TUPs brasileiros há muitas ocorrências de
perda de grãos, causadas por in eficiências das moegas,
o que leva a perdas econômicas, sociais e a poluição na
área portuária.
Este artigo trata das possibilidades de melhorias e
mesmo correções no projeto de moegas, a fim de se
minimizar o problema das perdas.
ABSTRACT
Hoppers are port equipment whose function is to
transfer bulk material, i.e., fertilizer, ore or agricultural
grains. The transfer herein mentioned is from ship to
quay, in this study. This equipment can be compared to
funnels, and they usually have the shape of an inverted
pyramid, typically with a square or round base .
In Brazilian ports and terminals, there is considerable
loss of grains, caused by inefficiencies of these hoppers.
This leads to economic, social losses and pollution.
No entanto, algumas vezes, por diversos motivos, esta
operação é suja, isto é, grãos caem no chão, e mesmo
junto à água no cais. Cabe verificar então questões
operacionais, que são o conjunto de procedimentos
durante o carregamento do caminhão.
Também e principalmente, questões de velocidade de
queda dos grãos e geométricas da moega são muito
importantes.
PROBLEMAS
MOEGAS
COM
O
USO
DE
Em portos em várias partes do mundo, e em terminais
onde se faz operações de carga e descarga de navios,
muitas vezes se encontram situações em que,
certamente causadas pelo sentido de urgência e pressa,
ocorrem situações de desperdício de grãos.
Estes desperdícios de grãos se caracterizam pelo escape
de grãos dos equipamentos, vindo os grãos a cair no
chão, no mar e em partes dos equipamentos onde estes
grãos não deveriam estar. Comumente, parte destes
grãos prossegue do chão até cair na água.
This paper deals with some possibilities of improving
hopper overall efficiencies, to minimize bulk material
waste.
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grãos. Também, o cuidado operacional no manuseio dos
guindastes e dos grabs se faz muito relevante.
Figura1. Queda de fertilizante no chão e em partes externas
da moega. Foto de Uirá Cavalcante Oliveira, ANTAQ.
.
Principais Causas de Desperdícios de
Grãos no Âmbito das Operações de
Descarga de Grãos em Moegas
Em uma operação de descarga de grãos do navio para a
moega, temos que podemos considerar que sob vários
aspectos, os grãos se comportam como fluidos, e que
alguns elementos da mecânica dos fluidos se aplicam
nestes casos.
Sendo assim, sabe-se que os grãos estão sujeitos a
tensões de cisalhamento, ou de raspagem. Estas tensões
de cisalhamento ocorrem quando os grãos são raspados
nas paredes dos equipamentos e suas tubulações, e
também ocorrem de uma camada do grão em
deslocamento às camadas vizinhas.
Também existem tensões de pressão nos grãos, que os
fazem acelerar, desacelerar, e se deformarem. Estas
tensões de pressão e de cisalhamento quando excessivas
podem causar desgaste e degradação dos grãos. Esta
degradação frequentemente é visível por meio de sua
poeira levantada.
Simplificadamente, quando as velocidades de
deslocamento dos grãos são altas dentro destes
equipamentos, estes grãos sofrem desgastes porque
entram em ação estas tensões de pressão e cisalhamento
que degradam os grãos.
Assim, quando os grãos são despejados de uma altura
que poderia ser menor, corre-se o risco de impor
velocidades de queda desnecessariamente elevadas aos
Figura 2. Escape de material particulado junto à chapa de
revestimento da moega. Foto de Uirá Cavalcante Oliveira,
ANTAQ.
Também, as moegas tipicamente são pirâmides de base
quadrada. A base quadrada não é a ideal para uma
pirâmide de uma moega, pois não permite um fluxo axisimétrico de grãos. Os bocais de saída de grãos são
cilindros circulares.
PROPOSTA DE MOEGA MAIS
EFICIENTE POR MEIO DO USO DE
CHAPA CANTONEIRA
A moega proposta neste artigo tem como objetivo
minimizar o escape de grãos para fora da moega.
Sendo assim, poderia se incluir, por meio de solda ou
outro modo de fixação, uma chapa cantoneira superior,
circundante, à moega, com um formato semelhante ao
de uma arruela.
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Na figura 3 temos o esquema de grãos caindo na
moega. Tais grãos são representados pelo grupo de
flechas pretas (a). Parte destes grãos e seu material
particulado acaba por ser lançada para fora da moega,
representados pelas flechas em (b), o que indesejável.
Chapa cantoneira defletora,
circundante, adicionada à moega.
A proposta da chapa cantoneira defletora está
representada nesta figura em azul, propiciando que os
grãos e seus particulados sejam defletidos para dentro
da moega (c), evitando-se assim que sejam lançados
para fora.
Assim, esta chapa cantoneira defletiria para baixo, para
o interior da moega, os grãos e seu material particulado
que muitas vezes sairiam da moega pela parte superior
desta, junto ao seu revestimento.
Para facilitar sua fabricação, esta chapa poderia ser
cortada, ou fabricada, em 8 setores, cada um com 45°.
Também, esta chapa cantoneira deveria ter o formato de
arruela cônica, com um ângulo de cone de
aproximadamente 10° a 20°, para que os grãos que
caiam sobre esta sejam rebatidos para o interior da
moega.
Figura 4. Esquema simplificado da chapa cantoneira, com o
formato semelhante ao de uma arruela plana, bem como sua
ação defletora, em marrom.
10° a 20°
Chapa cantoneira defletora.
Esquemático.
(a)
(b)
(c)
Figura 5. Vista em corte de uma moega. A chapa cantoneira
preferencialmente poderia ter o formato de uma arruela
ligeiramente cônica, com ângulo do cone de 10° a 20°, para
facilitar o retorno de grãos caídos em cima desta ao interior
da moega. Esquemático.
Outras Ações de Projeto
Outros ações de projeto seriam importantes para a
otimização das moegas. Tais itens são mencionados a
seguir.
Figura 3. A ação defletora da chapa cantoneira, no lado
esquerdo da figura, em ( c ).
Para fins de simetria do fluxo de grãos, o ideal poderia
ser que a moega fosse uma pirâmide de base circular.
3
Isto contribuiria para a simetria do fluxo no interior da
moega, item (d) na figura 6.
Figura 6, ao lado. A chapa cantoneira, em azul, instalada na
moega, bem como outras considerações. Desenho em duas
vistas, sem escala.
Deve haver entre a pirâmide e o tubo cilíndrico de saída
uma transição geométrica bem proporcionada, item (e).
Também, o estudo e escolha de geometrias, isto é,
dimensões e ângulos que fossem otimizados na moega é
importante, item (f).
.
O diâmetro adequado do cilindro de saída da moega
também é importante; um diâmetro maior favorece a
uma velocidade menor dos grãos, sem se diminuir a
vazão, o que seria desejável, item (g).
Também, recomenda-se opcionalmente a inclusão na
chapa cantoneira uma chapa cilíndrica, que teria a
função de fazer cair de volta para a moega os grãos que
poderiam cair desta chapa cantoneira para fora, em
verde, item (h).
(h) Chapa cilíndrica
(opcional).
(c) Chapa cantoneira
defletora.
~ 25 cm
(d) Moega com pirâmide
de base circular, não
quadrada.
(f) Ângulo otimizado da
geratriz do cone.
(g) Diâmetro
adequado do
cilindro de saída.
(e) Curva de transição
harmoniosa entre a parte
cônica e a parte cilíndrica,
de saída, da moega.
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Considerações Operacionais
Se a velocidade de queda dos grãos na moega for
grande, isto pode ter efeitos deletérios no grão e ainda
ser uma causa de sua queda fora da moega. Sendo assim
é interessante controlar este fator.
Se a operação de descarga do grab na moega levar
apenas algo em torno de 5 segundos a mais, os ganhos
em material contido na moega compensarão (c).
Neste parâmetro, a limitação da velocidade do grão,
deve-se considerar que muito proximamente:
(a)
Vazão = Velocidade x Área Transversal ao Fluxo
Isto é, diâmetros maiores da tubulação de descida de
grãos propiciam velocidades menores, para a mesma
vazão, vide (a) na figura 7.
Adicionalmente, uma altura menor de queda do grão na
moega é vantajosa na preservação do grão, bem como
evitar que este tenha energia cinética suficiente o que
ocasione sua saída da moega, vide (b) na figura 7.
Isto acontece porque uma altura maior de queda, i.e.,
maior energia potencial se converte em maior energia
cinética, isto é, causa aumento da velocidade.
(b)
Vale lembrar:
E = ½ m . V²
Em que:
E = energia cinética do grão;
m = massa do grão;
V = velocidade do grão.
Assim, temos que a energia cinética do grão é
proporcional ao quadrado da velocidade do grão, quer
dizer, compensa minimizar a velocidade, em se
mantendo a vazão.
Como estratégia para se minimizar a velocidade de
chegada do grão à moega, temos que uma altura menor
de queda do grão proporciona menor velocidade no
final da queda do grão.
No caso de uso de grabs para se alimentar a moega,
considerar em fazer sua operação de descarga na moega
menos abrupta e mais precisa (c).
Figura 7. Ações operacionais. Considerar aumentar o
diâmetro do tubo de descida de grãos (a); considerar diminuir
a altura de queda dos grãos (b).
Estas chapas deveriam ser parte dos novos projetos bem
como também poderiam ser incluídas em moegas
existentes.
No total, foram propostas neste artigo seis ações de
projeto e três ações operacionais e de manutenção,
listadas a seguir.
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RESUMO
Podemos destacar as seguintes ações propostas:
Ações de Projeto:
(1) Inclusão da chapa cantoneira circundante defletora.
(2) A adoção de pirâmide de base circular, ou cone,
para a moega. Não usar pirâmide de base quadrada.
(3) Usar curva de transição harmoniosa entre a parte
cônica e a parte cilíndrica da moega.
(4) Pesquisar o melhor ângulo da geratriz do cone da
moega, bem como outras geometrias que se tornem
parâmetros relevantes.
Esta chapa cantoneira tem a capacidade de defletir o
fluxo de grãos e particulados que poderiam ser lançados
para fora da moega, pela sua parte superior.
Importante é notar que estas chapas defletoras podem
ser instaladas nas moegas existentes, em operação, bem
como sendo aplicáveis a novos projetos de moegas.
Do mesmo modo, as recomendações/ sugestões
operacionais aqui propostas podem ser implementadas
aos procedimentos atuais de carregamento e
descarregamento de grãos nas instalações portuárias.
AGRADECIMENTOS
(5) Usar um diâmetro adequado do cilindro de saída,
i.e., considerar o uso de diâmetro maior.
Ao apoio e informações da ANTAQ/ SPO/ GMA,
incluindo fotos e informações fornecidas por seus
servidores Uirá Cavalcante Oliveira e Gustavo Eccard,
bem como o apoio de seu gerente e subgerente, Marcos
Maia Porto e Maria Luíza Gusmão.
(6) Usar chapa cilíndrica circundante, que teria a função
de fazer cair de volta para a moega os grãos que
poderiam cair da chapa cantoneira para fora.
Ao apoio recebido e orientação para produzir artigo
técnico do gerente da ANTAQ/ SPO/ GED, Fernando
Serra, bem como apoio do subgerente Herbert Castro.
Ações Operacionais e de Manutenção:
(1) Considerar a possibilidade de se usar um diâmetro
maior para o tubo de descida, que alimenta a moega.
(2) Diminuir a altura de queda de grãos na moega.
(3) Fazer-se uma operação do grab com maior precisão.
Isso requer treinamento e conscientização por parte dos
operadores e supervisores.
Em relação à abertura do grab, esta deve ser menos
abrupta para se evitar perdas. O modo de abertura do
grab deve ser gradual.
Adicionalmente, quando possível o grab deve ter
material ou geometria vedante recuperada em suas
bordas de contato, para se evitar por ali o
derramamento, desperdício de grãos.
CONCLUSÃO
Este artigo defendeu a inclusão de chapa cantoneira
circundante junto à base do cone da moega, isto é, na
parte superior do equipamento.
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