A secagem tem a finalidade de reduzir o conteúdo de umidade das sementes a um nível adequado, para que sejam executadas as operações de pós colheita, e manter o produto em armazenamento seguro até sua comercialização e semeadura.

    A redução da umidade faz diminuir a água disponível, alterando o metabolismo, retardando todas as reações bioquímicas que diminuem a qualidade fisiológica das sementes, proporcionando assim uma armazenagem segura e prolongada. 

    A velocidade de secagem é de fundamental importância quando se consideram tempo e deterioração da semente. 

    A secagem natural, ainda na lavoura, não permite obter um produto de qualidade em quantidade devido à desuniformidade da maturação das sementes, dentro da planta e entre plantas, além das condições climáticas adversas.

    Desta maneira, a secagem com ar forçado é uma operação essencial para se obter um produto de alta qualidade, e para tal são utilizados secadores com desenhos modernos, que conservam as características do produto e com bom aproveitamento energético. 

    O processo de secagem envolve transferência de calor e massa entre o produto e o ar secante, de modo que o ar e o produto fiquem em equilíbrio térmico e higroscópico. A água do produto é removida na forma de vapor e é absorvida pelo ar circundante. Portanto, o produto tem que estar envolto por uma massa de ar seco capaz de absorver a água removida das sementes.

A secagem ideal

    Logo após a maturidade fisiológica, a semente, ainda unida à planta-mãe, inicia o processo de perda de água ou secagem natural. Esse processo ocorre na natureza para que as sementes sejam dispersas mais facilmente por seus vetores como pássaros ou os ventos, e para que mantenham sua viabilidade até encontrar um local ideal para se propagar.

    Nas espécies cultivadas para fins comerciais, entre o ponto de maturidade fisiológica e o momento da colheita, o teor de água dessa semente deverá ser o suficiente para garantir a qualidade do produto e ser de fácil colheita mecânica.  

    Neste sentido, é fundamental o conhecimento dos conceitos de teor de água (ou grau de umidade) antes mesmo de se conhecerem os conceitos de secagem.

    A água é classificada em quatro tipos, conforme se fixa nas sementes. O primeiro tipo, ou água monomolecular, possui teor entre 0 e 5%, sendo fortemente absorvida e ligada intimamente às moléculas, através das Forças de Van der Waals.

    O segundo tipo, ou água polimolecular, está entre 5 a 12% de umidade e também é fortemente absorvida, sendo não solvente, mas já não está ligada diretamente às moléculas e sim às cadeias moleculares.

    A água do tipo três, ou osmótica, tem sua ligação baseada pela tensão osmótica da célula, possui a função de solvente e é uma água fracamente absorvida, tendo seu teor entre 12 a 27% de água.

    O quarto tipo de água contida nas sementes é denominado de água livre, sendo uma água adsorvida e solvente com mais de 27%.

    A água livre é a primeira a ser retirada pela secagem e a que é a mais rápida de ser retirada. A água do tipo três, osmótica, será retirada com mais dificuldade, e geralmente é o teor de água que mantém a qualidade das sementes.

    Nesta etapa da retirada da água das sementes o produtor deverá concentrar muita atenção, identificando e selecionando métodos e processos de secagem, que não acarretem no comprometimento de seu produto. 

    Para ocorrer a secagem, é necessário que haja um gradiente de pressão de vapor de água entre a semente (maior) e o ar que a rodeia (menor). Isto é obtido reduzindo a unidade relativa do ar (UR) de secagem, pelo aquecimento ou pela desumidificação. O ar de secagem também deve ter um fluxo tal que permita o transporte de calor (baixa UR) e água. Neste processo ocorre a transferência de energia do ar para evaporar a umidade superficial da semente, sendo esta transferência dependente da temperatura, da umidade (UR), da vazão de ar e da área superficial da semente a ser seca.

    Os processos de evaporação e migração, que ocorrem simultânea e continuamente, de início retiram a umidade da superfície por evaporação e, devido à diferença de potencial, a umidade no centro da semente migra  para a periferia, sendo novamente retirada pela evaporação, seguindo o ciclo. Portanto, o gradiente de concentração da água interna para a superfície da semente garante a difusão e redistribuição da mesma. 

    A evaporação ocorre devido ao gradiente de pressão parcial de vapor de água entre a superfície e o ar de secagem. Já a migração ocorre pela movimentação hidrodinâmica sob a ação da pressão total interna e/ou um processo de difusão resultante de gradientes internos hídrico e térmico entre essas duas regiões.

    Assim, a velocidade de secagem é função da rapidez com que ocorre a evaporação da água da superfície da semente, que depende da UR, e da temperatura do ar de secagem e da velocidade de transferência da umidade interna até a superfície, que depende da permeabilidade das membranas  da  semente, sendo uma característica própria de cada espécie.

    A taxa de secagem é o quociente entre a quantidade de massa de água retirada sobre o tempo para que isto ocorra. Ela depende da umidade inicial do produto, da capacidade e da quantidade de ar de secagem, do método de secagem (se for artificial), do tipo de secador, das características do produto, da quantidade e da profundidade da massa de produto que o ar deverá atravessar.

    A taxa de secagem, referida também como velocidade de secagem, é de fundamental importância para que não ocorra a deterioração das sementes pela demora de secagem. No entanto, esta velocidade deve ser tal que não crie tensões excessivas que fissurariam as sementes, por gradiente de umidade ou térmico.

Métodos de secagem artificial

    A secagem pode ser natural ou artificial, entretanto neste artigo será abordada a secagem artificial. 

Secador estacionário fundo plano

    A secagem artificial utiliza ar foçado, que na maioria das vezes é aquecido, mas também há a possibilidade de se realizar secagem com ar ambiente ou com ar frio desumidificado. Se for utilizado o ar ambiente, este deve ser escolhido quando sua UR estiver igual ou menor a 70%. Apesar de não ser utilizada nenhuma fonte de aquecimento, neste caso, deve-se considerar um possível aumento da temperatura do ar ao passar pelo ventilador, que pode ocorrer devido ao processo adiabático de compressão do ar ou pela condução de calor gerado pelo motor do ventilador, que se transfere através do eixo e da carcaça. A energia que entra pelo eixo do motor é acrescida ao sistema e, como consequência, no ventilador, fazendo com que o volume do ar diminua e aumente a pressão e a temperatura. 

   Na secagem artificial há vários sistemas de secagem, como: secagem contínua, intermitente e estacionária. 

Secagem estacionária

    Caracteriza-se pela passagem forçada do ar em fluxo axial ou radial através da camada de sementes que permanecem paradas no compartimento de secagem. O ar utilizado pode ser aquecido (desumidificado) ou não. Consiste em submeter uma massa de sementes estática à passagem de um fluxo de ar forçado, constantemente até o final do processo. O fluxo de ar tem as funções de criar as condições para haver a evaporação da água contida nas sementes, pelo transporte do calor (ou UR) conduzido até as sementes e, também, pelo transporte da umidade removida das sementes para fora do secador. Então, o fluxo de ar, ao transportar calor (ou UR) e água que migrou do interior para a superfície das sementes, permite que mais água continue evaporando. 

    A secagem estacionária ou de leito fixo pode ser realizada em silos com fundo de chapa perfurada (plenum) por onde insufla-se ar, sendo o único sistema em que o ar pode ser aquecido ou não. Outra disposição é insuflar o ar através de um duto central, e o ar de secagem atravessar a massa radialmente. 

Secador estacionário radial

    A secagem estacionária é caracterizada por ocorrer em camadas sucessivas, chamada de frente de secagem, pois as sementes que se encontram próximas à saída do ar são as primeiras a secar. Quando a primeira camada atinge o equilíbrio higroscópico com o ar de secagem, a segunda camada começa a secar. Enquanto isso, a terceira camada permanece úmida por estar adiante da frente de secagem, podendo haver risco de aumentar seu teor de água, devido à condensação do ar úmido trazido das camadas inferiores ou interiores. No caso de secadores de distribuição radial, a frente de secagem começa próxima ao duto de distribuição central de ar. 

    O gradiente do teor de água entre camadas de sementes, com diferentes distâncias do ponto de entrada do ar no secador, depende da temperatura, da umidade relativa, do fluxo do ar, do teor de água, da espessura da camada de sementes e da transferência de água das sementes para o ar de secagem. Este processo só se estabiliza quando há equilíbrio higroscópico entre o ar e as sementes.

    A secagem estacionária despende um longo período de tempo, o suficiente para o ar entrar em contato com as sementes, e não pode se utilizar grandes temperaturas devido à isotermia entre o ar e as sementes. Outro aspecto é que, com UR do ar de secagem inferior a 40%, pode haver sobresecagem devido ao equilíbrio higroscópico entre a semente e o ar de secagem, em que as sementes atingiriam uma umidade inferior a 10%, tornando-se altamente susceptíveis ao dano mecânico.

Secagem contínua

    A secagem contínua, como o próprio nome sugere, é quando o produto possui uma entrada contínua no secador, no entanto seu contato com o fluxo de ar pode ser constante ou não. O ar poderá ser uma mistura de ar ambiente e aquecido, dependendo das condições psicrométricas do ar ambiente.

Secador contínuo

Detalhes dos fluxos de ar e de sementes na câmara de secagem

    Os secadores contínuos, geralmente, são com fluxos de ar mistos, podendo estes possuir ou não reaproveitamento de ar. Este reaproveitamento recircula o ar proveniente da câmara de secagem onde as sementes estão mais secas. Esse ar, portanto, possui pouca alteração de sua razão de mistura e, consequentemente, ainda está com muita capacidade de carregar umidade. Desta forma, é misturado ao ar proveniente da fornalha (fonte de calor ou desumidificador), diminuindo ainda mais a razão de mistura e gerando mais eficiência ao secador.

    Esse secador geralmente possui uma tulha de produto ou local anterior a câmara de secagem, podendo possuir ou não uma câmara de resfriamento ou equalização, fornalha (desumidificador), sistema de ventilação e descarga.

    O contato entre produto e ar ocorre na câmara de secagem. Há modelos de equipamentos que possuem mais de uma câmara de secagem, sendo estas intercaladas por câmaras de equalização. Quando essa câmara é a última da coluna do secador, é chamada de câmara de resfriamento. 

    Os secadores devem ter design e projeto dimensionados para secar o produto e não causar choque térmico ou dano mecânico às sementes. Devido a isso, o estudo da localização das câmaras é fundamental.

Secagem intermitente

    A secagem intermitente consiste no emprego de câmaras de secagem, onde as sementes, por curtos períodos, ficam em contato com o ar de secagem e câmaras de equalização, onde as sementes, por prolongados períodos, permanecem sem contato com o ar de secagem, permitindo que a água mais interna da semente migre para a sua superfície, predominantemente por difusão, facilitando o processo de secagem. É um sistema bastante recomendado para secar sementes. 

    As relações câmara de secagem/câmara de equalização, chamadas de relação de intermitência dos secadores, podem ser 1:6; 1:9; 1:13 ou outra (significa um período de secagem para x períodos de equalização).

    Neste sistema são utilizados secadores nos quais as sementes fluem continuamente e a secagem se faz em mais de uma passagem. O elevador das sementes é parte do processo.

    A temperatura do ar de secagem para secadores intermitentes não é tão crítica como para secadores contínuos ou estacionários, sendo mais eficientes em relação à qualidade do produto X tempo. Possui taxas de secagem para soja de 0,8 a 1,1 p.p por hora e para arroz de 1,4 a 1,8 p.p por hora. Isso é devido a seu princípio, que tem como base a intermitência, que faz com que o produto não esteja em contato constante com o fluxo de ar forçado aquecido (desumidificado), mas somente em determinados intervalos de tempo. Esse intervalo ou tempo de residência do produto é o condicionante chamado de taxa de intermitência e a capacidade operacional do secador. Assim, o produto fica parte do tempo na câmara de secagem e parte na câmara de equalização.

    O princípio da intermitência se baseia no tempo de migração da água do centro da semente para sua periferia, o que torna a retirada da água um processo mais eficiente e com a necessidade de menor tempo de exposição a altas temperaturas. Com isso, esse sistema possui uma alta velocidade de secagem. 

    O secador intermitente possui uma câmara de secagem, outra de equalização, sistema de ventilação e descarga, sendo obrigatório ter um elevador para realizar a intermitência.

Secador intermitente -Vista frontal

    A temperatura de secagem depende do tempo de permanência do produto na câmara de secagem. Para pequenos períodos de exposição das sementes ao ar de secagem, temperaturas do ar de entrada na câmara de secagem entre 60 e 80oC para sementes são aceitáveis. O importante é medir a temperatura da massa de sementes, que não deve ultrapassar 43oC no final da secagem. A temperatura do ar pode variar dependendo da localização do termômetro no secador, mas a medida da temperatura da massa de sementes é a referência mais correta para ser utilizada. 

Fluxo de ar e de sementes

    Os secadores podem ser diferenciados quanto ao fluxo de ar e de sementes no seu interior.

    Um secador é chamado de fluxo cruzado quando a entrada de ar é perpendicular à entrada das sementes; contracorrente quando o ar está em uma direção e as sementes escoam na direção oposta e concorrente quando ambos estão na mesma direção. Ainda pode ocorrer o fluxo misto, quando mais de um dos fluxos anteriores ocorrer no mesmo secador.

    A secagem intermitente ou em secador contínuo lento proporciona um tempo suficiente para migração da umidade das camadas mais internas para as externas, sem haver comprometimento da qualidade, apresentando uma alta velocidade de secagem.

Tipos de fluxo de ar

Design

    O design de secadores de sementes recebeu algumas inovações nos últimos anos, como reaproveitamento de ar, disposição dos cavaletes, secadores de maior capacidade estática para grandes culturas, entre outros. Estas modificações buscam obter, principalmente, maior eficiência energética.

    O reaproveitamento do ar consiste na utilização do ar que é usado para o resfriamento da massa de sementes; esse, ao passar pela mesma, absorve energia e é reintegrado ao sistema, misturando-se com ar oriundo da fornalha, resultando em uma considerável economia de energia e potência dos ventiladores.

    Ocorreram também inovações na câmara de sucção do conjunto de ventilação conectada às câmaras coletoras, na câmara de ar frio conectada às câmaras de alimentação e no conjunto de ventilação. Foi incluída uma área maior oposta à fornalha, local este onde a recirculação ocorre independente do modelo ou marca.

    Os projetos de engenharia desenvolvido pelas empresas contemplam descargas mecânicas pendulares, para que o secador não tivesse impacto interno no deslocamento da massa na descarga de sementes e capacidade de maiores fluxos que as descargas pneumáticas.

Colunas e cavaletes

    Também surgiram inovações em secadores que utilizam colunas ao invés de cavaletes. Os secadores de colunas estão sendo os mais comercializados, em comparação com os tradicionais secadores de cavaletes.

    As colunas possuem a ausência de divisões internas, evitando assim a acumulação de pó e reduzindo o perigo de incêndio. Possuem um desenho em forma de “S” longo, possibilitando a formação de uma coluna única de produto. O formato em “S” permite o amortecimento das sementes em queda, diminuindo danos mecânicos ao produto e risco de incêndio. As colunas verticais estão fixadas umas nas outras com separadores longos, através das dobras longitudinais. Os separadores longos estão dispostos de forma contraposta, sendo que no lado oposto fica um separador curto, permitindo assim que o ar aquecido passe entre as colunas verticais, realizando a secagem das sementes, que têm sua passagem neste local de forma amortecida.

    O secador com colunas é montado de forma modular, formando uma espécie de colmeia, cujo rendimento é obtido através da passagem do ar aquecido pela pressão de exaustão, possibilitando uma secagem mais homogênea. Em contrapartida, tem menos capacidade estática na câmara de secagem e consome mais energia térmica do que o secador de cavaletes.

Detalhe secador de coluna

Pressão negativa

    Os primeiros secadores, atualmente denominados na área comercial de secadores de pressão positiva, tinham baixa vazão de ar e fornalhas pequenas, algumas metálicas, e sistema de ar por insuflação.

    Os secadores atuais têm alta vazão de ar, com exaustores axiais potentes e grandes fornalhas, que podem ser abastecidas por lenha, e outros. Estes são os chamados de pressão negativa, pois a medição com um manômetro nestes equipamentos seria de uma pressão zero ou próxima a zero, em função da alta vazão de ar e fornalhas com persianas (entradas de ar) nas laterais ou frontais para captação de ar. 

    Porém, o grande desafio enfrentado hoje pelas engenharias das empresas fabricantes é eliminar o arraste de fagulhas, levadas pela grande vazão de ar do secador de pressão negativa. Neste momento, estão sendo utilizadas chicanas nos dutos das fornalhas ou grandes redemunhadores para diminuir a velocidade e provocar a decantação das partículas.

    Os exaustores colocados no lado oposto às fornalhas ou geradores de ar quente fazem com que todo o ar disponível seja aplicado no processo, permitindo a mistura do ar de resfriamento com o ar de secagem, com sensível economia de energia e redução de custos operacionais. A disposição dos exaustores e a construção dos difusores do secador possibilitam sua instalação na parte superior ou inferior do secador, com adequadas curvas de saída do ar para a atmosfera.

    Os registros internos (geralmente opcionais) permitem a secagem com resfriamento (2/3 da coluna recebe ar quente da fornalha, 1/3 da coluna utilizado para resfriamento); secagem com a coluna cheia (toda a coluna recebe ar proveniente do gerador de ar quente); e secagem na coluna inferior (o ar de secagem é conduzido somente para o terço inferior, utilizado para secagem de lotes).

Ar desumidificado

    A secagem é função, principalmente, do fluxo e da UR do ar de secagem. Até pouco tempo, o processo para diminuir a UR era aumentar a temperatura do ar de secagem por ser mais barato e fácil de se obter. Entretanto, com os avanços tecnológicos, atualmente pode-se baixar a UR do ar de secagem retirando a umidade absoluta do ar de forma eficiente e a um baixo custo.

    O processo de desumidificação consiste em baixar a temperatura do ar abaixo do ponto de orvalho, para ocorrer a condensação da umidade, e após aquecê-lo até obter uma UR ao redor de 10-15%. Este processo faz com que a temperatura do ar de secagem seja consideravelmente menor do que nos sistemas tradicionais, com potencial vantagem na qualidade da semente e nos processos de controle, com risco praticamente zero de ser utilizada temperatura de secagem muito alta.

Comentário final

    A secagem é essencial para obtenção de sementes de alta qualidade em quantidade, pois, como a maturação é desuniforme e as condições climáticas muitas vezes desfavoráveis, deixar as sementes para secar no campo é um grande risco. 

    No caso de milho, para garantir qualidade e quantidade, colhe-se em espiga com 30-35% de umidade e seca-se 100% da produção, assim como em arroz, em que as sementes são colhidas com umidade entre 20-24%, passando todas pelo secador, isto para evitar o degrane natural e a fissura das sementes. 

    No caso de soja e trigo, por inconvenientes de debulha, recomenda-se iniciar a colheita assim que as sementes atingirem 18% de umidade. No processo, parte da semente normalmente é colhida seca, com umidade entre 12-13%, devido à velocidade de secagem no campo. Assim, para estas duas culturas, um planejamento de secagem para 60% da produção é recomendável, tendo em conta o binômio qualidade e quantidade de semente. 

    Em relação a secadores para sementes, praticamente todos podem ser utilizados, desde que sejam observados os requisitos técnicos de misturas varietais, possíveis danificações mecânicas, sobressecagem e capacidade de secagem. Felizmente, no mercado brasileiro existem várias empresas que comercializam adequados secadores para sementes.