Processo de produção de ração – Moagem, mistura e peletização

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O Fabricante de Rações tem como objetivo produzir rações com a melhor relação custo x benefício. Toda a gestão do processo de fabricação de ração deve estar voltada para atender o produto final com qualidade visando esta finalidade.

No Planejamento e Gestão do Processo de Fabricação com visão ao atendimento da qualidade de ração deve-se ter o processo que atenda a qualidade desejada. A qualidade pode ser planejada em novos projetos ou por meio da gestão, através de um estudo da situação atual, adequando os desvios de qualidade para plantas existentes. O conhecimento tecnológico das etapas de processo dá o suporte para o planejamento e gestão.

Este trabalho tem como objetivo sintetizar o conhecimento tecnológico e prático existente no processo de produção de ração, disponibilizando um referencial para projetos que envolvem as etapas de Moagem, Mistura e Peletização. Usando como base de referência o livro Principles of Mixed Feed Production – Componentes . Processes . Technology e citações de outros autores listadas nas referências bibliográficas.

Qualidade da ração

A qualidade intrínseca da ração divide-se em duas dimensões, qualidade nutricional/fisiológica e sanitária.

Nutricional/Fisiológica

Entende-se que a qualidade nutricional/fisiológica trata do atendimento dos níveis nutricionais para cada fase de vida do animal. Os níveis nutricionais são alcançados através da dosagem e pesagem adequada dos ingredientes individuais, e posterior mistura para uniforme homogeneização dos ingredientes. Outro fator atendido por esta dimensão de qualidade é a granulometria adequada ao aparelho digestivo de cada espécie. Para os suínos é usada uma granulometria mais fina, e para as aves, em função de sua natureza, uma granulometria mais grossa. A qualidade física do pelete é medida através de sua durabilidade e dureza. O pelete deve ser durável, mas não duro em demasia. De acordo com o autor Nir (1994) citado pelo Nir [11] , peletes duros (grau de peletização 2, dupla peletização) reduz os efeitos benéficos da peletização para aves.

Sanitária

A ração deve ser isenta de microorganismos, bem como não deve possuir nenhum componente tóxico ou componente indesejado que pode prejudicar a saúde do animal ou deixar resíduo indesejável na carne.

Processo de fabricação de ração

Uma das primeiras definições que deve ser levada em consideração no planejamento de uma fábrica de ração é a escolha do conceito de moagem que será adotado, a pré-moagem ou a pós-moagem.

A pré-moagem foi a maneira original que as fábricas de rações no Brasil foram montadas. Nesta, os ingredientes são moídos individualmente e posteriormente são dosados (Figura 1). Basicamente, são utilizados como ingredientes a serem moídos, o milho ou outro grão alternativo e o farelo de soja.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 1. Fluxograma de uma fábrica de rações com pré-moagem Fonte: Buhler [4]

A pós-moagem é uma nova tendência das novas fábricas e seu uso no Brasil teve início em meados dos anos 90, por influência do modelo europeu de produção de rações. A pósmoagem, também chamada moagem conjunta, coloca o sistema de moagem entre a dosagem e a mistura, dentro da linha de produção. Neste sistema, todos os ingredientes são armazenados diretamente nos silos de dosagem, já que a moagem é realizada na linha de produção. Este processo foi desenvolvido devido a necessidade no mercado europeu de produzir rações com uma grande variedade de ingredientes que necessitassem da moagem (Figura 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 2. Fluxograma de uma fábrica de rações com pós-moagem Fonte: Buhler [4]

A vantagem da pré-moagem é o moinho ser independente da linha da mistura, e consequentemente a capacidade de moagem pode ser utilizada completamente.. Dessa forma, permite que o tamanho de partículas dos produtos individuais possam ser mudados, alterando as peneiras do moinho. Como desvantagem tem-se um alto custo de investimento em silos e transportadores adicionais e produtos que contenham muita fibra (cevada, aveia, etc.) tornando-se difíceis ou até impossíveis de serem moídos sozinhos.

A pós-moagem em contraste tem a vantagem de menor investimento por necessitar menos silos e elementos de transporte. O produto moído tem uma estrutura mais uniforme pois todos os ingredientes são moídos com a mesma peneira e produtos de difícil moagem quando misturados são mais fáceis de moer. A grande desvantagem da pós-moagem é que ela esta diretamente ligada a linha de mistura e a capacidade da linha dependente da capacidade de moagem. Neste sistema a capacidade do moinho não é completamente utilizada, e o moinho trabalha vazio entre as bateladas.

 

Moagem

No processo de redução de tamanho de partículas, o equipamento mais utilizado mundialmente é o moinho de martelo. Por isso, neste trabalho abordam-se apenas as peculiaridades deste equipamento.

Moagem é mais do que simplesmente o equipamento moinho de martelo, ele é um sistema composto de diversos acessórios, conforme apresentado na Figura 3.

Figura 3. Sistema de Moagem Fonte: Kersten [6]

O alimentador (A) e o respectivo controle automático proporcionam a alimentação do moinho, sendo a capacidade de produção ajustada via conversor de freqüência, ligada ao motor do alimentador e limitando a carga pelo uso da potência do motor principal do moinho. Este equipamento deve possuir separador de materiais estranhos e proteção magnética para proteger a integridade da peneira e martelos e minimizar o risco de explosão.

O pulmão funcionará como um plenum que permitirá a redução do arraste de finos, fazendo que a maior parte do produto se direcione para a rosca extratora (I). Muito importante é a existência de sensor de nível máximo para proteger, no caso de ocorrência de anomalia, contra o embuchamento do moinho.

O sistema de aspiração é composto de exaustor (H) e filtro (B), e tem a função de auxiliar na retirada do produto da câmara de moagem.

A clapeta (K) da rosca extratora forma um selo, fazendo com que o fluxo de ar passe apenas pela entrada de ar (D) do moinho, e, através da câmara de moagem, deste modo permitindo a máxima eficiência de moagem.

Para atender proteção contra explosão existem dispositivos adicionais que devem ser instalados, diafragma de ruptura com dispositivo de desligamento (E), que quando da ocorrência da ruptura aciona o fechamento do dispositivo de fechamento rápido (G), evitando a propagação da explosão para a parte interna da fábrica. O duto de alívio (F) direciona a explosão para a parte externa do prédio.

O padrão de medida de tamanho de partícula é o DGM – Diâmetro Geométrico Médio, com a medida de dispersão DPG – Desvio Padrao Geométrico. Para o cálculo destes indicadores recomenda-se a utilização do aplicativo SoftGran disponibilizada pela Embrapa [5].

A seguir, apresenta-se o DGM recomendado por espécie:
Suínos – 500 a 650 ? (mícron) Aves – 800 a 1.000 ?

Quanto menor o DPG, mais uniforme é a distribuição e melhor será para o desempenho das aves. Segundo o autor Nir [11], o DPG aumenta com o aumento do teor de finos.

Existe certa controvérsia quando do uso de granulometria mais grossa para aves, pois temse o paradigma de que granulometria grossa afeta a qualidade de pelete. Kleyn [8].cita Reece (1994), onde este mostrou que moagem com peneira de 4,15 mm e 6 mm resultaram respectivamente granulometria de 910 micron e 1024 micron, tiveram qualidade de pelete medida pelo PDI similar de 91%. Este mesmo autor cita a opinião de Penz (2002) que utilizaria milho moído mais grosso mesmo significando menor qualidade de pelete.

Quando a peletização é projetada para a qualidade de pelete, é possível conciliar o tamanho de partícula mais grossa na moagem e adequada qualidade de pelete, entre 80 a 85% de PDI. Este assunto de tamanho de partícula será apresentado novamente no tópico peletização a luz de novos trabalhos.

Fatores que influenciam a moagem

Os fatores que influenciam a moagem são a matéria-prima, a velocidade periférica dos martelos, as características dos martelos e da peneira, e por fim, a ventilação.

Matéria Prima: as propriedades de plasticidade e solidez das matérias prima definem o comportamento de moagem.

A seguir, apresenta-se a relação entre as matérias prima e a capacidade de moagem:

Pela relação acima pode-se estimar que um moinho que produz 1 ton/h com aveia, produzirá aproximadamente 4 ton/h com milho.

Outro fator importante na matéria-prima é o teor de umidade do produto, considerando-se que o aumento de umidade de aproximadamente 1%, resulta em aumento de consumo de energia de aproximadamente 7%.

Velocidade Periférica: normalmente a velocidade periférica é de aproximadamente 90 m/s. Se a velocidade periférica for superior a 90 m/s, então a partícula que já estiver no tamanho certo, tem menos tempo para deixar a câmara de moagem, acarretando uma subseqüente redução de tamanho. Com isso, resulta maior proporção de finos, com maior consumo de energia elétrica especifica.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 4. Influência da velocidade periférica sobre o tamanho de partícula Fonte: Kersten [6]

Conclusão: maior velocidade periférica, granulometria mais fina, maior potência e menor capacidade de produção.

Características dos Martelos: a eficiência de moagem está relacionada com o número, a espessura e o desgaste dos martelos.

Quanto maior o número de martelos, maior a probabilidade de que as partículas serão processadas várias vezes gerando uma granulação mais fina. Sendo assim, conclui-se que com menor número de martelos, menor será o consumo de energia e a granulometria do material será mais grossa.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 5. Influencia do numero de martelos sobre o tamanho de partícula Fonte: Kersten [6]

Martelos endurecidos mais finos (3 mm), geralmente afetam positivamente a moagem. A capacidade do moinho é maior, o consumo de energia especifica é menor do que martelos mais grossos (9 mm).

Martelo mais grosso empurra o material ao invés de reduzir o tamanho. Martelos com desgaste exagerado acarretam aquecimento do produto, redução de produção e o risco de rompimento da peneira.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 6. Influência do desgaste do martelo sobre a capacidade de produção Fonte: Kersten [6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 7. Desgaste máximo recomendado para os martelos Fonte: Kersten [6]

Características da Peneira: a eficiência de moagem está relacionada com a espessura, diâmetro do furo e área aberta da peneira.

Normalmente se usa peneira perfurada com espessura de 2 a 3 mm e com diâmetro do furo de 2,5 a 5 mm. Furos de peneira menor, somente em rações para peixes e pet food.

Quanto maior a área aberta, mais rapidamente as partículas com tamanho adequado deixarão a câmara de moagem. Com isso, resulta em maior capacidade de produção e menor consumo de energia especifico. O efeito colateral negativo de maior área aberta é a maior fragilidade da peneira. O valor de área aberta está entre 30 a 50%.

Figura 8. Influência da área aberta de peneira e umidade do produto sobre a capacidade de produção Fonte: Kersten [6]

Ventilação: o volume de ar fluindo através da câmara de moagem, permite que as partículas com o tamanho já adequado, passem mais facilmente através da peneira. Dessa forma, evita a redução adicional desnecessária da partícula, a formação de finos em excesso e maior desgaste do martelo e da peneira.

Conclusão:

  • Maior capacidade do moinho;
  • Para moagem grossa, o intervalo de granulometria fica mais estreito (menor DPG);
  • Menor consumo de energia especifico;
  • Menor desgaste.

A ventilação afeta o conteúdo de umidade do produto. Dependendo do material e tamanho de partícula desejado, podem acontecer perdas de umidade de até 1%.

Na Tabela 1 apresenta-se resumo dos fatores de moagem de acordo com o SFT - Swiss Feed Technology Institute [16] .

Tabela 1 - Resumo dos fatores de moagem Fonte: SFT [15]

Fatores de Dimensionamento do Sistema de Moagem

Os principais itens que devem ser dimensionados em um sistema de moagem são: capacidade do moinho, volume do pulmão, volume de ar do sistema de aspiração, perda de carga do sistema e tamanho do filtro.

Capacidade do Moinho: depende da potência do motor principal, diâmetro de abertura do furo da peneira e do tipo de material a ser moído (fator jkW). Q = P x d x JKW

onde:

  • Q – capacidade de produção (kg/hora)
  • P – potência do motor principal (w)
  • d – diâmetro do furo da peneira (mm, intervalo de 2,5 a 7 mm)
  • JKW – fator da matéria prima

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabela 2 – Lista jkW de vários produtos usados na industria de rações. Fonte: Adaptado de Ruetsche [13]

Deve ser considerado o jkW de 45 para o milho brasileiro.

Volume do Pulmão - está relacionado com a área da peneira. volume do pulmão em m3 = m2 da peneira

Volume de ar: podem ser utilizadas as seguintes recomendações para o cálculo:

SFT [16]. recomenda via relação com o tamanho da peneira Volume de ar em m3/min = Área da peneira em dm2 / 2

Ruetsche [13]. recomenda relação com a produção do moinho Volume de ar em m3/min = capacidade máxima do moinho em m3/h x 2

Perda de carga do sistema: soma-se as seguintes parcelas:

mm do moinho – 100 a 150 mm de coluna d`água

mm do filtro – 100 a 150 mm de coluna d`água

Recomenda-se um sistema de aspiração individual para cada moinho, quando for utilizado mais de um moinho por linha de produção. O motivo disso é porque cada moinho possui uma perda de carga diferente.

Área das mangas do filtro: está relacionada com o volume de ar de aspiração.

Usar a relação de 4 m3/min de volume de ar / m2 de área de filtro.

As referências apresentadas anteriormente servem como base e dão uma idéia de grandeza, sendo que cada fabricante de equipamento pode em maior ou menor grau otimizar certos parâmetros da máquina permitindo uma melhor eficiência.

Operação, Mistura e Caracteristicas dos ingredientes

Operação

Para manter a melhor eficiência da moagem deve ser criada uma rotina operacional de inspeção que atenda pelo menos os seguintes pontos:

  • retirada dos materiais estranhos;
  • reversão da rotação;
  • controle de desgaste dos martelos;
  • controle de desgaste das peneiras;
  • controle da perda de carga do filtro e limpeza das mangas.

Mistura

A referência utilizada na etapa de mistura, a ser apresentado nesta seção, foi extraído de Lara [9]. No trabalho deste autor, apresenta-se uma resenha dos principais pontos a serem considerados e como fazer o controle de processo da mistura.

Lara [9] cita Heindereich e Strauch (2000) o qual informa que o processo de mistura é essencialmente baseado em experiência e informações empíricas.

O misturador em fábrica de ração está normalmente posicionado posterior a balança no sistema de pré-moagem ou posterior ao moinho no sistema de pós-moagem.

No novo conceito bulkblending, o misturador está posicionado na expedição posterior aos silos de armazenagem de ração e anterior a descarga no caminhão.

Sobre o número de misturadores, existe uma tendência do uso de um único misturador por linha de produção. Contudo, ainda continuará existindo espaço para linhas com 2 misturadores de menor capacidade.

Na Figura 9 é apresenta as relações de causa e efeito no processo de mistura, sendo as relações causais as características dos Ingredientes, o equipamento propriamente dito e os parâmetros de processo e o efeito desejado a uniformidade da mistura medida pelo coeficiente de variação CV%.

Figura 9. Análise Causa Efeito Mistura Fonte: Lara [9]

Caracteristicas dos Ingredientes

Lara [9] cita Axe e Benhke (1995) para exemplificar as características dos ingredientes que são relevantes no processo de mistura, sendo estas:

  • tamanho da partícula: quando dois ingredientes tem tamanhos bem diferentes, eles podem se separar.
  • forma das partículas: a forma influencia as propriedades de fluxo e de armazenagem. A casca de soja é difícil de se manusear, elas se interligam e formam obstrução ao fluxo. As partículas planas tem comportamento diferente de partículas arredondadas, elas tendem a cair mais lentamente, pemanecendo na posição, sendo que as arredondadas caem mais rapidamente e tendem a permanecer em movimento,
  • densidade; partículas mais densas descem entre as mais leves.
  • características eletrostáticas; partículas, tornam-se carregadas devido a colisões com outras partículas ou com partes do misturador. Geralmente, a carga eletrostática mais severa está em partículas finas. O pó tem maior área superficial e deste modo permite maior carga eletrostática. As partículas carregadas podem ficar aderidas as partes metálicas do equipamento.
  • higroscopicidade; a passagem da umidade do ar para o produto pode resultar em mudanças de propriedades físicas tais como, as partículas se agregam formando grumos, redução do número de partículas, aumento do tamanho da partícula. Isto pode seriamente impedir uma habilidade do ingrediente de se distribuir na mistura.

Lara [9] cita Heindereich e Strauch (2000), que mostra que a uniformidade de uma mistura medida pelo CV% depende das características do micro-ingrediente (densidade e granulometria) a ser medido do que as características da mistura propriamente dita. Isto foi testado avaliando o CV% de um micro-ingrediente colocando em diferentes misturas, com características de granulometria diferentes. Obtendo resultados de CV% similares nas diferentes misturas. 

Equipamentos

Na produção de ração, são utilizados basicamente dois tipos de misturadores, helicóide ou pás.

Os principais fatores que devem ser considerados para um adequado funcionamento do misturador, tempo de mistura, grau de enchimento, distancia de helicóide e corpo, tipo de descarga e adição de Micro-ingredientes.

Tempo de Mistura: cada misturador com suas características específicas tem o seu tempo ótimo de mistura.

Figura 10. Tipo de Misturador e seu tempo de mistura seca. Fonte: Buhler [4]

O ciclo de mistura adequado deve considerar: tempo de mistura seca, tempo de adição de líquidos e tempo adicional posterior a adição de líquidos. SFT [11] recomenda 1 minuto de tempo adicional. É importante respeitar o tempo de mistura seca, pois é neste tempo que irá ocorrer a uniformização dos micro-ingredientes na mistura total, e se os líquidos forem adicionados antes deste tempo, as características de fluidez diminuem com os líquidos e existe o risco de se formar grumos nos micro-ingredientes e estes não se uniformizarem adequadamente na mistura.

Misturadores com relação comprimento : largura próximos a 1, terão tempo de mistura mais curto.

Grau de enchimento: o misturador mistura volume e não peso. A capacidade em peso é definida pelo volume e potência (kW) do misturador. Quanto maior a RPM e maior a % de líquidos viçosos maior será a potência exigida.

O misturador de pá permite um grau de enchimento de 10% a 100%. O misturador de helicóide permite grau de enchimento de 50% a 100%.

Em misturador de helicóides uma porção de 15 cm do helicóide deve passar a superfície da ração.

O volume de trabalho deve ser aquele recomendado pelo fabricante e/ou via teste de uniformidade.

Distância entre helicóide e corpo do misturador: a maioria dos misturadores de helicóide vem de fábrica com uma distância entre helicóide e corpo do misturador de 3 a 5 cm. Quando esta distância for de aproximadamente 12 mm, a uniformidade pode ser afetada.

Tipo de descarga: existem dois tipos de descarga, gaveta ou comporta em toda extensão do misturador.

Comporta permite menores tempos de descarga (5 a 10 segundos).

Comporta junto com o adequado design do misturador proporciona menores níveis de resíduo remanescente entre bateladas. O SFT [16] recomenda resíduos não maiores do que 0,2%.

É importante que não ocorra vazamento do misturador. A descarga do tipo gaveta não acarreta em dificuldades para se atingir este objetivo. Já em misturadores do tipo comporta necessitam de um excelente projeto, acabamento, bem como monitoria no dia a dia.

Adição de Micro-ingredientes: um misturador deve ser capaz de misturar na proporção de 1:100.000 no caso de premix e 1:10.000 em rações.

Normativamente, o premix deve preferencialmente ser adicionado diretamente ao misturador, ou deve ser adicionado o mais próximo possível. No modo alternativo de transporte deve ser considerado que minimize o risco de contaminação cruzada.

A adição de micro-ingrediente premix deve ser feita posterior a adição de macroingredientes.

Sobre a adição de micro-ingredientes não existe diferença entre se colocar na forma concentrada ou na forma de diluição.

Medida da Uniformidade da Mistura

Primeiramente deve ser escolhido qual o micro-ingrediente que será utilizado, no entanto, não pode ser maior do que 0,5%.

Na pratica os mais utilizados são os seguintes:

  • sal (ASAE Standard: S301.1, 1973) – amplamente utilizado nos USA.
  • micro-trace F – azul ou vermelho (USA)
  • violeta de metila (normalmente usado na Europa, recomendado pelo SFT [16])
  • lisina e metionina

Quando se faz a medida de Coeficiente de Variação (CV%) está sendo medido o quanto o micro-ingrediente está uniformemente distribuído na mistura, e se infere se este ingrediente está misturado nos demais ingredientes que também tendem a estar misturados.

O Europeu definiu como padrão, o violeta de metila, por ser um ingrediente com densidade similar ao da mistura, por ter um adequado número de partícula e possuir uma baixa variabilidade de análise.

O CV% inclui a variação do procedimento de amostra, método de análise, aleatoriedade e a medida da uniformidade da mistura.

O SFT [16] recomenda que o CV% da violeta de metila não exceda 5% após descontar 3% de erro de medida.

Peletização

A máquina peletizadora basicamente é um equipamento composto de rosca alimentadora, que junto com o controle de alimentação (manual ou automático) faz o ajuste da carga da máquina respeitando a máxima corrente do motor principal (ajuste para a potência instalada). A rosca abastece o condicionador que recebe vapor saturado, este equipamento tem a função da mistura do vapor na ração farelada. Posterior ao condicionador, opcionalmente, pode-se ter o retentor que tem a função de aumentar o tempo de retenção da ração com finalidade de redução microbiológica e finalmente a peletizadora propriamente dita, onde os rolos forçam a ração farelada pelos orifícios da matriz, tendo-se assim a ração na forma de pelete.

Figura 11. Maquina Peletizadora Fonte: Buhler [4]

A ração peletizada tem várias vantagens sobre a ração farelada, que são:

  • tratamento térmico reduz microorganismos
  • redução de segregação dos ingredientes
  • melhores características de fluidez. Reduz a incidência de pontes em silos bem como a formação de resíduo dentro dos silos ou moegas;
  • reduz a seleção dos ingredientes pelos animais;
  • aumenta a densidade da ração, necessitando menor volume de armazenagem e menor volume de transporte;
  • maior consumo de ração;
  • maior ganho de peso diário;
  • melhor conversão alimentar;
  • melhora a digestibilidade, uma vez que a utilização dos nutrientes é melhorada;
  • reduz o desperdício.

A maior justificativa para a peletização é o ganho econômico, Klein [7] relata que o ganho é de aproximadamente 1,85 milhões por ano para um abate de 100 mil frangos por dia, e de aproximadamente 6,5 milhões por ano para uma abate de 350 mil frangos por dia, considerando um ganho na conversão alimentar de 3,5%, o que pode ser considerado um ganho bem conservador. Com custo operacional na peletização de R$ 7,10 e R$ 6,20 /ton de ração respectivamente para um abate de 100 mil e 350 mil frangos dia. Sendo a necessidade de ração para 100 mil e 350 mil frangos por dia respectivamente aproximadamente 106 mil ton/ano e 370 mil ton/ano.

Considerando o ganho e os custos envolvidos, Klein [7] concluiu que para estes 2 casos, um payback descontado de 3 anos e 2 meses, e, 1 ano e 2 meses respectivamente para abates de 100 mil e 350 mil frangos por dia.

A qualidade e eficiência de peletizacao é determinada pela qualidade física e ótima capacidade de produção relacionado com o consumo de energia especifico (kWh/ton). É difícil conseguir estes requisitos ao mesmo tempo. A produção de peletes consistentes, requer alto consumo de energia. A qualidade de pelete melhora imediatamente com a redução de produção de ração.

Condicionador

A ração farelada armazenada na moega acima da peletizadora, é uniformemente dosada através da rosca alimentadora que abastece o condicionador. Uma uniforme razão de alimentação do farelo e vapor, com apropriado efeito de mistura das pás e tempo de retenção, são condições para uma adequada absorção do vapor. O tempo de retenção no condicionador é de aproximadamente 10 a 20 segundos.

De acordo com a figura 12, o tempo de retenção de 12 segundos já é suficiente para o aquecimento do centro de uma partícula com tamanho de 3 mm com vapor saturado.

Figura 12. Tempo de aquecimento para alcançar . 80 °C dentro do centro da partícula x tamanho de partícula Fonte: Buhler [4]

Razões para o condicionamento:

  • diminuir o consumo de energia elétrica
  • aumentar a capacidade de produção
  • melhorar a estabilidade e o atrito do pelete
  • redução microbiológica
  • melhora a digestibilidade.

Os principais fatores do condicionamento considerados são a temperatura, a umidade e o tempo. O tempo é conseguido pelo tamanho do condicionador. A temperatura e a quantidade de umidade são obtidas através da adição de vapor. O vapor aquece e umidifica ao mesmo tempo.

Como regra, o aumento de temperatura de 10oC no material resulta em aumento de umidade entre 0,6 a 0,7%.

As vantagens de adição de vapor podem ser esclarecidas, como segue na figura 13.

Figura 13. Efeito do condicionamento com vapor sobre consumo de energia, qualidade de pelete e temperatura Fonte: Kersten [6]

Na Figura 13 mostra a redução de energia elétrica necessária quando se aumenta a percentagem de adição de vapor com respectiva melhoria na qualidade de pelete.

Coeficiente de abrasão é o inverso do PDI (Pelete Durability Índex, Índice de Durabilidade de Pelete). Abrasão de 3% corresponde a PDI de 97%. Coeficiente de Abrasão é a medida do teor de finos e PDI a medida do teor de peletes.

O europeu visualiza a porção fino e o americano a porção pelete.

Tratamento Térmico

Lara [10] apresenta o retentor como uma evolução do processo de tratamento térmico em rações. Os esforços da indústria e dos fabricantes de equipamentos se voltaram para a redução microbiológica, buscando o tratamento térmico no processo de rações para atender a cadeia alimentar de proteína animal. A tecnologia mais recente e eficaz empregada atualmente na redução microbiológica é o retentor.

O retentor começou a ser utilizado em meados do ano 2000 e hoje é padrão para o tratamento térmico da ração. O processo permite que o condicionador atue em sua função original (mistura eficiente do vapor no farelo), deixando a retenção para outro dispositivo adequadamente dimensionado para essa funcionalidade, garantindo então o First In First Out (FIFO) do produto.

O princípio de retenção foi projetado através do uso de helicóide, permitindo que as partículas se movimentem lentamente e garantindo o FIFO (ou em português, PEPS - primeiro que entra é o primeiro que sai).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 14. Representação didática do princípio FIFO e comportamento real no retentor e no condicionador. Fonte: Buhler [4]

Algumas vantagens do retentor:

  • garantia do princípio first in first out;
  • mantém a temperatura do produto constante dentro do equipamento;
  • baixo consumo de energia elétrica específica (kw/ton de ração);
  • baixo custo de manutenção;
  • controle que permite alta flexibilidade de ajuste dos parâmetros de tempo de retenção e temperatura da ração;
  • a retenção tem efeitos de melhoria da absorção de água pelo farelo, o que pode acarretar melhoria da capacidade da peletizadora e/ou melhoria da qualidade do pelete.

Requisitos de Vapor

O vapor adicionado no condicionador deve ser saturado e deve ser o mais seco possível e não conter condensado. A quantidade de vapor adicionado depende do tipo de ração e está no intervalo de 1 a 5%.

Recomendações de vapor para os diferentes tipos de ração:

Ração Bovina é usualmente rica em fibra. Quanto maior a quantidade de fibra, maior é a dificuldade de adicionar vapor. A mistura rica em fibra é melhor para a qualidade de pelete, mas com tendência de baixa capacidade e alto consumo de energia especifica (kW/ton)

A ração para suínos usualmente tem alta percentagem de grão. Geralmente pode produzir boa qualidade de pelete, usando altas temperaturas e umidade e baixa pressão de vapor. A ração para leitões, entretanto, são muito sensíveis ao calor, devido ao teor de açúcar e lácteos, e por apresentar o risco de caramelização.

A ração de aves contém muito grão e pouca fibra. A qualidade do pelete depende de adequado condicionamento. No entanto, sendo muito alta a percentagem de gordura no misturador, causa baixa qualidade de pelete. Os sistemas de adição de pelete, posterior a peletização, ajuda na manutenção da qualidade de pelete adequada. Recomenda-se adição de gordura no misturador de até 3%.

 

 

 

 

Tabela 3 – Exemplos de controle de vapor no condicionamento, para diferentes tipos de rações Fonte: Kersten [6]

Kersten [6] adicionalmente as necessidades de condicionamento, recomenda um consumo especifico de energia para cada tipo de ração. Payne [12] reforça que para uma adequada qualidade de pelete deve-se configurar a peletização para um determinado consumo de energia especifico, sendo para aves, suíno e ruminantes respectivamente 10 kWh/t, 12 a 15 kWh/t e 20 a 25 kWh/t.

Considerando as características dos ingredientes e fórmulas normalmente utilizadas no Brasil, recomenda-se para aves e suínos respectivamente 10 a 11 kWh/t e 12 a 13 kWh/ton para se obter uma boa qualidade de pelete.

Fatores que influenciam a peletização

Os principais fatores que influenciam a peletização são, ingredientes, moagem, condicionamento, matriz, capacidade de produção e distância entre rolo e matriz.

Ingredientes: as matérias primas terão diferentes comportamentos na peletização em função de seus componentes, sendo eles: teor de proteína, fibra, gordura, amido e mineral.

a) Proteína Bruta

Briggs [3] apresenta a influência significativa que a proteina bruta tem sobre a qualidade de pelete. Rações que possuem proteína bruta produzem peletes com qualidade muito superior a rações com proteína desnaturada.

b) Fibra Bruta

Pequenos aumentos na proporção de fibra bruta, podem produzir peletes firmes e um aumento significativo no consumo de energia. O tipo de fibra bruta também influencia: - a fibra bruta com alta teor de celulose normalmente resulta em peletes firmes. - a fibra bruta com alto teor de lignina normalmente resulta em peletes menos firmes

c) Gordura

Geralmente, pode-se dizer que o alto teor de gordura produz peletes frágeis. A forma em que esta gordura é apresentada na mistura é muito importante. Se a gordura estiver contida nas células da planta, então é relativamente melhor para a qualidade de pelete, do que misturas que possuem a gordura na superfície. As forças de fricção diminuem muito rapidamente, a resistência a compressão é reduzida. Se gordura ou óleo é adicionado na ração anterior a peletização, esta não pode ser maior do que 3%. Para rações que necessitam de adição de gordura maior, deve ser colocada sobre os peletes.

d) Amido

Quando da substituição de amido in natura por amido pré-gelatinizado se melhora a qualidade de pelete. Briggs [3] cita que o amido in natura não influencia significativamente a melhoria na qualidade de pelete.

Este autor cita Wood (1987) que apresenta que tanto o amido in natura ou pré-gelatinizado tem efeito mínimo sobre a qualidade de pelete quando comparado com a proteína bruta.

e) Mineral

A adição de componentes inorgânicos tais como minerais, aumenta o atrito na matriz, resultando alto consumo de energia específica, maior desgaste, mas também peletes firmes.

Moagem: como conhecimento geral entende-se que quanto mais fina a moagem, maior será a qualidade de pelete.

Existe controvérsia com relação a afirmação anterior. Briggs [3] cita Stevens (1987), o qual mostra não ter encontrado diferença significativa no % PDI com peletes realizados com moagem grossa (1.000 ?), média (794 ?) ou fina (551 ?) em rações base de milho (72,4%) e de farelo de soja (20%). Em rações base de trigo e de farelo, a melhor qualidade em PDI foi na moagem média e fina. Na moagem fina acarretou uma perda da eficiência da peletização em até 12%.

Outro ponto importante a ser apresentado é o efeito de redução do tamanho das partículas que a própria peletizadora possui. Amerah [1] mostrou efeitos de redução do tamanho de partículas na peletização, principalmente nas partículas maiores do que 1 mm, mostrando que a peletizadora uniformizou o tamanho de partículas na moagem de trigo com diâmetro de peneira de 3 mm e 7 mm.

Neste contexto Amerah [2] relata que, comparando granulometria fina (peneira de 1 mm) e granulometria grossa (peneira de 7 mm), a peletizadora não uniformizou a granulometria, mostrando que o impacto de moagem da peletizadora é sobre as partículas mais grossas. No entanto, continua apresentando as vantagens do uso de uma granulometria mais grossa.

Condicionamento: já foi apresentado anteriormente os efeitos de condicionamento sobre o consumo de energia e qualidade de pelete. Adicionalmente apresenta-se o trabalho de Briggs [3], que mostra resultados de melhoria de qualidade de até 4,5 % no PDI, com o ajuste de pás permitindo maiores tempos de retenção.

Matriz: segundo o SFT [16], o que pode acarretar maior tempo de retenção na matriz pode proporcionar maior qualidade de pelete.

O tempo de retenção na matriz pode ser calculado pela seguinte fórmula:

onde:

  • ft = tempo de retenção (s)
  • d = diâmetro do furo da matriz (mm)
  • l = espessura ativa do furo (mm)
  • n = numero de furos da matriz
  • r = densidade do pelete (1,25 kg/dm3 para ração comum)
  • Q = capacidade de produção (kg/h)

Na matriz tem as seguintes características principais que afetam a qualidade de pelete, velocidade da matriz, espessura da matriz e diâmetro do furo.

a) Velocidade de rotação da matriz

A velocidade de rotação da matriz depende do diâmetro da matriz, que normalmente está entre 200 a 300 rpm, proporcionando uma velocidade periférica entre 5 a 8 m/s. Para a mesma capacidade de produção, com maior velocidade de rotação, acarreta um maior consumo de energia e melhor qualidade de pelete. Isto é resultado do aumento do número de passagens da camada de produto sobre os rolos, melhorando a compressão interna dos peletes.

b) Espessura da matriz

Quanto maior a espessura da matriz, maior será o atrito e maior será o tempo de retenção. Para uma mesma capacidade de produção, maior espessura acarreta em maior consumo de energia e melhor qualidade de pelete

c) Diâmetro do Furo

Maior diâmetro de pelete, resulta menor consumo de energia e menor qualidade de pelete.

Capacidade de Produção: para Stark [15] apresenta um outro fator com alto impacto sobre a qualidade de pelete, que é a capacidade de produção, este fator tem efeito direto sobre a qualidade de pelete. Uma maneira simples de melhorar a qualidade, mantendo os outros fatores constantes seria a diminuição da capacidade de produção da peletizadora.

Distância de Rolo e Matriz: Robohm [14], testando a distância entre rolo e matriz em uma peletizadora de matriz plana, estudou o comportamento de diferentes distâncias de rolo e matriz sobre o consumo de energia, umidade, qualidade de pelete e temperatura em ração de suínos mantendo a capacidade de produção constante.

Robohm [14] mostra que o consumo de energia aumenta exponencialmente com o aumento da distância entre rolo e matriz. Com a distância normal de 0 mm, o consumo de energia foi de 10 kWh/ton e com 4 mm de distância entre rolo e matriz aumentou para 22 kWh/t. Este autor comenta que o aumento de consumo de energia é criado pela camada de material formada entre rolo e matriz. Os rolos passam por esta camada de material várias vezes e assim compactando antes de pressionar através dos furos da matriz.

Mantendo a temperatura de condicionamento constante (68oC), no entanto o comportamento da temperatura na saída da matriz aumentou consideravelmente. Com 0 mm esta temperatura foi de 75oC e com 4mm a temperatura foi de 90oC.

O índice de abrasão de pelete mostrou uma melhor qualidade de pelete com 2mm quando comparada a 0 mm, redução de 3,5 % para 2,5%. A melhoria na qualidade de pelete é resultado da pré-compactação da camada de material na entrada da matriz. Acima de 2 mm a qualidade começa a reduzir novamente. O autor relata que este comportamento se explica pelo fato de que quando a distância de rolo e matriz torna-se muito grande, boa compactação ocorre apenas no meio do rolo e matriz e nas laterais torna-se instável e não ocorre compactação como acontece no meio.

Outro parâmetro que foi monitorado foi a umidade da ração com posterior resfriamento, onde com o aumento da distância de rolo e matriz, a umidade diminuiu de 12,6% para 11,1%. Esta redução de umidade se explica pelo aumento de aquecimento dos peletes (90oC). Maiores temperaturas resultam em maiores perdas de umidade durante o processo de resfriamento.

Robohm [14], apresenta outras possibilidades com o uso do ajuste de distância de rolo e matriz:

  • em teste com duas matrizes, 5 x 50 mm e 5 x 40 mm, com 0 mm e matriz 5 x 50 mm o consumo de energia foi de 24kWh/ton e índice de abrasão de 2 %. Alcançou-se a mesma qualidade com a matriz 5 x 40 mm e distância de 3 mm, mas com consumo de energia inferior;
  • influência sobre rações com alta concentração de gordura adicionada: é atingida uma qualidade e consumo de energia similar, quando comparada a ração sem gordura, adicionada a 0 mm e a com 3% de gordura adicionada e 2 mm de distância de rolo e matriz.

Conclusão

Para o adequado dimensionamento da qualidade da ração, o produtor de ração deve através de seu conhecimento prático e a luz do conhecimento tecnológico, especificar seus equipamentos para novas aquisições e adequar certos parâmetros para processos existentes.

Na especificação de novos equipamentos o mais importante é informar qual o resultado esperado do equipamento no que se refere principalmente aos seguintes itens:

  • capacidade de produção (ton/h), importante colocar qual a mínima produção que se quer atingir com o equipamento;
  • qualidade desejada e a variação admitida, no caso da moagem qual o DGM, na mistura o coeficiente de variação CV% e na peletizadora o índice de durabilidade PDI %.

No caso de equipamentos existentes não atenderem a qualidade desejada, experimentar alterações no processo, testando relações de causa e efeito. Deve ter sempre em mente a relação custo benefício da alteração, iniciando por aquelas com menor custo e com tendência de maior beneficio.

Um exemplo de adequação de processo com custo mínimo é o de adequação da granulometria para aves, onde se busca uma granulometria mais grossa. O simples fato de aumento de diâmetro de furo da peneira, aumenta a granulometria, bem com a capacidade de produção dos moinhos (ton/h) e reduz o consumo de energia especifico (kWh/ton). O efeito sobre a peletização deve ser testado, caso a diferença seja entre moagem média e grossa, não se espera redução significativa na qualidade medida pelo PDI Mas se a qualidade do pelete diminuir, deve ser testada alguma alteração na peletização. O importante é atender a qualidade desejada que vise o beneficio do melhor resultado zootécnico do animal.

Vale ressaltar que é importante criar na equipe de produção de ração, o espírito de busca de conhecimento, incentivar a postura de experimentação. Dessa forma, consegue-se aumentar o know how do processo.

Recomendações apresentadas neste trabalho, bem como recomendações de consultores e/ou parceiros devem ser testadas de acordo com a realidade de cada empresa. Pois, cada empresa tem a sua nutrição, usa diferentes matérias primas, tem o seu manejo, possui específico programa sanitário, por fim, existem procedimentos diferentes com impactos significativos sobre o resultado zootécnico dos animais.

Como recomendações gerais, na moagem busca-se atender as necessidade por espécie, onde para rações de suíno com granulometria mais fina e para aves uma granulometria mais grossa. Na mistura deve-se respeitar o tempo de mistura do equipamento específico, principalmente no que se refere ao tempo de mistura seca, além de respeitar o grau de enchimento, não ultrapassando o máximo recomendado. Para a peletização, parametrizar matriz de maneira que o consumo de energia específico seja para aves de 10 a 11 kWh/ton e para suínos 12 a 13 kWh/ton. No caso de rações para aves pode até admitir uma menor qualidade de pelete se isto significar uma granulometria mais grossa.

Referência Bibliográfica

[1] Amerah, A.M.,Ravindran,V., Lentle,R.G. and Thomas, D.G. Influence of Feed Particle Size and Feed Form on the Performance, Energy Utilization, Digestive Tract Development, and Digesta Parameters of Broiler Starters. Poultry Science, 2007, Vol. 86, No. 12, pp. 2615- 2623, 33 ref.

[2] Amerah, A.M.,Ravindran, V., Lentle, R.G. and Thomas,D.G. Influence of Feed Particle Size on the Performance, Energy Utilization, Digestive Tract Development, and Digesta Parameters of Broiler Starters Fed Wheat- and Corn-Based Diets, Poult. Sci., November 1, 2008; 87(11): 2320 - 2328.

[3] Briggs,J.L., Maier,D.E., Watkins, B.A., Behnke,K.C.. Effect of Ingredients and Processing Parameters on Pellet Quality. 1999 Poultry Science 78:1464–1471.

[4] Buhler, notas técnicas 2009.

[5] Embrapa, http://www.cnpsa.embrapa.br

[6] Kersten, J.,Rohde, H. Nef, E. Principles of Mixed Feed Production – Components . Processes . Technology, 2005.

[7] Klein, A. Peletização de Rações Aspectos Técnicos, Custo e Benefício e Inovações Tecnolólicas. Conferência FACTA 2009 de Ciência e Tecnologia Avícola 21º Congresso Brasileiro de Avicultura.

[8] Kleyn,R. The Effect of Particle Size on Poultry Performance, SPESFEED (Pty) Ltd

[9] Lara, M. Mistura em Fábricas de Rações. SAPIA – Sistema de Aperfeiçoamento da Industria de Alimentos. Módulo: Equipamentos de alimentos para animais. Paulínia 3 a 4 setembro de 2003.

[10] Lara, M. TratamentoTérmico na Indústria de Rações, http://pt.engormix.com/MAbalanceados/ artigos/tratamentotermico-industria-racoes_203.htm, 2009.

[11] Nir, I., Pitichi,I., Feed Particle Size and Hardness: Influence on Performance, Nutritional, Behaivioral and Metabolic Aspects – Advances in Nutritional Technology 2001, Utrecht.

[12] Payne, J.D. Troubleshoting the Pelleting Process. Feed Technology. Technical Report. American Soybean Association. International Marketing Southeast Asia. www.asasea.com

[13] Ruetsche, P., The Progressive Animal Feed Production and its Fudamentals 1 – Griding / Sieving in the Feed Milling Industry. Advances in Feed Technology No.1, Verlag Moritz Schäfer. 1989.

[14] Robohm,K-F. The Influence of Gap Width Adjustment between a Feed Pellet Mill`s Roller and Die on Throughput, Energy Demand and Pellet Quality. Advances in Feed Technology No.1, Verlag Moritz Schäfer. 1990.

[15] Stark,C.R., Effect of die thickness and Pellet Mill throughput on Pellet Quality. http://www.ncsu.edu/project/feedmill/pdf/E_Effect%20of%20Die%20Thickness%20and%20P ellet%20Mill%20Throughput.pdf

[16] SFT - Swiss Feed Technology Institute, notas do curso 1996, Uzwill, Suiça.

  • Marco Lara

    Marco Lara

    Marco Lara é Engenheiro Químico, pós-graduado em Engenharia de Produção e especialista em Tecnologia de Ração pelo Swiss Feed Technology Institute, Suíça e Gerente de Vendas de Feed & Biomass da Bühler S.A.

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