3, v.2Geração de eletricidade com turbina hidrocinética na Amazônia: o caso da comunidade de São SebastiãoÓleo de dendê, alternativa ao óleo diesel como combustível para geradores de energia em comunidades da Amazônia índice de autoresíndice de assuntospesquisa de trabalhos
Home Pagelista alfabética de eventos  





An. 3. Enc. Energ. Meio Rural 2003

 

O secador solar do INPA – uma alternativa econômica para secar madeira

 

 

Rejane Moraes-Duzat; Ana Paula Barbosa; Roland Vetter

Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA), Cx. Postal 478, CEP 69011-970, Manaus/AM/Brasil, Tel.: (92)643-3083 Facsimile: (92)643-3095

Endereço para correspondência

 

 


RESUMO

Como alternativa a secadores convencionais disponíveis no mercado, que consomem níveis altos de energia e também apresentam alto custo operacional, o INPA desenvolveu um secador de madeiras à base de energia solar, tecnicamente adequado às condições climáticas da Amazônia, e destinado a micro e pequenas empresas do setor madeireiro. O secador está tendo grande aceitação na indústria por apresentar baixo custo de aquisição e eficiência na secagem. O protótipo foi dimensionado com capacidade para secar de 5 a 8 m3 de madeira, o que o torna adequado às necessidades de pequenas serrarias e movelarias. No presente trabalho são apresentados resultados da secagem solar de algumas espécies madeireiras da Amazônia. Ao todo, já foram instalados mais de 20 unidades em pequenas empresas, tanto no Brasil quanto no exterior. As pesquisas continuam sendo desenvolvidas, visando aperfeiçoar o desempenho do atual modelo, assim como adaptá-lo à secagem de outros materiais não madeireiros como sementes, castanhas, frutas, ervas, etc.

Palavras-chave: Secadores solares, energias renováveis, secagem de madeira, secagem de produtos naturais, eletrificação rural, tecnologias alternativas.


ABSTRACT

As an alternative to the expensive and high energy consuming conventional dryers available at the market, INPA developed a solar wood dryer technically adequate to the climatic conditions of the Amazon Region, and economically suitable to an industrial segment that could not afford large investments to dry wood. The dryer has received great acceptance by the industry due to its low cost and good operating efficiency. The prototype was dimensioned with a capacity of 5 to 8 m³ of sawn wood, which is sufficient for the needs of small sawmills or furniture shops. A total of 20 units have been installed in Brazil and other countries.
Research work is underway to improve the performance of the original model, and some modifications are conducted to adapt it to dry other natural products as seeds, nuts, fruits, and herbs.


 

 

INTRODUÇÃO

Na região amazônica, a indústria madeireira, particularmente a indústria de móveis, sofre grandes dificuldades para atingir padrões de alta qualidade no seu produto final, devido a falta de uma tecnologia adequada e econômica para a secagem de madeira.

A secagem ao ar livre, que é o método tradicional usado localmente, resulta em produtos com qualidade insatisfatória, tendo em conta as condições de umidade extremamente altas, caraterísticas da região. Como ilustrado na Figura 1, somente durante três meses no período seco, em verões com pouca chuva, pode-se atingir conteúdos de umidade na madeira que sejam razoáveis para a obtenção de produtos de boa qualidade. Esses fatores propiciam um valor agregado insignificante aos produtos manufaturados, além de causarem um volume de desperdício de madeira considerável.

 

 

Secadores convencionais, que funcionam à base de eletricidade ou vapor, são geralmente utilizados no sul do Brasil, enquanto que na região amazônica, somente algumas indústrias de grande porte utilizam esta tecnologia. O alto investimento e os elevados custos de energia elétrica para aquecer e movimentar o ar impossibilitam a aquisição desses equipamentos pela pequena e média empresa.

As características geográficas da região amazônica (grandes distâncias, extensa bacia hidrográfica, baixa densidade demográfica, etc.) e uma taxa de eletrificação rural de apenas 2% compõem um cenário adequado para o uso de fontes renováveis de energia, como a energia solar, que normalmente é abundante nessas áreas.

Desse modo, a secagem solar apresenta-se como uma solução ideal para o problema de secagem de madeira, enfrentado pelas pequenas e micro empresas do setor madeireiro. Neste contexto, o INPA, que vem realizando pesquisas na área de energias renováveis desde o início da década de oitenta, desenvolveu um secador solar para madeiras, tecnicamente adequado às condições climáticas da Amazônia, e destinado a micro e pequenas empresas da região, como uma alternativa aos secadores convencionais disponíveis no mercado.

O secador solar do INPA foi desenvolvido por pesquisadores da Coordenação de Pesquisas de Produtos Florestais (CPPF), no âmbito de um projeto financiado pelo International Development Research Center (IDRC), do Canadá. O primeiro protótipo foi construído no campus do Instituto, com capacidade para secar 5 a 8 m3 de madeira serrada, que é suficiente para suprir a demanda de pequenas serrarias e fábricas de móveis locais. Este trabalho apresenta os detalhes de construção e operação do secador, assim como os resultados das pesquisas já realizadas com diversos tipos de madeira, incluindo as inovações que estão sendo desenvolvidas para a sua otimização e adaptação para produtos não madeireiros.

Uma vista geral do secador solar do INPA está mostrada na Figura 2. Os detalhes da sua construção serão descritos a seguir. Um manual completo sobre a construção e operação do secador foi preparado em português, espanhol e inglês [1], e o protótipo está patenteado desde 1993.

 

 

DESIGN E CONSTRUCÄO DO SECADOR

Um desenho esquemático do secador está representado na Figura 3. O secador possui três componentes principais: um coletor solar, uma câmara de secagem e dois ventiladores axiais para circulação do ar.

 

 

A câmara de secagem é construída em alvenaria e as paredes são pintadas em cor preta para absorver calor, e também para conservá-lo dentro da câmara. Uma parede central divide a câmara em dois compartimentos, onde foram instalados dois ventiladores, com 1 m de diâmetro. Cada ventilador produz um fluxo de ar de 400 m³/min a 634 rpm.

O coletor solar é do tipo simples e plano, usando a laje da câmara de secagem como superfície coletora de calor. A cobertura consiste de placas de vidro plano, com uma área total de 16 m², que serve ao mesmo tempo de telhado. Dutos de ar, tipo chaminés, nas paredes laterais fazem a conexão entre o coletor solar e a câmara de secagem. Aberturas de 20 cm de diâmetro também localizadas nas paredes laterais fazem a renovação do ar, e podem ser abertas ou fechadas manualmente.

O princípio de funcionamento do secador é mostrado na Figura 4. O ar aquecido no coletor solar é conduzido pelos ventiladores através das pilhas de madeira, retirando assim a umidade das tábuas.

 

 

 

O controle da temperatura e umidade é feito por meio das aberturas laterais ('dumpers'). No início da secagem, com umidade elevada no interior da câmara, essas aberturas ficam completamente abertas para remover o ar saturado, por tempo determinado, de acordo com o programa de secagem específico para cada espécie madeireira.

É importante salientar que o controle da umidade do ar e temperatura dentro da secadora é fundamental, para se evitar secagens ineficientes ou defeitos irremediáveis na madeira.

 

EFICIÊNCIA DO SECADOR

Nas Figuras 4 e 5 são mostradas as curvas de secagem para a copaíba (Copaifera multijuga) e alguns outros parâmetros medidos em um teste típico, que pode ser considerado como padrão para a operação do secador solar do INPA. Estas medidas também incluem o período noturno, quando a entrada de energia solar é zero.

 

 

Na Figura 4 são apresentadas as curvas para perda de umidade de uma carga de copaíba, como também para a energia solar captada durante a secagem.

Nessas curvas, pode-se perceber que a carga atingiu um teor de umidade de 14% após 19 dias, baixando até 10% após 26 dias, que foi o final da secagem. Isto pode ser considerado um bom resultado, levando em conta que o teste ocorreu num período de pouca oferta de energia solar.

A distribuição da energia solar que chegou ao sistema ilustra que as flutuações ocorridas não influenciaram substancialmente a curva de secagem, sugerindo que a capacidade de armazenamento de calor do secador é alta.

Na Figura 5 está representada a distribuição de temperaturas dentro e fora do secador durante o período de secagem. A temperatura máxima média no interior da câmara foi de 39ºC, enquanto que a temperatura externa era de 29ºC. No decorrer do processo, há um aumento da diferença entre a temperatura interna da câmara e a temperatura externa ambiente, pois na fase final da secagem grande parte da umidade já foi retirada da madeira. Dessa forma, toda a energia disponível nesta etapa da secagem é utilizada para retirar a água da parte mais interna da madeira, que é mais difícil de evaporar.

Para exemplificar a performance do secador, resultados de testes de secagem de espécies de madeira de diferentes densidades e dimensões estão apresentados na Tabela 1. Esses testes foram realizados em Manaus/AM e em outras localidades com condições climáticas diferentes, onde secadores do INPA estão instalados. Isso demonstra que o secador funciona apropriadamente para regiões tropicais em geral.

Como mostrado na Tabela 1, madeiras mais pesadas podem ser secas até 12% de umidade em aproximadamente 30 dias, enquanto que madeiras leves necessitam de cerca de 20 dias para alcançarem o mesmo teor de umidade. É importante ressaltar que o tempo de secagem depende do tipo de madeira e da época do ano em que o processo de secagem é realizado.

A eficiência energética total do secador foi estimada em 20% para secar uma carga de 2 m³ de mandioqueira (Qualea paraensis), sendo essa eficiência definida como a integral da energia necessária para secar uma carga de 78% a 10% de teor de umidade, dividida pela integral da energia captada no coletor solar mais a energia utilizada para mover os ventiladores durante a secagem [2].

 

MODIFICAÇÕES NO SECADOR SOLAR

O modelo do secador solar desenvolvido pelo INPA já está sendo utilizado pela indústria. Unidades demonstrativas foram construídas em Manaus/AM, Macapá/AP, Ariquemes/RO, Vilhena/RO, Ouro Preto/RO, Santarém/PA, Belém/PA, Boa vista/RR e Araguacema/TO. Até o presente, um total de 20 unidades foram instaladas no Brasil e em outros países, incluindo Peru, Costa Rica e Malásia, mas as pesquisas continuam para otimizar ainda mais a eficiência do secador. A mais recente inovação é a utilização de Células Fotovoltaicas para mover os ventiladores, de forma que o secador se tornará totalmente independente de energia elétrica convencional, podendo assim ser instalado em locais remotos, que não estejam conectados à rede elétrica. Testes relacionados com a ligação direta dos ventiladores aos painéis fotovoltaicos (sem o uso de baterias) já foram realizados e os resultados demonstraram que o processo de secagem não é prejudicado pelo caráter intermitente do suprimento de energia elétrica [3]. Atualmente, a pesquisa se concentra na otimização dos ventiladores, com a finalidade de diminuir a quantidade de painéis solares necessários para suprir a potência dos mesmos.

Os excelentes resultados alcançados com a madeira e a grande demanda para secagem de outros produtos naturais conduziram a modificações no protótipo original para o processamento de materiais como bambu e palmeiras.

Considerando-se experiências bem sucedidas com a secagem solar de produtos agrícolas conduzidas em outras regiões tropicais [4], [5], adaptações ao modelo estão sendo implementadas, com a finalidade de torná-lo um secador solar multi-uso, totalmente à base de energia solar (ventiladores supridos por painéis fotovoltaicos), e destinado à secagem de sementes, frutas, castanhas e outros produtos. O novo protótipo encontra-se em fase de implementação, dentro de um projeto aprovado pelo Banco da Amazônia (BASA). O design do novo secador incorpora as mesmas características do secador solar de madeiras: simplicidade na construção e operação, baixo custo e utilização de material disponível no local. As suas principais características são a alta eficiência, proporcionada pela ventilação forçada através de ventiladores, e um isolamento térmico adequado à região.

Os primeiros testes de secagem em laboratório já foram realizados com sementes de cupuaçu (Theobroma gandiflorum), uma planta nativa da Amazônia, que apresenta um grande potencial para a produção de chocolate [6]. Os resultados, apesar de preliminares, são bastante encorajadores, e as pesquisas continuam com testes mais completos e com outros produtos, visando otimizar a tecnologia para as condições locais.

 

CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

O secador solar para madeira descrito neste trabalho é eficiente e de custo acessível, adequando-se perfeitamente às pequenas e micro empresas de regiões tropicais. O custo do secador depende obviamente da procedência dos materiais utilizados na sua construção, porém, baseando-se nos preços de mercado na cidade de Manaus, pode-se afirmar que o investimento não excederá o valor de US$ 5,000.

As investigações com o protótipo e as experiências na indústria mostraram que a utilização do secador solar do INPA resulta numa redução significativa do tempo de secagem em comparação com a secagem ao ar livre, e permite o aumento da qualidade do produto final. Entre os aspectos mais importantes dessa tecnologia, pode-se destacar:

• O modelo é simples e pode ser facilmente construído.

• Todo os materiais e equipamento podem ser adquiridos no mercado local.

• A operação é simples e a manutenção pode ser feita pelos próprios usuários.

• O investimento para a construção e operação é acessível para maioria das pequenas empresas madeireiras.

• As caraterísticas amenas da secagem solar (temperaturas relativamente baixas) são vantajosas para usos com misturas de espécies madeireiras assim como para aquelas madeiras difíceis de secar.

• O custo de energia para mover os ventiladores durante a secagem de uma carga (720 kWh) foi estimado em US$ 100, para a cidade de Manaus.

As experiências realizadas com a secagem de madeira sinalizam para o grande potencial de uso da energia solar para a secagem de produtos não madeireiros, principalmente ao se levar em conta que, no caso da madeira, o processo é mais complexo e consome mais energia. Os testes preliminares realizados com sementes de cupuacu demonstram a viabilidade dessa tecnologia, principalmente no meio rural, em locais onde o suprimento de eletricidade seja deficitário ou mesmo que não estejam conectados à rede elétrica.

Considerando-se a enorme quantidade de recursos naturais existentes em áreas como a região amazônica, que necessitam de secagem para possibilitar o seu beneficiamento e armazenagem, espera-se que o Secador Solar do INPA seja realmente uma alternativa para os problemas energéticos encontrados pela população rural. A possibilidade de se beneficiar produtos naturais no local de sua ocorrência com técnicas ecológica e economicamente adequadas ao conceito de desenvolvimento sustentável, permite alocar maior ganho para o homem do interior da Amazônia, que poderá deixar de ser um mero coletor (normalmente mal remunerado), para obter ele mesmo um produto beneficiado e de qualidade, que certamente lhe trará maiores benefícios.

 

AGRADECIMENTOS

O projeto do secador solar para madeiras foi desenvolvido com o suporte financeiro do International Development Research Center (IDRC), do Canadá, a quem os autores apresentam seus agradecimentos.

 

REFERÊNCIAS

[1] Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA) and International Development Research Centre (IDRC). 1993. Construction and Operation of the INPA's Solar Timber Dryer – A Manual. 1st edition, revised in January 1993.

[2] Vetter, R., Moraes-Duzat, R. Secagem Solar da Madeira-Uma Solução Econômica para a Região Amazônica. I Encontro para Ciência e Tecnologia para a Amazônia, Belém-Brazil, 6 pp, 20-23/09/1999.

[3] Henning, H.M., Moraes, R., Sasse, M.; DGS;Direct Coupling of Solar Dryers Fans to a Photovoltaic Generator - Electrical and Thermal Behaviour; Proceedings of the VII Sonnenforum, , Frankfurt, Alemanha, 1990.

[4] Aragão, C.G. Mudanças Físicas e Químicas da Semente de Cupuaçu (Theobroma grandflorum Schum) Durante O Processo Fermentativo. Dissertação de Metrado, Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia / Universidade Federal do Amazonas, Manaus-AM, 1992.

[5] Lutz, K., Mühlbauer, W. , Solar Tunnel Dryer with Integrated Collector. Drying Technology 4, Nr. 4, 583-603, 1986.

[6] Corvalan, R., Horn, M., Roman, R, Saraiva, L. Ingenieria Del Secado Solar CYTED-D Programa de Ciencia e Tecnología Para El Desarrollo V Centenario, Peru, 1996.

 

 

Endereço para correspondência
Rejane Moraes-Duzat
E-mail: duzat@inpa.gov.br

Ana Paula Barbosa
E-mail: apaula@inpa.gov.br