A função da operação de preparação, como o próprio nome indica, visa preparar as sementes para a extracção do óleo, tanto pelo processo mecânico como por solvente (Shahidi, 2005).
As sementes de oleaginosas, de um modo geral, podem conter entre 20% e 50% de óleo, que se encontra no seu interior de forma compacta. A extracção mecânica vai, por um lado, forçar a remoção de uma parte desse óleo, por outro, vai expô-lo para a subsequente extracção por solvente.
As operações típicas envolvidas encontram-se ilustradas na figura (3.2) e, no caso concreto da unidade em estudo, envolvem as fases de pesagem, limpeza, condicionamento térmico, trituração, laminagem e cozimento, dependendo do tipo de oleaginosa em laboração. Neste trabalho vão ser descritas as fases de processo utilizadas na Extracção I.
Para extracção por solvente
Armazenagem
da semente Limpeza Secagem
Condicionamento Térmico Pesagem
Expander
Descasque
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Fig. 3.2 – Fases típicas da preparação (Fonte: Shahidi, 2005)
3.2.1.1 Pesagem
O processo fabril inicia-se com a pesagem da semente. O ciclo de pesagem é composto pelo enchimento, pela pesagem propriamente dita e pela posterior descarga, tudo realizado automaticamente. O controlo da produção é feito com base no registo dos dados da pesagem.
3.2.1.2 Limpeza
Segundo Shahidi (2005), o valor das impurezas da semente para laboração não deve ultrapassar os 2%. Normalmente são retiradas em duas fases, antes da armazenagem da matéria-prima e no início do processo de preparação. As impurezas a remover podem consistir em semente estragada, paus, cascas, pó, terra, areia, pedra, palhas, ferros, etc.
Laminagem Para extracção mecânica Trituração Arrefecimento/ /secagem
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Os ferros são, em princípio, os primeiros elementos estranhos a serem retirados de modo a proteger-se todos os equipamentos do processo. A separação é feita usando electroímanes, que captam os materiais ferrosos. Os aparelhos normalmente utilizados nesta operação são chamados separadores magnéticos, podendo ser ímanes em forma de prato ou de tambor rotativo.
Na Extracção I são utilizados separadores magnéticos do segundo tipo, que apresentam como principal vantagem não necessitarem de imobilização durante a sua limpeza.
As partículas menos pesadas (pó e palhas) são retiradas através de um sistema de aspiração, composto por um ventilador, um ciclone e uma exclusa. A aspiração de um ventilador cria uma depressão no ciclone, fazendo que as partículas mais leves sejam arrastadas do seio da cortina de semente. No interior do ciclone, as partículas mais pesadas são descarregadas por via da uma exclusa para o lixo. O pó, que é menos denso, é aspirado num filtro de mangas e descarregado de novo no processo.
Para a limpeza das impurezas com maiores dimensões utiliza-se uma tarara, constituída por dois andares de crivos que agitam o produto com um movimento excêntrico. As impurezas de maior calibre são retiradas no crivo superior, permitindo a passagem da semente e dos finos, que são separados no crivo inferior.
3.2.1.3 Trituração
Muitas sementes oleaginosas requerem uma redução no tamanho para o seu processamento, como é o caso do girassol, que é reduzido a pedaços de 2 a 3 mm. A colza é uma excepção, já que é suficientemente pequena.
Os moinhos trituradores são constituídos por um ou dois pares de rolos estriados, que operam com velocidade diferencial e com sentidos de rotação contrários. A velocidade dos rolos e o seu afastamento são os parâmetros de ajuste nas máquinas.
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3.2.1.4 Condicionamento térmico
Com excepção da prensagem a frio, todos os processos de extracção de óleo requerem que a semente seja aquecida, e por vezes seca, antes de estes se iniciarem.
Quando é necessária a laminagem, as sementes são aquecidas entre 60-75ºC. O aquecimento e o amaciamento prévios permitem a distorção da estrutura celular na operação de laminagem, originando o mínimo de partículas fragmentadas (Shahidi, 2005).
Existem diversos equipamentos para o condicionamento térmico da semente; na Extracção I são utilizados condicionadores rotativos. Cada condicionador é constituído por um feixe tubular rotativo, onde circula vapor saturado que aquece a semente que está em contacto com o lado exterior dos tubos.
3.2.1.5 Laminagem
Muitas sementes são laminadas antes da extracção por solvente, sendo a colza um desses casos. A laminagem distorce a estrutura celular da semente e reduz a distância que o solvente necessita de penetrar para atingir o óleo.
Os laminadores são constituídos por um ou dois pares de rolos lisos com diâmetros elevados; estes giram em sentido contrário um do outro, com velocidades de 250 a 300 rpm, com forças opostas originadas por cilindros hidráulicos.
Pretende-se que os flocos (denominação do semente laminada) fiquem com uma área de exposição muito superior à área da semente. Por outro lado, deverão ter uma espessura máxima de 0,35-0,40 mm, para permitir uma percolação eficaz. Os bons resultados da extracção por solvente estão fortemente dependentes do desempenho da operação de laminagem.
Quando possuem espessuras superiores aumenta a distância que o solvente precisa de percorrer, provocando uma redução da quantidade de óleo extraído e um maior teor de óleo residual na farinha.
Para se garantir o bom desempenho da operação de laminagem, deve-se garantir sempre uma alimentação do produto uniforme e a posição paralela das superfícies dos rolos.
Para além disso, é importante manter uma boa aspiração nos laminadores para se remover o pó da semente nos equipamentos de alimentação, de modo a evitar-se a contaminação dos flocos.
3.2.2 Extracção mecânica
A colza e o girassol são dois tipos de oleaginosas com teores de gordura idênticos, com cerca de 40-44% de óleo, pelo que requerem extracção mecânica seguida de extracção por solvente. Na extracção mecânica a semente é sujeita a temperatura e a pressão muito elevadas.
A operação típica de uma extracção mecânica é apresentada na figura (3.3), e envolve: o cozimento, a prensagem, o arrefecimento da pasta e a filtração do óleo. O expandido e a moagem são utilizados na soja, não sendo o caso da unidade em estudo.
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Fig. 3.3 – Fases típicas da extracção mecânica (Fonte: Shahidi, 2005)
3.2.2.1 Cozimento
Óleo Finos
Flocos
Preparação Cozimento Prensagem
Decantação Arrefecimento Expandido Filtração Sólidos Para Extracção Solvente Desgomagem Moagem Armazenagem
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Os flocos provenientes da laminagem, pré-aquecidos no caso da colza, e a semente triturada à temperatura ambiente, no caso do girassol, são normalmente aquecidos até a uma temperatura entre os 90-110ºC, de modo a diminuir a viscosidade do óleo e a permitir que as prensas consigam expeli-lo e produzir uma pasta com boa qualidade.
No caso da colza, o aquecimento é realizado em dois estágios, indo o primeiro até aos 65ºC, para condicionar a semente para laminagem, e o segundo, ou final, até cerca dos 100ºC, para a prensagem.
A Extracção I possui dois cozedores cilíndricos verticais de oito pisos, com fundos aquecidos e pás rotativas accionadas a partir de um veio vertical.
O aquecimento da semente deve ser uniforme durante um determinado tempo e sem injecção de vapor directo. No entanto, como opção, os condicionadores têm a possibilidade da injecção directa de vapor para corrigir a humidade da semente.
3.2.2.2 Prensagem
Os equipamentos utilizados para reduzir o teor de óleo na semente, antes da extracção por solvente, designam-se prensas. Depois do cozimento, os flocos entram nas prensas onde cerca de 60% do óleo é removido por acção de uma intensa pressão mecânica.
As prensas são equipamentos mecânicos que utilizam um sistema de parafuso horizontal, cujo veio possui um diâmetro crescente para aumentar a pressão sob o material ao longo do seu comprimento. A camisa envolvente do parafuso apresenta ranhuras ao longo desse comprimento, permitindo o aumento da pressão interna para primeiro expelir o ar e depois expelir o óleo. O óleo expelido é colectado através de um sem-fim e a pasta (designação do produto resultante da prensagem) é descarregada na parte final do sistema de parafuso.
A prensagem tem duas importantes funções: a primeira, é a de retirar cerca de 70-80% de óleo; a segunda, prende-se com a produção de uma pasta porosa com adequada desagregação da estrutura celular, para permitir uma percolação correcta na extracção por solvente.
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Decantação e filtração ou centrifugação
A parcela de óleo removida na prensagem está impregnada de pequenas partículas do material, normalmente na ordem dos 5-10% da sua massa. Essas partículas são separadas em duas etapas: a primeira, através da decantação num tanque durante 30 a 60 minutos. Desta forma, consegue-se que as partículas mais pesadas se depositem na base do tanque.
No caso da Extracção I, depois da separação por gravidade o óleo é bombeado para um sistema de centrifugação. As partículas removidas, ricas em gordura, são reintroduzidas no processo de extracção, ou na fase de cozimento, ou após a prensagem para seguirem para a extracção por solvente.