BRPI0710500A2 - pré-condicionador aperfeiçoado tendo eixos misturadores de alta velocidade acionados de forma independente - Google Patents

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BRPI0710500A2
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Lavon Wenger
Marc Wenger
Galen J Rokey
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Wenger Mfg
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Abstract

<B>PRé-CONDICIONADOR APERFEIçOADO TENDO EIXOS MISTURADORES DE ALTA VELOCIDADE ACIONADOS DE FORMA INDEPENDENTE.<D> A presente invenção refere-se a um pré-condicionador de duplo eixo aperfeiçoado (10, 70, 102) que é fornecido tendo mecanismo de acionamento independente (18, 20, 78, 80) acoplado operacionalmente a um eixo de pré-condicionador correspondente (14,16, 74, 76,106,108) e permitindo rotação seletiva dos eixos (14, 16, 74, 76, 106, 108) em velocidades e direções de rotação independentes uma da outra. Preferivelmente, o diferencial de velocidade entre os eixos (14, 16, 74, 76, 106, 108) é pelo menos cerca de 5:1. Os mecanismos (18, 20, 78, 80) são acoplados operacionalmente a um dispositivo de controle digital (60) para permitir controle de velocidade e direção de rotação. Preferivelmente, o pré-condicionador (10, 70, 102) é suportado por células de carga (62, 100) também acoplada ao dispositivo de controle (60) para permitir mudanças ponto a ponto no tempo de retenção de material dentro do pré-condicionador (10, 70, 102). O pré-condicionador (10, 70, 102) é particularmente útil para o pré-condicionamento e gelatinização parcial de alimento ou materiais de alimento de suporte de amido, em uma extensão para alcançar pelo menos cerca de 50% de cozimento no alimento ou materiais de alimento pré-condicionados.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PRE-CONDICIONADOR APERFEIÇOADO TENDO EIXOS MISTURADORES DEALTA VELOCIDADE ACIONADOS DE FORMA INDEPENDENTE".
REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO Este pedido de patente é uma continuação em parte do pedidoS/N 11/551.997, depositado em 23 de outubro de 2006, e incorporado aquipor referência.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃOCampo da Invenção
A presente invenção refere-se de uma maneira geral diz respeitoa pré-condicionadores de mistura de duplo eixo aperfeiçoados do tipo usadoa montante de dispositivos de processamento tais como extrusoras ou pele-tizadoras na produção de alimentos de animal ou alimentos humanos. Maisparticularmente, a invenção refere-se a tais pré-condicionadores, e sistemasde processamento fazendo uso do mesmo, em que os pré-condicionadoresincluem mecanismos de acionamento variável acoplados de forma operávelaos eixos de mistura e projetados para permitir rotação seletiva dos eixos emvelocidades de rotação individuais independentes uma da outra.Descrição da Técnica Anterior Pré-condicionadores são amplamente usados em combinaçãocom extrusoras para preparar e misturar materiais de alimento antes de pro-cessamento e cozimento adicionais dos mesmos em uma extrusora. Por e-xemplo, produtos tendo uma porcentagem relativamente alta de material si-milar à pó fino são freqüentemente misturados com água e tratados com va-por em um condicionador antes da extrusão. O uso de pré-condicionadoresé particularmente vantajoso em preparar comida de animais ou produtos si-milares compreendendo quantidades de proteína e amido. Existe uma gran-de quantidade de fórmulas de comida de animais no mercado atualmente,com ingredientes e quantidades amplamente variados nas mesmas. Por e-xemplo, comidas de animais de baixa caloria são populares e incluem quan-tidades muito grandes de materiais de suporte de amido (por exemplo, milhoe arroz). Tais formulações de comida de animais de baixa caloria não podemser submetidas a longos períodos de retenção em um pré-condicionador, porcausa de o conteúdo de amido das mesmas tender a se tornar gomoso einadequado para o processo de extrusão a jusante. Por outro lado, fórmulaspadrões de comida de animais tendo muito menos amido e conteúdos deproteína mais altos exigem longos tempos de residência para se tornarempré-condicionadas de forma apropriada. Portanto, um pré-condicionador ca-paz somente de variabilidade limitada em termos de tempos de residênciafreqüentemente não é adequado para processadores de comida de animaissofisticados.
Nos últimos anos tem existido um aumento na produção de ali-mentos aquáticos processados por extrusão usados em criação de peixe.Tais alimentos aquáticos têm incluído tradicionalmente grandes quantidadesde farinha de peixe (até cerca de 70% em peso). Entretanto, existe uma ten-dência em direção oposta ao uso de tais grandes quantidades de farinhas depeixe, por causa do custo e disponibilidade de tal farinha. No lugar da mes-ma, processadores estão usando maiores quantidades de ingredientes deplanta de alta proteína tal como soja. Um problema com estas fontes de pro-teína de planta é que a maioria contém quantidades significativas de fatoresantinutricionais, o que deve ser destruído durante o processamento. Isto exi-ge a aplicação de calor úmido durante um período de tempo, usualmente emum pré-condicionador. Muitos pré-condicionadores convencionais são inca-pazes de destruir inteiramente tais fatores antinutricionais, o que prejudicasua utilidade no contexto de alimentos aquáticos modernos de hoje.
Aparelho de pré-condicionamento convencional freqüentementeinclui um recipiente alongado tendo um par de idênticas câmaras de misturaem forma de cilindros intercomunicados lado a lado, cada uma apresentandoáreas iguais em seções transversais. Cada câmara é fornecida com barrasou batedores de mistura montados radialmente no eixo de acionamento gira-tório alinhado com o eixo geométrico longitudinal da câmara, e os batedorestêm uma configuração para avançar longitudinalmente o produto de umaextremidade de entrada do recipiente na direção de uma extremidade desaída do mesmo à medida que os materiais são varridos em volta das pare-des em forma de cilindros. Também, os batedores de cada câmara são con-figurados para passar alternativamente o produto de uma câmara para a ou-tra quando os materiais se aproximam da interseção entre as câmaras.
Uma série de entradas de água é freqüentemente fornecida aolongo de pelo menos uma parte do comprimento dos recipientes de pré-condicionamento para adicionar água aos materiais de alimento durante oavanço dos últimos longitudinalmente através das câmaras de mistura. Ob-viamente, é altamente importante que a água introduzida nos recipientes depré-condicionamento se torne misturada inteiramente e de forma uniformecom materiais tendo uma consistência como a de pó fino a fim de evitar aformação de torrões. Tipicamente, torrões representam uma mistura não-homogênea do material e a água com o material formando a superfície ex-terna do torrão recebendo a porcentagem de umidade mais alta.
Mistura apropriada de água com materiais tendo uma consistên-cia como a de pó fino exige tanto tempo de residência apropriado dentro dorecipiente de condicionamento assim como mistura ou agitação apropriadados materiais com a água. Como tal, aumentar a velocidade de rotação dosbatedores de pré-condicionadores convencionais em uma tentativa para au-mentar agitação dentro do recipiente faz com que os materiais passem atra-vés do recipiente em uma maior velocidade, o que reduz de forma corres-pondente o tempo de residência dos materiais dentro do recipiente para va-lores que podem ser inaceitáveis. Por outro lado, reduzir a velocidade derotação dos batedores para aumentar tempo de residência dentro do recipi-ente afeta adversamente as características de mistura do recipiente para oponto onde mistura apropriada dos materiais com a água não é alcançada.Aumentar o comprimento total do recipiente não é desejável por causa deproblemas mecânicos associados com os eixos de mistura.
Além disso, a natureza estrutural do aparelho de pré-condicionamento convencional não proporciona por si só a flexibilidade deoperação onde ela é desejada, por exemplo, para usar um aparelho paraprocessar materiais diferentes em taxas de fluxo variando. Isto é, aumentartemporariamente o comprimento do aparelho com seções de recipiente mo-dulares em uma tentativa para aumentar tempo de residência de materiaisdentro do recipiente não é uma solução satisfatória por causa das inerentescaracterísticas de peso e estruturais do aparelho, assim como por causa dasentradas e saídas de material predefinidas que são freqüentemente Iocaliza-das em posições especificadas para passar os materiais de um estágio deprocessamento para o próximo. Como tal, seria desejável fornecer um dis-positivo para variar o tempo de residência de materiais passando através deum aparelho de pré-condicionamento para capacitar o último para processartipos diferentes de materiais em taxas de fluxo variando opcionalmente.
A Patente U.S. N- 4.752.139 (incorporada aqui por referência)descreve uma classe de pré-condicionadores tendo câmaras de mistura ar-queadas dimensionadas de forma diferente, com um eixo de mistura ao lon-go da linha de centro de cada câmara. Os eixos de mistura incluem elemen-tos de mistura se estendendo radialmente e intercalados. Nos pré-condicionadores da patente 4.752.139, os eixos são acionados por meio deum único motor de acionamento, usando conjunto de engrenagens apropria-do para manter um diferencial de velocidade constante (usualmente 2: 1)entre os eixos de mistura. Estes pré-condicionadores são comercializadospela Wenger Mfg. Co. de Sabetha, Kansas e têm comprovado ser um aper-feiçoamento significativo na técnica pelo aumento de colocações através dosistema sem custos de operação adicionais correspondentes. Entretanto, oprojeto de diferencial de velocidade fixado dos pré-condicionadores da pa-tente 4.752.139 pode algumas vezes representar uma desvantagem opera-cional pela limitação da faixa de parâmetros operacionais que de outro modopodem ser desejáveis.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção supera os problemas delineados anterior-mente e fornece pré-condicionadores de duplo eixo capazes de velocidadesde rotação de eixo independentes. De uma maneira geral, os pré-condicionadores da invenção compreendem um recipiente de mistura alon-gado tendo uma entrada de material e uma saída de material, com um parde eixos de mistura alongados, cada um tendo uma pluralidade de elemen-tos de mistura, os eixos localizados em uma relação lateralmente espaçadosdentro do recipiente. Um par de mecanismos de acionamento variável é a-coplado respectivamente aos eixos a fim de permitir rotação seletiva doseixos em velocidades de rotação individuais independentes uma da outra.
Tal rotação de eixo é controlada por meio de um dispositivo de controle aco-plado de forma operável aos mecanismos de acionamento para controlar deforma independente a velocidade de rotação dos eixos.
Nas formas preferidas, o recipiente de mistura de pré-condicionador inclui um par de câmaras justapostas intercomunicadas e ar-queadas de áreas seccionais transversais diferentes, cada uma equipadacom um eixo de mistura substancialmente ao longo da linha de centro damesma. Além do mais, o pré-condicionador é preferivelmente suportado porum dispositivo de pesagem para pesar os conteúdos do pré-condicionadordurante o uso do mesmo, proporcionando assim um dispositivo para pron-tamente alterar o tempo de retenção de material dentro do pré-condicionador. O dispositivo de pesagem é normalmente na forma de umapluralidade de células de carga acopladas operacionalmente ao dispositivode controle de pré-condicionador.
Nas formas alternativas, o pré-condicionador pode ser do tipotendo câmaras justapostas intercomunicadas da mesma área seccionaltransversal, cada uma equipada com um eixo de mistura ao longo da linhade centro da mesma. Este tipo de pré-condicionador também pode ser equi-pado com dispositivos de pesagem a fim de proporcionar fáceis mudançasde tempo de retenção.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A figura 1 é uma vista plana um pouco esquemática de um pré-condicionador de acordo com a invenção.
A figura 2 é uma vista frontal em elevação do pré-condicionadorda figura 1.
A figura 3 é uma vista lateral em elevação do pré-condicionadorda figura 1.
A figura 4 é uma vista seccional feita ao longo da linha 4-4 dafigura 3.
A figura 5 é um diagrama esquemático da interligação entre opré-condicionador da invenção e uma extrusora.
A figura 6 é uma vista lateral de um outro tipo de pré-condicionador de acordo com a invenção.
A figura 7 é uma vista de extremidade do mesmo.
A figura 8 é uma vista plana do mesmo.
A figura 9 é uma vista em perspectiva de uma outra modalidadede pré-condicionador de acordo com a invenção.
A figura 10 é uma vista lateral em elevação do pré-condicionadorilustrado na figura 9.
A figura 11 é uma vista seccional feita ao longo da linha 11-11 dafigura 10
Afigura 12 é uma vista seccional feita ao longo da linha 12-12 dafigura 10.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA
Modalidade das Figuras 1-5
Voltando agora aos desenhos, um pré-condicionador aperfeiço-ado 10 está representado nas figuras 1-4. De uma maneira geral, o pré-condicionador 10 inclui um recipiente de mistura alongado 12 com um par deeixos de mistura alongados e paralelos 14 e 16 se estendendo axialmentedentro dele e se estendendo ao longo do comprimento do mesmo. Os eixos14, 16 são acoplados de forma operável aos dispositivos de acionamentovariável individuais 18 e 20, os últimos por sua vez conectados com o dispo-sitivo de controle digital 22. O pré-condicionador 10 é adaptado para usocom um dispositivo de processamento a jusante tal como uma extrusora oupeletizadora. Tal como representado na figura 5, o pré-condicionador 10 estáacoplado a uma extrusora 24 (a qual pode ser da variedade de parafuso úni-co ou duplo) tendo uma entrada 26 e uma saída de matriz de orifício restrin-gido 28, assim como um parafuso rotativo axialmente interno.
Com mais detalhes, o recipiente 12 tem uma parede lateral alon-gada e arqueada transversalmente 30 apresentando um par de câmaras jus-tapostas intercomunicadas e alongadas 32 e 34, assim como uma entradade material 36 e uma saída de material 38. A câmara 34 tem uma área sec-cional transversal maior do que a da câmara adjacente 32, tal como estaráprontamente aparente a partir de uma consideração da figura 4. A paredelateral 30 tem as portas de acesso 40 e também é equipada com as monta-gens de injeção 42 para injeção de água e/ou vapor nos limites do recipiente12 durante o uso do pré-condicionador, e uma saída de vapor 44. As extre-midades opostas do recipiente 12 têm as placas de extremidade 46 e 48, talcomo mostrado.
Cada um dos eixos 14, 16 tem uma pluralidade de elementos demistura se estendendo externamente de forma radial 50 e 52 que são proje-tados para agitar e misturar o material alimentado para o pré-condicionador,e para transportar o material da entrada 36 na direção da saída 38 e parafora dela. Será observado que os elementos 50 são deslocados axialmenteem relação aos elementos 52, e que os elementos 50, 52 são intercalados(isto é, os elementos 52 se estendem para dentro do envoltório operacionalcilíndrico apresentado pelo eixo 14 e pelos elementos 50, e vice-versa). Em-bora os elementos 50, 52 estejam ilustrados como sendo substancialmenteperpendiculares aos eixos 14, 16, a invenção não é assim limitada; em vezdisto, os elementos 50, 52 são ajustáveis tanto em comprimento quanto empasso, a critério do usuário. Referindo-se de novo à figura 4, deve ser obser-vado que o eixo 14 é localizado substancialmente ao longo da linha de cen-tro da câmara 32, e que o eixo 16 é igualmente localizado substancialmenteao longo da linha de centro da câmara 34.
Os acionamentos 18 e 20 são na modalidade ilustrada idênticosem termos de maquinaria, e cada um inclui um motor de acionamento 54,um redutor de engrenagem 56 e a montagem de acoplamento 58 servindopara interligar o redutor de engrenagem 56 e o motor 54 com um eixo 14 ou16 correspondente. Os acionamentos 18 e 20 preferívelmente também têmos acionamentos de freqüência variável 59 que são projetados para permitirrotação individual seletiva dos eixos 14, 16 em termos de velocidade e/oudireção de rotação de forma independente uma da outra. A fim de fornecercontrole apropriado para os acionamentos 18 e 20, cada um dos acionamen-tos 57 é acoplado a um motor 54 correspondente e a um dispositivo de con-trole 60. O dispositivo de controle 60 pode ser um controlador, processador,circuito integrado de aplicação específica (ASIC), ou qualquer outro tipo dedispositivo digital ou analógico capaz de executar instruções lógicas. O dis-positivo pode mesmo ser um computador pessoal ou servidor tal como aque-les fabricados e vendidos pela Dell, Compaq, Gateway, ou qualquer outrofabricante de computador, computadores de rede executando Windows NT,Novel Netware, Unix, ou qualquer outro sistema de operação de rede. Osacionamentos 57 podem ser programados tal como desejado para alcançaros objetivos da invenção, por exemplo, eles podem ser configurados paradiferentes faixas de velocidade de rotação, direções de rotação e classifica-ções de potência.
Nas formas preferidas, o pré-condicionador 10 é suportado porum dispositivo de pesagem na forma de uma pluralidade de células de carga62, as quais também são acopladas operacionalmente ao dispositivo de con-trole 60. O uso de células de carga 62 permite rápida variação ponto a pontono tempo de retenção de material passando através do recipiente 12, talcomo descrito detalhadamente na Patente U.S. Ng 6.465.029, incorporadaneste documento pela referência.
O uso dos mecanismos de acionamento de freqüência variávelpreferidos 18, 20 e do dispositivo de controle 60 permitem ajustes de altavelocidade das velocidades de rotação dos eixos 14, 16 para alcançar o pré-condicionamento desejado ao mesmo tempo que evitando quaisquer coli-sões entre os elementos de mistura intermediários 50, 52. Em geral, o dis-positivo de controle 60 e as unidades acopladas 57 se comunicam com cadamotor de acionamento 54 para controlar as velocidades de eixo. Adicional-mente, os eixos 14, 16 podem ser girados em direções de rotação diferentesou iguais, a critério do operador.
Os tempos de retenção para o material passando através do pré-condicionador 10 podem ser controlados manualmente pelo ajuste da velo-cidade e/ou direção de rotação de eixo, ou, mais preferivelmente, de formaautomática por meio do dispositivo de controle 60. A informação de pesoproveniente das células de carga 62 é dirigida para o dispositivo de controle60, o qual por sua vez faz mudanças de velocidade e/ou de direção de rota-ção de eixo com base em um tempo de retenção desejado.
O pré-condicionador 10 é comumente usado para o processa-mento de materiais de alimento de animal ou de alimento humano, tais comogrãos (por exemplo, trigo, milho, aveia, soja), carne e subprodutos de carne,e vários aditivos (por exemplo, surfactantes, vitaminas, minerais, corantes).Onde grãos de suporte de amido são processados, eles são tipicamente ge-latinizados pelo menos parcialmente durante a passagem através do pré-condicionador. O pré-condicionador 10 é usualmente operado em temperatu-ras de cerca de 100-212°F (37,8-100°C), tempos de residência de cerca de30 segundos a 5 minutos, e em pressões atmosférica ou ligeiramente acima.
O arranjo de acionamento para o pré-condicionador 10 tem acapacidade de girar os eixos 14, 16 em velocidades variáveis de até cercade 1.000 rpm, mais preferivelmente de cerca de 200-900 rpm. Além disso, aflexibilidade operacional inerente ao projeto de pré-condicionador leva emconta maiores níveis de cozimento (isto é, gelatinização de amido) quandocomparados com pré-condicionadores convencionais dimensionados deforma similar.
Modalidade das Figuras 6-8
Esta modalidade é em muitos aspectos similar àquela descritaanteriormente, e fornece um pré-condicionador 70 tendo um recipiente demistura alongado 72 com um par de eixos paralelos alongados se estenden-do axialmente 74, 76 dentro e se estendendo ao longo do comprimento domesmo. Os eixos 74, 76 são acoplados de forma operável aos dispositivosde acionamento variável individuais 78, 80, os últimos por sua vez conecta-dos ao dispositivo de controle digital (não mostrado) similar ào dispositivo decontrole 22 descrito anteriormente. O pré-condicionador 70 pode ser usadocom equipamento de processamento a jusante tal como extrusoras ou pele-tizadoras.
O recipiente 72 tem uma parede lateral alongada e arqueadatransversalmente 82 apresentando um par de câmaras justapostas interco-municadas e alongadas de igual área seccional transversal, assim comouma entrada de material 84 e uma saída de material 86. A parede lateral 82tem uma porta de acesso 88 e também é equipada com as montagens deinjeção 90 para injeção de água e/ou vapor no recipiente 82 durante o usodo pré-condicionador.
Tal como na primeira modalidade, cada um dos eixos 74, 76 temuma pluralidade de elementos de mistura se estendendo externamente 92,94 montados sobre os mesmos e se estendendo normalmente no compri-mento total dos respectivos eixos. Os elementos 92, 94 são deslocados axi-almente e intercalados tal como ilustrado na figura 8, e são projetados paraagitar e misturar o material alimentado para o pré-condicionador e paratransportar o material da entrada 84 na direção de uma saída 86 e para foradela.
Os acionamentos 78, 80 são idênticos, cada um tendo um motorde acionamento 96, o redutor de engrenagem 97 e o acoplador 98. Os acio-namentos são preferivelmente acionamentos de freqüência variável projeta-dos para apresentar rotação individual seletiva dos eixos 74, 76 de formaindependente uma da outra.
O pré-condicionador 70 é suportado por um dispositivo de pesa-gem compreendendo uma pluralidade de células de carga 100 que são aco-pladas operacionalmente ao dispositivo de controle de pré-condicionador. Acélula de carga permite variação no tempo de retenção completo tal comodescrito na Patente U.S. Ne 6.465.029.
O pré-condicionador 72 pode ser usado do mesmo modo e deacordo com os mesmos parâmetros operativos gerais tal como descrito emconexão com a modalidade das figuras 1-5.
Modalidade das Figuras 9-12
O pré-condicionador 102 inclui um recipiente de mistura alonga-do de duplo estágio 104 com um par de eixos de mistura giratórios paralelose alongados 106 e 108 se estendendo axialmente ao longo do comprimentodo mesmo. Os eixos 106, 108 são acoplados a dispositivos de acionamentovariável individuais (não mostrados), tal como no caso das modalidadesdescritas anteriormente. Estes dispositivos de acionamento variáveis são porsua vez conectados a um dispositivo de controle digital, também não mos-trado. O pré-condicionador 102 é igualmente adaptado para conexão a umaextrusora ou peletizadora a jusante.
O recipiente 104 tem uma parede lateral alongada e arqueadatransversalmente 110 apresentando um par de câmaras justapostas interli-gadas e alongadas 112 e 114, assim como uma entrada de material 116 euma saída de material 118. A câmara 114 tem uma área seccional transver-sal maior do que a câmara adjacente 112, o que é importante pelos motivosa ser descritos. Cada uma das câmaras 112, 114 é equipada com uma sériede portas de entrada espaçadas lado a lado 120, 122 ao longo dos compri-mentos das correspondentes câmaras, e um conjunto intermediário das por-tas 123 é localizado na junção das câmaras 112, 114. Estas portas 120, 122são adaptadas para conexão de injetores de água e/ou vapor guiando paraos interiores das câmaras. O recipiente total 104 tem adicionalmente placasde extremidade dianteira e traseira 124 e 126, assim como uma placa central128.
Tal como ilustrado, os eixos 106, 108 são substancialmente Ioca-Iizados de forma central dentro das correspondentes câmaras 112, 114. Comesta finalidade, mancais dianteiros 130 montados na placa 124 suportam asextremidades dianteiras dos eixos 106, 108, e de forma similar os mancaistraseiros 132 presos à placa 126 suportam as extremidades traseiras doseixos. Os eixos 106, 108 têm as extensões se estendendo para trás 106a,108a se projetando a partir dos mancais 132 para fornecer uma conexãopara os acionamentos de freqüência variável descritos anteriormente.
O eixo 106 é equipado com uma pluralidade de elementos demistura se estendendo radialmente para fora 134 localizados em relaçãoescalonada ao longo do comprimento do eixo. Cada um dos elementos 134(figura 12) inclui um segmento interno rosqueado 136 recebido dentro de umfuro rosqueado de forma correspondente 138 do eixo 106, com um segmen-to se projetando externamente 140 tendo um elemento substancialmenteplano similar à pá 142. Tal como mais bem visto na figura 11, os elementosde pá 142 dos elementos de mistura 134 são orientados em uma direçãocontrária em relação à direção de deslocamento do material da entrada 116para a saída 118. Isto é, estes elementos servem para retardar o fluxo dematerial através do pré-condicionador 102.
O eixo 108 situado dentro da câmara menor 112 tem igualmenteuma série de elementos de mistura 144 ao longo do comprimento do mesmoem relação escalonada alternante. Os elementos 144 são idênticos aos ele-mentos 134, salvo que os elementos 144 são um pouco menores em tama-nho. Cada elemento 144 apresenta um elemento externo similar à pá 146.Neste caso, os elementos 146 são orientados opostos àqueles elementos142, isto é, eles são orientados em uma direção para frente a fim de avançarmais positivamente o fluxo de material da entrada 116 na direção da saída118 e para fora dela.
Tal como no caso das modalidades descritas anteriormente, pa-res adjacentes dos elementos de mistura 134 e 144 são deslocados axial-mente uns dos outros e são intercalados; assim os elementos não são deprojeto de autolimpeza. Isto permite aos eixos serem girados em velocidadesde rotação diferentes de maneira excepcional, ao mesmo tempo que evitan-do quaisquer potenciais bloqueios por causa de interferência mecânica entreos elementos 134 e 144.
Os projetos de pré-condicionador da presente invenção permi-tem processamento de materiais em um grau maior do que até agora possí-vel. Por exemplo, pré-condicionadores anteriores do tipo descrito na PatenteU.S. Ns 4.752.139 não podem ser ajustados no campo para alcançar diferen-tes velocidades de rotação relativas entre os eixos dos mesmos. Isto é, emtais pré-condicionadores anteriores, uma vez que uma velocidade de rotaçãodiferencial foi estabelecida durante a fabricação do dispositivo, ela não podeser alterada em seguida sem uma completa reconstrução do dispositivo.Pré-condicionadores normais deste tipo têm uma diferencial de velocidadede 2:1 entre os eixos dentro das câmaras pequena e grande, respectivamen-te. Na presente invenção, entretanto, diferenciais de velocidade muito maio-res e infinitamente ajustáveis podem ser prontamente concretizados. Assim,nas formas preferidas o diferencial de velocidade entre os eixos 106, 108 éde pelo menos 5:1, e tipicamente varia de 3:1 a 18:1. Este último diferencialcorresponde a uma velocidade de rotação de 900 rpm para o eixo 108 e de50 rpm para o eixo 106.
Este projeto aprimorado proporciona diversas vantagens de pro-cessamento. Para dar um exemplo, no projeto de pré-condicionador anteriorda patente 4.752.139, o grau máximo de cozimento alcançável foi normal-mente em torno de 30%, com um máximo em torno de 43% (medido pelagelatinização de componentes de amido de acordo com o método descritoem Mason et al., A New Method for Determining Degree of Cook, 67th Annu-al Meeting, American Association of Cereal Chemists (26 de outubro de1982), incorporado neste documento pela referência). Com a presente in-venção, entretanto, porcentagens de cozimento significativamente maiorespodem ser alcançados, de pelo menos 50% e mais preferivelmente de pelomenos 55% e muito mais preferivelmente de pelo menos cerca de 75%. Aomesmo tempo, estes valores de cozimento aprimorados são obtidos com osmesmos ou mesmo com menores tempos de residência quando comparadoscom pré-condicionadores anteriores; especificamente, tais projetos anterio-res exigiriam um tempo de retenção de cerca de 160-185 segundos paraobter valores de cozimento máximos, enquanto que nos presentes pré-condicionadores os tempos de retenção são muito menores, na ordem de120-150 segundos, para alcançar este mesmo cozimento. Adicionalmente,se os maiores tempos de residência de pré-condicionador típico forem usa-dos, a extensão dos valores de cozimento é normalmente aumentada deforma significativa.
Em uma forma da invenção, misturas de alimento humano ou dealimentos de animal contendo as respectivas quantidades de proteína e a-mido (e normalmente outros ingredientes tais como gorduras e açúcares)são processadas nos pré-condicionadores da invenção para alcançar valo-res de cozimento de pelo menos cerca de 50%, e mais preferivelmente pelomenos cerca de 75% com base na gelatinização de amido. Exemplos repre-sentativos de tais misturas são alimentos para animais de estimação e parapeixe. O pré-condicionador da invenção também apresenta valores aprimo-rados de Energia Mecânica Específica (SME). Pré-condicionadores anterio-res tipicamente apresentam valores SME relativamente baixos enquanto queo pré-condicionador desta têm valores SME aumentados de cerca de 1,7-5,0, (1,87-5,5) mais preferivelmente de cerca de 1,9-4,5 kW-Hr/Ton (2,09-4,96 kW-h/t) de materiais de partida processados.
É bem entendido na técnica que aumentar o grau de cozimentoem um pré-condicionador é vantajoso em que energia e tempos de retençãomenores são exigidos durante o processamento a jusante para alcançar umproduto desejado inteiramente cozido tal como uma comida de animais. As-sim, o uso de pré-condicionadores de acordo com a invenção aumenta avelocidade de processamento de produto e assim reduz materialmente cus-tos de processamento.
Exemplo 1:
Neste Exemplo, uma formulação padrão de alimento para ca-chorro foi preparada e pré-condicionada usando um pré-condicionador deacordo com a invenção. A formulação conteve 53,0% de milho, 22,0% defarinha de aves domésticas, 15% de farinha de vagem de soja e 10% de fa-rinha de glúten de milho (todas as porcentagens em peso). Esta formulaçãofoi alimentada para a entrada de pré-condicionador e submetida ao trata-mento no mesmo juntamente com injeção de vapor e água. O eixo de câma-ra pequena foi girado em uma velocidade de 900 rpm na direção contrária,enquanto que o eixo de câmara grande foi girado em 50 rpm na direção parafrente. Três testes separados foram conduzidos em diferentes taxas de ali-mentação para o pré-condicionador, e os resultados destes testes estão ex-postos na Tabela 1 a seguir. Tal como observado na Tabela 1, os valores deporcentagem de cozimento obtidos usando o pré-condicionador variaram de47,6%-50,9%, e os valores SME totais variaram de 1,97-3,49 kW-Hr/Ton(2,17-3,84 kW-h/t).Tabela 1
<table>table see original document page 16</column></row><table><table>table see original document page 17</column></row><table>
1F se refere à direção para frente e R se refere à direção paratrás. Direcionalidade é alcançada pela orientação das pás de eixo de misturae/ou uso de eixo girando opostamente. Nos presentes exemplos, os eixosforam girados na mesma direção, e na direção F as pás são orientadas paradeslocar a mistura para frente, enquanto que na direção R as pás são orien-tadas para retardar o movimento para frente da mistura.
<table>table see original document page 17</column></row><table><table>table see original document page 18</column></row><table>
Exemplo 2:
Neste Exemplo, uma formulação padrão de alimento para gatofoi preparada e pré-condicionada tal como exposto no Exemplo 1. A formula-ção de alimento para gato conteve 32% de farinha de aves domésticas, 28%de milho, 14% de arroz, 13% de farinha de glúten de milho, 3% de polpa ba-tida, 2% de ácido fosfórico (H3PO4 a 54%) e 8% de gordura de aves domés-ticas (todas as porcentagens em peso). Nas três execuções de testes sepa-rados o eixo de câmara pequena foi girado em 800 rpm na direção contráriaenquanto que o eixo de câmara grande foi girado em 50 rpm na direção parafrente. Os resultados destes testes estão expostos na Tabela 2 a seguir, on-de a porcentagem de cozimento variou de 45,8% a 48,1% e os valores SMEtotais variaram de 2,9 a 3,9 kW-Hr/Ton (3,19 a 4,29 kW-h/t).
Tabela 2
<table>table see original document page 18</column></row><table><table>table see original document page 19</column></row><table>
Exemplo 3:
Neste Exemplo, uma formulação de alimento aquático de flutua-ção usado na fabricação de alimentos para peixe-gato foi preparada e pré-condicionada tal como exposto no exemplo 1. A formulação de alimento a-quático de flutuação conteve 20% de milho inteiro, 20% de farinha de peixe,20% de farelo de arroz sem ser estufado, 15% de farelo de trigo, 10% defarinha de soja, 10% de polpa batida e 5% de trigo (todas as porcentagensem peso). Os três testes separados foram executados, o eixo de diâmetropequeno foi girado em 800 rpm na direção contrária e o eixo de diâmetrogrande foi girado em 50 rpm na direção para frente. Estes resultados estãoexpostos na Tabela 3 onde pode ser visto que o cozimento variou de 78,7%- 84,5% e os valores SME totais foram de 3,7 kW-Hr/Ton (4,07 kW-h/t).
Tabela 3
<table>table see original document page 20</column></row><table><table>table see original document page 21</column></row><table>
Exemplo 4:
Neste Exemplo, uma formulação de alimento aquático de afun-dar usado na fabricação de alimentos para perca do mar/sargo do mar foipreparada e pré-condicionada tal como exposto no Exemplo 1. A formulaçãode alimento aquático de afundar foi elaborada de 53,5% de farinha de soja,15% de trigo, 8,5% de alimento de glúten de milho, 6,0% de milho, 1% defarinha de girassol e 16% de óleo de peixe. Nos três testes separados o eixode câmara pequena foi girado em 800 rpm na direção contrária e o eixo dediâmetro grande foi girado em 50 rpm na direção para frente. Estes resulta-dos estão expostos na Tabela 4, onde será observado que a porcentagemde cozimento varia de 72,5%-75,8% e os valores SME totais foram de 2,2-3,2 kW-Hr/Ton (2,42-3,52 kW-r/t).Tabela 4
<table>table see original document page 22</column></row><table><table>table see original document page 23</column></row><table>

Claims (22)

1. Pré-condicionador, compreendendo:um recipiente de mistura alongado tendo uma entrada de mate-rial e uma saída de material;um par de eixos de mistura alongados, cada um tendo uma plu-ralidade de elementos de mistura, os ditos eixos localizados em relação deespaçados lado a lado lateralmente dentro do dito recipiente;um par de mecanismos de acionamento variável acoplado res-pectivamente aos ditos eixos a fim de permitir rotação seletiva dos eixos emvelocidades de rotação individuais independentes uma da outra; eum dispositivo de controle acoplado de forma operável aos ditosmecanismos de acionamento para controlar de forma independente a veloci-dade de rotação dos ditos eixos.
2. Pré-condicionador de acordo com a reivindicação 1, cada umdos ditos mecanismos de acionamento compreendendo um acionamento defreqüência variável.
3. Pré-condicionador de acordo com a reivindicação 1, incluindoum dispositivo de pesagem acoplado de forma operável ao dito recipiente afim de pesar os conteúdos do recipiente durante o uso do pré-condicionador.
4. Pré-condicionador de acordo com a reivindicação 1, o ditorecipiente tendo paredes alongadas arqueadas transversalmente apresen-tando um par de câmaras justapostas intercomunicadas e alongadas, umadas ditas câmaras tendo uma área seccional transversal maior do que a ou-tra das ditas câmaras.
5. Pré-condicionador de acordo com a reivindicação 1, os ditoseixos operáveis para girar em direções opostas, respectivamente.
6. Sistema de processamento, compreendendo:um dispositivo de processamento apresentando uma câmara deprocessamento com uma entrada e uma saída;um pré-condicionador tendo uma entrada e uma saída, a saídade pré-condicionador acoplada de forma operável à entrada de câmara, odito pré-condicionador compreendendoum recipiente de mistura alongado tendo uma entrada de mate-rial e uma saída de material;um par de eixos de mistura alongados, cada um tendo uma plu-ralidade de elementos de mistura, os ditos eixos localizados em relação deespaçados lado a lado lateralmente dentro do dito recipiente;um par de mecanismos de acionamento variável acoplado res-pectivamente aos ditos eixos a fim de permitir rotação seletiva dos eixos emvelocidades de rotação individuais independentes uma da outra; eum dispositivo de controle acoplado de forma operável aos ditosmecanismos de acionamento para controlar de forma independente a veloci-dade de rotação dos ditos eixos.
7. Sistema de acordo com a reivindicação 6, cada um dos ditosmecanismos de acionamento compreendendo um acionamento de freqüên-cia variável.
8. Sistema de acordo com a reivindicação 6, incluindo um dispo-sitivo de pesagem acoplado de forma operável ao dito recipiente a fim depesar os conteúdos do recipiente durante o uso do pré-condicionador.
9. Sistema de acordo com a reivindicação 6, os ditos eixos ope-ráveis para girar em direções opostas, respectivamente.
10. Método de pré-condicionar um material compreendendo asetapas de:fornecer um pré-condicionador incluindo um recipiente de mistu-ra alongado tendo uma entrada de material e uma saída de material, um parde eixos de mistura alongados, cada um tendo uma pluralidade de elemen-tos de mistura sobre o mesmo e localizado em relação de espaçado lado alado lateralmente dentro do dito recipiente;dirigir uma quantidade do dito material para dentro do dito recipi-ente através da dita entrada; egirar seletivamente os ditos eixos nas respectivas velocidadesde rotação independentes uma da outra a fim de pré-condicionar o dito ma-terial e deslocar o material na direção da dita saída de recipiente e para foradela.
11. Método de acordo com a reivindicação 10, incluindo a etapade usar um dispositivo de controle digital para controlar de forma indepen-dente as velocidades de rotação dos ditos eixos.
12. Método de acordo com a reivindicação 10, o dito materialcompreendendo um alimento ou material de alimento.
13. Método de acordo com a reivindicação 10, o dito materialsendo um material de suporte de amido, e o dito material sendo gelatinizadopelo menos parcialmente durante a passagem através do dito pré-condicionador.
14. Método de processar um alimento ou mistura de alimentoincluindo as respectivas quantidades de proteína e amido e compreendendoas etapas de passar a mistura para dentro e através de um recipiente equi-pado com um par de eixos giratórios alongados axialmente, cada um tendouma pluralidade de elementos de mistura se estendendo externamente, comos elementos de mistura dos eixos sendo deslocados axialmente e interca-lados, e girar os ditos eixos durante a dita passagem do dito material atravésdo recipiente, cujo aperfeiçoamento compreende a etapa de processar amistura para alcançar pelo menos cerca de 50% de cozimento, tal como me-dido pela extensão de gelatinização do dito amido.
15. Método de acordo com a reivindicação 14, incluindo a etapade injetar vapor no dito recipiente durante a dita passagem da dita misturaatravés dele.
16. Método de acordo com a reivindicação 14, incluindo a etapade girar os ditos eixos em diferentes velocidades de rotação, respectivamen-te.
17. Método de acordo com a reivindicação 16, incluindo a etapade girar os ditos eixos de tal maneira que existe um diferencial de velocidadede pelo menos cerca de 5:1 entre os ditos eixos.
18. Método de processar um alimento ou mistura de alimentoincluindo as respectivas quantidades de proteína e amido e compreendendoas etapas de passar a mistura para dentro e através de um recipiente equi-pado com um par de eixos giratórios alongados axialmente, cada um tendouma pluralidade de elementos de mistura se estendendo externamente, comos elementos de mistura dos eixos sendo deslocados axialmente e interca-lados, e girar os ditos eixos durante a dita passagem do dito material atravésdo recipiente, cujo aperfeiçoamento compreende a etapa de processar amistura para alcançar uma energia mecânica específica (SME) transmitidapara o dito alimento ou mistura de alimento de cerca de 1,7-5,0 kW-Hr/Ton(1,87-5,51 kW-h/t) do dito alimento ou mistura de alimento.
19. Método de acordo com a reivindicação 18, a dita SMEtransmitida sendo de cerca de 1,9-4,5 kW-Hr/Ton (2,09-4,96 kW-h/t).
20. Método de acordo com a reivindicação 18, incluindo a etapade injetar vapor no dito recipiente durante a dita passagem da dita misturaatravés dele.
21. Método de acordo com a reivindicação 18, incluindo a etapade girar os ditos eixos em diferentes velocidades de rotação, respectivamente.
22. Método de acordo com a reivindicação 18, incluindo a etapade girar os ditos eixos de tal maneira que existe um diferencial de velocidadede pelo menos cerca de 5:1 entre os ditos eixos.
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