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Relatorio 1 LEQ4 - Secagem...

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OBTENÇÃO DA CURVA DE SECAGEM DE MAÇÃS DO TIPO FUJI A. M. C. SANTANA - 75086, B. de L. SANTOS - 83022, G. S. B. CORTES - 75273, M. F. PINHEIRO - 83024 Universidade Federal de Viçosa, Departamento de Engenharia Química

RESUMO: A secagem se apresenta como uma importante operação unitária na indústria de processos, e pode ser definida como a remoção de um líquido agregado a um sólido. O processo de desidratação de frutas utiliza conceitos desta operação, e, hodiernamente, possui um grande valor na manufatura alimentícia. Palavras-chave: Desidratação, Maçã, Operações. 1. INTRODUÇÃO A indústria de alimentos buscou, ao decorrer dos anos, operações unitárias que visassem um equilíbrio de parâmetros em seu produto final, em busca de produtos de alta qualidade e aceitabilidade comercial. A desidratação de frutos, que é, nada mais que uma aplicação da secagem, aparece neste contexto e se apresenta como um importante processo para essa indústria. A secagem é uma operação pela qual qualquer líquido é removido de um material. A desidratação de frutas é a remoção de água de um alimento sólido, na forma de vapor, por meio de um mecanismo de vaporização térmica, numa temperatura inferior à de ebulição da água (CELESTINO, 2010). Durante o processo da secagem, grande parte do poder nutricional do alimento se mantém, perdendo apenas parte das vitaminas. Além disso a vida útil do alimento aumenta consideravelmente, reduzindo perdas, e aumentando seu preço de prateleira. Existem também vantagens relacionadas à facilidade no transporte do mesmo, e ao fato de aumentar o valor agregado final (CORNEJO, 2003). Na prospecção das regulagens de um evaporador desidratador, deve-se levar em conta fatores físicos e químicos do material que se está desidratando, como o valor de

equilíbrio do material na corrente de ar com umidade pré-definida, que será utilizada (GEANKOPOLIS, 1998). No caso de alimentos, como a sensibilidade térmica, e índices como umidade inicial e final desejada, em busca da determinação da temperatura, pressão de operação, velocidade e sentido do ar utilizado e espessura do material exposto também devem ser levados em conta. O experimento a seguir foi realizado, com a motivação de estudar, e analisar variáveis citadas, como o equilíbrio do material, e também produzir outros artifícios, como a projeção de curvas de secagem do material utilizado, no caso, a maçã. 2. MATERIAIS E MÉTODO 2.1 Materiais 

Maça Argentina Fatiadas



Secador de Bandejas



Balança Analítica

2.2 Método Primeiramente o secador de bandejas, modelo Pardal PEG 60, foi colocado em funcionamento, por cerca de 30 minutos sem carga para a uniformização do ar de secagem. Em seguida, as maças foram limpas e cortadas horizontalmente em fatias com cerca de 3 mm de espessura. O fruto fatiado foi então disposto sobre placas de 30x30 cm de maneira uniforme (Figura 01), afim de simular a geometria de uma placa fina e infinita. O recipiente então foi pesado, em uma balança digital com precisão de ±0,01 g, e levado ao desidratador. A temperatura do ar (70°C) e seu fluxo horizontal as placas foram mantidas constantes durante todo o processo. Para mensurar a variação da umidade das fatias as placas eram retiradas e pesadas, na balança digital mencionada, em intervalos de 30 minutos durante 9 horas.

Figura 1- Fatias de Maça dispostas em placa 30x30 cm

2.3 Formulação Teórica Para estimar o teor de umidade em base úmida e base seca a partir das massas coletadas, utilizou-sedas equações 1 e 2. UBS=

(M i−M seca ) (M seca −M placa )

(1)

Em que: 

UBS: umidade em base seca [kg(água)kg-1(sólido seco)];



Mi: massa Total de cada amostra [kg];



Mseca: massa do sólido seco [kg];



Mplaca: massa da Placa [kg].

UBU =

(M i−M seca ) (M inicial−M placa )

Em que: 

UBU: umidade em base úmida [kg(água)kg-1(sólido)];



Mi: massa Total de cada amostra [kg];



Mseca: massa do sólido seco [kg];



Mplaca: massa da Placa [kg];



Minicial: massa total da placa com a fruta úmida [kg].

(2)

A Taxa de secagem pode ser determinada com base na perda de água com relação ao tempo e a área de troca de calor, descrita pela Equação 3.

R=

(∆ M ) ( ∆ t∗ A)

(3)

Em que: 

R: taxa de secagem [kg h-1m-2]



∆M: variação da massa entre dois pontos consecutivos [kg];



∆t: intervalo de tempo entre dois pontos consecutivos [h];



A: área total da troca de calor [m²]. De acordo com AKHONDIet al. (2011), é possível se utilizar de alguns modelos

matemáticos simples para ajustar e determinar curvas teóricas de secagem. As principais equações trabalhadas pelo autor foram: 

Modelo de Lewis

M R =exp(−kt ) 

Handerson and Pabis

M R =a exp(−kt ) 

(5)

Modelo de Page

M R =exp(−k t n) 

(4)

(6)

Modelo de Midilli & Kucuk

n M R =a exp ( −k t ) +bt

Em que: 

MR: umidade em base seca;



a, k, b e n: parâmetros dos modelos;



t: tempo de secagem.

(7)

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 1 contém os dados experimentais da secagem da maçã para um total de 4 repetições. Tabela 1- Dados experimentais obtidos em cada placa.

Tempo [h] 0 0,75 1,25 1,75 2,25 2,75 3,25 4,42 4,75 5,25 5,75

Placa 1 [g] 718,88 657,20 634,49 608,51 574,35 557,20 527,73 478,24 473,28 468,76 468,28

Placa 2 [g] 828,62 771,81 750,43 722,13 692,24 673,6 648,02 594,61 588,97 583,44 579,75

Placa 3 [g] 709,90 636,50 605,86 580,21 553,42 537,80 521,28 485,21 481,50 477,74 475,13

Placa 4 [g] 704,54 653,58 625,73 598,94 569,94 549,49 527,74 471,55 465,7 460,22 456,45

Com base nos dados obtidos, foi possível observar que a partir de 3,25 horas a massa perdida em cada amostra começou a se aproximar de uma constante, identificando a proximidade do ponto de inflexão da secagem. Os dados contidos na Tabela 2 mostram a Umidade em Base Seca (UBS), Umidade em Base Úmida (UBU) e a Taxa de Secagem (R). Tabela 2 - Valores das umidades e da taxa com relação ao tempo do experimento.

Tempo [h] 0 0,75 1,25 1,75 2,25 2,75 3,25 4,42 4,75 5,25

UBS [kg kg-1] 4,50 3,38 2,91 2,42 1,87 1,55 1,12 0,23 0,14 0,05

UBU [kg kg-1] 0,82 0,62 0,53 0,44 0,34 0,28 0,20 0,04 0,02 0,01

R [kg h-1 m-2] 0,90 0,57 0,59 0,67 0,40 0,52 0,33 0,17 0,11 0,06

Com basena Tabela 2 foi possível observar que a Taxa de Secagem tem decrescimento alto nas primeiras horas do experimento, no entanto, quando se aproxima do ponto de inflexão (3,25h)tende a diminuir de forma menos acentuada. Da mesma forma, ao se analisar as umidades (UBS e UBU), nota-se que as mesmas decrescem lentamente até o ponto de inflexão, porém, esse decréscimo se eleva consideravelmente em seguida adquirindo comportamento exponencial.

O comportamento gráfico das umidades em função do tempo de secagem e a taxa com relação a umidade em base úmida pode ser acompanhado na Figura 2.

Figura 2 - Comportamento da UBS, UBU e R.

Através da modelagem conduzida no Programa Sigma Plot (Figura 3), foi possível perceber que o modelo que mais se adequava à curva experimental foi o proposto porHanderson and Pabis em que os parâmetros a e k equivalem respectivamente 4,7342 e 0,4617 com um coeficiente de determinação igual a 0,9636.

5

4

UBS (kg/kg)

3

2

1

0

0

2

4

6

Tempo (h) Figura 3 - Ajuste do modelo de Handerson and Pabis.

A partir dos resultados gerados pelo software e analisando o coeficiente de determinação, nota-se um comportamento semelhante com erros aleatórios de distribuição ao teórico proposto pelo modelo. De acordo com os gráficos, pôde-se perceber que a umidade de equilíbrio, isto é, quando o valor dessa se torna aproximadamente constante, está localizada entre 4 e 4,5 horas. Segundo Mariano et al.(2011), realizando um experimento semelhante com maçãs tipo Fuji, a umidade de equilíbrio foi obtida após 4,2 horas de experimento.

http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/352/1/MD_COALM_2011_ 1_4.PDF

http://sites.poli.usp.br/d/pqi2530/alimentos/pacheco_secagem_cap_1.pdf

http://www.acervodigital.ufpr.br/bitstream/handle/1884/5887/DISSERTA? sequence=1

4. CONCLUSÃO A partir dos dados coletados no procedimento experimental, foi possível construir curvas de secagem da maçã e com base em modelos matemáticos simples já estabelecidos, tornou-se viável traçar gráficos teóricos e com eles, determinar o modelo que melhor se ajustava aos dados experimentais. Com isso, obteve-se os parâmetros da equação de Handerson and Pabis (melhor ajuste) e assim, caracterizou-se o comportamento da secagem do fruto. Os possíveis desvios observados poderiam ser eliminados ajustando a uniformidade da área de troca de calor por meio de placas menores, de modo a se conseguir melhor distribuição do fruto na chapa. Outro ponto importante seria a adoção de um período de observação mais extenso, com o efeito de se obter um número maior de dados e assim,determinar de forma mais exata a taxa de equilíbrio e,consequentemente, garantir melhor ajuste aos modelos teóricos.

5. REFERÊNCIAS AKHONDI, E.; KAZEMI, A.;MAGHSOODI, V..Department of Chemical and Petroleum Engineering, Sharif University of Technology. Determination of a suitable thin layer drying curve model for saffron (Crocus sativus L) stigmas in an infrared dryer.Scientia Iranica, Tehran, Iran, v 18, n 6, p. 1397 – 1401, abril 2011. Disponível em: . Acessado em: 07/09/2017. CELESTINO, S.M.O. Princípios de Secagem de Alimentos. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária – Embrapa. Planaltina-DF, 2010. CORNEJO, F.E.P. Secagem como Método de Conservação de Frutas. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária – Rio de Janeiro-RJ, 2003. GEANKOPLIS, C. J. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. 3ª Edición, México, 1998. MARIANO, Edson José; NUNES, Elias Evaldo; VALENTINI, Everton. Avaliação dos parâmetros físico-químicos e sensoriais da maçã desidratada para uso como aperitivo. 2011. 49 f. Trabalho de Conclusão de Curso. Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Medianeira, PR, 2011.Disponível em: . Acessado em: 07/09/2017....