Secagem de resíduo de goiaba em secador convectivo de bandejas: modelagem matemática e análise do processo

Actually, Brazil is one of the larger fruit producer worldwide, with most of its production being consumed in nature way or either as juice or pulp. It is important to highlig ht in the fruit productive chain there are a lot lose due mainly to climate reasons, as well as storage, transportation, season, market, etc. It is known that in the pulp and fruit processing industy a yield of 50% (in mass) is usually obtained, with the other part discarded as waste. However, since most this waste has a high nutrient content it can be used to generate added - value products. In this case, drying plays an important role as an alternative process in order to improve these wastes generated by the fruit industry. However, despite the advantage of using this technique in order to improve such wastes, issues as a higher power demand as well as the thermal efficiency limitation should be addressed. Therefore, the control of the main variables in t his drying process is quite important in order to obtain operational conditions to produce a final product with the target specification as well as with a lower power cost. M athematical models can be applied to this process as a tool in order to optimize t he best conditions. The main aim of this work was to evaluate the drying behaviour of a guava industrial pulp waste using a batch system with a convective - tray dryer both experimentally and using mathematical modeling. In the experimental study , the dryin g carried out using a group of trays as well as the power consume were assayed as response to the effects of operational conditions (temperature, drying air flow rate and solid mass). Obtained results allowed observing the most significant variables in the process. On the other hand, the phenomenological mathematical model was validated and allowed to follow the moisture profile as well as the temperature in the solid and gas phases in every tray. Simulation results showed the most favorable procedure to o btain the minimum processing time as well as the lower power demand.

Determinação da difusividade efetiva de raiz de chicória

Inulin is a fructooligosacharide found in diverse agricultural products, amongst them garlic, banana, Jerusalem artichoke and chicory root. Inulin generally is used in developed countries, as a substitute of sugar and/or fat due to its characteristics of fitting as functional and dietary food. Chicory root is usually used as source and raw material for commercial extration of inulin. The experiments consisted on drying sliced chicory roots based on a factorial experimental design in a convective dryer whose alows the air to pass perpendicularly through the tray. Effective diffusivity (dependent variable) has been determined for each experimental combination of independent variables (air temperature and velocity). The data curves have been fitted by the solution of the second Fick law and Page's model. Effective difusivity varied from 3.51 x 10-10 m² s-1 to 1.036 x 10-10 m² s-1. It is concluded that, for the range of studied values, air temperature is the only statistically significant variable. So, a first order mathematical model was obtained, representing effective diffusivity behavior as function of air temperature. The best drying condition was correspondent to the trial using the highest drying air temperature.

Determinação da difusividade efetiva de raiz de chicória

A inulina é um frutooligossacarídeo encontrado em diversos produtos agrícolas, dentre os quais o alho, a banana, a alcachofra de Jerusalém e a raiz de chicória. A inulina é geralmente utilizada em países desenvolvidos, como substituto do açúcar e/ou gordura devido as suas características que a enquadram como alimento funcional e dietético. A raiz de chicória é utilizada como fonte e matéria-prima para a extração comercial de inulina. Os experimentos constituíram-se na secagem das raízes fatiadas em um secador convectivo com fluxo do ar perpendicular, com base em um planejamento fatorial. Pôde-se determinar a difusividade efetiva (variável dependente) para cada uma das combinações das variáveis independentes (temperatura e velocidade do ar), sendo as curvas desses resultados ajustadas pela solução da Segunda Lei de Fick e pelo modelo de Page. A difusividade efetiva variou de 3,51 x 10-10 m² s-1 até 10,36 x 10-10 m² s-1. Concluiu-se que, para a região de valores estudada, somente a temperatura do ar é estatisticamente significativa. Obteve-se, assim, modelo matemático de primeira ordem, representando o comportamento da difusividade efetiva em função da temperatura do ar. A melhor condição de secagem obtida foi a que utiliza a maior temperatura de ar de secagem.

Determinação da difusividade e da energia de ativação para feijão macassar (Vigna unguiculata (L.) Walp.), variedade sempre-verde, com base no comportamento da secagem

Neste artigo, teve-se o objetivo de determinar curvas de secagem em camada fina para grãos de feijão macassar, variedade sempre-verde. Visou-se, também, à determinação da difusividade efetiva da água no interior do produto, bem como a energia de ativação. Para tal, foram utilizadas amostras com 150 g de feijão com teor inicial de água de 37% (bu), nas temperaturas de 40; 50 e 60 ºC. A velocidade do ar do secador convectivo foi mantida em 1,0 m s-1 e, durante todo o processo, os valores médios da temperatura e da umidade relativa do ar ambiente foram, respectivamente, 29 ºC e 58%. A difusividade efetiva da água no produto foi determinada, em cada temperatura, por meio da lei de Fick, pressupondo um modelo esférico para os grãos. Uma expressão para a difusividade efetiva da água em função da temperatura foi determinada por meio do ajuste da equação de Arrhenius aos dados obtidos. A análise dos resultados possibilita concluir que a equação de Page representa, de forma satisfatória, o processo de secagem em todas as condições estudadas. O modelo esférico estabelecido para os grãos é satisfatório, resultando em difusividade efetiva que variou de 7,13x10-11 até 14,0x10-11 m²s-1, e em energia de ativação igual a 26,9 kJ mol-1. Foi observado que, para a temperatura do ar de secagem mantida em 60 ºC, houve a formação de fissuras em quantidade significativa de grãos.

ESTUDO DE SECAGEM DE PÊRA BARTLETT (Pyrus sp.) EM FATIAS

O processo de secagem visa a redução do teor de água fazendo com que a atividade da água dos produtos in natura diminua drasticamente, aumentando o tempo de conservação e a vida útil do produto e facilitando seu transporte, manuseio e armazenamento. Através do uso de um secador convectivo vertical de bandejas, determinaram-se as curvas de secagem da pêra bartlett (Pyrus sp.) nas temperaturas de 50, 60 e 70°C e velocidades do ar de 0,5, 1,0 e 1,5m/s, obtendo-se nove curvas de secagem. Através destas curvas o estudo da secagem foi conduzido avaliando as difusividades efetivas e as energias de ativação.

Avaliação da secagem do bagaço de cajá usando planejamento fatorial composto central

This work deals with the kinetics assay of Cajá (Spondias mombin L.) bagasse drying by an experimental design using a tray dryer. In order to add-value to this product a kinetic study has been carried out. A central composite experimental design has been carried out to evaluate the influence of the operational variables: input air temperature (55; 65 e 75ºC); the drying air velocity (3.2; 4.6 e 6.0 m/s) and the fixed bed thickness (0.8; 1.2 e 1.6 cm) and as response variable the the moisture content (dry basis). The results showed that the diffusional Fick model fitted quite well the experimental data. The best condition found has been input air temperature of 75ºC, drying air velocity of 6.0 m/s as well as fixed bed thickness of 0.8 cm. The experimental design assay showed that the main effects as well as the second ones were significant at 95% confindance level. The best operational condition according to statistical planning was 75 oC input air temperature, 6.0 m.s-1 drying air velocity and 0.8 cm fixed bed thickness. In this case, the equilibrium moisture content (1.3% dry basis) occured at 220 minutes

Estudo da desidratação de tomates em pedaços com pré-tratamento osmótico

Vegetables drying plays an important role in the field of food dehydration, being a very old practice that was originated from sun drying items of food in order to preserve them to be consumed during the periods of scarcity. One of these vegetables is the tomato, that was originally grown in South America. Tomatoes are easily perishable after being picked up from the tree and this makes the process of tomato dehydration a challenge due to the high amount of water (95%) contained in them. The present research work was mainly intended to develop alternative processes for tomato conservation, by drying slices of skinned and unskinned tomatoes in the in natura form or in the osmotically pre-dehydrated form. Firstly, the best conditions of the osmotic pre-dehydration process were defined including temperature, immersion time and concentration of the osmotic solution, based on the results of water loss, solids gain and weigh reduction of the pre-dehydration tomatoes at different processing conditions. The osmotic solution used was made up of NaCl (5 and 10%) and sucrose (25 and 35%) at different combinations. For a fixed conditions of osmotic pre-dehydration, the drying tests of the pre-processed and in natura tomatoes were carried out in a stove with air circulation and a convective dryer with trays, at two levels of temperature. The sensorial analysis of the osmotically pre-treated and unskinned dehydrated tomatoes was carried out as well as a study on the their shelf-live. The results obtained showed that the drying of the tomatoes took place as a result of the internal control of the water transport, and did not show a constant rate, while two distinct periods of the decreasing phase were observed. The osmotic pre treatment substancially reduced the initial amount of humidity in the tomatoes, thus reducing the necessary time for the product to attain levels of intermediate humidity. The impermeability of the tomato skin was identified as well as the unfavorable influence of the pre-treatment on the unskinned tomatoes, whose solid gain brought about a decrease in the water activity with subsequent reduction of the drying rate. Despite the various simplifications carried out during the development of this study, the proposed diffusive model adjusted to the experimental data satisfactorily, thus making it possible to determine the effective coefficients of diffusion, whose results were consistent and compatible with those found in the current literature. Concerning the higher rates of evaporation and the lowest processing time, the best results were obtained in the drying of the unskinned, in natura tomatoes and of the skinned, pre-dehydrated tomatoes, at 60ºC, both processed in the convective drier. The results of the sensorial analysis of the unskinned and pre-treated product did not prove to be satisfactory. Regarding the shelf-live of the tomatoes, for a period of 45 days, no physicochemical or microbiological alteration of the product was noted

Secagem do resíduo de acerola (Malphigia emarginata D.C.): estudo do processo e avaliação do impacto sobre o produto final

Brazil, one of the largest agricultural producers in the world, has managed in recent years to significantly improve its production. However, in response to this advance in the agro-industrial sector, the generation of agro-industrial residues has also increased. New technological alternatives have to be implemented in order to bring economic and rational use of this material and drying is one of the possible choices. Considering the great importance that bioactive compounds present for food science and technology, this research aims to evaluate the air-drying process of acerola residue in a tray convective drier under controlled temperature (60, 70 e 80ºC), air velocity (4.0, 5.0 e 6.0 m/s) and material width (0.5, 0.62 e 0.75 cm) by applying an experimental planning 23 + 3. Based on that, the impact on physical-chemical characteristics, color, bioactive compounds concentration and antioxidant activity of dried acerola waste was evaluated, having the in natura and freeze dried waste as control groups. Dried acerola residue presented natural pigments, mainly carotenoids (143.68 - 68.29 mg/g) and anthocyanins (290.92 - 90.11 mg/100 g), which explain the red and yellow instrumental color parameters observed. The acerola residue powder is also rich in phenolic compounds (3261.11 -2692.60 mgGAEeq/100g), proanthocyanidins (61.33-58.46 eq/100g), ascorbic acid (389.44 739.29 mg/100 g) and DPPH antioxidant activity (20.91 24.72 μg Trolox eq/g). Results show decreased concentration of phenolic compounds, anthocyanins, carotenoids, proanthocyanidins and ascorbic acid caused by the air-drying process. However, even after the observed drying losses, the acerola residue powder can be considered a high value food ingredient, considering the high bioactive compounds concentration found in the final product, as well as the colorimetric characterization and microbiological stability of the dried powder

Propriedades termodinâmicas de adsorção de água e cinética de secagem de subprodutos da industrialização de abacaxi (Ananás comosus L.): casca e cilindro central

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Efeito da adição de revestimentos comestíveis sobre a qualidade de mamão desidratado após a secagem e durante o armazenamento

Pós-graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos - IBILCE

Análise de jatos de baixos níveis associados aum sistema convectivo de mesoescala na américa do sul: um estudo de caso

The Levei Low Jet (LLJ) observed in the Porto Alegre metropolitan region, Rio Grande do Sul State, Brazil, was analyzed using 1989-2003 at 00:00 and 12:00 UTC upper-air observations. The LLJ classification criteria proposed by Bonner (1968) and modified by Whiteman et aI. (1997) were applied to determine the LLJ occurrence. Afterwards was selected a LLJ event, that was one of the most intense observed in the summer (01/27/2002 at 12:00 UTC), during the study period. ln this study were used as tools: atmospheric soundings, GOES-8 satellite images, and wind, temperature and specific humidity fields from GLOBAL, ETA and BRAMS models. Based on the numerical analysis was possible to verify that the three models overestimated the specific humidity and potential temperature values, at LLJ time occurrence. The wind speed was underestimated by the models. It was observed in the study region, at 12:00 UTC (LLJ detected hour in the Porto Alegre region), by three models, warm and wet air from north, generating conditions to Mesoscale Convective System (MCS) formation and intensification.

Modelagem e simulação de um secador intermitente de fluxos contracorrentes para frutos do cafeeiro

Este trabalho foi realizado com o objetivo de desenvolver um modelo computacional para simular a secagem de frutos café em um secador intermitente de fluxos contracorrente, empregando a linguagem de simulação EXTEND™ e o Modelo de Thompson (THOMPSON; PEART; FOSTER, 1968). Para validação do modelo desenvolvido foram utilizados dados experimentais obtidos por Silva (1991), em que foram empregados três níveis de temperatura do ar de secagem de 60, 80 e 100 °C. O modelo desenvolvido foi validado, sendo constatados desvios absolutos de 1,8% b.u e 1,1 kg e erros relativos de 11% e 1,6% na previsão dos parâmetros teor de água final e consumo de lenha, respectivamente. O modelo validado foi empregado na condução de experimentos tipo comparação de cenários. O primeiro experimento refere a alterações do ciclo operacional em que foram alterados os tempos de movimentação e de parada do fluxo da massa de grãos. E o segundo refere à alteração da configuração do secador quanto às alturas das câmaras de secagem e descanso. O ciclo operacional com os tempos de movimentação de um minuto e de parada de dezesseis minutos, para a temperatura do ar de secagem de 100 °C, proporcionou o melhor desempenho, sendo constatado tempo secagem de 12,3 h, consumo de lenha de 109,5 kg, consumo específico de energia de 7660 kJ.kg-1 de água evaporada, e capacidade de secagem de 87,86 kg.h-1. Quanto à configuração do secador, o melhor desempenho ocorreu para altura da câmara de secagem de 2,3 m usando a temperatura do ar de secagem de 100 °C, em que foram simulados tempo de secagem de 12,0 h, consumo de lenha de 106,5 kg, consumo específico de energia, de 7433 kJ.kg-1 de água evaporada, e capacidade de secagem de 90 kg.h-1. Desse modo, na condução da secagem de frutos de café em um secador intermitente de fluxos contracorrentes é recomendado o ciclo operacional com tempos de movimentação de um minuto e o de parada de dezesseis minutos, e não empregar a câmara de descanso. Essa conclusão está fundamentada em índices de desempenho do secador. Ressalta-se que não foram simulados os impactos nos parâmetros de qualidade.

Dimensionamento de um secador em leito fluidizado para secagem de cereais

O objectivo desta tese é dimensionar um secador em leito fluidizado para secagem de cereais, nomeadamente, secagem de sementes de trigo. Inicialmente determinaram-se as condições de hidrodinâmica (velocidade de fluidização, TDH, condições mínimas de “slugging”, expansão do leito, dimensionamento do distribuidor e queda de pressão). Com as condições de hidrodinâmica definidas, foi possível estimar as dimensões físicas do secador. Neste ponto, foram realizados estudos relativamente à cinética da secagem e à própria secagem. Foi também estudado o transporte pneumático das sementes. Deste modo, determinaram-se as velocidades necessárias ao transporte pneumático e respectivas quedas de pressão. Por fim, foi realizada uma análise custos para que se soubesse o custo deste sistema de secagem. O estudo da secagem foi feito para uma temperatura de operação de 50ºC, tendo a ressalva que no limite se poderia trabalhar com 60ºC. A velocidade de operação é de 2,43 m/s, a altura do leito fixo é de 0,4 m, a qual sofre uma expansão durante a fluidização, assumindo o valor de 0,79 m. O valor do TDH obtido foi de 1,97 m, que somado à expansão do leito permite obter uma altura total da coluna de 2,76 m. A altura do leito fixo permite retirar o valor do diâmetro que é de 0,52 m. Verifica-se que a altura do leito expandido é inferior à altura mínima de “slugging” (1,20 m), no entanto, a velocidade de operação é superior à velocidade mínima de “slugging” (1,13 m/s). Como só uma das condições mínimas é cumprida, existe a possibilidade da ocorrência de “slugging”. Finalmente, foi necessário dimensionar o distribuidor, que com o diâmetro de orifício de 3 mm, valor inferior ao da partícula (3,48 mm), permite a distruibuição do fluido de secagem na coluna através dos seus 3061 orifícios. O inicio do estudo da secagem centrou-se na determinação do tempo de secagem. Além das duas temperaturas atrás referidas, foram igualmente consideradas duas humidades iniciais para os cereais (21,33% e 18,91%). Temperaturas superiores traduzem-se em tempos de secagem inferiores, paralelamente, teores de humidade inicial inferiores indicam tempos menores. Para a temperatura de 50ºC, os tempos de secagem assumiram os valores de 2,8 horas para a 21,33% de humidade e 2,7 horas para 18,91% de humidade. Foram também tidas em conta três alturas do ano para a captação do ar de secagem, Verão e Inverno representando os extremos, e a Meia- Estação. Para estes três casos, foi possível verificar que a humidade específica do ar não apresenta alterações significativas entre a entrada no secador e a corrente de saída do mesmo equipamento, do mesmo modo que a temperatura de saída pouco difere da de entrada. Este desvio de cerca de 1% para as humidades e para as temperaturas é explicado pela ausência de humidade externa nas sementes e na pouca quantidade de humidade interna. Desta forma, estes desvios de 1% permitem a utilização de uma razão de reciclagem na ordem dos 100% sem que o comportamento da secagem se altere significativamente. O uso de 100% de reciclagem permite uma poupança energética de cerca de 98% no Inverno e na Meia-Estação e de cerca de 93% no Verão. Caso não fosse realizada reciclagem, seria necessário fornecer à corrente de ar cerca de 18,81 kW para elevar a sua temperatura de 20ºC para 50ºC (Meia-Estação), cerca de 24,67 kW para elevar a sua temperatura de 10ºC para 50ºC (Inverno) e na ordem dos 8,90 kW para elevar a sua temperatura dos 35ºC para 50ºC (Verão). No caso do transporte pneumático, existem duas linhas, uma horizontal e uma vertical, logo foi necessário estimar o valor da velocidade das partículas para estes dois casos. Na linha vertical, a velocidade da partícula é cerca de 25,03 m/s e cerca de 35,95 m/s na linha horizontal. O menor valor para a linha vertical prende-se com o facto de nesta zona ter que se vencer a força gravítica. Em ambos os circuitos a velocidade do fluido é cerca de 47,17 m/s. No interior da coluna, a velocidade do fluido tem o valor de 10,90 m/s e a velocidade das partículas é de 1,04 m/s. A queda de pressão total no sistema é cerca de 2408 Pa. A análise de custos ao sistema de secagem indicou que este sistema irá acarretar um custo total (fabrico mais transporte) de cerca de 153035€. Este sistema necessita de electricidade para funcionar, e esta irá acarretar um custo anual de cerca de 7951,4€. Embora este sistema de secagem apresente a possibilidade de se realizar uma razão de reciclagem na ordem dos 100% e também seja possível adaptar o mesmo para diferentes tipos de cereais, e até outros tipos de materiais, desde que possam ser fluidizados, o seu custo impede que a realização deste investimento não seja atractiva, especialmente tendo em consideração que se trata de uma instalação à escala piloto com uma capacidade de 45 kgs.

Análise dos modos de falha e seus efeitos (FMEA) aplicada a um secador industrial

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Variação da temperatura e do teor de água do café em secador rotativo usando lenha e GLP como combustíveis

O presente estudo foi realizado no Pólo de Tecnologia em Pós-Colheita de Café, na Universidade Federal de Lavras - MG. Seu objetivo foi estudar a distribuição da temperatura e do teor de água na direção radial do secador rotativo. Para a realização do teste, foram usados, concomitantemente, dois secadores da marca Pinhalense, com capacidade de 5.000 kg cada; em um secador usou-se lenha e no outro GLP, como combustíveis para o aquecimento do ar. A medição da temperatura do ar de secagem e da massa de café foi feita por meio de termopares distribuídos em 18 pontos no secador. As leituras de todas as temperaturas, registradas em um indicador, foram feitas em intervalos de meia hora. A redução do teor de água foi acompanhada em nove pontos na massa de café. Observou-se que os valores da temperatura no plenum apresentaram menor oscilação na secagem quando se usou o GLP. Além disso, independentemente do tipo de combustível, foram observados gradientes máximos de até 25 °C na temperatura e três pontos percentuais no teor de água na direção radial, na seção central do secador, em razão dos maiores valores de pressão estática (637,84 Pa). De maneira geral, independentemente do combustível usado, o gradiente de temperatura observado longitudinalmente na massa de café foi bem menor do que na direção radial.