Secagem de Grãos - Apostilas - Engenharia Agrícola, Notas de estudo de Agroflorestal

Baixe Secagem de Grãos - Apostilas - Engenharia Agrícola e outras Notas de estudo em PDF para Agroflorestal, somente na Docsity! UFES – Universidade Federal do Espírito Santo Departamento de Engenharia Rural Boletim Técnico: AG: 04/05 em 29/03/2005 Secagem de Grãos 1 Prof. Luís César da Silva O processo de secagem é aplicado para reduzir o teor de umidade de produtos agrícolas. Deste modo, é diminuída a disponibilidade de água para: (i) o desenvolvimento de fungos e bactérias, o que evita o surgimento de grãos ardidos e micotoxinas, (ii) a realização do processo de respiração dos grãos que provoca perda de peso e gera calor e (iii) a execução de reações bioquímicas que promovem a auto-degeneração do produto. O teor de umidade corresponde à relação percentual entre a massa de água presente e o peso total do produto. Por exemplo, se uma carga de 28,0 toneladas apresenta teor de umidade de 15%, 4,2 t da carga é água; e 23,8 t é matéria seca formada por: carboidratos, lipídios, proteínas e sais minerais. A meta maior da armazenagem é conservação da matéria seca. Para tanto, devido ao menor custo é recomendada a secagem. Para as condições brasileiras, o teor de umidade ideal para a armazenagem de grãos e sementes é de 13%. Este valor foi estipulado por estabilizar a atividade aquosa do produto (Aa) e assim inviabilizar, principalmente, o desenvolvimento de fungos e bactérias. Atividade aquosa (Aa) é um índice utilizado para expressar a disponibilidade de água na camada delgada de ar junto à superfície de produtos de origem animal ou vegetal. Este índice varia de 0 a 1. Quanto maior o teor de umidade do produto maior é o índice de atividade aquosa. As bactérias geralmente exigem níveis de atividade aquosa superior a 0,90 para multiplicarem, enquanto para os fungos os valores variam de 0,65 a 0,90. Nestes casos, o teor de umidade da massa de grãos pode variar de 14 a 28%. 1. Fundamentos do Processo de Secagem Grãos e sementes são produtos higroscópios. Portanto, podem repassar ou receber vapor de água do ar que os circunvizinham. O fato de o produto ser higroscópico faz com que, sobre a sua superfície, seja estabelecida uma camada delgada de ar que constitui um micro-clima. E este tem suas condições de estado reguladas pela temperatura e teor de umidade do produto. Uma das propriedades deste micro-clima é umidade relativa, que, neste caso, tem valor igual a 100 vezes o índice de atividade aquosa. Por outro lado, o ar que circunvizinha o produto, também possui a sua umidade relativa. E esta é relacionada à quantidade de vapor diluída no ar. O valor da umidade relativa varia de 0 a 100%. O ar, com 0%, não possui vapor de água diluído, porém quando a 100% está em seu estado máximo de saturação. O sentido e intensidade do fluxo de vapor de água entre os grãos e o ar são estabelecidos segundo a diferença dos valores de umidade relativa: (i) do ar do micro-clima sobre os grãos -URg e (ii) do ar circunvizinho ao grão URac. O sentido do fluxo de vapor sempre ocorrerá do ponto com maior valor de umidade relativa para o de menor. Sendo assim, três situações podem ocorrer: Caso: 1) URg maior que URac ocorre secagem do produto; 1 Artigo Publicado na Revista: Grãos Brasil: Da Semente ao Consumo, Ano III, n o XIV, Maio de 2004, p. 10 -14. UFES – Universidade Federal do Espírito Santo Departamento de Engenharia Rural Boletim Técnico: AG: 04/05 em 29/03/2005 2) URg menor que URac ocorre umedecimento do produto; e 3) URg igual a URac ocorre Equilíbrio Higroscópio - não há fluxo de vapor. Portanto, para que ocorra secagem é necessário que a umidade relativa do ar de secagem URac seja menor que a umidade relativa do ar do micro-clima. Para reduzir a umidade relativa do ar de secagem é recomendado aquecê-lo. Isto pode ocorrer naturalmente, por meio da radiação solar, ou então, artificialmente utilizando fornalhas a lenha ou queimadores a gás. Assim o ar de secagem tem o seu potencial de secagem aumentado. O que traduz em maior capacidade de: (i) transferir calor ao produto; e (ii) transportar o vapor proveniente do produto. Didaticamente, o processo de secagem ocorre segundo três passos (Figura 1): Primeiro: o ar de secagem cede calor ao grão. Isto força a umidade contida no grão a migrar para o micro-clima. Assim, a umidade relativa do ar no micro-clima -URg aumenta. Segundo: pelo fato da umidade relativa do ar do micro-clima ser maior que a do ar de secagem, ou seja, URg maior que URac, é estabelecido o fluxo de vapor no sentido do micro-clima para o ar de secagem. Terceiro Passo: como o ar se secagem repassou calor ao grão e recebeu vapor de água: (i) a sua temperatura diminui, e (ii) sua umidade relativa aumenta. O ar de secagem passa então a ser denominado ar de exaustão. Quanto mais próxima de 100% for a umidade relativa do ar de exaustão -URae maior será a eficiência da secagem. F i g u r a 1 – Demonstração do processo de secagem 2. Modalidades de Secagem A secagem de produtos agrícolas pode ser realizada de forma natural ou artificial. Vide Figura 2. A secagem natural emprega a radiação solar para aumentar o potencial de secagem do ar. No Brasil, esta tem sido empregada para a secagem de café em terreiros e cacau em barcaças, como também por pequenos agricultores na secagem de milho e feijão em terreiros. A grande desvantagem dessa modalidade é dependência das condições climáticas e a maior vantagem é o fato de propiciar menor ocorrência de grãos trincados e/ou quebrados. UFES – Universidade Federal do Espírito Santo Departamento de Engenharia Rural Boletim Técnico: AG: 04/05 em 29/03/2005 Fig ura 3 – Silo sec ado r – sec age m a baix a tem peratura 4. Secagem a Alta Temperatura Os secadores desta modalidade operam com temperaturas do ar de secagem superiores em mais 10 o C a temperatura ambiente. E estes são classificados segundo dois critérios. Primeiro, quanto aos sentidos dos fluxos do ar de secagem e da massa de grãos, os secadores podem ser de: (i) leito fixo, (ii) fluxos cruzados, (iii) fluxos contracorrentes, (iv) fluxos concorrentes e (v) fluxos mistos - secador tipo cascata. E segundo, quanto à forma de funcionamento. a) Secadores de leito fixo A camada de grãos nestes secadores permanece estática durante a secagem. O modelo representado na Figura 4 dispõe de fornalha a lenha, ventilador e câmara de secagem com capacidade estática em torno de 5,0 toneladas. O tempo de secagem por carga é estimado em 5 horas. O fluxo de ar empregado varia de 1 a 10 m 3 /min.m 2 de área da câmara de secagem. A temperatura do ar de secagem varia de 40 a 55 o C. Pelo fato do produto permanecer estático é recomendado o revolvimento a cada três horas. Assim, a secagem do produto dar-se-á uniformemente. Alguns fabricantes comercializam estes secadores com sistemas mecânicos para o revolvimento. Assim é dispensada a interrupção do processo de secagem. O secador de leito fixo tem sido empregado na secagem de milho em espiga, feijão em ramas, café e arroz. O formato da câmara de secagem pode ser variado e esta pode ter o fundo inclinado para propiciar a descarga por gravidade. Recentemente, foi introduzida no mercado brasileiro, uma outra configuração de secador de leito fixo. Esta consiste no emprego de um silo com características semelhantes ao representado na Figura 3. No entanto, a temperatura do ar de secagem é de 60 o C. Este sistema conta com um conjunto de roscas-sem-fim, Figura 5, que promovem o revolvimento da massa de grãos durante a secagem. Ao final desta, o produto pode ser armazenado no próprio silo, ou então transferido para outro e assim armazenado, Figura 6. UFES – Universidade Federal do Espírito Santo Departamento de Engenharia Rural Boletim Técnico: AG: 04/05 em 29/03/2005 Figura 4 – Secador de leito fixo, desenvolvido por pesquisadores da UFV Figura 5 – Sistema de revolvimento de grãos Figura 6 – Conjunto silo secador e silo armazenador b) Secadores de Fluxos Cruzados Conforme a denominação, os fluxos de grãos e ar de secagem cruzam sob um ângulo de 90 o na câmara de secagem. Este tipo de secador é o mais difundido mundialmente, devido à facilidade de construção. Na Figura 7 apresenta um secador com duas câmaras de secagem. Na primeira, a superior, há um ventilador axial e na segunda dois. Junto aos ventiladores existem os queimadores de gás. Conforme o esquema da Figura 7, ocorre inversão de lado das colunas de grãos da primeira para segunda câmara de secagem. Isto é feito para homogeneizar o teor de umidade na massa de grãos. Pois, o produto que se encontra mais próximo à entrada do ar de secagem, torna-lo mais seco e aquecido. UFES – Universidade Federal do Espírito Santo Departamento de Engenharia Rural Boletim Técnico: AG: 04/05 em 29/03/2005 c) Secador de Fluxos Contracorrentes Nestes secadores os fluxos de grãos e ar de secagem ocorrem em sentidos contrários. Sendo que o fluxo de grãos ocorre no sentido da gravidade e o fluxo de ar em sentido ascendente. Figura 7 – Secador de fluxos cruzados (Sukup Manufacturing Co.) Na Figura 8 está esquematizada a configuração típica que conta com um silo dotado de: fundo perfurado, sistema de aquecimento, ventilador e sistema de movimentação de grãos. Em seu funcionamento, a frente de secagem permanece semprejunto ao fundo. À medida que ocorre a secagem, a camada de grãos seca é transportada para silos armazenadores ou então, é depositada na parte superior da massa de grãos. Para tanto, o sistema de movimentação de grãos é acionado por um termostato que monitora o avanço da frente de secagem. Quando o termostato detecta 70 o C, é temperatura próxima a acionado o sistema de movimentação de grãos. d) Secador de Fluxos Concorrentes São secadores em que os fluxos de ar de secagem e grãos têm o mesmo sentido de deslocamento. As configurações comerciais possuem (a) grandes alturas (b) vários estágios de secagem e descanso e (c) circuitos de reaproveitamento do ar de secagem.