Baixe Armazenamento e conservação de grãos e outras Notas de estudo em PDF para Agronomia, somente na Docsity! MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS FACULDADE DE AGRONOMIA “ELISEU MACIEL” DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA AGROINDUSTRIAL LABORATÓRIO DE PÓS-COLHEITA E INDUSTRIALIZAÇÃO DE GRÃOS C P, 354 - CEP 96010-900 – Capão do Leão, RS - Fone (53) 2757250 - Fax 2759031 ARMAZENAMENTO E CONSERVAÇÃO DE GRÃOS Moacir Cardoso Elias PÓLO DE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA EM ALIMENTOS DA REGIÃO SUL CONSELHO REGIONAL DE DESENVOLVIMENTO DA REGIÃO SUL (COREDE-SUL) PELOTAS - RS 2003 ARMAZENAMENTO E CONSERVAÇÃO DE GRÃOS Moacir Cardoso Elias1 1) O ARMAZENAMENTO DE GRÃOS NO BRASIL Os modernos sistemas mercadológicos, cada vez mais dinâmicos e com os seus novos conceitos de globalização, exigem que os processos produtivos se tornem competitivos quanto à qualidade dos produtos e ao preço final de mercado. Este preço precisa cobrir todos os custos de produção, além de garantir remuneração, com margem de lucro, a todos os participantes da cadeia produtiva, desde a exploração de jazidas donde saem matérias-primas utilizadas na produção de alguns dos insumos, até a comercialização dos produtos finais, in natura ou industrializados, em nível de consumidor. Num passado não muito distante, na grande maioria dos sistemas produtivos, as margens de lucro desejadas eram acrescidas aos custos de produção, e assim era estabelecido o preço final do produto. Atualmente, o preço final dos produtos é estipulado pelo mercado, em função das relações entre oferta e demanda. Logo, quando se quer aumentar as margens de lucro de um sistema produtivo, o principal aspecto a ser trabalhado é o custo de produção, ou seja, é preciso se produzir mais com menos. Isto significa que estão, a cada instante, mais estreitos e escassos os caminhos para aqueles que atuam no mercado com uma postura amadora. Ninguém mais está disposto a pagar pela incompetência dos outros. Num mercado competitivo se fazem necessários profissionalismo e competência para se produzir bem, sobreviver e progredir. A necessidade de conhecimentos sobre conservação de grãos fica evidenciada quando são analisadas as potencialidades brasileiras de produção agrícola e são verificadas as astronômicas perdas de grande parte do que se produz, em função de deficiências em infra-estrutura, como falta de unidades de secagem e armazenamento e/ou de suas inadequações. Atualmente, muitos dos equipamentos e das estruturas de secagem disponíveis não são apropriados para as condições nacionais, apresentam custos elevados e são incompatíveis com o poder aquisitivo de pequenos e médios produtores rurais. No armazenamento, as inadequações se repetem como no sistema de secagem: além das deficiências estruturais e tecnológicas, há apenas um pequeno percentual da capacidade armazenadora localizado nas propriedades rurais. A maior parte da produção brasileira de grãos é proveniente de pequenos e médios produtores. Nesse segmento produtivo, para a armazenagem, são utilizados depósitos ou paióis tecnicamente deficientes, que estão sujeitos a intensos ataques de insetos, ácaros, roedores e fungos. Ademais, o armazenamento sem uma prévia e eficiente secagem, além do previsível e preocupante desenvolvimento de insetos, ácaros e microrganismos, estimula o metabolismo dos próprios grãos, consumindo substâncias de reservas, provocando deteriorações e reduzindo sua qualidade. Umidade e temperaturas elevadas no interior das unidades armazenadoras, associadas a deficiências no manejo operacional, potencializam esses efeitos. A produção brasileira de grãos apresenta safras quantitativa e qualitativamente irregulares, como reflexos de problemas culturais e de deficiências históricas na política agrícola do país, assim como na setorial, que poucas vezes criou possibilidades efetivas de capitalizar a atividade. Em conseqüência, são muitas as dificuldades de implantação de unidades com secadores de escala comercial. Isso leva grande quantidade de agricultores, de propriedades familiares ou de pequenas e médias escalas, a esperar a secagem dos grãos na própria planta, no campo, através do retardamento da colheita, com todos os seus inconvenientes, ou a realiza-la em terreiros ou a por outros métodos não forçados, que empregam ar ambiente, na condição natural, sem aquecimento e nem uso de ventiladores. Quando a secagem é realizada em terreiros ou em estruturas adaptadas, em geral não são empregadas tecnologias adequadas. Na pós-colheita, a agricultura de pequena escala é a que possibilita maior controle operativo, mas mostra menor economia operacional e expõe os grãos a grandes alterações biológicas e riscos de ataques de organismos associados, no armazenamento, com perdas quantitativas, qualitativas, nutricionais e de sanidade, reduzindo seu valor comercial. No Brasil, milho e sorgo são utilizados predominantemente na alimentação animal. Nos estados do sul, a expansão de seus cultivos tem estreita associação com as das produções de suínos e aves, principalmente, mas também dependem da lucratividade dos produtores com outras culturas de sequeiro, que têm estrutura 2 1 Professor Titular, Engº Agrº, Dr. Laboratório de Pós-Colheita e Industrialização de Grãos, Departamento de Ciência e Tecnologia Agroindustrial, Faculdade de Agronomia “Eliseu Maciel”, Universidade Federal de Pelotas. Programas de Mestrado e Doutorado em Ciência e Tecnologia Agroindustrial. Pólo de Inovação Tecnológica em Alimentos da Região Sul, Convênio UFPEL-Governo do Estado e COREDE-SUL. Também participaram na elaboração deste trabalho os seguintes autores: Álvaro Renato Guerra Dias; Manuel Artigas Schirmer; Jorge Adolfo Silva; Cátia Maria Romano; Daniel Simioni; Elvio Aosani; Flávio Manetti Pereira; Leonor João Marini; Maurício de Oliveira; Valdinei Soffiati; Vandeir José Dick Conrad. As deficiências quantitativas e qualitativas verificadas na armazenagem, nas propriedades rurais, e a 5 concentração da estrutura existente em locais afastados das principais zonas produtoras (Figura 03), são pontos de estrangulamento na cadeia agroindustrial dos grãos. Figura 03. Níveis e localizações das unidades armazenadoras de grãos no Brasil, no final do Século XX. Fonte: CONAB (2001) Apesar dos avanços da pesquisa em tecnologia de pós-colheita, a secagem ainda é praticamente o único método utilizado para a conservação de grãos no Brasil, assim como o é em grande parte do mundo. Esse fato, associado às deficiências na armazenagem em nível de propriedade e à concentração da estrutura nos níveis sub-terminal e terminal, em locais afastados das principais regiões produtoras, determina estrangulamentos na cadeia produtiva, causando grandes perdas à economia do país. A secagem, forma mais usada na conservação de grãos, pode ser efetuada antes da colheita, ou após essa. A dependência das condições climáticas, as perdas por tombamento e/ou deiscência, os ataques de insetos, pássaros, roedores e outros animais, a contaminação por microrganismos e o maior tempo de ocupação das lavouras têm sido os fatores mais limitantes na utilização da secagem previamente à colheita, com os grãos ainda na planta-mãe. A necessidade de estrutura adequada, os custos daí decorrentes e a exigência da adoção de tecnologias compatíveis restringem a utilização da secagem posteriormente à colheita, apesar de sua maior eficiência. Os pequenos produtores não utilizam a secagem artificial, ou ainda poucos a utilizam, por falta de recursos, de conhecimentos e/ou de tecnologias compatíveis com a sua condição. Já os produtores com maiores recursos financeiros e tecnológicos encontram no curto período das safras agrícolas a necessidade de fazerem grandes investimentos nas estruturas de secagem, armazenagem e transporte, o que resulta em grande ociosidade do capital investido, uma característica marcante da atividade. Para alguns casos, há tecnologias que permitem retardar ou mesmo substituir a secagem. A preservação dos grãos, a liberação do solo para outros cultivos, a diminuição das perdas do produto e a dispensa da secagem forçada, dentre outros, são aspectos vantajosos na conservação de grãos com umidade de colheita, sem secagem, pois essa técnica permite melhorar a utilização da estrutura armazenadora disponível na propriedade e a alimentação de animais na entressafra, com um produto de qualidade. A silagem de grãos úmidos é uma das alternativas. Outra, o retardamento ou mesmo a substituição da secagem pela utilização de ácidos orgânicos de cadeia carbônica curta, como acético e propiônico, associado com a hermeticidade ou não, como método de conservação de grãos, ainda que por períodos não muito longos, representa uma alternativa eficiente, especialmente para pequenos e médios produtores, que não dispõem de estruturas ou recursos para a instalação de complexos sistemas de secagem e de armazenamento. Para cooperativas, indústrias e grandes produtores, retardar a secagem possibilita racionalizar o dimensionamento e a utilização do sistema, sem aumentar as perdas ou até mesmo as diminuindo, através da redução da ociosidade das estruturas de secagem, dos transportes e de seus reflexos nos fretes. Num caso ou noutro, não basta guardar os grãos. É preciso conservá-los. E isso exige cuidados, conhecimento, muita dedicação e grande dose de profissionalismo. A capacidade de preservação da qualidade, da sanidade e do valor nutritivo dos grãos, durante o período de armazenagem, não depende só das condições de produção e de colheita, mas das de armazenamento e de manutenção das condições adequadas de estocagem do produto. Os grãos, apesar das características de resistência e rusticidade próprias de cada espécie, estão sujeitos aos ataques de insetos, ácaros, microrganismos, roedores, pássaros e outros animais; às danificações mecânicas, às alterações bioquímicas e às químicas não enzimáticas, desde antes do armazenamento. Esse conjunto de fatores indesejáveis provoca perdas quantitativas e/ou qualitativas, pelo consumo de reservas e por modificações na composição química dos grãos, redução do valor nutritivo e desenvolvimento de substâncias tóxicas, com diminuição do valor comercial. Por conseqüência, acaba comprometendo a utilização do produto para o consumo e, mesmo, para industrialização, caso não forem adotadas técnicas adequadas e métodos eficientes de conservação. Nos grãos destinados ao armazenamento, devem ser considerados fatores como: integridade biológica, integridade física, estado sanitário, grau de pureza e umidade. As operações de pré-armazenamento incluem colheita, transporte, recepção, pré-limpeza, secagem, limpeza e/ou seleção e expurgo preliminar. Nem sempre é necessária a realização de todas as operações. Todavia, a pré-limpeza e a secagem são, geralmente, compulsórias. 6 As operações de armazenamento e de manutenção dependem do próprio sistema de conservação, e podem incluir movimentação, acondicionamento, aeração, transilagem, intra-silagem, expurgo, combate a roedores, proteção contra o ataque de pássaros e retificação da secagem e/ou limpeza. Os tipos de manutenção a aplicar, sua periodicidade e sua intensidade ficam na dependência de resultados observados durante o período de armazenamento e das medidas de controle de qualidade obtidas em testes. Dentre outros, devem ser considerados parâmetros como variação de umidade relativa e temperatura do ar, umidade e temperatura dos grãos, desenvolvimento de microrganismos, presença de insetos, ácaros, roedores e outros animais, incidência de defeitos e variação de acidez do óleo. A qualidade dos grãos durante o armazenamento deve ser preservada ao máximo, em vista da ocorrência de alterações químicas, bioquímicas, físicas, microbiológicas e da ação de seres não microbianos a que estão sujeitos. A velocidade e a intensidade desses processos dependem da qualidade intrínseca dos grãos, do sistema de armazenagem utilizado e dos fatores ambientais durante a estocagem. As alterações que ocorrem durante o armazenamento são refletidas em perdas quantitativas e/ou qualitativas. As quantitativas são as mais facilmente observáveis, refletem o metabolismo dos grãos e/ou organismos associados, resultando na redução do conteúdo da matéria seca dos grãos. Já as qualitativas são devidas, sobretudo, às reações químicas e enzimáticas, à presença de materiais estranhos, impurezas e ao ataque microbiano, resultando em perdas de valor nutricional, germinativo e comercial, com a possibilidade da formação de substâncias tóxicas no produto armazenado, se o processo não for adequadamente conduzido. A boa conservação de grãos começa na lavoura. O ataque de pragas e de microrganismos, antes da colheita, pode reduzir a conservabilidade durante o armazenamento, mesmo que a limpeza e a secagem sejam bem feitas. À medida que passa o tempo após a maturação, diminui a resistência dos grãos ao ataque das pragas e dos microrganismos. A colheita deve, portanto, ser realizada no momento próprio e de forma adequada, pois o retardamento e as danificações mecânicas podem determinar que sejam colhidos grãos com qualidade já comprometida ou com pré-disposição para grandes perdas durante o armazenamento. 7 2.2. CONDUTIBILIDADE TÉRMICA A taxa de propagação é medida pela intensidade de calor que passa de uma parte mais quente para outra mais fria. Os grãos são maus condutores de calor, porque características das substâncias orgânicas, com ligações covalentes e/ou covalentes dativas, tornam difícil a transferência de calor. Além disso, a descontinuidade de massa, representada pela porosidade, também não favorece a condução do calor. 2.2.1. FORMAS/TIPOS DE PROPAGAÇÃO DE CALOR O calor pode se propagar por condução, convecção ou por irradiação. Na condução, o calor se propaga de molécula a molécula. É uma forma lenta, favorecida em estado físico organizado e é, por isso, característica dos sólidos. Na convecção, o calor se propaga em ondas ou correntes convectivas, por movimentação molecular. É rápida, favorecida em estado físico não organizado e é, por isso, característica dos fluidos. Na irradiação, a propagação do calor independe do meio físico e é pouco expressiva nos processos tecnológicos que envolvem os grãos. Havendo gradiente térmico numa massa de grãos, o calor se propaga por condução (ocorre pelo contato entre as moléculas vizinhas, que transmitem o calor às outras por vibração) ou por convecção (onde a transferência de calor ocorre por correntes convectivas, que acontecem em líquidos e gases em movimento, de acordo com as leis da termodinâmica aplicadas a esses fluidos). Nos grãos, esse fenômeno ocorre por micro-convecção e decorre do fluxo do ar intergranular. É uma forma rápida de propagação de calor. Na irradiação, a propagação ocorre por dissipação (calor irradiante). 2.2.2. FATORES QUE INTERFEREM NA PROPAGAÇÃO DE CALOR 2.2.2.1. Gradiente térmico Qualquer que seja a forma de propagação, a transferência de calor é diretamente proporcional ao gradiente térmico. 2.2.2.2. Continuidade de massa e constituição química Na propagação por condução, esses são os fatores mais importantes. A condutibilidade térmica dos grãos é baixa, porque eles apresentam alta porosidade, intra e intergranulares, o que lhes caracteriza como massa descontínua. Além disso, são maus condutores de calor, por terem constituição predominantemente orgânica. 2.2.2.3. Proporção entre fluidos e sólidos, velocidade e/ou fluxo de circulação do ar Na propagação por convecção, esses são os fatores mais importantes. Quanto maior for a proporção entre fluidos e sólidos, maior será a propagação térmica. Quanto maior for o fluxo de ar (que pode se expresso em função do tempo, em m3.s-1, ou da área, em m3.m-2), maior será a propagação térmica. 2.2.3. CONSEQÜÊNCIAS DA PROPAGAÇÃO DE CALOR 2.2.3.1. Desuniformidade térmica Grãos são maus condutores de calor. Em função disso, há pouca propagação de calor por condução numa massa de grãos. Se ocorrer aquecimento dessa massa, a causa mais provável é o metabolismo de grãos e/ou de organismos associados e a menos provável é a decorrente da variação ambiental. Alguns exemplos comparativos podem facilitar a compreensão da baixa condutibilidade térmica dos grãos: 1cm de cortiça (isolante térmico natural) e uma camada de 3cm de grãos têm capacidades isolantes equivalentes, assim como uma camada de 1cm de grãos equivale em capacidade isolante a 9cm de concreto. O ar estático é isolante, mas estando em movimento forma correntes e propaga o calor por convecção. Em dias quentes, ou nas horas mais quentes, a parede e a cobertura do silo começam a receber calor e a temperatura aumenta. Estando os silos carregados, os grãos e o ar próximos da parede se aquecem. Se esse aquecimento atingir 13ºC, em média, a medida da temperatura dentro do silo, a uma distância de 25cm da parede, terá um diferencial de 0,7ºC. Isso significa que 25cm de grãos são capazes de isolar 12,3 em cada 13ºC. 2.2.3.2. Formação de correntes convectivas 10 Quando a temperatura externa ao silo é maior do que no interior, como ocorre em dias quentes, os grãos próximos às paredes se aquecem mais do que os outros. Dessa maneira, se aquece o ar intersticial próximo da parede, fazendo com que sua densidade diminua e sejam formadas correntes convectivas ascendentes de ar mais aquecido junto da parede, criando um gradiente térmico e fazendo com que ocorra formação de correntes convectivas descendentes de ar menos aquecidos nas regiões mais internas do silo. As moléculas de ar que circulam são insaturadas e quando passam por regiões mais quentes absorvem calor e têm sua entalpia aumentada, diminuindo sua umidade relativa e aumentando sua capacidade de troca de energia térmica pelas moléculas de água dos grãos por onde passam. Depois de um período de correntes convectivas, na região central do terço inferior do silo, no ponto “mais frio” da massa de grãos, ocorre condensação da água que atingir o ponto de orvalho e/ou temperaturas abaixo dele. Os grãos localizados nesta região se umedecem, havendo então problemas de deterioração. Temperatura externa menor Temperatura externa maior Condensação no terço superior Condensação no terço inferior Figura 05. Correntes convectivas e transferência de calor e água no interior dos silos. De forma análoga, quando a temperatura ambiente for mais baixa (horas e/ou dias frios), o ar próximo à parede do silo sofre arrefecimento e forma correntes convectivas descendentes. Isso provoca a formação de correntes ascendentes do ar que circula nos espaços intergranulares da região mais interna do silo e faz com que haja uma região de condensação no topo do silo, já que a cobertura está resfriada e no cone se forma então uma zona de condensação. Em clima temperado, fenômenos de transferências de calor e de água ocorrem mais marcadamente entre as estações do ano, mas acontecem todos os dias, pelos gradientes térmicos diários e entre os dias e as noites (Figura 05). 2.3. HIGROSCOPICIDADE 2.3.1. FORMAS/TIPOS DE HIGROSCOPICIDADE Higroscopicidade dos grãos é sua propriedade de trocar água entre si e com o meio circundante. Isso depende das pressões de vapor (PV). As diferenças de pressão de vapor entre os grãos e o ar determinam, por exemplo, se ao entrarem em contato com o ar no armazenamento os grãos permanecerão em equilíbrio higroscópico, ganharão ou perderão água (Figura 06). PV ar F 0 3 E PV grãos sorção PV ar F 0 3 C PV grãos dessorção secagem PV ar = PV grãos equilíbrio higroscópico Figura 06. Pressão de vapor e transferência de água entre grãos e ar. A água contida nos grãos determina sua umidade. A água é uma substância e umidade é uma propriedade do grão. Logo, não é correto serem utilizadas as expressões teor de umidade, conteúdo de umidade e nem grau de água, devendo ser usada uma das expressões: teor de água, conteúdo de água ou grau de umidade. 2.3.2. FATORES QUE INTERFEREM NA HIGROSCOPICIDADE 2.3.2.1. Gradiente hídrico e temperatura A intensidade de troca de água é diretamente proporcional à diferença de umidade entre ar e grãos. A temperatura interfere inversamente na umidade relativa: quanto maior for a temperatura, menor será a umidade relativa do ar. Quando a pressão de vapor do ar for maior do que a pressão de vapor dos grãos, ocorre o fenômeno de sorção, que pode acontecer por adsorção e/ou absorção, ambas resultando em reumedecimento dos grãos. Absorção é a fixação de uma substância, em geral líquida ou gasosa, no interior de outra substância ou material, em geral, sólido. Ela resulta de um conjunto complexo de fenômenos de capilaridade, atração eletrostática, reações químicas e outros. Já adsorção é a fixação de uma substância (o adsorvato) na superfície da outra (o adsorvente). 11 PV ar F 0 3 E PV grãos --------- re(umedecimento) Quando a pressão de vapor do ar for menor do que a dos grãos, ocorrerá a dessorção, que conduzirá à secagem. PV ar < PV grãos --------- secagem Se a pressão de vapor do ar for menor do que a pressão de vapor na periferia do grão, a água periférica evapora e se forma um desequilíbrio interno de umidade, o qual gera um gradiente hídrico e faz ocorrer um processo de movimentação da água por difusão, do interior para a periferia, pelos poros intragranulares. Quando a água alcança a periferia e nela se acumula, formando novos gradientes de pressão, entre o interior e a periferia dos grãos e entre a periferia e o ar, ocorre mais evaporação, formando um novo gradiente hídrico, que provoca uma nova difusão, e assim prossegue, até que se equilibrem a distribuição interna da água no grão com a periferia e a pressão de vapor desta com o ar circundante, quando ar e grãos entram em equilíbrio, cessando o processo. Esse é o mecanismo de secagem por ar não aquecido ou por ar ambiente, razão pela qual se for efetuada aeração com ar abaixo do equilíbrio higroscópico, haverá perda de água pelos grãos, havendo reumedecimento na situação inversa. No grão, com o aumento de temperatura, há um aumento de energia cinética, sem que haja, na mesma proporção, aumento de sua superfície ou expansão. Isso faz com que aumente a pressão interna no grão (parte das moléculas não é água) e, conseqüentemente, aumente também a velocidade de difusão, a qual proporciona aumentos de umidade na periferia e intensifica a evaporação. No caso, além do gradiente hídrico formado pela evaporação da água da periferia, como acontece na secagem com ar não aquecido, há a ocorrência simultânea de outro fator que promove a difusão: o gradiente de pressão interna, provocado pelo acúmulo de calor no interior do grão. Esse é o mecanismo de secagem com ar aquecido, o qual explica o fato de não ser recomendável aquecer o ar para a aeração quando se deseja a manutenção de qualidade de grãos armazenados. O mecanismo de secagem é constituído, portanto, de dois fenômenos fundamentais: difusão, responsável pelo movimento da água do interior do grão para a periferia, e evaporação, na qual água é removida do grão para o ambiente através do ar. 2.3.2.2. Composição do grão Os grãos são formados por macromoléculas orgânicas (carboidratos, proteínas, lipídios) e minerais, os quais são quantificados pelo conteúdo de cinzas no grão. A hidroafinidade das moléculas varia em função dos seus grupos químicos. A água é uma substância polar (bipolo); minerais, proteínas e carboidratos também são, e apresentam propriedades hidrofílicas, enquanto os lipídeos, gorduras típicas formadas predominantemente pela esterificação do glicerol por ácidos graxos, são apolares, com propriedades hidrofóbicas. As moléculas mais comuns entre os lipídeos são triglicerídeos, onde três ácidos graxos esterificam o glicerol, mas que pode ser por dois ácidos graxos ou um, formando, respectivamente, os di e os monoglicerídeos (Figura 07). Quanto maior for o grau de polaridade de uma molécula, maior será sua higroscopicidade. A recíproca, nesse caso, é verdadeira. H H O H-C-O-H O Esterificação H - C - O -C -R + H2O H-C-O-H + C - R H - C – O -H H-C-O-H OH Hidrólise H - C – O -H H H Glicerol + Ácido Graxo Monoglicerídeo + água Figura 07. Síntese e hidrólise de glicerídeo. Havendo outros grupamentos esterificando o glicerol, além de ácidos graxos, formam-se os lipídeos derivados ou mistos. Há basicamente dois desses nas células vegetais: os fosfolipídios (mais abundantes) e os fitosteróis (predominantemente o estigmasterol). Os fosfolipídios ou fosfatídeos, ésteres de ácidos graxos, contém um composto nitrogenado e ácido fosfórico na molécula. Seus principais representantes, as lecitinas, estão presentes em quantidades apreciáveis em soja e milho. Esses fosfatídeos, polares, apresentam extremidades que exibem 12 de lipídeos e as interações entre proteínas, carboidratos, lipídeos e minerais. Além disso, os grãos não seriam materiais estruturados, com malhas internas definidas de capilares. 2.3.3.3. Capacidade de sorção de água pelos grãos Os fenômenos de sorção e dessorção estão relacionados com a forma de interação da água com a estrutura e os demais constituintes. São mais aceitas duas formas de classificação da água dos grãos. Segundo a classificação de Puzzi (1986), a água no interior do grão se apresenta sob três formas: livre, adsorvida e combinada. Água livre: é suportada pelas moléculas responsáveis pela fixação da estrutura orgânica, entre os espaços intercelulares. Ela se evapora facilmente pela ação do calor. Água adsorvida: na sua maior parte está associada às substâncias adsorventes do material sólido, presa pelo sistema de atração molecular. Água combinada: denominada água de constituição, é parte da estrutura química, presa aos componentes do grão e integra as estruturas de reserva. É difícil a delimitação entre estas formas de acomodação da água no interior dos grãos. A determinação da umidade acaba sendo arbitrária. Lasseran (1978) propõe a classificação da água presente nos grãos em quatro tipos, correspondentes aos diferentes níveis de hidratação e de acordo com a natureza das ligações físico-químicas existentes entre os componentes dos grãos e as moléculas de água. A água de primeiro tipo é constituída por uma camada monomolecular de água, ligada a certos grupamentos moleculares da matéria biológica, fortemente polarizados, como o grupo das hidroxilas. Na denominada água do segundo tipo é incluída aquela representada por uma camada polimolecular, fixada sobre a camada monomolecular precedente. Essas diferentes camadas monomoleculares se ligam à matéria por meio de ligações eletromagnéticas, conhecidas por forças de Van der Waals, e constituem a água não solvente, sem papel biológico e que se encontra fortemente adsorvida. A presença de apenas esses dois tipos de água indica níveis de hidratação relativamente baixos. O terceiro tipo de água encontrado nos grãos é composto por água líquida sob tensão osmótica. Trata-se de água solvente, que retém substâncias dissolvidas nas células, como açúcares, ácidos, amido, sais, etc. Esse tipo de água, fracamente adsorvida, tem função biológica, podendo permitir reações enzimáticas, além do desenvolvimento de fungos, outros microrganismos e pragas. Corresponde aos níveis de hidratação que vão de 13 a 27% (a 15°C). A água osmótica pode ser facilmente evaporada, porém, em razão da sua localização e da espessura dos grãos, sua migração no momento da secagem é um pouco lenta, pois é resultante da diferença de pressão osmótica de célula para célula. Como as paredes celulares semipermeáveis constituem uma espécie de obstáculo ao escoamento da água, há um pouco mais de dificuldade na difusão de água das camadas mais internas para as externas, na evaporação dos últimos dez pontos percentuais de água dos grãos. Neste momento, aumentos na entalpia do sistema de secagem, pelo aquecimento do ar, podem favorecer a difusão. O quarto tipo corresponde à água de impregnação, que alguns autores denominam “água livre”. Na realidade, essa água não está efetivamente “livre”, nem se constitui verdadeiramente em água de embebição, tal como ocorre em uma esponja, pois inexistem vasos capilares nos grãos. Ela se encontra mecanicamente retida no grão pelas paredes celulares, e se junta à água osmótica, que também apresenta propriedade solvente. Sua presença nos grãos colhidos e manejados a granel é indesejável e pode lhe causar prejuízos irrecuperáveis, se não for removida adequadamente, em tempo hábil e de forma eficiente. A água de impregnação é bastante “móvel” e evapora facilmente por ocasião da secagem. A origem do conceito de teor de água ou grau de umidade reside no fato de os grãos serem constituídas por uma certa quantidade de água e de um complexo de substâncias sólidas, que compõem sua fração de matéria seca. Esta água presente nos grãos é o fator mais importante e determina não apenas a qualidade, mas seu autometabolismo e o de organismos associados, os quais poderão prejudicar seu valor. Sua avaliação deve ser feita antes mesmo da colheita, e continuar durante a armazenagem e após o beneficiamento. Na prática, não existe um valor específico de conteúdo de água no grão que delimite a separação entre água adsorvida e água absorvida. Quando da avaliação da umidade, a água adsorvida e a água absorvida são consideradas como uma só fração, denominada água livre, passível de ser separada do material sólido sem promover alterações em sua constituição. Exprime-se o resultado como umidade em base úmida (quando se relaciona a quantidade de água existente com o peso total de grãos), ou como percentual de umidade em base seca (quando é ao peso da matéria seca). 15 2.3.3.3.1. Estrutura química e sorção de água A adsorção é maior nos açúcares; neste é maior do que nas proteínas, e nestas é maior do que nos lipídeos. As moléculas de amido apresentam grande número de grupos hidroxílicos e pontes de hidrogênio, que são pontos de polaridade. Quanto maior for o número de pontes, maior será a retenção de água. As proteínas são polímeros de aminoácidos, que possuem vários grupos iônicos polares capazes de interagir com água. Possuem também elevado potencial de formação de pontes de hidrogênio. Apresentam caráter anfótero, de acordo com os aminoácidos que as compõem, que também possuem caráter anfótero, caracterizado pela presença de grupamentos -OH, -NH, -NH2, -COOH, -CONH2, -R, ligados a seu carbono assimétrico. A água adsorvida pela proteína, na primeira camada, fica ligada ao lado polar da cadeia e, dependendo dos grupos presentes nos aminoácidos de que é composta a proteína, pode prender mais ou menos moléculas de água. Os grupamentos amina e hidroxila podem reter 3, carboxilas retêm de 4 a 5, e carbonilas 2 moléculas de água. Os lipídeos não têm facilidade de formar pontes de hidrogênio. Como são ésteres, ao invés de ser adsorvida, a água pode promover hidrólise, liberando ácidos graxos e participando das reações de rancificação. Por isso, quanto maior for a quantidade de gorduras no grão, menores devem ser sua umidade e a temperatura no armazenamento. A aeração deve ser mais intensa neles. Grãos armazenados em sacos de juta, algodão ou outro material higroscópico, têm sua umidade alterada freqüentemente pelas oscilações da umidade relativa do ar atmosférico. Em armazenamento a granel ou em recipientes hermeticamente fechados, a umidade relativa do ar é que será influenciada pela umidade do grão. 2.3.3.3.2. Principais métodos de determinação de umidade Para a determinação da umidade dos grãos, existem vários métodos, os quais são classificados, basicamente, em dois grupos: diretos e indiretos. Os métodos diretos têm boa exatidão, mas sua execução exige tempo prolongado e trabalho meticuloso. A determinação é baseada na perda de peso sofrida pelos grãos de uma amostra de peso conhecido, devida à retirada da água livre que contém, obtendo-se o resultado pela relação entre o peso da água removida e o peso da amostra inicial, em geral expressa em percentagem. Os principais métodos diretos são o de estufa, o de destilação e o infravermelho. O de maior importância é o da estufa, devido às suas características de boa precisão e exatidão. Várias são as combinações possíveis entre a temperatura empregada, o tempo de secagem, o tamanho da amostra e a forma em que os grãos se apresentam. O método da estufa a, 105±3°C, com circulação natural de ar, durante 24 horas, sem trituração do material, é o oficial brasileiro para determinação da umidade de sementes e de grãos. Dentre os métodos indiretos, podem ser destacados os elétricos, principalmente em função de sua ampla utilização nas áreas de produção, armazenamento, industrialização e comercialização de grãos, pois apresentam fácil manuseio, leitura direta e rapidez na operação, medindo a umidade sempre em base úmida, embora sejam menos precisos do que os diretos. Baseiam-se no princípio de que as propriedades elétricas dos grãos dependem, em grande parte, de sua umidade. Métodos baseados na resistência elétrica indicam o grau de umidade pela maior ou menor facilidade com que a corrente elétrica atravessa a massa de grãos. Os baseados na capacitância elétrica são denominados métodos dielétricos. Os grãos são colocados entre duas placas de um condensador, constituindo o dielétrico. Aplica-se uma voltagem de alta freqüência, sendo as variações na capacitância do condensador, segundo a umidade do material, medidas em termos de constante dielétrica. A leitura dielétrica numa célula de provas é, essencialmente, uma leitura da quantidade total de água presente na mesma. Os métodos elétricos estão sujeitos a erros ocasionados principalmente pela distribuição desuniforme da água no interior do grão, a erros de pesagem e de oscilações de temperatura, sem a devida correção. Também oscilações no fornecimento de energia, como baterias gastas e variações nas correntes elétricas, conforme o sistema de alimentação energética empregado, podem resultar em erros de análises. Segundo Sasseron (1980), os determinadores de umidade dielétricos medem, além das propriedades dielétricas, uma pequena resistência elétrica através do material. Assim, grãos com o mesmo conteúdo de água registram graus de umidade menores à medida que a água se localize mais no interior do grão. Os aparelhos que utilizam o princípio da constante dielétrica apresentam algumas vantagens sobre aqueles baseados na resistência elétrica, pois estão menos sujeitos a erros resultantes da má distribuição da água nos grãos. Embora não tão precisos quanto os diretos, apresentam confiabilidade aceitável, se adequadamente operados e bem calibrados. 16 Os determinadores dielétricos, calibrados para grãos em equilíbrio termo-hídrico, subestimam o grau de umidade do material durante a secagem intermitente, tornando-se necessário um adequado sistema de ajuste para cada condição. Independentemente do método e do aparelho utilizado, a amostragem, a calibragem do equipamento e o seu correto uso são fundamentais para a confiabilidade do resultado. 2.3.4. ÂNGULO DE TALUDE 2.3.4.1. TIPOS/FORMAS DE ÂNGULO DE TALUDE 2.3.4.1.1. Horizontal É o ângulo formado pelos grãos com o plano horizontal, quando descarregados numa superfície plana. Alguns grãos tendem a ocupar a maior área possível, formando ângulo de talude horizontal pequeno, e outros não. Isto se deve a propriedades intrínsecas dos grãos e aos fatores ambientais. 2.3.4.1.2. Vertical É o ângulo formado pelos grãos com o plano vertical, como uma parede, quando descarregados em um recipiente ou silo. Similarmente ao ângulo de talude horizontal, alguns grãos tendem a escorrer o máximo possível, formando ângulo de talude vertical grande, pelas mesmas razões do ângulo horizontal. Os ângulos de talude horizontal e vertical são complementares; sua soma equivale a 90º. Em grãos que formam ângulo de talude horizontal pequeno, o ângulo de talude vertical é grande e vice-versa. (complementares) 2.3.4.2. FATORES QUE INTERFEREM NO ÂNGULO DE TALUDE Formato, dimensões, tegumento, integridade física; integridade biológica, integridade sanitária; impurezas e/ou matérias estranhas e umidade, pois ela confere adesividade à superfície dos grãos, são fatores que fazem variar o ângulo de talude dos grãos. 2.3.4.3. CONSEQÜÊNCIAS DO ÂNGULO DE TALUDE 2.3.4.3.1. O ângulo de talude é diretamente proporcional ao atrito É, por isso, inversamente à capacidade de escorrimento. 2.3.4.3.2. O menor ângulo de talude ocorre em grãos esféricos, grandes, lisos, sadios, íntegros, limpos e secos. 2.3.4.3.3. Capacidade estática dos silos A capacidade de carga de uma unidade a granel é inversamente proporcional ao ângulo do talude; aumentando o ângulo do talude, diminui o volume útil do cone. Volume útil do silo = Volume do cilindro + Volume do cone 2.3.4.3.4. Pressão estática A pressão estática equivale à resistência que a massa de grãos oferece à passagem do ar, devendo ser maior no plenum do silo para permitir a passagem do ar na aeração por insuflação ou na secagem. A pressão estática depende da espécie de grão, das impurezas, da umidade e do fluxo de ar (Figura 08). Figura 08. Gráfico de Shed. A elevação da pressão estática provoca necessidade de aumento de 17 2.3.5.3.2. Dinâmica metabólica Em qualquer sistema de armazenamento, no mínimo, estarão juntos grãos, ar e microrganismos. Os grãos são organismos armazenados vivos. Em conseqüência, respiram, produzindo água, calor e gás carbônico, da mesma forma que ocorre com os organismos associados, iniciando-se uma série de reações e fenômenos seqüenciais. O aquecimento produzido pelo processo respiratório dos grãos, associado aos dos microrganismos, insetos e ácaros, provoca alterações nas dinâmicas metabólicas, que em geral começam com o metabolismo dos grãos, acumulando calor e água, o que estimula, inicialmente, desenvolvimento de microrganismos psicrófilos, seguidos dos mesófilos e dos termófilos. Insetos e ácaros se desenvolvem na mesma condição ambiental dos mesófilos. Todos esses processos consomem reservas e liberam calor e água, gerando fenômenos de autoaceleração, uma vez que os produtos das reações são aceleradores delas próprias. Essa seqüência é denominada dinâmica metabólica (Figura 09). A aeração remove o calor e uniformiza a temperatura do sistema. A deterioração dos grãos é inexorável e irreversível, depende da temperatura, das variações no teor de água e do ataque de pragas e microrganismos e pode ser apenas atenuada, por adequados controles nos manejos de conservação. Como têm baixa condutibilidade térmica, o calor se acumula, aumenta a temperatura, intensifica a respiração dos próprios grãos e dos organismos associados. Figura 09. Dinâmica metabólica no armazenamento. Em geral, os metabolismos paralisam acima de 50-55ºC, pela inativação das enzimas, que são substâncias termolábeis, ainda que microrganismos termófilos possam suportar temperaturas mais elevadas, mas também acabam sendo destruídos pelo calor quando ultrapassa sua termorresistência. Mesmo tendo desaparecido todas as formas de vida, a partir dessa situação, com o grande acúmulo de energia liberada no sistema, reações químicas não enzimáticas continuam ocorrendo. Reações exotérmicas, como oxidação de lipídios, liberam calor para o meio, o qual pode atingir uma quantidade tal que pode chegar à autocombustão, que começa com os metabolismos e continua na oxidação não biológica do grão. Se o sistema for hermético, o CO 2 produzido estabiliza o processo e cessa a respiração, com a diminuição da relação oxigênio/gás carbônico. Se não for hermético, o gás é dissipado para a atmosfera. 2.3.5.3.2. Manejo conservativo e metabolismo Os manejos conservativos de grãos no armazenamento estão estreitamente relacionados com os metabolismos dos grãos e dos organismos associados. A respiração aeróbia produz dois fatores de autoaceleração: a água e o calor. Em conseqüência disso, uma vez iniciada tende a continuar autoacelerada. Na anaeróbia, juntamente com o gás carbônico produz uma substância orgânica, sempre tóxica, como é o caso das leveduras nos processos fermentativos, caracterizando um processo de oxidação incompleta. A quantidade de calor produzido e a de gás carbônico liberado são muito menores do que nos processos aeróbios. Para uma boa conservação hermética, devem ser armazenados grãos íntegros, limpos e secos para não serem estimulados os microrganismos facultativos e anaeróbios. 20 Um expurgo deve ser feito antes de uma transilagem e/ou uma intra-silagem, para que não ocorram disseminações de focos. A termometria é eficiente para detectar metabolismo aeróbio. O manejo dos sistemas onde predomina respiração anaeróbia deve ser feito com medidas preventivas. É recomendável aerar uma vez a cada 30-60 dias, preventivamente, apenas para acabar com anaerobioses, mesmo que não sejam registrados aumentos de temperatura. A perda do valor nutritivo é diretamente proporcional aos processos respiratórios. Se a temperatura aumenta é sinal que aumentou a respiração. Para diminuir a temperatura os grãos devem ser aerados. 21 3) OPERAÇÕES DE PRÉ-ARMAZENAMENTO Desde a colheita, as operações de pré-armazenamento incluem transporte, recepção, pré-limpeza, secagem, limpeza e/ou seleção e expurgo preliminar. Tudo isso se destina a preparar o produto para a armazenagem, mas nem sempre é necessária a realização de todas elas, embora pré-limpeza e secagem geralmente sejam compulsórias. Sempre que possível, devem ser consumidos em primeiro lugar os grãos com menor integridade biológica, maior danificação mecânica e/ou estado sanitário mais deficiente, sendo destinados ao armazenamento os de melhor qualidade e de maior potencialidade de conservação. As operações de armazenamento e de manutenção dependem do sistema de conservação e podem incluir movimentação ou manuseio, expurgo corretivo, intra-silagem, transilagem, aeração, combate a roedores, proteção contra o ataque de pássaros e retificação da secagem e/ou limpeza. Todas devem ser acompanhadas de amostragens periódicas e monitoramento por análises e observações criteriosas. Colheita e recepção devem ser programadas já no planejamento na semeadura, na seleção dos cultivares, no dimensionamento das áreas e da época de semeadura de cada delas, e assim por diante, o para não ocorrer mistura de produtos de diferentes qualidades ou características (Tabela 05 e 06). Tabela 05. Medidas de grãos de três cultivares de arroz. Subgrupo do arroz Comprimento (mm) Largura (mm) Espessura (mm) Relação comprimento/largura Peso de 1000 grãos (g) BR -IRGA 410 (Classe grãos longo-finos) Em casca 9,64 2,57 2,12 3,75 27,13 Integral 7,32 2,29 1,90 3,19 21,12 Polido 6,36 2,04 1,80 3,11 19,18 EMBRAPA-6 (Classe grãos longo-finos) Em casca 8,90 2,35 1,94 3,78 23,34 Integral 6,37 2,06 1,81 3,09 18,77 Polido 6,07 1,94 1,73 3,13 17,21 IAS 12-9 (Classe grãos médios) Em casca 6,92 3,21 2,32 2,16 24,42 Integral 4,90 2,86 2,03 1,71 19,63 Polido 4,61 2,74 1,97 1,68 18,07 Os valores correspondem a média aritmética simples de 36 repetições por parâmetro. FONTE: Elias, 1998. Tabela 06. Composição química básica e parâmetros físico-químicos de grãos de três cultivares de arroz. Constituinte/parâmetro Cultivar B R-IRGA 410 E MBRAPA-6 IAS 12-9 c onstituintes minerais (%) 1 ,55 1 ,63 1, 97 c onstituintes orgânicos (%) 8 5,45 8 5,37 85, 03 c onteúdo de amilose (%) 2 4,63 2 8,86 19, 05 a milose/amilopectina 0 ,33 0 ,41 0, 24 c arboidratos (%) 7 4,63 7 4,08 74, 93 p roteína bruta (%) 8 ,16 8 ,78 7, 11 e xtrato etéreo (%) 2 ,66 2 ,51 2, 98 a cidez do extrato etéreo (%) 1 ,93 1 ,26 2, 37 p eso volumétrico proporcional 16 0,09 16 7,57 176 ,46 Os valores, ajustados para grãos com 13% de umidade, correspondem a média aritmética simples de 3 repetições. FONTE: Elias, 1998. Os sistemas de manutenção a aplicar, sua periodicidade e intensidade dependem da espécie e do uso a que se destina, dos resultados observados durante o armazenamento e das medidas de controle de qualidade obtidas nas análises e observações, devendo ser considerados valores e variações de umidade relativa e temperatura do ar, umidade e temperatura da massa de grãos, ocorrência microbiana, de insetos, ácaros e/ou roedores, incidência de defeitos e variação de acidez do óleo, dentre outros. 22 Em nível de propriedade, duas situações devem ser consideradas: a) o produto é seco e limpo na propriedade, mas comercializado imediatamente; e b) o produto é seco, limpo e armazenado na propriedade. No primeiro caso, devem ser feitas, nesta ordem, a pré-limpeza (Figura 11), a secagem e a limpeza ou classificação (Figura 12), até a massa de grãos alcançar valores próximos a 1% de impurezas e/ou materiais estranhos e 13% de umidade, para se adequar às respectivas Portarias do Ministério da Agricultura, acerca de Normas e Padrão Comercial. Figura 11. Máquina de ar e peneiras planas, para pré-limpeza e/ou limpeza de grãos. Figura 12. Máquina de classificação ou seleção de grãos. Os resíduos da pré-limpeza e da limpeza, que sempre contêm grandes quantidades de grãos pequenos e pedaços de grãos, podem ser utilizados na ração animal, imediatamente, ou após algum tempo, se adequadamente secos. O grau de umidade recomendado para uma boa conservação é dependente das condições de armazenamento, da espécie, do tempo de estocagem, da finalidade e da forma de consumo dos grãos. Ilustrativamente são apresentados, na Tabela 7, umidade crítica para armazenamento seguro a granel, de diversas espécies de grãos, com base na condição padronizada de umidade relativa de 65% e temperatura ambiente de 20C, em sistema de armazenagem com aeração forçada, termometria e manutenção controlada. Tabela 7. Umidade máxima (%) recomendada para a armazenagem a granel, em condições padronizadas*. Grão Meses de armazenamento 06 12 24 60 1. Feijão 14,5 13,5 12,5 11,5 2. Milho 14,0 13,0 12,0 11,0 3. Trigo, sorgo, arroz, centeio, aveia, triticale 13,5 12,5 11,5 10,5 4. Azevém 13,0 12,0 11,0 10,0 5. Soja 12,5 11,5 10,5 9,5 6. Amendoim 12,0 11,0 10,0 9,0 7. Canola/colza 9,0 8,0 7,0 7,0 *20C e 65% de umidade relativa, em sistema de armazenagem com termometria e aeração controladas. Fontes: diversas. Para o armazenamento em sacaria, deve ser diminuída a umidade dos grãos em meio a um ponto percentual, para se obter similar conservabilidade. No segundo caso, é recomendável serem executadas as operações de pré-limpeza, secagem e armazenamento, nessa ordem, ficando a limpeza e/ou seleção para mais tarde. A pré-limpeza pode ser feita até valores próximos a 4-5% de impurezas e/ou materiais estranhos, o que é conseguido pela regulagem dos fluxos de ar e de grãos, na alimentação da máquina, e pelo uso de uma peneira adequada. Logo após, os grãos devem ser secados até a umidade recomendada para o armazenamento, sendo os grãos então armazenados. A operação de limpeza será efetuada depois do “pique” (ou pico) da safra, quando, então, as mesmas máquinas requeridas para a pré-limpeza são usadas, desde que trocadas as peneiras, ajustando o fluxo de ar e reduzido o de grãos para valores próximos a um terço daqueles usados na pré-limpeza. Outra alternativa é os grãos serem submetidos a passagens consecutivas em duas máquinas, com jogos de peneiras mais seletivas na segunda. Esse procedimento tem o inconveniente de movimentar a massa de grãos, para limpeza, após terem sido armazenados. Contudo, apresenta as vantagens de reduzir a diversificação e a quantidade total de máquinas, diminuindo, também, a ociosidade das instalações. O resíduo da pré-limpeza pode ser utilizado como ração animal, desde que imediatamente, assim como o produto da limpeza, considerado para esta a sua maior duração para o consumo, conforme já referido. Em nível industrial, pode ser adotado, por similaridade, o segundo caso citado para a propriedade rural. Se os grãos forem recebidos secos, devem ser utilizadas máquinas de limpeza com alta seletividade, que separem os quebrados para imediato processamento, seguindo para o armazenamento aqueles que tiverem as melhores condições de integridade física e biológica. Note-se que a operação de limpeza para grãos esféricos serve, também, para remover os grãos quebrados e aqueles com integridade biológica comprometida, pois diferem dos íntegros no formato, nas dimensões e no peso específico, o que nem sempre se consegue em outras espécies. Valores superiores a 8% de quebrados, na massa de grãos, podem comprometer a sua conservabilidade já a partir dos 60 dias de armazenamento. Para duração superior a 120 dias, o teor de grãos quebrados não deve exceder a 5%, mesmo para armazenagem bem conduzida. E, se o produto for armazenado a granel, o percentual de grãos quebrados é ainda mais crítico. Quanto menor for o grão, mais difícil é a aeração, 25 maior é a tendência à formação de “bolsas de calor” e mais crítico é o efeito de altos percentuais de grãos quebrados na conservabilidade. A umidade de colheita dos grãos quase sempre é maior do que a recomendável para o seu armazenamento, o que torna a secagem uma operação praticamente obrigatória. A secagem pode ser realizada por vários métodos, desde o natural e os naturais melhorados, até os de secagem forçada (que inclui a estacionária e as convencionais contínua, intermitente e seca-aeração). Outra alternativa, que tem mostrado resultados promissores pela pesquisa e já é utilizada por produtores, é a substituição da secagem na armazenagem dos grãos com umidade de colheita, pela adição de ácidos orgânicos de cadeia carbônica curta (acético e propiônico), desde que o tempo de armazenamento não seja muito prolongado. A secagem de grãos pode ser feita por métodos naturais, adaptados ou tecnificados. Para quantidades pequenas, em geral são utilizados os dois primeiros, enquanto para quantidades médias ou grandes são recomendáveis métodos tecnificados. Embora existam muitas variações de formas e critérios de classificação, no Brasil não há normas oficiais de classificação para métodos de secagem. Por essas razões, e na tentativa de facilitar o entendimento do assunto, na Tabela 8 é apresentada uma síntese classificatória. 26 Tabela 8. Processos, sistemas e métodos de secagem de grãos. Processos Sistemas Métodos A) Naturais A.1) Primitivos A.1.1) na própria planta A.1.2) na lavoura A.1.3) em terreiros ou eiras A.2) Melhorados A.2.1) em lonas A.2.2) em barracas ou túneis plásticos A.2.3) em paióis aerados B) Adaptados B.1) Secadores de outros produtos B.1.1) em estufas de fumo B.1.2) em cabines B.1.3) em túneis B.2) Outras estruturas B.2.1) em estrados fixos B.2.2) em estantes móveis B.2.3) em caixas ou tulhas C) Tecnificados C.1) Estacionários C.1.1) secadores de leito fixo C.1.2) silos-secadores de fluxo axial C.1.3) silos-secadores de fluxo radial C.2) Convencionais C.2.1) contínuos C.2.2) intermitentes C.3) Mistos C.2.1) seca-aeração As condições de secagem variam para cada espécie de grão e finalidade, conforme pode ser verificado na Tabela 9. Tabela 9. Temperatura (ºC) do ar de secagem, na entrada do secador, em diferentes sistemas tecnificados de secagem de grãos*. Grão Sistema de secagem Estacionário** Intermitente Contínuo Seca-aeração*** Arroz 30-40 70-115 - 60-80 Trigo, sorgo, centeio, triticale 45-50 70-110 70-120 70-90 Milho, soja 50-60 80-120 90-130 79-90 Feijão 45-55 80-100 80-110 60-80 * Limites mais utilizados para grãos destinados ao consumo animal (ração) e/ou humano. É importante controlar a temperatura da massa de grãos e evitar os choques térmicos. Quanto mais longo for o período de armazenamento, mais baixas devem ser as temperaturas de secagem. **Deve ser observada a espessura de camada para cada espécie de grão no silo-secador. Quanto menores forem as dimensões dos grãos, mais delgada deve ser a camada de grãos para a secagem. ***Se as câmaras receberem ar de secagem com temperaturas diferenciadas, a temperatura mais baixa deve ser utilizada na camada superior. Após o repouso, no silo-secador, a temperatura aplicada deve ser a ambiente. Os métodos são considerados naturais quando ocorrem sem interferência humana na temperatura e nem no fluxo do ar. Os adaptados têm a interferência em pelo menos um desses fatores e usam estruturas construídas originalmente para outro fim, enquanto nos tecnificados a movimentação do ar ocorre por meio da ação de ventiladores e/ou exaustores e há controle das condições térmicas do ar, o qual pode ser usado nas condições ambientais, sem aquecimento, ou após ser aquecido. Os métodos naturais podem ser classificados em primitivos e melhorados. Os primitivos ocorrem na própria planta (antes da colheita), na lavoura (imediatamente após a colheita ou concomitante a ela, mas antes da trilha ou debulha. Por suas características e limitações, são mais usados como pré-secagem do que como secagem definitiva), ou ainda em estruturas rústicas, como terreiros ou eiras (antes da debulha/trilha ou após essa). São totalmente dependentes das condições ambientais e não há controle técnico sobre a operação. 27 em peneiras colocadas em prateleiras adaptadas para tal. A pré-secagem de milho em espigas, com palha, espalhadas ao sol, sobre o solo em estrados rústicos de madeira ou de tela, quando bem conduzida, também apresenta bons resultados. Lonas também podem ser usadas para esse fim. Para quantidades pequenas e em condições bem controladas, esses métodos podem ser utilizados para secagem definitiva. Para receberem a secagem complementar ou definitiva, os grãos já debulhados devem ser espalhados no terreiro ou na eira, em camadas não superiores a dez ou quinze centímetros, sendo feitos três a quatro revolvimentos diários, durante as horas de maior insolação. À tardinha, tais grãos devem ser amontoados e cobertos, de preferência com material impermeável. Na manhã seguinte, a operação é reiniciada e repetida até os grãos atingirem cerca de 13% de umidade, no caso dos amiláceos e protéicos, ou 11 a 12%, nos oleaginosos de grãos médios, como soja, amendoim, gergelim e girassol, ou 8 a 9%, nos oleaginosos de grãos pequenos, como colza ou canola. A secagem em terreiros ou eiras se constitui num método bastante rudimentar, mas é prático e não exige investimentos e, se as condições climáticas forem favoráveis, é eficiente. Quanto menores forem os grãos, maiores conteúdos de óleo possuírem e mais elevada for sua umidade inicial, mais delgadas devem ser as camadas, assim como quanto menores forem os grãos e maiores conteúdos de óleo possuírem, menor deve ser a umidade ao final da secagem. Dentre os métodos melhorados de secagem natural, são recomendáveis o de secagem sobre lonas e o de secagem em barracas plásticas ou túneis, para grãos debulhados. Em casos especiais, como a secagem de milho na espiga, com palha, podem ser utilizados paióis aerados, que também servem para armazenamento, como os telados, os ripados, os de bambu, ou os de expurgo, construídos em alvenaria, cujo exemplo mais conhecido é o “Chapecó” A secagem sobre lonas é, operacionalmente, semelhante à secagem em terreiro ou eira, com algumas vantagens. Além de não permitir a infiltração de umidade do solo, o fato de possibilitar o fechamento completo da lona, na forma de bolsa, desde duas horas antes de o sol se pôr (num dia), até cerca de duas horas após o aparecimento do sol (na manhã seguinte), determina "suadouros” nos grãos, o que uniformiza e intensifica a secagem. A dependência das condições climáticas, a lentidão do processo e a pequena quantidade de grãos secados, a cada vez, são as principais limitações deste sistema, que, todavia, tem suas características mais positivas na simplicidade, no baixo custo operacional e na eficiência. A secagem em barracas plásticas consiste na colocação dos grãos em camadas de até quinze centímetros sobre o piso revestido com filme plástico, ou outro material impermeável, devendo os grãos ser revolvidos três a quatro vezes ao dia, até se completar a secagem. Essas barracas, rústicas, em forma de túnel, são semelhantes às de acampamento. A estrutura pode ser de bambu, canos plásticos ou outro material similar disponível na propriedade. O piso deve ser forrado com plástico preto, enquanto que a cobertura e as laterais devem ser de plástico transparente, os quais devem ser fixados na parte superior e possibilitar o sistema basculante, para que se obtenha a maior ventilação possível, durante o dia (não estando chovendo) e possam ser fechados completamente à noite ou quando chover. A barraca deve ser armada em local alto na propriedade, com a maior dimensão orientada na direção predominante dos ventos. Exige maiores investimentos e proporciona secagem menos uniforme, mais lenta e menos intensa do que a executada em lonas. Contudo, não é tão dependente das condições climáticas, é simples, eficiente e aplicável a pequenas quantidades. A secagem estacionária (Figuras 17 e 18) pode ser feita com ar forçado, na temperatura ambiente, sem aquecimento, ou aquecidos a temperaturas cujos limites vão de 30 até 60C, para camadas não superiores a 80-150cm, dependendo da espécie de grão e do manejo operacional empregado. 1 – chapéu, com tela de proteção 2 – passarela circular 3 – anéis tensores internos e externos 4 – plataforma superior 5 – distribuidor de impurezas e grãos 6 – porta para acesso à rosca varredora 7 – fechadura da porta de acesso lateral 8 – transportador horizontal para descarga 9 – fundo falso, com chapas perfuradas 10 – ventilador/exaustor 11 – base de concreto para sustentação do silo 12 – colunas de sustentação Figura 17. Silo-secador metálico, de fluxo de ar axial, para secagem estacionária. 30 Figura 18. Secador de leito fixo, estacionário, para pequena quantidade de grãos. A temperatura do ar pode ser mais elevada, se a espessura da camada de grãos não superar 50cm e se cada camada for removida à medida que fique seca. Caso haja superposições ou sobreposições consecutivas de camadas úmidas, sobre as secas, a temperatura não deve exceder 35-40C, a partir da segunda camada. Em se tratando de sementes, a temperatura do ar não deverá ultrapassar 45C (controlada por termostato) e a da massa de sementes, os 40C, dentro do secador. Encher o silo-secador com material úmido, para depois secá-lo, não é recomendável, nem para sementes, nem para grãos. Para o cálculo do fator teórico da perda de peso, nas operações de pré-limpeza ou de limpeza (Figura 11), é possível ser utilizada a equação 1: Equação 1: Q.i.r. (%) = P.i.p. - P.i.p., onde: Q.i.r. = quantidade de impurezas/matérias estranhas a serem removidas; P.i.p. = peso inicial do produto ou peso do produto sem limpeza; I.i. = percentagem de impurezas do produto, antes da limpeza; l.f. = percentagem de impurezas do produto, após a limpeza; Para o cálculo do fator teórico da perda de peso, em água, na operação de secagem, é possível ser utilizada a equação 2: Equação 2: Q.a.r. (%) = P.i.p. - P.i.p., onde: Q.a.r. = quantidade de água a ser removida; P.i.p. = peso do produto úmido ou peso do produto, antes de secagem; U.i. = percentagem de umidade do produto, antes da secagem; U.f. = percentagem de umidade do produto, após a secagem. A variação de peso de produto, na operação de limpeza, não é representada apenas pela diferença proporcional de impurezas e/ou matérias estranhas entre o produto antes da operação e após essa (perda teórica, calculada pela Equação 1). Quando da remoção das impurezas, ocorre a saída de alguns grãos (principalmente os malformados, os leves e alguns quebrados) juntos com os materiais de descarte, ocasionando o que se denomina “perda por arraste”, cujo percentual pode ser determinado por avaliações periódicas dos materiais de descarte pelas “bicas” das máquinas de pré-limpeza ou de limpeza, juntamente com as avaliações dos “leves”, arrastados pelo ar. Além da perda teórica e da perda por arraste, é perdida uma certa quantidade de grãos na própria operação, através dos mecanismos de movimentação de grãos e ar. Ao conjunto desses fatores se denomina perda operacional de pré-limpeza ou de limpeza, se a operação referida for uma ou outra, respectivamente, ou simplesmente perda peso na pré-limpeza ou na limpeza dos grãos. Em geral, pode ser admitida como aceitável uma variação de peso nas operações de pré-limpeza ou de limpeza na ordem de 1,5 a 3 vezes o fator teórico. Semelhantemente ao que ocorre na avaliação da variação de peso nas operações de pré-limpeza e/ou de limpeza, cujo valor corresponde ao somatório das perdas teórica (diferença entre os graus de impurezas/ matérias estranhas dos grãos antes da operação e após ela), no cálculo da variação de peso pela operação de secagem também não pode ser considerada apenas a diferença de peso por evaporação (perda teórica de secagem, calculada pela Equação 2). Como a umidade confere adesividade à superfície dos grãos (efeito mais intenso nos grãos de pericarpo menos liso), à medida que vai ocorrendo a secagem, vão se “soltando” materiais que estavam aderidos aos grãos quando úmidos. Esses materiais são mais leves do que os grãos e acabam sendo arrastados pelo ar de secagem juntamente com resíduos de impurezas/matérias estranhas, grãos chochos, malformados, algumas partículas de grãos quebrados, pedaços de cascas, de caules e outros materiais, cuja soma constitui a fração caracterizada como perda por arraste. A outra fração, originada do fator de perda pelos mecanismos de movimentação de grãos e ar, cuja natureza é a mesma da verificada pré-limpeza/limpeza dos grãos. Analogamente, ao conjunto desses três fatores, se denomina perda operacional de secagem ou simplesmente perda de peso na secagem. Igualmente, em geral, pode ser admitida como aceitável uma variação de peso na operação de secagem na 31 ordem de 1,5 a 3 vezes o fator teórico (perda de peso por evaporação, calculada pela Equação 2). Quanto mais deficiente for a operação de pré-limpeza, que antecede a de secagem, e quanto maiores forem o fluxo de ar e/ou a movimentação de grãos durante a operação, maior é a relação de aumento de perdas em relação ao fator teórico. 32 35 Os paióis tradicionais (Figura 21) podem ser melhorados pelo aumento da ventilação e pela colocação de protetores anti-ratos. A limpeza dos paióis e dos arredores é indispensável para o controle de roedores e de pragas. 36