Relatório Secagem de banana

Relatório Secagem de banana

(Parte 1 de 2)

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

LABORATÓRIO DE FENÔMENOS DE TRANSPORTE

Transferência de Calor e Massa- Secagem

Alunos:

Fernando César de Oliveira Torres

Nicolis Amaral de Araújo

Samia Tássia Andrade Maciel

Walber Alves Cruz Lima

São Cristóvão

2011

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

LABORATÓRIO DE FENÔMENOS DE TRANSPORTE

Transferência de Calor e Massa- Secagem

Relatório da prática realizada no Laboratório de Fenômenos de Transporte na Universidade Federal de Sergipe

Professora: Dr. Luanda Gimeno Marques

São Cristóvão

2011

SUMÁRIO

SUMÁRIO 3

1.FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 1

2.METODOLOGIA 8

3.TRATAMENTO E ANÁLISE DOS DADOS E SECAGEM 8

4.RESULTADOS E DISCUSSÕES 10

5.CONCLUSÕES 15

6.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 16

TORRES, F. C. O, ARAÚJO, N. A. de, MACIEL, S. T. A., LIMA, W. A. L., Transferência de Calor e Massa - Secagem, 2011. Relatório da prática experimental da disciplina Laboratório de Fenômenos de Transporte do Curso de Engenharia Química – Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal de Sergipe, 2011.

RESUMO

As bananas apresentam-se como uma importante fonte na alimentação humana pelo seu valor calórico, energético e principalmente pelo conteúdo mineral e vitamínico que apresentam. Devido a estas características a banana é de grande importância em todo o mundo, no que se refere ao aspecto econômico e alimentar. A falta da aplicação de técnicas pós-colheita adequadas, interferem negativamente no transporte e armazenamento desse produto, que é altamente perecível. Consequentemente ocasiona grandes perdas da matéria-prima até sua utilização, seja como alimento ou matéria-prima para indústria. A adoção da tecnologia de secagem é de fundamental importância para preservação das qualidades físicas e químicas do produto e para alcançar uma maior produtividade. Logo, diante do contexto acima, o objetivo do presente trabalho consistiu na análise da secagem convectiva de partículas de banana em diferentes geometrias.

PALAVRAS-CHAVE: Secagem Convectiva, Banana, Coeficiente de difusão.

  1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Este tópico tem por finalidade apresentar informações acerca do material e dos processos, objetos de estudo, os fundamentos físico-matemáticos e cinética de secagem.

    1. BANANA

A banana (Musa spp.) pertencente à família Musaceae é uma das frutas mais consumidas no mundo, sendo explorada na maioria dos países tropicais, e no Brasil, é cultivada em todos os estados, desde a faixa litorânea até os planaltos (SILVA et al, 2005). Este fruto é rico em carboidratos, potássio, vitamina A, B e C. seu consumo pode ser in natura, frita assada, cozida em doces caseiros, produtos desidratados (banana liofilizada, flocos e frutas na forma de passa) ou em produtos industrializados (Gouveia et al., 2004).

As bananas constituem-se em fonte importante na alimentação humana pelo valor calórico, energético e principalmente pelo conteúdo mineral e vitamínico que apresentam.

A vida de prateleira da banana depende diretamente da sua atividade respiratória: quanto maior a atividade respiratória, menor a vida pós-colheita. Neste período, a banana verde caracteriza-se pelo baixo teor de açúcares, alto teor de amido e pela adstringência devida aos compostos fenólicos da polpa. Com o amadurecimento, ocorre hidrolise do amido e acúmulo de açúcares solúveis, redução da adstringência e amaciamento da polpa. Além disto, ocorre também um aumento nos níveis de ácidos orgânicos, com predominância do ácido málico, e emanação de diferentes compostos voláteis, especialmente os ésteres, que conferem ao fruto o aroma característico. Paralelamente, na casca observa-se o amarelecimento originado pela degradação da clorofila, pigmento que confere a cor verde (MERCALI, 2009)

Esta fruta de pequeno valor agregado e elevado valor nutritivo possui processo rápido de deterioração, o que torna a comercialização do fruto in natura bastante difícil após o amadurecimento. Devido ao alto índice de perdas pós-colheita, tem-se a necessidade de se estudar formas de reduzi-las. Neste sentido, a utilização da secagem como forma de evitar estas perdas aparece como uma interessante alternativa econômica (BORGES et al, 2010). Além de proporcionar uma maior estabilidade, diminuir a degradação enzimática e oxidativa, reduzir custos com transporte (PARK, et al, 2001).

    1. SECAGEM

O processo de secagem visa à 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 (PARK, 2001).

A secagem envolve dois fenômenos fundamentais e simultâneos, onde o calor é transferido do fluido de secagem para o sólido, evaporando o líquido contido na superfície do material e a massa é transferida em fase líquida ou vapor no interior do material, ocorrendo à transferência do vapor da superfície para a vizinhança do sólido. A secagem artificial de sementes, embora possua custo superior ao da secagem natural, proporciona controle do processo reduzindo rapidamente o conteúdo de umidade a níveis aceitáveis, sendo possível obter um material com umidade mais uniforme e sem a necessidade de riscos às intempéries ambientais. As técnicas utilizadas na secagem de sementes variam dependendo das variedades das mesmas e necessidades finais do produto (FERREIRA, 2003).

Do ponto de vista técnico - cientifico a secagem é um processo onde ocorre simultaneamente a transferência de calor e massa (JATURONGLUMLERT, 2010).

Para que ocorra a secagem é necessário o fornecimento de calor para evaporar a umidade do material e também deve haver um sorvedor de umidade para remover o vapor água, formado na superfície do material seco (PARK, 2007). De acordo com (MUJUMDAR, 2006), observa-se dois fenômenos ocorrendo simultaneamente:

  • Transferência de Energia (calor) do ambiente para evaporar a umidade superficial. Esta transferência depende das condições externas de temperatura, umidade do ar, fluxo e direção do ar, área e exposição do sólido e pressão;

  • Transferência de Massa, do interior para a superfície do material e sua subseqüente evaporação devido ao primeiro processo. O movimento interno da umidade do material no sólido é função da natureza física do sólido, sua temperatura e conteúdo de umidade. Logo, se faz necessário um bom entendimento da cadeia de fenômenos de transporte.

A secagem é um dos processos mais utilizados para melhorar a estabilidade do alimento, pois diminui a atividade da água do produto, reduz a atividade microbiana e minimiza as mudanças físicas e químicas que ocorrem durante o armazenamento. (MIHOUBI, et al, 2009).

Existem três estágios na secagem de um material. No primeiro estágio é a etapa do aquecimento do material, onde a energia absorvida pelo material é utilizada na forma de calor sensível. No segundo estágio ocorre o período de taxa constante, onde a transferência de massa e calor são equivalentes. Este período continua enquanto a migração de água do interior até a superfície do produto seja suficiente para suprir a perda por evaporação de água na superfície. (PARK, 2007).

No terceiro estágio a uma predominância das forças resistivas a transferência de massa, tendo como efeito imediato o surgimento de pontos secos na superfície da partícula e consequentemente ocorre o decrescimento da taxa de secagem.

A avaliação quantitativa da secagem é de fundamental importância prática e econômica. Para tanto, a formulação matemática da secagem em camada fina é de fundamental importância para projetar novos secadores (SHIBY, 2007). De acordo com a literatura (MOREIRA, 2000), os experimentos conduzidos em camada fina, possibilitam o conhecimento da cinética de secagem em um elemento de volume dos leitos espessos, sob condições operacionais controladas.

A partir do estudo da cinética de secagem em camada fina se estabelecem equações da umidade do material em função do tempo de secagem para os diferentes períodos de taxa de secagem. Sendo que, os modelos utilizados para representar a cinética de secagem podem ser classificados em três classes: teóricos, semi-empíricos e empíricos.

Os modelos teóricos apresentam a vantagem de ser baseado nos princípios fundamentais, no entanto apresenta uma dificuldade em se determinar parâmetros existentes na equação. O modelo teórico mais utilizado para secagem de materiais que apresentam apenas o período à taxa decrescente é o modelo difusivo, que descreve a migração da umidade no interior de sólidos durante o processo de secagem. De acordo com (GELY & GINER, 2007), o modelo difusivo é um modelo teórico amplamente empregado para descrever o mecanismo de migração de umidade no interior de sólidos durante o processo de secagem.

De acordo com Ferreira da Silva et al. (2006) a aplicação da teoria da transferência de massa por difusão permite o desenvolvimento de um modelo matemático que reproduza de forma mais adequada possível o comportamento que determinadas sementes e grãos assume quando submetidos ao processo de secagem. Dentre as equações teóricas, as soluções do modelo difusivo merecem destaque. No entanto, a aplicação do modelo difusivo é limitada para descrever a cinética de secagem de materiais que apresentam somente o período à taxa decrescente (Prado et al. 2009).

Utilizando a 2º Lei de Fick, na equação do balanço de massa de água no interior da partícula, obtemos:

Onde:

X – Teor de umidade no tempo (Kg H2O/Kg massa seca)

 - Difusividade efetiva da água (m2/s)

t – tempo (s)

Em sistemas de coordenadas esféricas, a equação de difusão é expressa como:

Assumindo regime não estacionário, sem geração de massa dentro do sólido e forma geométrica de uma esfera de raio r, onde a transferência de umidade durante a secagem é predominantemente unidirecional e considerando  constante, a equação (2) se reduz a:

Onde a umidade X deve obedecer às seguintes condições inicial e de contorno:

Desprezando as resistências externas à transferência de massa e o encolhimento do produto durante a desidratação e aplicando as condições iniciais e de contorno, a solução analítica pode ser obtida pelo método da separação de variáveis. Assim, em termos do adimensional de unidade é dada pela equação (7):

Onde:

 - raio médio da amostra (m)

 - Teor de umidade inicial (Kg H2O/Kg massa seca)

 - Teor de umidade de equilíbrio (Kg H2O/Kg massa seca)

Mas, a complexidade dos fenômenos de secagem conduz os pesquisadores a proporem equações empíricas para predizer a taxa de secagem. Pois, os modelos empíricos apresentam bom ajuste dos dados, uma matemática pouco complexa e uma completa flexibilidade na abordagem. No entanto, não possui credibilidade fora da faixa medida, não são fundamentadas em princípios físicos, sendo assim, são usados em problemas bastante particularizados. (Barbosa Neto, 2010).

Mas fornece dados representativos do processo de secagem e não exige um cálculo matemático complexo. Na Tabela 1 estão representadas as principais equações que descrevem a cinética de secagem em camada fina.

Tabela 1: Modelos de Cinética de Secagem em Camada Fina

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