BASES E INOVAÇÕES

NA SECAGEM DE CAFÉ

Prof. Adilio Flauzino de Lacerda Filho, DSc

Consultor: Lacerda Consultoria Ltda – Pós-colheita

Telefone: 55 xx (31)98863-1872

E-mail: adiliolacerda@gmail.com

Viçosa, MG Brasil

CONCEITO TÉCNICO DE SECAGEM É O MÉTODO UNIVERSAL QUE CONSISTE, PELA

APLICAÇÃO DOS CONHECIMENTOS DE

TRANSFERÊNCIA DE CALOR E MASSA, DAS

CARCTERÍSTICAS QUÍMICAS, FÍSICAS E

BIOLÓGICAS DOS GRÃOS, CONDICIONÁ-LOS, POR

MEIO DA REMOÇÃO DO EXCESSO DE ÁGUA, EM

NÍVEL TAL QUE OS MESMOS SE ENCONTREM EM

EQUILÍBRIO COM O AR, NAS CONDIÇÕES

AMBIENTE, SEM ALTERAR A SUA APARÊNCIA E

QUALIDADES NUTRITIVAS E, AO MESMO TEMPO,

PRESERVAR AS SUAS CONDIÇÕES SANITÁRIAS

COMO ALIMENTO OU COMO SEMENTES.

o que é

secagem?

MOMENTO DA COLHEITA – formação e maturação dos frutos do cafeeiro

Fonte: Laviola et al. Acúmulo em frutos e variação na concentração foliar de NPK em cafeeiro cultivado em quatro altitudes. Bioscience Journal, Uberlândia, v. 24, n.1, p. 19-31.(2008).

CONDIÇÃO PARA QUE OCORRA A SECAGEM DOS FRUTOS OU DOS

GRÃOS DE CAFÉ A PRESSÃO DE VAPOR DA ÁGUA CONTIDA NOS FRUTOS OU NOS GRÃOS DE CAFÉ TEM QUE SER MAIOR QUE A PRESSÃO DE VAPOR DO AR ATMOSFÉRICO QUE

CURCUNDA OS FRUTOS OU OS GRÃOS

Pv da água dos grãos ˃ Pv da água do ar de secagem

ALGUMAS RELAÇÕES PROPORCIONAIS ENTRE O FRUTO E AS SEMENTES DO CAFÉ

Polpa – maior teor de água (80 a 84%

b.u.)

30-40% do volume, na condição

cereja

Grãos – menor teor de água (55-60%

b.u)

60-70% do volume

Massa específica (fruto úmido natural) –

600 kg m-3

Massa específica pergaminho seco (11-

12% b.u) – 380 a 420 kg m-3.

Massa específica beneficiado – 680 a

720 kg m-3.

POLPA + CASCA

GRÃOS GRÃO

Vista parcial da composição celular de um grãos de café. (Fonte: Atlas de Microscopia, Fundação Ezequiel Dias. (s. d.)

Efeito da temperatura sobre a redução de volume do endosperma de café

7

Sistemas de secagem de café Natural: ocorre na própria planta

Artificial:

- terreiros de terra ou pavimentados

- bandejas rotativas (pequenos cafeicultores)

- terreiros suspensos

- secadores mecânicos

- Secagem combinada

IMPORTÂNCIA DA INTERMITÊNCIA NO PROCESSO DE SECAGEM ARTIFICIAL Fonte: Rigitano, A.; Tosello, A.; Ferreira, O.; Garrutti, R. S.; Jorge, J. P. N. Influência do parcelamento na secagem do café. In: Boletim do Instituto Agronômico do Estado de São Paulo. Campinas: Braganti. V. 23, n. 24. 1964. (Trabalho apresentado no III Congresso Brasileiro de Agronomia. UFRRJ. Rio de Janeiro. 1964). Condições experimentais do trabalho:

1) Primeira fase: Secagem de cereja descascado nas temperaturas de 45, 60 e 75 °C

Intervalos de tempo de secagem e repouso: ½ x por 1 hora; ½ x 2 horas; 1 x 1 hora; 1 x 2 horas e contínua.

2) Segunda fase: Secagem de café natural, cereja descascado e café da roça, à temperatura de 45, 60 e 75 °C.

Intervalos de tempo de secagem e repouso: secagem – 1, 2, 3 e 4 horas, com repouso até o esfriamento (±30 °C) e secagem contínua.

CONCLUSÕES:

1) A intermitência reduziu o tempo total de secagem, sendo a redução de tempo maior para os “cafés naturais”;

2) Na intermitência, quanto menor a temperatura de secagem, maior a redução do tempo total de secagem;

3) Quanto maior o número de intermitência, maior a redução do tempo total de secagem;

4) Para o mesmo tratamento, o maior tempo de repouso resultou em menor tempo de secagem;

5) A intermitência possibilitou melhorar o rendimento do secador;

6) Excessivos procedimentos de intermitência resultam em inadequação operacional.

IMPORTÂNCIA DA INTERMITÊNCIA NO PROCESSO DE SECAGEM ARTIFICIAL

Outros resultados experimentais:

1) A intermitência possibilita redução no consumo de energia no processo de secagem;

2) É possível obter grãos de melhor qualidade em função da possibilidade de tornar mais lenta a migração interna da água das sementes;

3) É possível obter redução de custo no processo de secagem;

Secagem artificial em terreiros e em bandejas rotativas

Bandejas rotativas: Secagem artificial em terreiros

ALGUNS PROBLEMAS DECORRENTES DO USO DO TERREIRO

Curvas de secagem para diferentes materiais de pavimentação de terreiros – condições de Viçosa, MG

0

10

20

30

40

50

60

70

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Tempo - dias

Teor d

e á

gua -

% b

u

asfalto tijolos

cimento Chão batido

QUALIDADE DO PRODUTO SECADO EM TERREIRO

. BEBIDA: duro ácido e duro verde

ASFALTO . DEFEITOS: 208 - 232

. PENEIRA: 16 – 72%

. BEBIDA: sem condições de prova e duro verde

TIJOLOS . DEFEITOS: 264

. PENEIRA: 16 – 74 %

. BEBIDA: apenas mole e duro fermentado

CIMENTO . DEFEITOS: 186 - 252

. PENEIRAS: 16 – 71 a 82 %

. BEBIDA: sem condições de prova

TERRA . DEFEITOS: sem classificação

. PENEIRA: sem classificação

Secadores mecânicos -

modelos

Secadores rotativos – uma pequena história

Secador GUARDIOLA (DAFERT,1896).

Vista geral dos secadores (a) Squier-Guardiola e (b) O’Krassa, com fornalhas para

aquecimento direto (UKERS, 1922).

Secador rotativo: modelo atual (Fonte: www.pinhalense.com.br)

Fonte: Silva, J. de S. e; Lopes, R. P; Vitor, D. G.; Donzeles, S. M. L. Secador rotativo intermitente: projeto, construção e uso. In: Comunicado Técnico 5 – Brasília: EMBRAPA Café. 15 p. 2014. (ISSN 2179-7757).

(a)

(b)

Secadores rotativos - lotes

Secadores de lotes, intermitentes, de fluxos cruzados

Operam apenas com café em meia-seca

Secador de lotes, de leito fixo

Secador de leito fixo, modelo UFV, 1983

Terreiro híbrido

NOVAS TECNOLOGIAS EM SECAGEM DE CAFÉ

SECADORES DE BANDEJA Objetivo: substituir terreiro

OBJETIVOS DO SISTEMA DE SECAGEM DE CAFÉ EM SECADORES DE BANDEJA - SBJ

1. operar com produtos que tenha baixa fluidez – via úmida ou via seca

2. substituir os terreiros convencionais com vantagens técnicas, operacionais e de custo

3. reduzir a utilização de mão-de-obra

4. realizar a secagem independentemente das condições climáticas

5. permitir a máxima preservação da qualidade do produto, aquelas observada imediatamente depois de colhido

6. minimizar o índice de danos físicos, causados por impactos, conforme se observam na movimentação em terreiros

7. minimizar a possibilidade de contaminação do produto por microrganismos, contaminantes químicos (óleo lubrificante, combustíveis, outros) e biológicos (fezes e urinas, bactérias levadas por animais domésticos, aves e o próprio operador)

8. realizar a secagem em menos tempo, com menor custo e melhor qualidade

9. permitir a realização da meia-seca em combinação com outros equipamentos já instalados e, ainda, permitir a realização da secagem completa, conforme os terreiros, se necessário

Detalhes Construtivos SBJ

OBSERVAÇÕES: 1. Projetado para ser instalado ao

tempo, sem a necessidade de cobertura, exceto para a moega de recepção;

2. Redução de custo em obras civis para a instalação – área cimentada e quatro bases de concreto;

3. Ao ser derramado na moega, o operador não tem mais contato direto com o produto;

4. Pode operar com produto natural ou descascado;

5. Podem ser utilizadas diferentes fontes condicionadoras para o ar de secagem – fogo indireto (fornalhas), caldeira, GLP ou UTA;

6. composição básica do sistema: moega de recebimento, sistema de movimentação de produto, secador SBJ, fonte complementar de energia para o ar de secagem.

SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE AR NA MASSA DE CAFÉ

Descarga SBJ

Vista parcial de uma instalação para 75.000 L (5 x 15.000 L)

Araraquara, SP

FONTE COMPLEMENTAR DE ENERGIA

Os sistemas de secagem de café, modelos SBJ’s, podem utilizar diferentes fontes complementares de energia para o ar de secagem, considerando-se a infraestrutura de energia elétrica da propriedade e as características operacionais do sistema.

Fontes complementares de energia:

1. Unidade de tratamento de ar – 380 V, trifásico

2. Caldeiras com a utilização de água

3. Geradores de calor (fornalhas) a fogo indireto, com a queima de biomassa (lenha, palha de café etc) ou derivados de petróleo (GLP), além da queima de gás natural (metano)

Sistemas de condicionamento de ar

SECAGEM EM LOTES, INTERMITENTE, FLUXOS

CONCORRENTES

29

SECADOR DE LOTES, INTERMITENTE, DE FLUXOS CONCORRENTES

Fonte: LACERDA FILHO, A. F. de. Avaliação de diferentes sistemas de secagem e suas influências na qualidade do café

(Coffea arabica L.) Viçosa: UFV, 1986. 136p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) – Universidade Federal

de Viçosa, 1986.

30

SECADOR DE LOTES, INTERMITENTE, DE FLUXOS COCNCORRENTES

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tempo - h

Um

id

ad

e - %

b

u

t1 t2 t3

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

3,2

3,4

3,6

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Tempo - h

En

erg

. e

sp

ec

ífic

a - 1

03 k

J k

g-1

t1 t2 t3

MEIA SECA EM LEITO FIXO

DEFEITOS: 138; 101; 312 PENEIRA: 16 – 82; 76; 76

%

BEBIDA: am; am; d. TESTEMUNHA: am; d; dv.

Secagem em lotes, com intermitência, em secador de

fluxos concorrentes e ar desidratado - café

31

Fonte: Santos, R. R. Análise de sistemas de secagem de café utilizando-se bomba de calor e gás liquefeito de petróleo – GLP. (Tese: Departamento de Engenharia Agrícola. Universidade Federal de Viçosa). Viçosa: Biblioteca Universitária/UFV. 135 p. 2007.

Patente requerida

Secador de lotes, intermitente, de fluxos concorrentes

Patente requerida

Secador de lotes, intermitente de fluxos concorrentes/contracorrentes – Patente requerida

Opera apenas com café em meia seca

33

SECADOR DE LOTES, INTERMITENTE, DE FLUXOS CONTRACORRENTES

13

18

23

28

33

38

0 5 10 15 20

Tempo - h

Um

ida

de

- %

bu

t1 t2 t3

Energia:

t1 – 6.068 kJ kg-1, T = 80 °C

t2 – 5.657 kJ kg-1, T = 100

°C

t3 – 5684 kJ kg-1, T = 120 °C

Fonte: Pinto, F. A. C. Projeto e avaliação de um secador de fluxos contracorrentes/concorrentes e análise do seu desempenho na secagem de café (Coffea arábica L.). Dissertação – Departamento de Engenharia Agrícola – UFV). 1993

SECAGEM DE CAFÉ EM SISTEMA COMBINADO

VISTA PARCIAL DE UMA PROPRIEDADE CAFEEIRA COM AS INSTALAÇÕES COMPLETAS DE PÓS-COLHEITA E BENEFICIAMENTO

SISTEMAS DE SECAGEM COMBINADA PARA CAFÉ

Terreiro cimentado

Secagem combinada

Terreiro híbrido Silo secador

Tempo

(h)

Massa

especific

a

(Kg.m-3)

U

midade

(

% b.u)

T

empo

(

h)

Massa

especific

a

(Kg.m-3)

U

midade

(

% b.u)

T

empo

(

h)

Massa

especific

a

(Kg.m-3)

U

midade

(

% b.u)

0 572,0±

0,3

58,0±0,

2 0

570,5±

0,6

58,0±0,

5 0

470,8±

0,3

25,0±0,

3

48 532,3±

0,4

35,3±0,

1 4

567,3±

0,2

54,9±0,

3 48

468,7±

0,1

24,0±0,

2

96 505,4±

0,2

30,9±0,

4 8

560,4±

0,3

42,5±0,

2 96

460,2±

0,5

22,9±0,

1

144 480,9±

0,3

27,7±0,

2 12

550,8±

0,6

39,3±0,

4 144

458,2±

0,3

22,7±0,

4

192 466,1±

0,6

23,4±0,

3 16

533,1±

0,5

36,1±0,

1 192

457,3±

0,5

21,2±0,

3

240 458,0±

0,4

21,6±0,

1 20

512,2±

0,4

32,2±0,

3 240

455,4±

0,4

20,6±0,

1

288 440,2±

0,1

17,7±0,

2 24

478,3±

0,4

27,3±

0,2 288

450,5±

0,6

20,1±0,

2

336 431,1±

0,5

14,1±0,

2 28

471,1±

0,6

24,9±0,

3 336

443,0±

0,5

18,1±0,

5

384 415,4±

0,3

12,0±0,

3 384

441,4±

0,1

17,9±0,

4

432 433,1±

0,1

15,4±0,

1

480 430,2±

0,2

14,2±0,

2

528 425,6±

0,3

13,0±0,

3

576 420,1±

0,5 11,6±0,2

Valores médios de tempo de secagem, massa específica e umidade dos grãos, comparativos para os dois

tratamentos

Terreiro Secagem combinada

Nº de

Amostra

Classificação

da bebida

Classificação

por peneira

Nº de

Amostra

Classificação

da bebida

Classificação

por peneira

1 Dura 15 1 Apenas mole 16

2 Dura 15 2 Apenas mole 17

3 Dura 16 3 Apenas mole 18

4 Dura 15 4 Dura 16

5 Riada 16 5 Apenas mole 17

6 Dura 15 6 mole 18/19

7 Dura 15 7 Apenas mole 17

8 Apenas mole 16 8 mole 17

Comparação dos testes de qualidade de café entre as amostras dos lotes analisadas para os dois tratamentos

de secagem de café em estudo

MONITORAMENTO AUOMÁTICO DE SISTEMAS DE SECAGEM

Características potenciais e objetivadas em

um sistema controlado, de secagem:

1 – Segurança: redução do perigo de fogo ou explosão e

emissão de partículas;

2 – Garantia da qualidade do produto: manutenção dos

atributos desejados para a qualidade dos produtos e

suas propriedades, como sabor, odor, sanidade, cor,

vigor, germinação etc;

3 – Processamento ou rendimento: maximização do

rendimento;

4 – Economia de energia: minimizar o custo e melhorar a

eficiência;

5 – Atenuação dos distúrbios: minimizar a influencia sobre a

quantidade e qualidade do produto;

6 – Estabilidade do processo de secagem: responder as

oscilações decorrentes do processo de secagem do

produto; e

7 – Robustez: garantir a operação normal do sistema para

uma ampla faixa de pontos de operação e distúrbios.

40

Metodologia

Variáveis controladas e variáveis

manipuladas: Variáveis controladas:

• Temperatura do ar de secagem

• Umidade relativa do ar de secagem

Variáveis manipuladas:

• Velocidade do motor do ventilador

• Velocidade do motor do comprensor

41

Metodologia

Uniformização do teor de água da massa de

grãos:

42

Metodologia Sistema de controle para o secador com

bomba de calor:

circuito

43

Protóti

po:

Resultados

44

Sistema

completo:

Resultados

45

AJUSTE S DA TEMPERATURA E DA UMIDADE RELATIVA

46

AJUSTES DE TEMPERATURA, UMIDADE RELATIVA E

UMIDADE DE EQUILÍBRIO

47

CONCLUSÕES

1) O uso de alternativas aos terreiros pavimentados tradicionais podem trazer

benefícios à qualidade do café e redução no custo operacional do processo.

2) Com o conhecimento atual das propriedades químicas, físicas e biológicas do

fruto e da semente do cafeeiro, além do conhecimento de engenharia de

secagem, é possível preservar as qualidades do café obtidas após a colheita,

com menor custo operacional, quando se utiliza de sistema projetados

tecnicamente, adequados ao uso da secagem mecânica.

3) A secagem é a operação unitária que demanda até 60% do custo energético

no sistema de produção de café e tem pouca atenção do cafeicultor, mesmo

observando-se significativos prejuízos relacionados à depreciação da

qualidade do produto e despreparo da mão-de-obra para a sua realização.

4) O sistema de controle desenvolvido (automação) se mostrou eficiente em

manter as variáveis de acordo com os valores desejados durante o processo

de secagem.

5) No processo de uniformização da massa de grãos o sistema automatizado foi

capaz de manter o ar na umidade de equilíbrio constante.

6) É possível a utilização do sistema automatizado de controle em secadores

para sementes, de qualquer modelo, utilizando-se uma unidade de tratamento

de ar, quando o objetivo for a uniformidade no teor de água do produto.

49

AGRADECIMENTOS:

- Conselho Nacional de desenvolvimento Científico e

Tecnológico – CNPq

- Universidade Federal de Viçosa - UFV

- Cool Seed Indústria e Comércio de Equipamentos de Aeração

Condicionada Ltda.