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Universidade de Brasília - UnBFaculdade UnB Gama - FGA

Engenharia de Energia

DESENVOLVIMENTO DE UM SECADORROTATIVO PARA GRÃOS DE SORGO

Autor: Lívia de Sá AraújoOrientador: Prof. Dr. Felix Martin Carbajal Gamarra

Brasília, DF2016

Lívia de Sá Araújo

DESENVOLVIMENTO DE UM SECADOR ROTATIVOPARA GRÃOS DE SORGO

Monografia submetida ao curso de graduaçãoem Engenharia de Energia da Universidadede Brasília, como requisito parcial para ob-tenção do Título de Bacharel em Engenhariade Energia .

Universidade de Brasília - UnB

Faculdade UnB Gama - FGA

Orientador: Prof. Dr. Felix Martin Carbajal Gamarra

Brasília, DF2016

Lívia de Sá AraújoDESENVOLVIMENTO DE UM SECADOR ROTATIVO PARA GRÃOS DE

SORGO/ Lívia de Sá Araújo. – Brasília, DF, 2016-53 p. : il. (algumas color.) ; 30 cm.

Orientador: Prof. Dr. Felix Martin Carbajal Gamarra

Trabalho de Conclusão de Curso – Universidade de Brasília - UnBFaculdade UnB Gama - FGA , 2016.1. Palavra-chave01. 2. Palavra-chave02. I. Prof. Dr. Felix Martin Carbajal

Gamarra . II. Universidade de Brasília. III. Faculdade UnB Gama. IV. DESEN-VOLVIMENTO DE UM SECADOR ROTATIVO PARA GRÃOS DE SORGO

CDU 02:141:005.6

Lívia de Sá Araújo

DESENVOLVIMENTO DE UM SECADOR ROTATIVOPARA GRÃOS DE SORGO

Monografia submetida ao curso de graduaçãoem Engenharia de Energia da Universidadede Brasília, como requisito parcial para ob-tenção do Título de Bacharel em Engenhariade Energia .

Trabalho aprovado. Brasília, DF,17 de novembro de 2016:

Prof. Dr. Felix Martin CarbajalGamarraOrientador

Prof. (Dr.): Marcelo Bento da Silva,UnB/ FGAConvidado 1

Prof. (Dr.): Rodrigo Andres MirandaCerda, UnB/ FGA

Convidado 2

Brasília, DF2016

Esse trabalho é dedicado à minha família e meus amigosque me acompanharam e me apoiaram em cada passo

dessa longa jornada.

Agradecimentos

Agradeço à toda minha família, em especial aos meus pais, Adailton e Maria deJesus, e minhas irmãs, Amanda, Jasmine e Hayla, pelo amor incondicional e suportedurante toda a minha vida.

Ao meu orientador, Prof. Dr. Felix Carbajal Martin Gamarra, por todo o incentivoe suporte acadêmico durante toda a minha trajetória acadêmica e, em especial, duranteo desenvolvimento desse trabalho.

Ao meu namorado, Joacy, e todos os meus amigos por todo apoio emocional ecompanheirismo durante todos esses anos de graduação.

Ao meu professor e amigo Luiz Carlos Correia de Jesus, por ter me incentivado,desde a adolescência, a descobrir a ciência e às engenharias.

À todos os professores, servidores e alunos que cruzaram meu caminho, durantetoda a minha jornada, e me ensinaram alguma coisa.

ResumoO grão de sorgo é a base alimentar de mais de 500 milhões de pessoas em mais de 30 países.No Brasil, essa cultura tem apresentado grande expansão, principalmente em plantios desucessão a culturas de verão, com destaque para o Estados de Goiás, Mato Grosso, MatoGrosso do Sul e região do Triângulo Mineiro, onde se concentram aproximadamente 85%do sorgo granífero plantado no país. Com tamanha importância comercial, verifica-se anecessidade de aprimoramento nas técnicas de produção, colheita e secagem, de formaa garantir a qualidade do produto. Para minimizar os danos durante o armazenamentoe assegurar lotes de sementes com alto padrão de qualidade, cuidados, principalmenterelacionadas à secagem, devem ser tomados. A secagem consiste na retirada de água ouqualquer outro líquido volátil presente no grão. Para a realização da secagem de grãos,tem-se no mercado uma diversidade de equipamentos disponíveis. Apesar disso, devidoa necessidade de intervalos de temperatura e umidade relativa específicos para uma boasecagem do grão de sorgo, o desenvolvimento de um secador que melhor cumpra esse papeltorna-se necessário. Com base nisso, este trabalho abordou uma pesquisa de literatura, quepermitisse a definição das características necessárias a observa-se para o desenvolvimentode uma secador para grãos de sorgo. Feita a análise dos sistemas e métodos de secagem,definiu-se como objeto de estudo e desenvolvimento um secador rotativo, que por meiodo método convectivo promoverá a secagem ideal para o grãos de sorgo.

Palavras-chaves: Sorgo. Secagem. secador rotatório. Fenômenos de transporte. CartaPsicométrica.

AbstractSorghum grain is the basic food for more than 500 million people in more than 30 countries.In Brazil, this culture has shown great expansion, mainly in plantations after the summercultures, especially in the states of Goiás, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul and TriânguloMineiro region, where approximately 85% of the sorghum planted in the country. Withsuch commercial importance, there is a need to improve the techniques of production,harvesting and drying, in order to guarantee the quality of the product.When dealing withprocedures such as drying, some care should be taken to minimize the damages duringstorage and ensure seed lots with high quality. Drying consists of the withdrawal of wateror any other volatile liquid present in the grain For the accomplishment of the drying ofthe grains, there are in the market a diversity of equipment available. Nevertheless, dueto the need for specific temperature and relative humidity ranges, for a good drying ofthe Sorghum grain, the development of a dryer that fits best this need becomes necessary.From this point of view, this work approached a research of literature, which allowed thedefinition of the necessary characteristics to be observed for the development of a dryerfor sorghum grains. After analyzing drying systems and methods, a rotating dryer wasdefined as the object of study and development, which through a convective drying, willpromote an ideal drying for sorghum grains.

Key-words: Sorghum. Drying. Rotary Dryer. Transport phenomena. Psychrometric chart.

Lista de ilustrações

Figura 1 – Carta psicométrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Figura 2 – Histerese das isotermas de sorção. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Figura 3 – Isotermas de adsorção e desorção dos grãos de sorgo à 90F e comparação

com isotermas obtidas por Fenton (1941) e Haynes (1961). . . . . . . . 17Figura 4 – Retenção de umidade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Figura 5 – Representação da movimentação da água durante a secagem. . . . . . . 19Figura 6 – Representação da movimentação da água de um produto no período de

razão constante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Figura 7 – Representação da movimentação da água durante o primeiro período

de razão decrescente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Figura 8 – Movimentação da água durante o segundo período de razão decrescente. 21Figura 9 – Representação da movimentação da água durante o terceiro período de

razão decrescente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Figura 10 – Curvas teóricas de secagem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Figura 11 – Velocidade relativa de secagem para milho e trigo. . . . . . . . . . . . . 28Figura 12 – Potenciais mecanismos de transferência de calor durante a secagem. . . 30Figura 13 – Secagem por condução. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Figura 14 – Secagem por convecção. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Figura 15 – Secagem por radiação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Figura 16 – Classificação dos secadores segundo o método de operação. . . . . . . . 34Figura 17 – Classificação dos secadores segundo a forma física. . . . . . . . . . . . . 35Figura 18 – Planta de Sorgo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Figura 19 – Grão de Sorgo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Figura 20 – Produção de sorgo nos maiores produtores mundiais entre 2013 e 2017. 40Figura 21 – Estados Produtores de Sorgo no ano de 2001. . . . . . . . . . . . . . . 41Figura 22 – Distribuição de Área Plantada com Sorgo no Brasil – Média das Safras

2004 à 2006. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Figura 23 – Série histórica de área plantada com sorgo granífero no Brasil. . . . . . 43Figura 24 – Diagrama do sistema rotativo de secagem direta. . . . . . . . . . . . . 48

Lista de tabelas

Tabela 1 – Sistemas de secagem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Tabela 2 – Critérios para a classificação de secadores. . . . . . . . . . . . . . . . . 33Tabela 3 – Métodos de transporte na secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Tabela 4 – Vantagens e desvantagens do secador de leito fixo . . . . . . . . . . . . 36Tabela 5 – Vantagens e desvantagens do secador de fluxos contracorrente . . . . . 36Tabela 6 – Vantagens e desvantagens do secador de fluxos concorrentes . . . . . . 37Tabela 7 – Vantagens e desvantagens do secador de fluxos mistos . . . . . . . . . 37Tabela 8 – Sistemas de secagem existentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Tabela 9 – Produção Mundial de Sorgo. Rank dos dez maiores países produtores

e consumidores de sorgo no mundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Tabela 10 – Vantagens e desvantagens do secador de fluxos concorrentes . . . . . . 47

Sumário

1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.1 Aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.2 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.2.1 Objetivo geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.2.2 Objetivos específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.3 Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.4 Organização do trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2 MARCO TEÓRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.1 Introdução a psicometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.2 Propriedades do Ar - Vapor de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.2.1 Temperatura de Bulbo Seco e de bulbo úmido . . . . . . . . . . . . . . . . 142.2.2 Temperatura de Orvalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.2.3 Pressão de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.2.4 Umidade Absoluta e Umidade Relativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.2.5 Entalpia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.2.6 Volume Específico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.3 Carta psicométrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.4 Relação entre umidade e sólido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.5 Princípios gerais da secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.6 Transferência de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.6.1 Condução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.6.2 Convecção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.6.3 Radiação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.7 Transferência de massa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.8 Fenômenos de transporte aplicados à secagem . . . . . . . . . . . . . 242.8.1 Período de secagem taxa constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.8.2 Período de secagem decrescente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.9 Taxa de secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.9.1 Fatores que influenciam a taxa de secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.9.1.1 Condições de processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.9.1.2 Natureza do grão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.10 Sistemas de secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.10.1 Secagem natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.10.2 Secagem artificial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.11 Métodos de secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.11.1 Secagem por condução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.11.2 Secagem por convecção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.11.3 Radiação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.12 Equipamentos de secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.13 Tipos de secador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.14 Classificação dos secadores de grãos de acordo com o fluxo de ar e

o fluxo do produto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.14.1 Secadores de camada estática (leito fixo) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.15 Secadores contínuos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.15.1 Secador de fluxo contracorrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.15.2 Secador de fluxo concorrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.15.3 Secador em cascata ou de fluxos mistos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.15.4 Secadores com promotores de mistura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.16 Sistema de secagem para grãos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.16.1 Silos de secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.16.2 Secador móvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.16.3 Secador de torre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.17 A cultura do sorgo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.18 História do sorgo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.19 Interesse comercial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.20 Secagem e tolerância a dessecação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.21 Dormência em sementes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3 MATERIAIS E MÉTODOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.1 Materiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.2 Métodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.2.1 Método de secagem selecionado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.2.2 Equipamento selecionado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.2.2.1 Secador rotativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473.2.3 Variáveis do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473.2.4 Desenho e montagem de secador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.2.5 Correlações e ajustes matemáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4 CONCLUSÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

12

1 INTRODUÇÃO

1.1 Aspectos geraisEm termos globais, sorgo é a base alimentar de mais de 500 milhões de pessoas

em mais de 30 países, sendo superado em termos de quantidade de alimento consumidoapenas por arroz, trigo, milho e batata. Apesar de tamanho potencial, a cultura de sorgoproduz muito menos do que seu potencial oferece (EMBRAPA, 2007).

A cultura do sorgo, no Brasil, apresentou avanço significativo a partir da décadade 70. Atualmente, a cultura tem apresentado grande expansão (20% ao ano, a partir de1995), principalmente, em plantios de sucessão a culturas de verão, com destaque para oEstados de Goiás, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul e região do Triângulo Mineiro, ondese concentram aproximadamente 85% do sorgo granífero plantado no país. (EMBRAPA,2007).

Em vista disso, observa-se uma significativa importância no aumento do nível dequalidade dos grãos produzidos, para que estes satisfaçam as exigência o mercado emexpansão. Para isto há necessidade de aprimoramento nas técnicas de produção, colheitae secagem, garantindo assim a sustentabilidade do sistema (SILVA, 2014).

De acordo com Oliveira et al. (2011a), para minimizar os danos durante o arma-zenamento e assegurar lotes de sementes com alto padrão de qualidade, muitos são oscuidados que devem ser tomados em todas as fases de produção, destacando-se cuidadosrelacionados à fase de secagem.

Em sementes de sorgo (Sorghum vulgare), a secagem a temperaturas de 46 oC a 48oC pode induzir dormência secundária, devido a alterações físicas ocorridas no tegumentoda semente, provocadas pela secagem excessiva, de modo a restringir as trocas gasosasdurante a embebição (NUTILE; WOODSTOCK, 1967).

Considerando a importância sócio-econômica dos grãos de sorgo para o país e vistaa dificuldade em controlar os parâmetros de secagem de forma a garantir a qualidadedos grãos, observa-se a necessidade de contribuir com dados técnicos-científicos a partirdo desenvolvimento de um secador protótipo que garante uma redução de umidade noproduto de forma a satisfazer o padrão de qualidade exigido no mercado.

Capítulo 1. INTRODUÇÃO 13

1.2 Objetivo

1.2.1 Objetivo geral

Desenhar e montar um protótipo de um secador rotatório para grãos de sorgo.

1.2.2 Objetivos específicos

∙ Entender os fenômenos de transferência durante o processo de secagem de grãos;

∙ Determinar as variáveis e os fatores que influenciam na secagem do grão de sorgo,a partir do entendimento da carta psicométrica;

∙ Verificar a viabilidade do estudo do grão de sorgo;

∙ Modelar teoricamente, dimensionar e desenhar um secador rotatório a nível de pro-tótipo;

∙ Montar um secador rotatório para grãos de sorgo, de acordo com as condições deoperação à determinar.

1.3 JustificativaAs motivações técnico-científicas desse Trabalho de Conclusão de Curso 1 (TCC-

1) são descritas a seguir:

∙ Importância sócioeconômica dos grãos de sorgo na Região Centro-Oeste e no Brasil;

∙ Escassa informação técnico-científica na literatura e pouca exploração científica doprocesso de secagem na produção dos grãos de sorgo;

∙ Possibilidade de incremento ao valor agregado dos grãos de sorgos da Região Centro-Oeste, através da secagem.

1.4 Organização do trabalhoPara melhor entendimento, este documento é dividido em 3 partes principais:

Introdução, Marco teórico e Conclusão. A primeira parte aborda os aspectos introdutóriosdo texto, onde são descritos dados gerais do grão de sorgo e apresenta o objetivos e ajustificativa de realização desse trabalho. A segunda parte aborda os fundamentos teóricosnecessários para entendimento do projeto, com tópicos que, individualmente, expõemtemas essenciais da pesquisa. A terceira parte é a conclusão, onde são apresentadas asconsiderações já encontrada sobre o projeto.

14

2 MARCO TEÓRICO

2.1 Introdução a psicometriaPsicometria é definida como o estudo das misturas de gás e vapor de um líquido. A

mistura gasosa de maior importância na indústria alimentícia é o ar. Sua utilização estáem várias operações industriais como o armazenamento, secagem e várias outras (PARKet al., 2007a).

Em um processo de secagem a psicometria de interesse é a mistura ar – vapor deágua, por isso as propriedades dessa mistura serão melhor descritas nos tópicos abordadosa seguir.

2.2 Propriedades do Ar - Vapor de água

2.2.1 Temperatura de Bulbo Seco e de bulbo úmido

A temperatura de bulbo seco é a temperatura medida de forma usual, já a tempe-ratura de bulbo úmido é a temperatura medida com um termômetro comum envolto porum tecido de algodão embebido em água destilada.

2.2.2 Temperatura de Orvalho

A temperatura de orvalho é a temperatura em que o ar úmido se torna saturado,ou seja, quando o vapor d’água começa a condensar com pressão e razão de misturaconstantes (PARK et al., 2007b).

2.2.3 Pressão de vapor

O vapor de água, como qualquer gás componente da atmosfera, exerce uma pressãodependente da concentração de vapor em todas as direções. Para cada valor de tempe-ratura, a quantidade de vapor que pode existir em determinado volume da atmosfera édiferente. Quando essa quantidade de vapor chega ao seu limite para uma determinadatemperatura, diz-se que que o ar encontra-se saturado e a pressão de vapor nesse instanteé nomeada como pressão de saturação. Se a quantidade de vapor presente na atmosferanão for suficiente para saturar o ar, a pressão de vapor é chamada de pressão parcial devapor (PARK et al., 2007b).

Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 15

2.2.4 Umidade Absoluta e Umidade Relativa

A umidade absoluta é a relação entre a massa de vapor d’água existente e o volumeocupado pelo ar úmido. A umidade relativa do ar é a razão entre a pressão parcial devapor exercida pelas moléculas de água presentes no ar e a pressão de saturação, na mesmatemperatura (PARK et al., 2007a; PARK et al., 2007b).

2.2.5 Entalpia

A entalpia de uma mistura ar-vapor d’água é a energia contida no ar úmido, porunidade de massa de ar, para temperaturas superiores a uma determinada temperaturade referência. Essa é uma medida muito importante para o dimensionamento de sistemasde secagem (PARK et al., 2007b).

2.2.6 Volume Específico

O volume específico é o volume por unidade de massa de ar seco. Esse parâme-tro é muito importante no dimensionamento de sistemas de secagem, pois influencia nadeterminação da potência requerida pelo ventilador (PARK et al., 2007b).

2.3 Carta psicométricaA carta psicrométrica ( figura 1 ) é o modo mais simples e rápido para a caracte-

rização de determinada massa de ar. Conhecendo-se a temperatura do ponto de orvalhoe a temperatura de bulbo seco, fazendo-se uso desta carta, é possível obter-se a umidaderelativa (PARK et al., 2007b).

2.4 Relação entre umidade e sólidoUma antiga técnica utilizada para maximizar a conservação de alimentos é o con-

trole da umidade presente no mesmo. As considerações básicas de secagem de materiaisbiológicos são aquelas que demonstram como a umidade e o sólido se relacionam. Dentreas considerações a respeito das propriedades, a mais importante delas é a atividade deágua (PARK et al., 2007a; GUILBERT; MORIN, 1986).

O grau de disponibilidade da água contida no alimento pode ser expresso comoatividade de água (Aw) que se define como a relação entre a fugacidade da água noalimento (f) e a fugacidade da água pura numa mesma temperatura (𝑓0) (HONORATO,2006; GUILBERT; MORIN, 1986)

𝐴𝑤 = 𝑓

𝑓0(2.1)


Figura 1 – Carta psicométrica.

Fonte: Stoecker e Jones (1985)

Comumente conhecidas como isotermas de sorção, as atividades de água são ascurvas de equilíbrio, compostas pelas umidades de equilíbrio do material correspondentesàs umidades relativas para uma dada temperatura. Na determinação do teor final de águanecessário para a estabilização do alimento, o conhecimento dessas curvas é indispensável(PARK et al., 2007a).

Dependendo da determinação da umidade do produto a ser feita, segundo o pro-cesso de umidificação, essas curvas podem ser de adsoção ou dessorção, sendo que ambasnão coincidem. A diferença entre essas isotermas, como mostrado na figura 2, é nomeadacomo o fenômeno de histerese.

Para os grãos de sorgo, Dunstan, Chung e Hodges (1973) apresentaram as curvasde desorção e adsorção mostradas na figura 3:


Figura 2 – Histerese das isotermas de sorção.

Fonte: Park e Nogueira (1992)

Figura 3 – Isotermas de adsorção e desorção dos grãos de sorgo à 90F e comparação comisotermas obtidas por Fenton (1941) e Haynes (1961).

Fonte: Dunstan, Chung e Hodges (1973)

A diferença entre a quantidade de umidade inicial e quantidade de umidade deequilíbrio do produto representa a força motriz para a secagem. A figura 4, mostra aretenção de umidade em função do conteúdo de umidade versus atividade de água.

Segundo Ditchfield (2000), os métodos recomendados pelo F.D.A (Food and DrugAdministration), órgão americano de regulamentação de alimentos e remédios, são con-siderados os melhores existentes para a medição da atividade de água (Aw). São eles o


Figura 4 – Retenção de umidade.

Fonte: Park e Nogueira (1992)

higromêtro de ponto de orvalho, Aqualab e os higrômetros eletrônicos Novasina e Rotro-nic.

2.5 Princípios gerais da secagemGoneli et al. (2014) definiu secagem como uma das etapas do pré-processamento

dos produtos agrícolas que tem por finalidade retirar o excesso de água contido no grão pormeio de evaporação. A remoção de água dos produtos agrícolas consiste em um complexoprocesso, envolvendo a transferência simultânea de calor e massa entre o ar de secagem eo produto a ser seco, na qual o aumento da temperatura provoca o aumento da pressãoparcial de vapor no produto, provocando a redução no teor de água do mesmo.

A remoção da água deve ser feita em um nível tal que o produto fique em equilíbriocom o ar do ambiente onde será armazenado e deve ser feita de modo a preservar aaparência, as qualidades nutritivas e a viabilidade como semente (PARK et al., 2007b).

A secagem é uma operação crítica dentro da sequência do processamento dos grãose quando realizada de forma inadequada pode causar a deterioração dos grãos, aumentara susceptibilidade a trincas e reduzir a qualidade de no processo de moagem. Equivalentea várias outras técnicas (filtração, centrifugação, prensagem, evaporação, liofilização, etc),o resultado geral da secagem é a separação parcial entre o líquido (geralmente a água)e a matriz sólida. No caso dos produtos agrícolas a matriz sólida é um alimento con-tendo proporções variáveis de: carboidratos, proteínas, lipídios e minerais. (BROOKER;BAKKER-ARKEMA; HALL, 1992; LASSERAN, 1981).

De acordo com Park et al. (2007b), durante a secagem a retirada da umidade é


obtida pela movimentação da água decorrente de uma diferença de pressão de vapor deágua entre a superfície do produto a ser secado e o ar que o envolve, como mostrado nafigura 5. A condição para que um produto seja submetido ao processo de secagem é que apressão de vapor sobre a superfície do produto (Pg) seja maior do que a pressão do vapord’água no ar de secagem (Par). Visto isso, as seguintes observações são pertinentes:

∙ Se Pg > Par : ocorrerá secagem do produto;

∙ Se Pg < Par : ocorrerá umedecimento do produto;

∙ Se Pg = Par : ocorre o equilíbrio higroscópio.

Figura 5 – Representação da movimentação da água durante a secagem.

Fonte:Park et al. (2007b)

Existem varias hipóteses para a movimentação da água durante a secagem. Perrye Chilton (1973) citam a teoria capilar, que modela o escoamento baseado num leitocomposto por esferas não porosas, onde os espaços entre elas, forma os interstícios e osporos. Entretanto, Park et al. (2007b) afirmam que a teoria mais aceita é a do movimentocapilar (ou teoria do gargalo). Segundo esta, o processo de secagem que ocorre no interiordo produto pode ser dividido em dois grandes períodos, um denominado período da taxade secagem constante e outro de período de taxa decrescente. Para uma descrição dosprincípios de secagem mais detalhada, pode-se dividir esses dois períodos em quatro,como apresentado a seguir:

1) Período de razão constante: No início da secagem, quando o produto se en-contra completamente úmido, a água escoa na fase liquida sob um gradiente hidráulicoe, em condições naturais, a temperatura do produto se iguala à temperatura de bulboúmido. Com a retirada da umidade, pode ocorrer um decréscimo no diâmetro dos po-ros e capilares e, consequentemente, decréscimo de volume do produto aproximadamenteigual ao volume da água evaporada. A energia utilizada para a secagem nesse período epraticamente igual à necessária para evaporação da água em uma superfície livre. Comexceção dos cafés (cerejas e verdes) recém saídos do lavador, este período não é observávelem produtos agrícolas, como grãos, porque, ao serem colhidos, este período já ocorreu


no campo, estando portanto a secagem no período de razão decrescente. Este período érepresentado pela figura 6, a seguir.

Figura 6 – Representação da movimentação da água de um produto no período de razãoconstante.


2) Primeiro período de razão decrescente: À medida que a secagem continua, aágua deixa de comportar-se como água livre e o conteúdo de umidade decresce. Nesteperíodo, a água na fase líquida faz a ligação entre as partículas sólidas, formando as ponteslíquidas. Apesar de poder ocorrer escoamento de água na fase de vapor, o escoamento épredominantemente capilar (figura 7). A temperatura do produto atinge valores superioresà temperatura de bulbo úmido.

Figura 7 – Representação da movimentação da água durante o primeiro período de razãodecrescente.


3) Segundo período de razão decrescente: A água existente nos gargalos dos porospode migrar, arrastando-se ao longo das paredes capilares ou evaporando e condensando,sucessivamente, entre as pontes liquidas. A pressão parcial de vapor decresce e a contraçãode volume do produto pode continuar em menor intensidade (figura 8).


Figura 8 – Movimentação da água durante o segundo período de razão decrescente.


4) Terceiro período de razão decrescente: a secagem ocorre no interior do produto.O conteúdo de umidade de equilíbrio é atingido quando a quantidade de água evaporadase iguala a quantidade condensada (figura 9).

Figura 9 – Representação da movimentação da água durante o terceiro período de razãodecrescente.


É importante ressaltar que a secagem não remove toda a umidade do sólido, estaocorre até certo limite que é nomeado de umidade de equilíbrio. Este valor varia emfunção da umidade relativa do ar, e o comportamento de cada sólido varia de materialpara material (ZEMPULSKI; ZEMPULSKI, 2007).

2.6 Transferência de calorA análise de transferência de calor é feita a partir das equações de conservação de

massa e energia, da segunda lei de termodinâmica e de três leis fenomenológicas que des-crevem as taxas de transferência de energia em condução, convecção e radiação. Essas leisfenomenológicas são as expressões matemáticas dos modelos que descrevem os processosde transferência de calor (STOECKER; JONES, 1985).


2.6.1 Condução

Condução é a transferência de energia das partículas mais energéticas de umasubstância para partículas vizinhas menos energéticas, podendo ocorrer em sólidos, líqui-dos ou gases. Em líquidos e gases, a condução é um resultados das colisões e difusõesdas moléculas em seus movimentos aleatórios. Nos sólidos, a condução justifica-se pelacombinação das vibrações das moléculas em rede, com a energia sendo transportada porelétrons livres (ÇENGEL; GHAJAR, 2012).

De acordo com ÇENGEL e GHAJAR (2012), a taxa de condução de calor é funçãoda geometria, da espessura, do tipo de material e da diferença de temperatura que o meioesta exposto. Esta pode ser expressa pela equação 2.2, a seguir:

�̇�𝑐𝑜𝑛𝑑 = 𝑘𝐴𝑇1 − 𝑇2

Δ𝑥(2.2)

Onde:

∙ k é a condutividade térmica do material (W/m.K);

∙ A é a área (m2);

∙ 𝑇1 e 𝑇2 são as temperaturas (K);

∙ Δ𝑥 é a expessura do material (m).

2.6.2 Convecção

A convecção é o modo de transferência de energia entre a superfície sólida e alíquida ou gás adjacente, que está em movimento e envolve a combinação de conduçãoe movimento de um fluido. Sendo assim, quanto maior a velocidade do movimento dofluido, maior será a transferência de calor por convecção (ÇENGEL; GHAJAR, 2012).

Nomeia-se convecção livre a situação em que o movimento do fluido é causadopor forças de flutuação induzidas por diferenças de densidades originadas da diferençade temperatura no fluido. Já a convecção forçada é o tipo de convecção em que o fluidoé forçado a fluir sobre a superfície por aparelhos externos, como um ventilador ou umabomba (ÇENGEL; GHAJAR, 2012).

ÇENGEL e GHAJAR (2012) afirmam que apesar da complexidade em estabelecera taxa de transferência de calor por convecção, visto a quantidade de fenômenos queo compõe, sabe-se que essa taxa é proporcional a diferença de temperatura e pode serexpressa pela lei de Newton do resfriamento. A equação 2.3, que representa esse fenômeno,é apresentada a seguir:

�̇�𝑐𝑜𝑛𝑣 = ℎ𝐴𝑠(𝑇𝑠 − 𝑇∞) (2.3)

Onde:


∙ H é o coeficiente de transferência de calor convectivo (W.m−2.K−1);

∙ As é a área superficial do sólido (m2);

∙ 𝑇𝑠 e 𝑇∞ são as temperaturas na superfície e no infinito, respectivamente (K).

2.6.3 Radiação

A Radiação térmica é a energia emitida, por meio de ondas eletromagnéticas, peloscorpos com temperatura superior ao zero absoluto, resultado das mudanças nas configura-ções eletrônicas de moléculas ou átomos. Uma das características peculiares dessa formade transferência de calor é o fato dela não exigir a presença de um meio de propagação,diferente da condução e convecção (ÇENGEL; GHAJAR, 2012).

ÇENGEL e GHAJAR (2012) afirmam que a taxa máxima de radiação que pode seremitida de uma superfície é expressa pela lei de Stefan-Bolztmann da radiação térmica,expressa pela equação2.4, a seguir:

�̇�𝑟𝑎𝑑 = 𝜀𝜎𝐴𝑠(𝑇 4𝑠 − 𝑇 4

𝑐𝑖𝑟𝑐) (2.4)

Onde:

∙ 𝜀 é a emissividade da superfície;

∙ 𝜎 é a constante de Stefan-Bolztmann (𝑊/𝑚2.𝑄4);

∙ As é a área superficial do sólido (m−2);

∙ 𝑇𝑠 e 𝑇𝑐𝑖𝑟𝑐 são as temperaturas na superfície e a temperatura do meio circulante (K).

2.7 Transferência de massaA transferência de massa pode ser entendida como o movimento de um componente

específico (A, B. . . ) num sistema de vários componentes. Existindo regiões com diferentesconcentrações, ocorrerá transferência de massa no sentido das zonas onde a concentraçãodesse componente é mais baixa. Essa transferência pode ocorrer pelo mecanismo da difusãomolecular ou da convecção (NOBRE, 2011).

A transferência de vapor de água da superfície molhada para uma corrente de arem movimento é análoga à transferência de calor por convecção, porém um coeficiente detransferência de massa é utilizado. O fluxo de umidade é proporcional à força motriz, queé a diferença na pressão de vapor na superfície e a pressão de vapor da água no ar quecircunda a superfície. Ao mesmo tempo em que a água é removida da superfície, a águadifunde-se do interior de um sólido para a superfície. Esta última é uma forma geral de


difusão, que é análoga à transferência de calor por condução. As equações diferenciais paracondução também se aplicam à difusão, com a difusividade mássica sendo o equivalenteda difusividade térmica (HELDMAN; HARTEL, 1997).

2.8 Fenômenos de transporte aplicados à secagemOs fenômenos de transporte envolvidos na secagem de alimentos são de alta com-

plexidade. Dentre os diversos mecanismos de migração que compõe o processo é possíveldestacar:

∙ Difusão do líquido: Este processo ocorre quando existe um gradiente de umidadeentre o interior e a superfície do produto.

∙ Difusão do vapor: A difusão de vapor ocorre quando se há um gradiente de pressãoparcial.

∙ Escoamento capilar: O escoamento capilar ocorre principalmente em produtos po-rosos. As forças de tensão superficial podem induzir a migração da umidade atravésda estrutura interna do produto.

∙ Escoamento devido ao gradiente de pressão: O escoamento devido ao gradiente depressão entre o ar de secagem e a estrutura interna do sólido.

∙ Escoamento devido ao gradiente de temperatura: Esse ocorre quando existe dife-rença entre a temperatura do interior do produto e a temperatura da superfície doalimento.

É importante ressaltar que a difusão é considerada o principal mecanismo de mi-gração interna da umidade no grão, porém os outros mecanismos citados podem ocorrersimultaneamente durante o processo de secagem (HELDMAN; HARTEL, 1997; GEAN-KOPLIS, 1993).

2.8.1 Período de secagem taxa constante

De acordo com Geankoplis (1993), no primeiro grande período de secagem nomeadode período de taxa constante de secagem, a superfície do produto que esta sendo secopermanece saturada durante a secagem, devido à taxa de movimento da umidade nointerior do sólido. Destaca-se a transferência de massa do vapor de água, a transferênciade calor através dos sólidos do produto e a transferência de calor na fase gasosa comoprincipais fenômenos de transferência desse período.

Em vista disso, no balanço de calor e massa do período, Geankoplis (1993) assumeque para um mesmo ar de secagem tem-se transferência de calor por convecção entre a


superfície do sólido e o ar de secagem (equação 2.5) e transferência de massa da superfíciepara o mesmo ar de secagem (equação 2.6).

�̇�𝑐𝑜𝑛𝑣 = ℎ𝐴𝑠(𝑇𝑠 − 𝑇∞) (2.5)

𝑁𝑎 = 𝐾𝑦.(𝑌𝑠 − 𝑦) 𝑃𝑀𝑎𝑟

𝑃𝑀𝐻2𝑂

(2.6)

Onde:

∙ 𝑁𝑎 é o fluxo de vapor de água (kgmol.m−2.s−1);

∙ 𝑌𝑠 é a umidade do ar na superfície do sólido ;

∙ Y umidade do ar;

∙ 𝐾𝑦 é o coeficiente de transferência de massa (m2.s−1);

∙ 𝑃𝑀𝑎𝑟 é a massa molar do ar (kg.kgmol−1) ;

∙ 𝑃𝑀𝐻2𝑂: Massa molar de água (kg.kgmol−1).

Para expressar o calor necessário para vaporizar a água na superfície do grãodurante a secagem na etapa de taxa constante, tem-se a equação 2.7, mostrada a seguir:

𝑄𝑐𝑜𝑛𝑣 = 𝑁𝑎.𝑃𝑀𝐻2𝑂.𝜆𝑊 .𝐴𝑠 (2.7)

Em que 𝜆𝑊 é o calor latente à temperatura 𝑇𝑊 (J.kg−1).

Por fim, tem-se a taxa de secagem, apresentada por Heldman e Hartel (1997) nafase constante e expressa pelas equações 2.8 e 2.9, a seguir:

𝑅𝑐 = 𝐾𝑦.𝑃𝑀𝐻2𝑂.(𝑌𝑊 − 𝑦) (2.8)

𝑅𝑐 = ℎ𝑐(𝑇 − 𝑇𝑊 )

𝜆𝑊

= 𝑞

𝜆𝑊 .𝐴(2.9)

Na qual, 𝑌𝑊 é a umidade em 𝑇𝑊 .

2.8.2 Período de secagem decrescente

Para descrever o segundo grande período da secagem, nomeado período de taxadecrescente, torna-se necessário o uso da segunda lei de Fick. Esta lei relaciona a umidadedo material com o tempo, através de um parâmetro de processo que descreve a velocidade


com que a água se difunde do interior até a superfície do material, a difusividade efetiva(Deff) (OLIVEIRA; OLIVEIRA; PARK, 2006).

Em vista disso, tem-se a seguir a equação 2.10, uma aplicação da lei de Fick naequação de balanço de conservação de massa.

𝜕𝑋

𝜕𝑡= 𝐷𝑒𝑓𝑓 .𝑓. ▽2 .𝑋 (2.10)

Heldman e Hartel (1997) apresentam uma dependência funcional da difusividadeefetiva com a temperatura, expressa por uma equação do tipo Arhenius. Esta relaçãoé expressa pela equação da difusividade efetiva de umidade, apresentada a seguir, naequação 2.11:

𝐷𝑒𝑓𝑓 = 𝐷0.𝑒𝑥𝑝−𝐸𝑎

𝑅𝐺𝑇(2.11)

Onde:

∙ 𝐷0 é constante;

∙ 𝐸𝑎 é a energia de ativação (cal.gmol−1);

∙ T é a temperatura do ar (K);

∙ 𝑅𝐺 é a constante universal dos gases (cal.gmol−1.K−1).

2.9 Taxa de secagemA taxa de secagem é função da diminuição da umidade em função do tempo. O

processo de secagem é demonstrado com curvas típicas de secagem que são resultadosda evolução da transferência de calor e massa no material quando colocado em contatocom ar quente. Na figura 10, pode-se observar, para um experimento que considera aspropriedades do ar constantes, as seguintes curvas:

∙ Curva de evolução do conteúdo de umidade no material (X) ;

∙ Curva de temperatura (T);

∙ Curva da velocidade de secagem ou taxa de secagem (dX/dT).

2.9.1 Fatores que influenciam a taxa de secagem

Diversos fatores influenciam a taxa de secagem, porém destacam-se as condições deprocesso e as características específicas do alimento que será seco (HELDMAN; HARTEL,1997).


Figura 10 – Curvas teóricas de secagem.

Fonte: PARK, YADO e BROD (2001)

2.9.1.1 Condições de processo

As condições de processo que influenciam a taxa de secagem são:

∙ Temperatura

Durante a secagem a temperatura aumenta a transferência de calor e o gradientede umidade, facilitando a secagem. É importante ressaltar que o aumento da tem-peratura deve ser controlado, pois o uso de altas temperaturas pode causar altera-ções físicas e químicas indesejadas, danificando o alimento (HELDMAN; HARTEL,1997).

∙ Umidade Relativa

Sendo o gradiente de umidade o parâmetro responsável pela transferência de massana superfície do produto, a umidade relativa é um parâmetro muito importante eque deve ser controlado (GEANKOPLIS, 1993).

∙ Velocidade do ar de secagem

A velocidade do ar de secagem altera a taxa de secagem, pois o aumento destaaumenta a taxa de transferência de massa por convecção, favorecendo a secagem


(GEANKOPLIS, 1993).

2.9.1.2 Natureza do grão

A velocidade de secagem depende também das características de secagem do grãoindividualmente. Os fatores que influenciam a taxa de secagem relacionados as caracte-rísticas individuais do grão são:

∙ Área superficial

Em geral, para os grãos pequenos a velocidade de secagem é maior que para osgrãos de grandes dimensões, como demonstrado na figura 11, onde os grãos demilho, maiores que os de trigo, secam mais lentamente (PARK et al., 2007b).

Figura 11 – Velocidade relativa de secagem para milho e trigo.


∙ Orientação do constituinte

De acordo com Geankoplis (1993), a orientação dos constituintes do produto afetaa movimentação de umidade do interior para a superfície, alterando assim a taxade secagem.

∙ Estrutura celular

Na maioria dos alimentos, a umidade encontra-se no interior de suas células. Emvista disso, Heldman e Hartel (1997) consideram a estrutura celular do alimento umfator que influencia a taxa de secagem.

∙ Concentração dos solutos

O tipo e concentração dos solutos no interior do alimento podem dificultar a mo-vimentação da umidade durante a secagem. Por isso este é também um fator queafeta a taxa de secagem (GEANKOPLIS, 1993).


2.10 Sistemas de secagemDevido à inexistência de uma tabela oficial que descrevesse todos os sistemas de

secagem, (PARK et al., 2007b) propuseram a tabela 2.10:

Tabela 1 – Sistemas de secagem.

Fonte: Park et al. (2007b)

2.10.1 Secagem natural

A secagem natural consiste em expor a matéria-prima por longos períodos à ra-diação solar e sob condições climáticas de temperaturas relativamente altas, ventos comintensidade moderada e baixas umidades relativas (CORNEJO, 2003).

Este método é amplamente utilizado em regiões tropicais subdesenvolvidas e/ouem desenvolvimento, devido as condições climáticas permitirem sua utilização, seu baixocusto e o desconhecimento de outras técnicas mais eficientes. Embora alcance um teorde umidade adequado para o armazenamento, este é um método muito lento e, quandoutilizado, favorece a ocorrência de perdas de produto devido a contaminações de insetose microrganismos no produto (CORNEJO, 2003).

2.10.2 Secagem artificial

A secagem artificial é um processo de remoção de umidade, que implica no usode equipamentos e condicionamento do ar de secagem pelo controle da temperatura,


umidade relativa e velocidade do ar de secagem. Na secagem artificial, as condições doar de secagem, não dependem das condições climáticas, o que favorece a obtenção de umproduto de qualidade superior, e um menor tempo de processamento (CORNEJO, 2003).

Para uma secagem adequada de cada tipo de produto, devido a grande variedadede opções, é necessário uma análise detalhada antes de selecionar o equipamento que seráutilizado (CORNEJO, 2003).

2.11 Métodos de secagemExiste uma grande quantidade de métodos existentes para realizar o fornecimento

de calor para o material. A seguir, tem-se a descrição de três dos mais importantes (figura12), de acordo com os dados fornecidos por (STRUMILLO, 1986; KEEY, 1978).

Figura 12 – Potenciais mecanismos de transferência de calor durante a secagem.

Fonte: Adaptado de Heldman e Hartel (1997)

2.11.1 Secagem por condução

Na secagem por condução o calor é fornecido ao material úmido por contato desuperfícies aquecidas, que suportam ou confinam o material, como mostrado na figura 13.

Figura 13 – Secagem por condução.

Fonte:(PARK et al., 2007a)


2.11.2 Secagem por convecção

Neste método, o calor sensível é transferido para o material por convecção. O arpré aquecido, utilizado como agente de secagem, passa sobre ou através do sólido e produza evaporação de umidade para fora do aparelho de secagem. A secagem por convecçãotem como condições de secagem os parâmetros temperatura e umidade do ar aquecido.Talprocesso é visto na figura 14.

Figura 14 – Secagem por convecção.

Fonte:(PARK et al., 2007a)

2.11.3 Radiação

Na secagem por radiação, figura 15, o transporte de umidade e a difusão de va-por do sólido seguem as mesmas leis que a secagem por condução e convecção. Porém,para utilização desse método faz-se necessário a escolha de aparelhos que sejam fonteeletromagnética.

Figura 15 – Secagem por radiação.

Fonte:Park et al. (2007a).


2.12 Equipamentos de secagemO secador de grãos é um equipamento destinado à secagem de produtos que uti-

liza como fluido de secagem ar aquecido ou ar à temperatura ambiente. Devido à grandevariedade de tipos de produtos que devem ser secos por diferentes métodos, existe tam-bém uma variedade de projeto de secadores. Para atender essa demanda, atualmente nomercado são disponibilizados diversos tipos de secadores, cada um atendendo a diferentesnecessidades de processos e produtos (PARK et al., 2007a).

A aplicação dos princípios de secagem ao projeto de equipamentos adequados exigeum cuidadoso estudo minucioso das diversas variáveis envolvidas no processo. Dentreestas, cita-se:

∙ Difícil previsão da curva de velocidade de secagem;

∙ Variação das condições de secagem ao longo do secador;

∙ Diferença entre a área da transferência térmica e a área da transferência de massa;

∙ Configuração do escoamento do gás;

∙ Efeito das variáveis de operação e da escolha do equipamento relativamente às con-dições do produto seco.

Em vista disso, projetar um equipamento que atenda perfeitamente todos os re-quisitos desejados torna-se um resultado difícil de obter-se, pois muitos fenômenos físico-químicos podem ser complexos e de difícil previsão. Outro fator que deve ser levado emconta quanto deseja-se obter as condições desejadas para o produto é o fator econômicodos custos de processamento (ZEMPULSKI; ZEMPULSKI, 2007).

Tais razões justificam uma escolha de secador baseada em ensaios preliminares,nos quais o material é seco em condições que se assemelham às da produção, por meio desecadores na escala de planta piloto (ZEMPULSKI; ZEMPULSKI, 2007).

2.13 Tipos de secadorDiversos são os critérios para se classificar os secadores. A seguir, é apresentada

na tabela 2, a divisão de Strumillo (1986) que demonstra critérios para a classificação desecadores. Na tabela 3, tem-se a divisão feita por Keey (1978) que divide os secadoressegundo o meio de transporte.

Nonhebel e Moss (1971) também classificam os secadores segundo o método deoperação (como mostrado na figura 16) e segundo a forma física (como mostrado nafigura 17).


Tabela 2 – Critérios para a classificação de secadores.

Critério para a classificação Exemplo do tipo do secadorPressão no secador Atmosférica ou vácuoMétodo de operação Contínua ou em batelada

Método de suprir o calor Convecção, contato, infravermelho,dielétrico e sublimação

Tipo do agente de secagem Ar quente, vapor superaquecido,líquidos aquecidos e gases rejeitados

Direção do fluxo de calor e sólidos Co-corrente, contracorrente e fluxo cruzadoMétodo do fluxo do agente de secagem Livre ou forçado

Método do carregamento da umidadeCom agente externo de secagem,com gás inerte,com absorção química da umidade.

Forma do material úmidoLíquidos, granulares,pós, pastas,folhas, camadas finas, lama

Tipo do fluxo domaterial (condição hidrodinâmica) Regime estacionário, transiente ou disperso

Escala de operação De 10 kg/h até 100 ton/h

Construção do secadorBandejas, túnel, esteira,tambor rotatório,leito fluidizado e muitos outros

Fonte: Strumillo (1986), Apud Park et al. (2007a).

Tabela 3 – Métodos de transporte na secagem

Método Secador típico Material típico

Material estático Secador de bandeja Grande variedadede materiais

Material que cai por gravidade Secador rotatório Grânulos em queda livre

Material carregado em lâminas Secador de roscatransportadora Materiais úmidos, pastas

Material transportadoem carrinhos Secador túnel Grande variedade

de materiais

Material carregado sobre rolos Secadores decilindro aquecido Teias finas, folhas e placas

Material carregado em esteira Secador de esteira Grande variedade demateriais rígidos

Material vibrado em esteiras Secador de esteira vibratória Grânulos em queda livreMaterial suspenso no ar Secador de leito fluidizado Grânulos

Material atirado através do ar Spray Dryer Soluções, materiais viscosose pastas finas

Fonte: Keey (1978), Apud Park et al. (2007a).


Figura 16 – Classificação dos secadores segundo o método de operação.

Fonte:Nonhebel e Moss (1971), Apud Park et al. (2007a).

Em que:

1. Pastas, pré-moldados, dura, granulares, fibrosos e folhas;

2. Líquidos, lama, pastas e granulares;

3. Pastas, pré-moldado, dura, granulares, fibrosos e folhas;

4. Pré-moldado, granulares e fibrosos;

5. Pré-moldado, granulares e fibrosos;

6. Lama e pastas;

7. Líquidos, lama, pastas e folhas;

8. Dura, granulares e fibrosos;

9. Líquidos, lama e pastas;

10. Pastas, pré-moldado, dura, granulares e fibrosos;

11. Pastas, pré-moldado, dura, granulares e fibrosos;

12. Granulares e fibrosos;

13. Pastas, pré-moldado, dura e folhas;


14. Pastas, pré-moldado, dura, granulares, fibrosos e folhas;

15. Pré-moldado, granulares e fibrosos.

Figura 17 – Classificação dos secadores segundo a forma física.

Fonte: Nonhebel e Moss (1971), Apud Park et al. (2007a)

2.14 Classificação dos secadores de grãos de acordo com o fluxode ar e o fluxo do produto

Para a seleção de um secador de grãos adequado, adota-se como critério o fluxode ar e o fluxo do produto.

2.14.1 Secadores de camada estática (leito fixo)

Os secadores em camada estática ou de leito fixo são caracterizados por assemelharem-se a silos cilíndricos, podendo diferenciar-se na altura quando comparado a um silo cilín-drico convencional. O leito de secagem destes secadores possui fundo composto por chapasperfuradas que sustentam o produto à ser seco, por onde é insuflado o ar de secagem.

(MILMAN, 2002; GARCIA et al., 2004; PARK et al., 2007b)


Brooker et al. (1982), para o sistema de silo cheio, apontam como vantagens edesvantagens os seguintes itens apresentados na Tabela 4:

Tabela 4 – Vantagens e desvantagens do secador de leito fixo

Vantagens Desvantagens

Colheita pode ser feita a qualquer ritmo Impossibilidade do uso de grãoscom alto teor de umidade

Operação relativamente simples Período longo de operaçãoManuseio mínimo dos grãosAlta eficiência energéticaNão ocorrência de secagem excessivaBaixo índice de quebra de grãos com baixas temperaturas

Fonte: Adaptado de Brooker et al. (1982)

2.15 Secadores contínuosOs secadores de fluxo contínuo se subdividem em vários grupos, de acordo com o

modo de escoamento: secadores de fluxo concorrente, secadores de fluxo contracorrente,secadores de fluxo cruzado, secadores em cascata e secadores com promotores de mistura.

2.15.1 Secador de fluxo contracorrente

A secagem em fluxo contracorrentes é realizada em silos secadores em que grãos ear de secagem movimentam-se em sentido contrário Park et al. (2007b).

Segundo Nellist (1982), em um fluxo contracorrente operando em equilíbrio, osgrãos deixariam o secador à mesma temperatura do ar de entrada, tal fato limita suaaplicação já que os grãos são sensíveis a altas temperaturas. As vantagens e desvantagenssão apresentadas na tabela 5, a seguir:

Tabela 5 – Vantagens e desvantagens do secador de fluxos contracorrente

Vantagens Desvantagens

Alta eficiência energética Alto custo de manutençãose utilizado com um sistema silo-secador

Menor tempo de exposiçãoao ar de secagem

Fonte:Adaptado deBrooker et al. (1982)


2.15.2 Secador de fluxo concorrente

No secador de fluxos concorrentes, ao contrário do anterior, ar e produto fluem nomesmo sentido dentro do secador (PARK et al., 2007b).

Segundo Walker e Bakker-Arkema (1981), os secadores de fluxo concorrente pa-recem ter as melhores condições para realizar a secagem com altas temperaturas, semcausar danos aos grãos.

As vantagens e desvantagens deste modelo de secador são apresentadas na tabela6a seguir:

Tabela 6 – Vantagens e desvantagens do secador de fluxos concorrentes

Vantagens DesvantagensAlta eficiência energética Alto custo de construçãoBaixo custo de instalaçãoe manutenção Maior risco de incêndio

Maior capacidade de secagemMelhor qualidade do produto final

Fonte: Adaptado de Park et al. (2007b)

2.15.3 Secador em cascata ou de fluxos mistos

Esta configuração de secador apresenta uma série de calhas invertidas em formatode V, dispostas em linhas alternada paralela ou transversalmente, no interior da estruturado secador. Neste aparelho, o produto à ser seco movimenta-se para baixo e entre as calhaspela ação da gravidade (PARK et al., 2007b).

Muito popular no Brasil, este modelo de secador, se bem projetado, utiliza fluxosde ar menores que os empregados em secadores contínuos de fluxos cruzados. As vantagense desvantagens deste modelo de secador são apresentadas na tabela 7, a seguir:

Tabela 7 – Vantagens e desvantagens do secador de fluxos mistos

Vantagens DesvantagensAlta eficiência energética Alto custo inicialAlta capacidade Alto risco de causar poluição ambiental

Fonte: Adaptado de Park et al. (2007b)

2.15.4 Secadores com promotores de mistura

Secadores que trabalham com um trocador de calor munido de promotores estaci-onários anulares de turbulência são secadores que aumentam a taxa de transferência de


calor para o escoamento laminar do fluido de secagem newtonianos ou não newtonianos(PARK, 1979).

2.16 Sistema de secagem para grãosWeber (1995) apresenta a tabela 8, a seguir, com os sistemas de secagem existentes.

Tabela 8 – Sistemas de secagem existentes

Classificação Sistema de secagemQuanto ao tipo de fabricação Móveis ou fixos (silos secadores, de torre)Quanto ao sistema de carga Intermitente ou contínuosQuanto à ventilação Insuflação de ar ou aspiração de arQuanto ao fluxo de ar Concorrente, contracorrente, cruzado ou misto

Quanto à torre de secagem Calhas paralelas, calhas cruzadas,de colunas e comcâmara descanso

Quanto ao sistema de descargaDescarga de bandeja mecânica,descarga pneumática,descarga deeclusas rotativas

Quanto ao combustível Líquido, sólido ou gasosoAr da fornalha Direto e indireto

Grau de automatização Secagem com controle manuale secagem automatizada

Fonte: Weber (1995)

Baseado nesse quadro, Park et al. (2007a) conclui que somente três tipos de siste-mas de secagem são convenientes para a secagem de grãos, variando a forma construtivae de dispositivos utilizados em seu interior. Estes são descritos a seguir:

2.16.1 Silos de secagem

Este sistema, que pode ser encontrado também como secador móvel, seca por cargapequenos volumes de grãos. Silos secadores ainda são muito utilizado por cooperativasestaduais para secagem de sementes e tem como característica uma adaptação que facilitaseu deslocamento (PARK et al., 2007a).

2.16.2 Secador móvel

Este secador tem por característica sua construção sobre rodas. Podendo ter comocombustível liquido ou gás, torna-se versátil. Tendo um controle da descarga, esse aparelhopermite a secagem dos grãos até o grau de umidade desejado (PARK et al., 2007a).


2.16.3 Secador de torre

Secadores de torre são secadores verticais, estáticos, que operam de forma inter-mitente ou contínua, com os grãos em movimento. Atualmente, são os mais utilizadocomercialmente, tanto pela faixa de capacidade em que opera, quanto pelas suas caracte-rísticas técnicas (PARK et al., 2007a).

2.17 A cultura do sorgoA moderna planta de sorgo (Sorghum bicolor L. Moench), apresentada na figura

18, é um produto da intervenção do homem, que domesticou a espécie e, ao longo degerações, vem transformando-a para satisfazer as necessidades humanas. Sorgo é umaextraordinária fábrica de energia, de enorme utilidade em regiões muito quentes e muitosecas, onde o homem não consegue boas produtividades de grãos (EMBRAPA, 2007).

Figura 18 – Planta de Sorgo.

Fonte: Nutripasto

O sorgo é cultivado para a produção de grãos (sorgo granífero) e forragens na formade pastejo direto, corte verde (sorgo forrageiro) e conservado na forma de feno e silagem.O grão (figura 19) pode ser substituto do milho na alimentação de animais ruminantese não ruminantes. Em muitos países da África e da Ásia os grãos de sorgo constituemo alimento básico de suas populações, sendo usado em diferentes formas. Nos EstadosUnidos, os grãos de sorgo são usados essencialmente para fabricação de rações. No Brasilo sorgo destina-se principalmente à alimentação animal (POMPEU, 2003).

Figura 19 – Grão de Sorgo.

Fonte: Organicauthority

A tabela 9 apresenta um Rank dos dez maiores produtores e consumidores de sorgono mundo, bem como os valores de produção e consumo para o Brasil e para o mundo.


Tabela 9 – Produção Mundial de Sorgo. Rank dos dez maiores países produtores e con-sumidores de sorgo no mundo

Produção de Sorgo (2006) Consumo de Sorgo (2005)Países Quantidade (ton) Países Quantidade (1000 ton)Nigéria 9.866.000 Índia 6370,18Índia 7.240.000 Nigéria 5739,88

Estados Unidosda América 7.050.000 Sudão 2857,7

México 5.486.884 Etiópia 1769,5Sudão 5.203.000 Burkina Faso 1238,96China 2.489.500 China 858,96

Argentina 2.327.865 República Unidada Tanzania 629,22

Etiópia 2.313.041 Camarões 572,98Burkina Faso 1553830 Niger 444,67

Brasil 1.556.016 Chade 391,92Outros 12.812.364 Outros 34486Mundo 57.898.500 Mundo 55359,97

Fonte: FAO, 2007

Na figura 20, a seguir, observa-se uma mudança, nos últimos anos, na ordem dosmaiores produtores de sorgo do mundo.

Figura 20 – Produção de sorgo nos maiores produtores mundiais entre 2013 e 2017.

Fonte: USDA, 2016

Como mostrado na figura 21, o Brasil possui extensas regiões ecológicas aptasao cultivo do sorgo nas regiões Nordeste, Centro-Oeste, Sudeste e Sul. Face à amplaadaptabilidade desta cultura e às suas características, como grande amplitude de épocasde plantio, resistência à seca, possibilidade de mecanização das operações de plantio e


colheita, e aproveitamento da palhada na alimentação animal, através de pastejo direto,pode-se considerar que o sorgo é a cultura que possui uma das maiores condições favoráveisà sua expansão em diversas regiões do País (VIANA; BORGONOVI; FREIRE, 1986).

Figura 21 – Estados Produtores de Sorgo no ano de 2001.

Fonte: Guilherme Mezzena / Grupo Pró sorgo

Na figura 22, está representada a distribuição da produção de sorgo granífero noBrasil na safra 2005/06. Observa-se que o estado de Goiás tem a maior participação naprodução, sendo seguido por São Paulo, por Mato Grosso e Minas Gerais no rank dosmaiores produtores desta safra, embora no rank de produção a disputa pela segundaposição acontece entre os estados de São Paulo e Mato Grosso. Na realidade, os estadosde Goiás, Mato Grosso, São Paulo e Minas Gerais tem sido responsáveis por mais de 80%da área plantada com sorgo e mais de 70% da produção nacional (EMBRAPA, 2007).

Figura 22 – Distribuição de Área Plantada com Sorgo no Brasil – Média das Safras 2004à 2006.

Fonte: IBGE, 2007

Dos quatro tipos de sorgo - granífero, forrageiro, vassoura, sacarino – o -granífero éo que ocupa a maior área cultivada. No Brasil, o sorgo granífero é considerado um produto


de demanda intermediária, uma vez que constitui basicamente um ingrediente para raçõesutilizadas na alimentação de aves, suinos e bovinos. Por outro lado, grande parte do sorgoproduzido na África e lia Ásia é destinado à alimentação humana, constituindo a base dadieta alimentar de milhões de pessoas (VIANA; BORGONOVI; FREIRE, 1986).

2.18 História do sorgoA origem do sorgo está provavelmente na África, porém algumas evidências indi-

cam que é possível ter havido duas regiões de dispersão independentes: África e Índia. Adomesticação desse grão, segundo registros arqueológicos, deve ter acontecido por voltade 3000 AC, ao tempo em que a prática da domesticação e cultivo de outros cereais eraintroduzida no Egito Antigo à partir da Etiópia (EMBRAPA, 2007).

Nos Estados Unidos, a primeira lavoura de sorgo plantada de que se tem notí-cia, data de 1853, por William R. Prince de Nova Iorque. Em 1857, o Departamento deAgricultura lançou o que pode ter sido o primeiro cultivo comercial de sorgo do mundo,fruto, já, da manipulação genética promovida pelo homem. À partir daí numerosos mate-riais genéticos foram introduzidos nos EUA pelo Departamento de Agricultura e outrasagências, provenientes de diversas partes do mundo (EMBRAPA, 2007).

Na primeira década do século XX, sorgo foi extensivamente cultivado nos EUApara produção de xarope ou melaço. As plantações eram de porte muito alto e tardias,semelhantes fenotipicamente com os atuais sorgos forrageiros para silagem. O grandeporte dessas plantas impedia sua utilização como plantas graníferas porque a colheita,mesmo que fosse por processo manual, era muito difícil. Outro problema era que, devidoao ciclo extremamente longo, o cultivo às regiões no sul do país mais próximas da linhado equador era limitado. Em decorrência disso, os primeiros colonizadores das grandesPlanícies do Oeste Americano, selecionaram plantas dos tipos Milo e Kafir mais adaptadasà agricultura que se modernizava e também mais tolerantes ao clima seco da região queo milho (EMBRAPA, 2007).

Com o advento da mecanização, na segunda década do século XX, novas seleçõesforam sendo feitas a partir dos materiais originais, aumentando o valor agregado das pro-duções. Outra mudança observada foi o porte cada vez mais baixo das plantas. A partir dadécada de 40, com o surgimento dos chamados "combine types"ou sorgos graníferos, comoé conhecido atualmente, teve um significativo incremento no oeste dos EUA (EMBRAPA,2007).

Por volta do início dos anos 60, graças aos trabalhos de um grupo de cientistascomo J.R.Quinby e J.C. Stephens, o sorgo híbrido tornou-se um popularizou-se nos EUAe a nova tecnologia permitiu que ele se tornasse uma cultura muito popular também emdiversos países como: Argentina; México; Austrália; China; Colómbia; Venezuela; Nigéria;


Sudão;Etiópia (EMBRAPA, 2007).

Ainda que seja uma cultura muito antiga, seu desenvolvimento se deu, em váriasregiões do mundo, somente no final do século XIX. No Brasil, sua expansão se iniciouna década de 70, principalmente no Rio Grande do Sul, em São Paulo, na Bahia e noParaná. No Estado de Minas Gerais a cultura vem crescendo de forma acentuada nosúltimos anos, especialmente nas regiões do Triângulo Mineiro, Alto Paranaíba e NoroesteMineiro, como alternativa de plantio de safrinha ou segunda safra. Na região Norte deMinas, principalmente em função das baixas precipitações pluviométricas, o sorgo é umaopção de cultivo, devido à sua grande resistência a períodos de estiagem, e tem sido muitoutilizado na produção de silagem (EMATER-MG, 2012).

A figura 23, demonstra a progressão temporal dessa expansão de plantações desorgo granífero, no Brasil.

Figura 23 – Série histórica de área plantada com sorgo granífero no Brasil.

Fonte: CONAB, 2014

2.19 Interesse comercialO sorgo é o quinto cereal mais produzido no mundo, ficando atrás do milho (Zea

mays L., trigo (Triticum aestivum L.), arroz (Oryza sativa L.) e cevada (Secale cerealeL.). Aproximadamente 90% da área cultivada encontra-se nos países em desenvolvimentoda Ásia e África (FAOSTAT, 2011).

O grão de sorgo é alimento básico da população de vários países da África e Ásia,porém no Brasil seu uso é mais restrito, mesmo na alimentação animal. O grão é fonteenergética essencial e substitui o milho em muitos países de clima tropical. O sorgo éreconhecido pela capacidade de sobreviver ainda que com limitada disponibilidade de


água. Assim, regiões com precipitações pluviométricas médias anuais acima de 450 mmjá podem ser consideradas aptas a exploração. (PITOMBEIRA, 2001).

O Brasil ocupa o décimo lugar em produção a nível mundial com 857.000 t degrãos. Dados do IBGE (2001) mostram os estados de Goiás, Mato Grosso do Sul, MatoGrosso e Rio Grande do Sul como os principais produtores. (FAOSTAT, 2011).

2.20 Secagem e tolerância a dessecaçãoSementes podem ser classificadas em dois grupos distintos com relação ao com-

portamento no armazenamento. No primeiro estão as ortodoxas, que se mantém viáveisapós dessecação até um grau de umidade em torno de 5% e podem ser armazenadas sobbaixas temperaturas por um longo período. No segundo grupo têm-se as recalcitrantes,ou sementes sensíveis à dessecação, que não sobrevivem com baixos níveis de umidade, oque impede o seu armazenamento por longo prazo (ROBERTS, 1973).

Sementes ortodoxas, como o sorgo e o milho, passam por uma redução natural doteor de água em seu processo de desenvolvimento possibilitando assim sua conservação earmazenamento em várias condições ambientais. Tal dessecação é de suma importânciapara a germinação e síntese de enzimas essenciais a germinação, por isso essa redução deteor de humidade deve ocorrer seja de forma natural ou, caso necessário, artificialmente(BEWLEY, 1979; KERMODE; BEWLEY, 1989).

De acordo com Kermode (1997), a síntese de determinadas proteínas na fase finalde maturação do grão de sorgo, conhecida como LEA (late embriogenesis abundant) é umadas diversas mudanças bioquímicas que ocorrem nas células das sementes. A detecção eo acúmulo dessas proteínas, nas fases finais de desenvolvimento das sementes tem relaçãodireta com a aquisição de tolerância a dessecação, em várias espécies.

Essas proteínas são de fundamental importância para sementes ortodoxas, por pos-suírem papel importante na proteção de estruturas citoplasmáticas das sementes durantea desidratação. Ao fim da maturação, o acúmulo de açucares como a sacarose, estaqui-ose e rafinone que também auxiliam no processo de proteção contra efeitos negativos dadesidratação são favorecidos pela secagem (FILHO, 2005).

Freitas (2004) verificou alterações no perfil das proteínas resistentes ao calor emsementes de milho, para diferentes estados de maturação. Para sementes que não foramsubmetidas a secagem foi observado menor intensidade do aparecimento de bandas, jápara as sementes expostas a secagem este nível de aparecimento de bandas foi maior.Outra conclusão obtida por esse autor foi o fato da secagem induzir o aparecimento debandas dessa proteína para sementes de milho com alto teor de água.

Visto que uma secagem incorreta pode causar danos a membrana da semente,


reduzindo seu potencial de armazenabilidade, além de uma possível indução de dormênciaem sementes de sorgo, verifica-se a necessidade de um alto controle do processo de secagemartificial (SILVA, 2014).

2.21 Dormência em sementesQuando todos os fatores ambientais são favoráveis a germinação e, ainda assim, as

sementes não germinam, essas são consideradas dormentes (SILVA, 2014).

A dormência é uma característica determinada por fatores genéticos, mas suaindução advém da influência do ambiente durante a maturação. De acordo com a espécieavaliada e dependendo do mecanismo endógeno , é possível que um mesmo fator doambiente apresente efeitos variáveis (FILHO, 2005).

Segundo Oliveira et al. (2011b), para minimizar-se os danos durante o armazena-mento e garantir o alto padrão de qualidade dos lotes de semente, a secagem deve sercontrolada. Em sementes de sorgo (Sorghum Vulgare), a dormência secundária pode serinduzida, secando-as à temperatura de 46 ∘C – 48 ∘C e reduzindo sua umidade para cercade 7%, devido a alterações físicas ocorridas no tegumento da semente, provocadas pelasecagem excessiva, de modo a restringir as trocas gasosas durante a embebição (NUTILE;WOODSTOCK, 1967).

46

3 MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 MateriaisA biomassa escolhida como material a ser seco é o Sorgo granífero. Considerando

que essa biomassa é fortemente produzida na região centro-oeste, o estudo e aprimora-mento dos métodos de secagem desse grão contribuem para o desenvolvimento da produ-ção local.

3.2 Métodos

3.2.1 Método de secagem selecionado

O método de secagem selecionado para o desenvolvimento desse protótipo foi asecagem convectiva. Justifica-se essa escolha pelo fato de que o modelo de secador do tiporotativo é construído para trabalhar com ar secagem aspirado em uma das extremidadesdo tambor, ou seja, com o método de secagem convectivo.

3.2.2 Equipamento selecionado

A seleção do tipo de secador é uma das fases mais difíceis e pobremente abordadasna tecnologia de secagem, devido a dificuldade na sua definição quantitativa e na grandevariedade de modelos disponíveis. Entende-se que para cada produto existem diversossecadores que podem ser escolhidos, por isso é necessário selecionar , em um tamanhoe custo adequados, alcance a quantidade de umidade necessária, num tempo aceitável,mantendo um produto de qualidade e respeitando a segurança e os fatores ambientais(HONORATO, 2006), Apud (KEMP; BAHU, 1995).

McNeill e Montross (2003) afirmam que na secagem de grãos de sorgo, os sistemasde secagem de milho podem ser utilizados, porém é necessário maiores tempos de exposiçãoquando comparados aos utilizados para o milho, visto que sementes menores oferecemmaior resistência ao fluxo de ar, o que resulta em menores taxas de fluxo de ar para ummesmo volume de grãos.

Costa et al. (2006) desenvolveu uma série de experimentos com secadores rotativosem grãos de milho obtendo uma boa secagem e provando a possibilidade de utilização dessetipo de aparelho de secagem para o milho e, teoricamente, para o sorgo.

De acordo com Coelho et al. (2002), no Brasil, o sorgo costuma ser plantado comosegunda safra após o cultivo da soja, portanto a capacidade de secar ambos os produtos foi

Capítulo 3. MATERIAIS E MÉTODOS 47

tomada como critério de seleção. Os secadores rotativos com distribuição radial do fluxo dear existentes no mercado foram projetados para a secagem do café. Porém, comerciantesde secadores rotativos como a empresa APPO (2016), garantem a utilização para outrosgrãos como a soja e o milho.

Vista a falta de material bibliográfico que ateste a eficiência da secagem de grãosde sorgo com secadores rotativos, escolheu-se esse modelo como objeto de estudo a serdesenvolvido e otimizado.

3.2.2.1 Secador rotativo

O secador rotativo ( figura 24 ) é constituído por um cilindro horizontal ou ligei-ramente inclinado que gira em torno de seu eixo longitudinal com velocidade angular de2 rpm. O produto úmido é carregado pela parte mais elevada do secador, através de umtransportador, e descarregado na parte mais baixa pela ação da gravidade. O fluxo de arde secagem é injetado numa câmara situada no centro do cilindro e atravessa radialmentea massa do produto (SILVA, 1995).

As vantagens e desvantagens deste modelo de secador são apresentadas na tabela10, a seguir:

Tabela 10 – Vantagens e desvantagens do secador de fluxos concorrentes

Vantagens DesvantagensFunciona como máguina pré-limpeza Baixa eficiência,energéticaSecagem uniforme Alta incidência de danos mecânicos

Alto custo de investimentoFonte: Adaptada de Silva (1995)

É importante destacar que é interessante operar este modelo de secador em fluxocontra-corrente, pois com o fluxo dos gases quentes contrário à direção de avanço dosmateriais que devem ser secos, obtém-se um aumento do rendimento térmico do processo(SCHIANCHI, 2016).

3.2.3 Variáveis do processo

Dentre as diversas variáveis de processo que influenciam a secagem, foram elen-cadas 3 que serão estudadas e controladas neste trabalho. Tais variáveis são listadas aseguir:

∙ Umidade relativa do ar;

∙ Temperatura;

∙ Tempo.

Capítulo 3. MATERIAIS E MÉTODOS 48

Figura 24 – Diagrama do sistema rotativo de secagem direta.

Fonte: Lippel (2016)

Justifica-se essa escolha vista a necessidade de um intervalo de temperatura eumidade relativas otimizados, de forma a evitar a deterioração do produto final.

3.2.4 Desenho e montagem de secador

A partir das variáveis do processo da secagem selecionadas, assim como das infor-mações técnicas-cientificas dos grãos de sorgo, das interações com o material, dos fenôme-nos de transferência e das condições de operação a selecionar, será desenhado e montadoo protótipo de secador rotatório.

3.2.5 Correlações e ajustes matemáticos

De acordo com os resultados obtidos das simulações teóricas e dos experimentosa realizar no secador rotatório a montar, serão desenvolvidas correlações matemáticas doprocesso de secagem, bem como seus balanços globais de massa e calor.

49

4 CONCLUSÃO

Este trabalho apresentou uma revisão bibliográfica que abordou pontos importan-tes sobre teoria de secagem, equipamentos de secagem existentes e sobre o grão de sorgo.Esta análise permitiu definir os parâmetros necessários para o desenvolvimento do secadorrotativo para grãos de sorgo, visando contribuir com o banco de dados técnico-científiconacional a cerca do processo de secagem deste grão.

Destacam-se como conclusões a escolha do grão de sorgo como biomassa a ser seca,a definição do secador de convecção tipo rotativo com fluxo contracorrente e a seleção dasvariáveis do processo, tais como umidade relativa, temperatura e tempo.

Finalmente, a escolha do secador de tipo rotativo justifica-se pela falta de materialbibliográfico que ateste a eficiência desse tipo de secador na secagem de grãos de sorgo,apesar de já existirem estudos que atestem sua eficiência como secador de outros grãoscomo café e milho.

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