secagem de café: bases e novas tecnologias
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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: [email protected]
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.
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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
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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
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AJUSTES DE TEMPERATURA, UMIDADE RELATIVA E
UMIDADE DE EQUILÍBRIO
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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.
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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.