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UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
ROGÉRIO BAILLY
DESENVOLVIMENTO DE UM PROTÓTIPO DE SECADOR INFRAVERMELHO E
DE UMA FERRAMENTA COMPUTACIONAL PARA AUXILIAR AS EMPRESAS
DE BENEFICIAMENTO DE GRÃOS NA OBTENÇÃO DE CURVAS DE SECAGEM
São Paulo
2014
ii
ROGÉRIO BAILLY
DESENVOLVIMENTO DE UM PROTÓTIPO DE SECADOR INFRAVERMELHO E
DE UMA FERRAMENTA COMPUTACIONAL PARA AUXILIAR AS EMPRESAS
DE BENEFICIAMENTO DE GRÃOS NA OBTENÇÃO DE CURVAS DE SECAGEM
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Engenharia de Produção da
Universidade Nove de Julho, como requisito
parcial para a obtenção do título de Mestre em
Engenharia de Produção.
Orientador: José Carlos Curvelo Santana
São Paulo
2014
iii
ROGÉRIO BAILLY
DESENVOLVIMENTO DE UM PROTÓTIPO DE SECADOR INFRAVERMELHO E
DE UMA FERRAMENTA COMPUTACIONAL PARA AUXILIAR ÀS EMPRESAS
DE BENEFICIAMENTO DE GRÃOS NA OBTENÇÃO DE CURVAS DE SECAGEM
Dissertação apresentada à Universidade Nove
de Julho, para a obtenção do título de Mestre
em Engenharia de Produção, pela Banca
Examinadora formada por:
São Paulo, 13 de fevereiro de 2014
_________________________________________________________________
Presidente: Prof. Dr. José Carlos Curvelo Santana (PPGEP – UNINOVE)
_________________________________________________________________
Membro: Prof. Dr. Felipe Araújo Calarge (PPGEP- UNINOVE)
_________________________________________________________________
Membro: Prof. Dr. João Alexandre Paschoalin Filho (GEAS-UNINOVE)
iv
Dedico este trabalho aos meus pais Luiz
Edmundo Bailly e Marlene Lopes Bailly que
sempre me apoiaram em todas as decisões da
minha vida. E aos meus filhos Bruno G. Bailly
e Thiago G. Bailly que me ajudaram e me
apoiaram nesta batalha tão difícil. Pai, sei que
você esta torcendo por mim.
v
AGRADECIMENTOS
A Deus por sempre ter me amparado nos momentos difíceis.
Ao meu orientador Profº Dr. José Carlos Curvelo Santana pela paciência, dedicação em todos
os momentos, pela sua confiança em mim que por diversas vezes me ajudou, sem saber, como
um amigo.
Ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção da Universidade Nove de Julho
pela possibilidade de realização desse trabalho.
Aos Professores Prof. Dr. Rafael A. Mesquita, Prof. Dr. Fabio Henrique Pereira e Prof. Dr.
Wagner Lucato pela ajuda, incentivo, paciência e dedicação.
Ao amigo de sempre, Silvério.
A minha irmã e sobrinhas que sabem como foi difícil esta trajetória.
A todos, meus sinceros agradecimentos.
vi
RESUMO
A inovação tecnológica é um dos meios de tornar as empresas mais competitivas, pois
melhorias no processo, na planta, no design dos produtos e processos podem reduzir os custos
e/ou tornar os produtos mais atrativos para o consumidor. Atualmente, verificam-se avanços
no desenvolvimento de novas técnicas de secagem, como as que usam a energia solar, o
ultrassom, as microondas e as ondas infravermelhas. As indústrias de beneficiamento de grãos
utilizam os secadores convectivos, que usam o ar aquecido por meio da queima de algum
combustível, na retirada de umidade das sementes. Neste sentido, foi desenvolvido um
protótipo de secador usando ondas infravermelhas, descrito passo a passo, bem como os
custos da sua montagem e a aplicação na secagem de sementes de milho maltado. As
secagens ocorreram entre 41 e 69°C. Um programa em Java para simular a secagem de grãos,
no qual estão inseridos os modelos de secagem de Brooker, Lewis, Thompson e Wang &
Singh é outra inovação desenvolvida neste trabalho. Os resultados mostraram que o custo
total para a produção do secador foi de R$ 442,24 por unidade, sendo de 3 a 36 vezes mais
barato e 2,5 vezes mais rápido na retirada de umidade do que os secadores comuns
(convectivo), comercializados no Brasil. O simulador mostrou-se apto a ser utilizado na
obtenção das curvas de secagem de qualquer grão, sendo que para os dados testados, o
modelo de Thompson et al. (1968) foi o que mais se ajustou. Assim, acredita-se que este
estudo pode contribuir com as empresas de beneficiamento de grão, por meio da geração de
dois produtos inovadores que podem auxiliá-las no processo de secagem de suas sementes.
Palavras-chave: inovação tecnológica, secagem, simulação, beneficiadoras de grãos, custo da
produção, modelos de secagem.
vii
ABSTRACT
Technological innovation is a means of making businesses more competitive, because
improvements in process at the plant, the design of products and processes can reduce costs
and / or make products more attractive to consumers .Currently, there are advances in the
development of new drying techniques, such as using solar energy, ultrasound, microwaves
and infrared waves. The grain processing industries using convective dryers, which use air
heated by burning some fuel, the removal of seed moisture. Accordingly, we developed a
prototype dryer using infrared waves described step by step as well as the costs of installation
and application in the drying malt maize. The drying occurred between 41 and 69 ° C. A
program in Java to simulate drying grain, wherein the drying models Brooker, Lewis and
Thompson & Singh are inserted Wang 's another innovation developed in this work. The
results showed that the total cost to produce the dryer was R $ 442.24 per unit, being 3-36
times cheaper and 2.5 times faster in removing moisture than ordinary dryers (convective)
commercialized in Brazil . The simulator proved to be able to be used to obtain the drying
curves of any grain , and for the data tested , the model of Thompson et al. (1968) was the
most adjusted. Thus, it is believed that contributed to the grain processing businesses, the
generation of two innovative products that can assist them in their seeds drying process.
Keywords: technological innovation, drying, simulation, hulling grain, cost of production,
drying models.
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Histerese das isotermas de sorção ......................................................................... 18
Figura 2.2 - Retenção de umidade em função de conteúdo de umidade vs. atividade de
água..............................................................................................................................18
Figura 2.3 - Sistema de secagem de silos secadores................................................................. 19
Figura 2.4 - Equipamento de secagem em camada delgada. .................................................... 20
Figura 2.5 - Equipamento de secagem em camada espessa em leito fixo ............................... 21
Figura 2.6 - Equipamento de secagem em camada espessa em leito deslizante. ..................... 21
Figura 3.1 - Esquema do secador infravermelho ...................................................................... 39
Figura 4.1 - Fotos do secador de infravermelho. a) visão interna do secador desligado, b)
visão externa do secar, c) visão interna do secador, d) visão externa do secador. ................... 47
Figura 4.2 - Isotermas de secagem do malte de milho obtidas pelos processos de secagens
convectivos e infravermelhos. .................................................................................................. 53
Figura 4.3 - Repetição do experimento de secagem usando a técnica de infravermelho a 55°C.
.................................................................................................................................................. 54
Figura 4.4 - Tela de apresentação do simulador. ...................................................................... 55
Figura 4.5 - Tela de inclusão dos dados do produto que será analisado por meio do simulador.
.................................................................................................................................................. 56
Figura 4.6 - Tela de inclusão do experimento e da quantidade de amostras. ........................... 56
Figura 4.7 - Tela de inclusão das variáveis para os testes nos modelos do simulador. ............ 57
Figura 4.8 - Tela que apresenta o modelo ideal, e qual experimento, definido pelo algoritmo
implementado. .......................................................................................................................... 57
Figura 4.9 - Tela que apresenta o gráfico contendo todas as curvas de secagem, obtidas a
partir dos dados experimentais. ................................................................................................ 58
Figura 4.10 - Simulação dos dados experimentais a 41 °C, de acordo com o modelo que mais
se ajustou. ................................................................................................................................. 62
Figura 4.11 - Simulação dos dados experimentais a 45 °C, de acordo com o modelo que mais
se ajustou. ................................................................................................................................. 63
Figura 4.12 - Simulação dos dados experimentais a 55 °C, de acordo com o modelo que mais
se ajustou. ................................................................................................................................. 63
ix
Figura 4.13 - Simulação dos dados experimentais a 65 °C, de acordo com o modelo que mais
se ajustou. ................................................................................................................................. 64
Figura 4.14 - Simulação dos dados experimentais a 69 °C, de acordo com o modelo que mais
se ajustou. ................................................................................................................................. 64
x
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Principais equações de cinética de secagem......................................................... 26
Tabela 3.1 - Modelos empíricos e semi-empíricos para descrever as isotermas de
secagem...422
Tabela 4.1 - Resumos dos custos para a obtenção de um secador de luz infravermelha. ........ 50
Tabela 4.2 - Dados experimentais da secagem de malte de milho a 55°C. .............................. 52
Tabela 4.3 - Dados experimentais das curvas de secagem do malte de milho no secador
infravermelho.................................................................................................................59
Tabela 4.4 - Resultados obtidos para o ajuste dos modelos de secagem. ................................. 61
xi
NOMENCLATURA
A - Primeira constante de secagem (adimensional)
AE – Atividade da enzima ([SKB/mg proteína] / [SKB/mg proteína])
B - Segunda constante de secagem (adimensional)
Fcalc - Teste F calculado (adimensional)
Ftab - Teste F tabelado (adimensional)
K - Constante de secagem (h-1)
i – Variáveis ao longo do tempo
R - Coeficiente de correlação (adimensional)
R2 - Correlação múltipla (adimensional)
T - Temperatura de secagem (°C)
t - Tempo de secagem (h)
X Massa seca (g)
Xi - Massa seca variando com o tempo de secagem (g)
X0 Massa úmida (g)
Xexp - Massa seca adimensionalizada (adimensional)
x1 - Codificação da variável tempo (adimensional)
x2 - Codificação da variável temperatura (adimensional)
Mg - magnésio
Sr - estrôncio
Mn - manganês
F2 - ferro
Zn - zinco
Ag - prata
xii
DNA - aglomerado de moléculas que contém material genético
HPLC - cromatografia de alta precisão
ELISA - adsorvente imunológico ligado a uma enzima
LCD - tipo
HD - disco rígido
HDBSQL - banco de Dados
PNA - reagente único em diagnóstico molecular
PCP - planejamento e controle da produção
GB - gigabyte
MB - megabyte
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 15
1.1 OBJETIVOS ............................................................................................................................. 16
1.1.1 Objetivo Geral .......................................................................................................... 16
1.1.2 Objetivos específicos................................................................................................ 16
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................................... 17
2.1 O PROCESSO DE SECAGEM ............................................................................................. 17
2.2 APLICAÇÕES DO PROCESSO DE SECAGEM .............................................................. 22
2.3 SIMULAÇÃO DE PROCESSOS DE SECAGEM ............................................................. 24
2.4 INOVAÇÃO TECNOLÓGICA ............................................................................................. 27
2.5 USO DA INOVAÇÃO TECNOLÓGICA PARA AUMENTO DA
COMPETITIVIDADE EMPRESARIAL .................................................................................... 35
3. MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................................... 38
3.1 FONTES E BASES BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 38
3.2 MONTAGEM DO SECADOR INFRAVERMELHO ................................................... 38
3.3 METODOLOGIA PARA O LEVANTAMENTO DOS CUSTOS ................................ 39
3.4 GERMINAÇÃO DAS SEMENTES DE MILHO .......................................................... 40
3.5 METODOLOGIA DA OBTENÇÃO DOS DADOS DA CURVA DE SECAGEM ..... 41
3.6 MODELOS DE SECAGEM ........................................................................................... 42
3.7 MONTAGEM DO SIMULADOR ................................................................................. 42
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................................... 46
4.1 FUNCIONAMENTO DO SECADOR ........................................................................... 46
4.2 LEVANTAMENTO DOS CUSTOS .............................................................................. 47
4.3 TESTE DO PROTÓTIPO NA SECAGEM DO MALTE DE MILHO .......................... 51
4.4 FUNCIONAMENTO DO SIMULADOR ...................................................................... 54
4.5 TESTES DO SIMULADOR NA OBTENÇÃO DAS CURVAS DE SECAGEM......... 58
5. CONCLUSÃO ..................................................................................................................... 65
5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .......................................................... 66
6. REFERÊNCIAS ................................................................................................................. 67
ANEXOS .................................................................................................................................. 79
15
1. INTRODUÇÃO
A secagem é um método utilizado em vários países que tem por finalidade preservar a
atividade enzimática original de um produto, ou seja, seu objetivo é preservar a sua qualidade,
principalmente os produtos que são provenientes de indústrias alimentícias e farmacêuticas.
Vários trabalhos, em torno deste conceituado método, foram realizados, por tratar-se de um
procedimento exequível economicamente e por preservar as características originais do
constituinte.
Este método trata da retirada de substâncias voláteis (comumente, mas não
exclusivamente, a água) de um produto sólido, ou seja, é uma operação, pela qual a atividade
de água de um produto é diminuída por meio da evaporação (BIAZUS et al., 2005; OMID et
al., 2008; PHOUNGCHANDANG et al., 2008; SANTOS et al., 2008; SIMAL et al., 2005).
De acordo com Cai e Chen (2008) e Chin et al. (2008) em processos de secagem, é
necessário que o produto obtido tenha a umidade reduzida em seu interior, para que a
contaminação por microorganismo seja evitada, preservando o produto por um período de
tempo maior (tempo de prateleira).
Existem diversos tipos de secadores que podem ser classificados de acordo com sua
forma de agitação, como por exemplo: estáticos, rotativos, com circulação de ar,
vibrofluidizados, etc. (CHIN et al., 2008; OMID et al., 2008; PARK et al., 2006; REINATO e
BORÉM, 2006).
Atualmente, novas técnicas vêm sendo desenvolvidas com base na energia solar, no
ultrassom e na energia das microondas (CHAVAN et al., 2008; CUI et al., 2008;
FERNANDES e RODRIGUES, 2008; GANESAPILLAI et al., 2008, JESUS, 2002), embora
as mais comuns sejam a lenha e a gás (REINATO e BORÉM, 2006).
Para Park et al. (2006) a secagem pode ser aplicada em materiais granulados,
aglomerados, pastosos e pós, em aglomeração de leite em pó, secagem de fertilizantes, açúcar,
raspas de polímeros, sais inorgânicos, produtos farmacêuticos, fibras de asbestos, etc.
Dependendo da técnica usada o tempo para a completa secagem de produtos agrícolas
pode demorar desde algumas horas até alguns dias e para que se possa melhorar a eficiência
de uma destas técnicas pode-se gastar tempo e capital consideráveis. Desta forma, a
16
modelagem e simulação destas técnicas permitem a otimização dos processos em tempo hábil
e de maneira econômica (DALPASQUALE e SPERANDIO, 2010).
Os modelos mais comuns empregados na simulação dos processos de secagem são: o
de Brooker et al. (1974), o de Lewis (1921); o de Thompson et al.(1968); o de Wang & Singh.
(1978), o de Pfost et al. (1976), o de Page (1949) e o de Overhults (1973). Ademais, existem
outros modelos desenvolvidos nas últimas décadas (BARROZO et al., 1994; GUEDES e
FARIAS, 2000; JESUS, 2002).
Neste sentido, foi desenvolvido um protótipo de secador usando ondas infravermelhas.
Desta forma, o processo de montagem, bem como o seu custo e a aplicação na secagem do
malte de milho são descritos nesta pesquisa. Além disto, buscaram-se algumas equações de
simulação das curvas de secagem, e em função dos diversos modelos empíricos e semi-
empíricos, utilizados na pesquisa, foi desenvolvido um simulador para testar qual destes
modelos seria o mais ajustado, que será destacado pelo simulador como o ideal para simular
as curvas de secagem e assim ajudar na predição de dados reais a nível industrial, ajudando às
empresas de beneficiamento de grão a preverem a quantidade de umidade que determinada
massa de grão terá após um determinado tempo de secagem.
1.1. OBJETIVOS
A seguir apresentamos os objetivos gerais e específicos deste estudo.
1.1.1. Objetivo geral
O objetivo deste trabalho foi montar um protótipo de secador infravermelho e testar
alguns modelos de secagem usando um simulador para identificar qual dos modelos foi o que
mais se justou aos dados experimentais.
1.1.2. Objetivos específicos
Este trabalho tem como objetivos específicos os seguintes aspectos:
Montar um secador infravermelho para secagem de milho;
Obter os dados da secagem do malte de milho nas diversas temperaturas;
Montar o simulador com as equações dos modelos de secagem;
Testar os dados de secagem no simulador.
17
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 O PROCESSO DE SECAGEM
A secagem é um processo de remoção de uma substância volátil (comumente, mas não
exclusivamente, a água) de um produto sólido, ou seja, é a operação pela qual a atividade de
água de um determinado produto é diminuída, por meio de sua vaporização, e a água presente
no sólido é chamada de umidade. Assim, a secagem é um conjunto de ciência e tecnologia
que requer minuciosas observações experimentais de alguns fenômenos que ocorrem durante
o processo (JESUS, 2002).
De acordo com Resende et al. (2008) a secagem dos produtos agrícolas é o processo
mais utilizado para assegurar sua qualidade e estabilidade, considerando que a diminuição da
quantidade de água do material reduz a atividade biológica e as mudanças químicas e físicas
que ocorrem durante o armazenamento.
Para Brod (2003), o estudo da atividade de água em um alimento pode ser feito por
meio das isotermas de sorção, que podem ser descritas da seguinte forma: a água no alimento
é denominada água livre se a água comporta-se fisicamente como a água pura, com pressão de
vapor igual à da água pura. A água é referida como água ligada quando a sua atividade é
reduzida, a ponto de torná-la menos ativa, e quando não mantém as propriedades químicas e
físicas da água pura. Isto é, não pode congelar ou agir como solvente em reações.
Ainda segundo o autor, uma isoterma é uma curva que descreve a relação de equilíbrio
de uma quantidade de água sorvida por componentes do alimento e a pressão de vapor ou
umidade relativa a uma dada temperatura. Esta relação é complexa e depende da composição
química dos alimentos (gorduras, amidos, açúcares, proteínas, etc.)
Pela isoterma de sorção é possível identificar se será possível atingir uma umidade de
equilíbrio boa para a conservação do produto a uma dada temperatura e umidade relativa (ou
atividade de água). O conhecimento dessas curvas de sorção é indispensável para determinar
o teor de água final, necessário para estabilizar o produto (BROD, 2003).
De acordo com Brod (2003) para um mesmo produto, há uma diferença entre as
isotermas de sorção, quando determinadas durante a hidratação (adsorção) e a desidratação
(desorção). A esta diferença dá-se o nome de histerese, conforme representado na Figura 2.1.
18
Figura 2.1 - Histerese das isotermas de sorção
Fonte: Brod (2003)
A diferença do conteúdo de umidade inicial do material e do conteúdo de umidade de
equilíbrio representa a força motriz para a secagem.
A Figura 2.2 mostra a retenção de umidade em função do conteúdo de umidade versus
atividade de água.
Figura 2.2 - Retenção de umidade em função de conteúdo de umidade vs. atividade de água
Fonte: Brod (2003)
Embora a sua maior aplicação encontra-se na obtenção e conservação de produtos
alimentícios com características de sólidos, a secagem pode ser aplicada em materiais
19
granulados, aglomerados, pastosos e pós, em aglomeração de leite em pó, secagem de
fertilizantes, açúcar, raspas de polímeros, sais inorgânicos, produtos farmacêuticos, fibras de
asbestos, etc. (PARK et al., 2006).
Para que o processo possa ocorrer, é importante a utilização de equipamentos
chamados de secadores, que serão citados a seguir:
Em seu trabalho, Souza et al. (2002) apresentaram um secador convectivo à base de ar
quente para a secagem de sementes de milho a granel, no qual, o ar é distribuído por meio de
um duto vertical perfurado, com diâmetro de 1,0 m, instalado no centro geométrico do silo,
onde o ar é forçado a passar radialmente pela massa de sementes sob a ação de um obstruidor
de fluxo. Um sistema de alavanca e roldanas permite que o obstruidor seja movimentado ou
fixado na posição desejada, em qualquer altura da coluna de sementes, cuja espessura era 0,6
m. Os silos secadores, adquiridos no mercado, foram construídos em madeira e metal e
possuem um diâmetro externo de 2,2 m e 6,0 m de altura, como se pode observar na Figura
2.3.
Figura 2.3 - Sistema de secagem de silos secadores
Fonte: Souza et al. (2002)
Já Brod et al. (2003) como mostra a Figura 2.1 , a qual apresenta uma representação
esquemática da célula de secagem modificada de grão em camada delgada, para a operação
em temperaturas inferiores a 40 °C.
20
O esquema do secador utilizado neste trabalho será apresentado logo abaixo na Figura
2.4, que mostra desde a entrada de ar no soprador, passando pelo sistema de aquecimento até
a sua chegada na célula de secagem. Outros secadores são apresentados por Mancini et al.
(2002) e por Souza et al. (2002), os quais foram empregados na secagem de grãos em camada
espessa em leitos fixo e deslizante, respectivamente representados pelas Figuras 2.5 e Figura
2.6.
Dentre as técnicas de secagem, com certeza a mais barata é a secagem solar,
entretanto, seu uso industrial é impossibilitado pela ausência da energia no período noturno.
Para solucionar tal problema, na indústria pesqueira, Chavan et al. (2008) desenvolveram um
secador híbrido que mesclava a energia solar, para suprir o período diurno (e chuvoso) com a
queima de biomassa, para os demais períodos, no qual foi testado na secagem da cavala
indiana (Rastrilliger kangurta).
Figura 2.4 - Equipamento de secagem em camada delgada
Fonte: Mancini et al. (2002)
21
Figura 2.5 - Equipamento de secagem em camada espessa em leito fixo
Fonte: Mancini et al. (2002)
Figura 2.6 - Equipamento de secagem em camada espessa em leito deslizante
Fonte: Souza et al. (2002)
A partir da última década, novas técnicas de secagem foram desenvolvidas, uma delas
foi desenvolvida por Jesus (2002), que secou as enzimas α-amilase comerciais usando um
secador à base de microondas, com um sistema à vácuo acoplado, para a exaustão contínua da
umidade interna.
Cui et al. (2008) usaram um secador que combinava a ação das microondas com a
secagem por congelamento na obtenção de chips de cenoura e maçã.
22
Ganespillai et al. (2008) também testaram um secador a base de microondas na
secagem de um produto químico chamado de pasta de Paris.
Já Fernandes e Rodrigues (2008) testaram com sucesso um secador que mesclava o
uso de ultrassom com a secagem por desidratação osmótica na secagem de diversas frutas.
Dentre as novas técnicas de secagem, destaca-se a secagem por ondas infravermelhas,
pois diferente da secagem convectiva (tradicional), as ondas infravermelhas aquecem as
moléculas de água dentro das sementes e estas, passam para o estado de vapor, sendo retiradas
do interior das sementes, deixando as últimas secas em um menor espaço de tempo, podendo
atingir níveis de umidade que dificilmente a secagem convectiva alcançará.
Como é o caso do trabalho desenvolvido por Santos (2009), que estudou a secagem de
grãos utilizando um secador convencional da marca Quimis (modelo Q333D-2) adaptado com
uma lâmpada com emissão de raios infravermelhos de 250 W e uma plataforma para balança
para registrar a perda de massa do material.
2.2 APLICAÇÕES DO PROCESSO DE SECAGEM
Existem diversas aplicações dos processos de secagem, sendo a sua maioria na área de
conservação ou obtenção de produtos alimentícios, mas também há aplicações na secagem de
produtos da indústria química (sais, asbeto, pasta de Paris, e outros), da indústria farmacêutica
(enzimas, fármacos diversos), indústria de produtos cerâmicos (telhas, tijolos e outros
produtos), de produtos derivados da madeira (toras), etc. (PARK et al., 2006). Abaixo seguem
algumas aplicações dos processos de secagem e os produtos que foram aplicados.
A obtenção das curvas de secagem de milho, utilizando um método
intermitente e com base na secagem convectiva foi mostrada por diversas pesquisas
desenvolvidas ao longo das últimas quatro décadas. As faixas de temperatura de secagem
utilizadas foram entre 54 a 76oC e os resultados mostraram que as sementes estavam secas
após 3h ou 5h de secagem (Benvenga et al. (2011), Biazus et al.(2005 e 2006b), Brooker et al.
(1974) , Santana et al.(2010) e Toledo e Marcos (1977).
Yoshida (1997) efetuou um estudo sobre a cinética de secagem em leito com
camada fina, analisando o efeito das variáveis: temperatura, velocidade e umidade relativa do
ar de entrada na taxa de secagem. O autor observou que as temperaturas de secagem utilizadas
foram 25, 35, 45 e 60
oC e concluiu que a temperatura do ar foi a variável que mais
23
influenciou na secagem dos grãos. Foram feitos ajustes nos dados obtidos, com base nos
modelos matemáticos mais utilizados para este tipo de cereal, sendo o modelo exponencial
com dois termos o que melhor se ajustou aos dados experimentais.
Faria (1998) analisou a secagem de sementes de urucum (Bixa orellana L.); e
estimou as condições ótimas do processo de modo a minimizar as perdas de corante e obter
teores finais de umidade das sementes em níveis adequados à sua conservação e manutenção
de qualidade, em função de variáveis operacionais do processo de secagem convectiva em
leito fixo. Utilizaram um intervalo de temperatura de 15 a 80 oC.
Phoungchandang et al. (2008) utilizaram bandeja aquecida para secagem das
folhas de amoreira branca, que tinha uma balança acoplada para medir a isotermia de
dessorção destas folhas (amoreira), no entanto, os modelos que demonstraram os melhores
ajustes foram propostos por Henderson (1968) e Halsey.
Cui et al. (2008) fizeram uma investigação utilizando a combinação de
microondas a vácuo, secagem e liofilização para a secagem de cenouras e maçãs fritas.
Inicialmente a secagem foi feita por meio das microondas sob vácuo, com o objetivo de
desidratar certa quantidade de água e em seguida foi feita a secagem por congelação.
Amostras com estes métodos de secagem foram comparados a outras amostras que foram
secas por liofilização e com ar quente.
Ceylan (2008) efetuou a secagem de toras de madeira de pinheiros utilizando o
secador de calor com operação de 24 horas, e os dados inseridos em um sistema de
computador para analisar contra a secagem efetuada a temperatura do ar. A alteração de peso
em todas as madeiras foi seguida na câmara de secagem, que foi interrompida quando o peso
desejado foi alcançado.
Ganesapillai et al. (2008) efetuaram estudos utilizando secadores de irradiação
de microondas, afim de verificar características de secagem e cinética durante este processo
com Gesso de Paris. Os melhores valores das variáveis do processo foram obtidos com uma
umidade inicial de 60%, entrada de energia de microondas de 180W, e com o tempo de
secagem de 8 minutos.
Omid et al. (2008) simularam com êxito a secagem de pistache utilizando um
secador de camada delgada, com quatro velocidades de fluxo de ar de entrada e com cinco
temperaturas de secagem variando entre 40 e 80o
C.
24
Fernandes et al. (2008) analisaram a influência de pré-tratamentos de
desidratação osmótica, ultrassom assistidos e ultrassom na secagem de oito frutas (abacaxi,
banana, jenipapo, jambo, melão, mamão, pinha e sapoti). Houve perda de água, aumento de
açúcar, e difusibilidade eficaz da água durante o processo de secagem. Os resultados
mostraram diferenças significativas para a perda de água e ganho de açúcar entre as frutas que
foram estudadas e analisadas com base nas mudanças observadas na estrutura dos tecidos do
fruto.
2.3 SIMULAÇÃO DE PROCESSOS DE SECAGEM
Baseada em modelos com relações lógicas ou matemáticas, a simulação é utilizada
para descrever como um sistema se comporta. Por meio da simulação, a obtenção de
resultados pelo modelo pode ser realizada de forma mais eficiente e rápida, gerando
resultados que estimam as características reais do processo, evitando gastos exagerados na
execução de um determinado experimento, gastando menos tempo, ademais das diferentes
possibilidades que podem ser analisadas para um mesmo processo.
Segundo Beke et al. (1997), a simulação de secagem pode ser dividida em dois grupos
principais: modelos teóricos e empíricos, que são diferenciados pelo tipo de equações de
secagem aplicado.
Um grupo típico de modelos empíricos é análogo à lei de resfriamento de Newton, que
se refere à transferência de calor por convecção (INCROPERA & DE WITT, 1990).
O primeiro deles, denominado lei exponencial, apresentado por Beke et al. (1997)
como uma lei básica de secagem que resulta de uma simplificação da solução da equação de
difusão para uma placa ou para uma esfera, foi derivado por Lewis (1921). Este assume que a
taxa de secagem é proporcional à diferença entre o conteúdo de umidade médio em um
determinado tempo, t, e o conteúdo de umidade de equilíbrio (Xeq) do material, como
apresentado na Equação 1:
)( eqXXKdt
dX (1)
ou , integrando a Equação 1, para obter a seguinte relação para a razão entre umidade
do sólido:
25
)exp(0
KtXX
XX
eq
eq
(2)
onde K é a constante de secagem, Xeq a massa de equilíbrio e X0 a massa inicial.
Outra maneira de representar a secagem de grãos para a secagem de camada simples
foi desenvolvida por Page (1949). Uma modificação empírica simples sobre a lei exponencial
permite obter um método mais preciso para descrever mudanças nos dados medidos,
especialmente no estágio inicial da secagem. A adição de um expoente n ao tempo t na
Equação 2, expressa o modelo da seguinte maneira:
)exp( n
t KtX (3)
onde Xt, representa a razão de umidade do sólido variando com o tempo (t).
Baseado nos resultados dos experimentos, um tipo de modelo empírico produz uma
relação direta entre o conteúdo de umidade e o tempo de secagem, como por exemplo, a
equação de Thompson (THOMPSON et al., 1968).
Os modelos de Brooker et al. (1974) e de Henderson et al. (1968), apresentados na
Tabela 2.1, são simplificações da solução para as equações de difusão, na qual somente o
primeiro e o segundo termos da série são considerados, respectivamente. A equação usada por
Srzednicki et al. (1996), lida com um modelo de relação do tipo Arrhenius com dois termos.
26
Tabela 2.1 Principais equações de cinética de secagem
N° Modelos Referência
2 )exp( n
t KtX , onde K = A exp(-B/T) Page (1949)
4 )exp( KtX t , onde K = A exp(-B/T) Lewis (1921)
6 2)(lnln XBXAt ,
onde a = c+dT e b = eexp(-fT)
Thompson et al.
(1968)
7 )exp( KtAX t , onde K = A exp(-b/T) Brooker et al.
(1974)
8 )9exp()9/1()[exp( KtKtAX t , onde K = A exp(-b/T) Henderson et al.
(1968)
9 ])/exp(])/exp(exp[ 111 tTEBtTEKAX ABABt Srzednicki et
al.(1996)
10 21 BtAtX Wang & Singh
(1968)
Fonte: Nascimento (2009)
Neste trabalho foram abordados somente os modelos desenvolvidos por Lewis (1921),
com a seguinte apresentação: X = e-kt
, por Brooker et al.(1974), na forma X = A.e-kt
; por
Thompson et al. (1968), que se apresenta como 2)(lnln XBXAt ; bem como o modelo
desenvolvido por Wang & Singh.(1978) sob a forma 21 BtAtX , aos quais, em um
simulador, serão empregados métodos numéricos para a solução matemática dos sistemas, de
forma a encontrar os parâmetros dos modelos, pois o que mais se ajustar será utilizado pelo
simulador para predizer a curva de secagem dos grãos.
27
2.4 INOVAÇÃO TECNOLÓGICA
Um dos conceitos sobre Patentes, explica que se trata de um título de propriedade
temporária sobre uma invenção ou modelo de utilidade, outorgado pelo Estado aos inventores,
autores, pessoas físicas ou jurídicas, detentores de direitos sobre a criação. Em troca da
propriedade temporária, o inventor revela o conteúdo técnico da matéria protegida e sua
validade é territorial e temporal (INOVA-UNICAMP, 2014).
A Classificação Internacional de Patentes, International Patent Classification (IPC)
foi estabelecida pelo acordo de Estrasburgo, em 1971, e prevê um sistema hierárquico de
símbolos para a classificação de Patentes de Invenção e de Modelo de Utilidade de acordo
com as diferentes áreas tecnológicas a que pertencem. A IPC é adotada por mais de 100 países
e coordenada pela Organização Mundial da Propriedade Intelectual – OMPI (INPI, 2014).
Os tipos de inovações tecnológicas existentes são de produtos, processos
organizacionais e marketing.
O requisito mínimo para definir uma inovação é que o produto, processo, método de
marketing ou organizacional sejam novos (ou significativamente melhorados) para a empresa.
Isso inclui produtos, processos e métodos em que as empresas são as pioneiras a
desenvolverem e aqueles (produto, processo, método de marketing ou organizacional) que
foram adotados de outras empresas ou organizações.
De acordo com o INOVA-UNICAMP (2014) um programa de computador é a
expressão de um conjunto organizado de instruções em linguagem natural ou codificada,
contida em um suporte físico de qualquer natureza e de emprego necessário em máquinas
automáticas de tratamento da informação, dispositivos, instrumentos ou equipamentos
periféricos, baseados em técnica digital ou análoga, para fazê-los funcionar de modo e para
fins determinados.
A proteção à propriedade intelectual de programa de computador é a mesma dada às
obras literárias pela lei que trata dos direitos autorais e conexos (Lei de Direito Autoral).
Além desta lei, há uma legislação específica que trata do assunto, que é a Lei nº 9.609, de 19
de fevereiro de 1998, conhecida como Lei do Software (INOVA-UNICAMP, 2014).
28
A criação de um secador infravermelho e do simulador tecnológico (sistema
computadorizado) foi a base deste trabalho, que de acordo com as pesquisas feitas em
diversos meios, constatou que se trata de uma inovação tecnológica do tipo produto.
A patente que representa conhecimento é o documento de registro da tecnologia, e
embora haja dificuldades em avaliar claramente qual a vantagem de proteger determinados
produtos, visto que não há clareza da possibilidade de uso, em algumas tecnologias, é visível
o que se pode obter; e o pesquisador ao decidir pela patente, identifica a finalidade e
derivação do uso.
Rogberg-Muñhoz et al. (2013) relatam a evolução desde 1970, dos métodos de
identificação física, anatômica, histológica e química em alimentos de origem animal, crus ou
processados. Todas estas técnicas têm como função ajudar no controle da qualidade, no
rastreamento de produtos ou comprovação de adulteração, na modificação genética, na
presença de toxinas ou na presença de nutrientes importantes.
Dentre as patentes de método, pode-se citar o emprego da eletroforese, da
cromatografia de alta precisa (HPLC), da técnica de ensaio com um adsorvente imunológico
ligado a uma enzima (ELISA), da ressonância magnético-nuclear, da espectroscopia de massa
e da técnica de reação com a cadeia de enzima polimerase (PCR). Estas técnicas podem
mapear os genes de animais, identificar doenças como a da vaca louca ou da gripe aviária,
substâncias químicas que alteram a cor, o aroma e o sabor da carne ou substâncias que podem
causar intoxicação ao ser humano.
Felicio et al. (2011) usaram a cromatografia HPLC para a detecção de micotoxinas em
alimentos e Kokkonen et al. (2005) usaram a cromatografia acoplada a espectrômetro de
massa para a determinação do mesmo contaminante.
Romero-Gonzalez et al. (2011) também patentearam uma técnica de análise de
micotoxinas pelo uso combinado de extração com solvente e cromatografia HPLC. Já Brown
e Silver (2011) desenvolveram uma técnica para a determinação de aminoácidos por análise
via célula eletroforética e esta técnica foi aprimorada por Linnarsson (2011) e aplicada na
determinação genética de amostra de alimentos.
As micotoxinas também foram determinadas por meio da técnica de análise
imunológica, conhecida como ELISA (GORYACHEVA et al., 2007).
29
Reig e Toldá (2011) registraram uma patente de método que descrevia como proceder
para detectar a presença de resíduos de antibióticos em alimentos, usando a técnica de análise
ELISA.
Shaohui et al. (2012), mapearam o DNA do rabanete, para controlar a sua composição
e para evitar fraudes. Desde que foi desenvolvido o método, a técnica ELISA é a mais comum
para a verificação da presença de carne de cavalo em produtos derivados da indústria da carne
(MARTIN et al., 1988).
Segundo Li et al. (2011) e Pozueta et al. (2011) diversas patentes têm sido registradas
referentes a modificação genética de plantas para produzir um componente mais específico,
para torná-las mais produtivas ou resistentes a doenças.
Nos últimos anos, o principal foco tem sido a modificação genética de cereais na
produção de mais amido ou de mais amilose em sementes de cevada e em arroz (REGINA et
al., 2011; UWER et al., 2011).
A agroecologia defende a ideia do desenvolvimento dos produtos agrícolas da forma
mais sustentável possível. Neste sentido, patentes que visam o uso de produtos
ecologicamente corretos têm sido registradas. Como é o caso da patente de Teodoro et al.
(2010), por exemplo, que relata como proceder para suprir com a infestação de ácaros nos
cafezais, usando espécies naturais de cafezeiros, de uma coleção de plantas usadas pelos
indígenas brasileiros.
Lemos et al. (2011) descrevem algumas estratégias para o controle de insetos na
agricultura, pelo uso de extratos de plantas, como a pimenta, o eucalipto, o feijão de corda,
além de alguns microorganismos. Diversas outras composições de pesticidas foram
patenteadas, dentre elas podem-se citar os acaricidas de plantas, registrados por Hiasson
(2003) e outros pesticidas naturais registrados por Hsu et al. (1999) e por Bessete (2008).
El-Kereti et al. (2013) patentearam uma tecnologia com aplicação na melhoria da
eficiência de fertilizantes. Esta patente descreve o desenvolvimento de um método que usa
irradiação de um fertilizante usando um laser de He/Ne, relatando a sua aplicação no
favorecimento do crescimento e na melhoria do rendimento da planta de manjericão doce, o
que aumentou significativamente os teores de óleos essenciais.
Nas últimas décadas têm-se desenvolvido novas técnicas que possibilitem a
modificação de atmosfera durante o empacotamento para preservar o alimento por um maior
período de tempo (LIN e LIN, 2011; MACHADO, 2011).
30
Pensando nesta questão, diversas patentes foram desenvolvidas, como a de Ishino e
Kadoya (2011) que trata da conservação de ingredientes para a preparação de sushis e da
técnica desenvolvida por Brackenridge et al. (2011) para a conserva de produtos derivados da
carne via atmosfera modificada, ou ainda, para o crescimento ou conserva de cogumelos
(KUO, 2011; LEE e KOO, 2011; TOTO, 2011).
Um processo semelhante foi desenvolvido por Palácios et al. (2011) com o objetivo de
conservar a qualidade dos cogumelos durante a sua estocagem. Neste caso, variaram a
quantidade de oxigênio e dióxido de carbono, com o intuito de encontrar a pressão ótima
dentro dos pacotes, de forma que a qualidade do produto seja mantida o máximo de tempo
possível. Os autores perceberam que usando entre 2,5 e 5,0% de dióxido de carbono e
quantidades elevadas de oxigênio torna-se possível manter o produto estocado por até 20 dias.
Dentre as principais áreas que mais desenvolvem produtos ou técnicas inovadoras está
a área de saúde. Para o tratamento do câncer uma técnica foi desenvolvida por Ugolokov
(2011), na qual se emprega um sal de zinco. A partir do mesmo sal, uma técnica de prevenção
a doenças na mucosa ou na pele também foi desenvolvida por Modak et al. (2011).
Ao que se refere à medicação, uma nova composição de remédios foi patenteada por
Raun et al. (2011) para aplicação no tratamento da AIDS. Ademais, diversos receptores têm
sido patenteados de forma a regular o desejo do ser humano de se alimentar, diminuindo
assim a ingestão excessiva de alimentos, prevenindo desta forma a obesidade e as doenças que
a acompanham (Raun et al., 2011).
De acordo com Jevtic et al. (2011) outro receptor foi patenteado recentemente com
uma aplicação exclusiva na redução da formação de acetaldeído no organismo humano.
A obtenção de fármacos a partir de plantas medicinais continua sendo alvo de patentes
novas e antigas, tanto no tratamento de doenças como a asma (JUNG et al., 2008) e a diabetes
(FENG e FENG, 1998; ZHANG, 2011), como no desenvolvimento de crianças (PARK,
2003).
O processo de obtenção e uso de açúcar com propriedades medicinais foi recentemente
patenteado na China, a Fructus corni (Cornus officinallis Sieb), ainda sem tradução para o
português (WU et al., 2013).
Bonilla et al. (2013) e Riggi (2010) relatam a obtenção de carotenoides de diversos
produtos naturais e seu uso como antioxidantes em alimentos. Estes autores relatam ainda a
obtenção de produtos a partir de óleos essenciais obtidos do azeite de oliva, da sálvia, do
31
orégano, do coco e de diversas frutas coloridas. Como se nota, o desenvolvimento de patentes
de processos e produtos com aplicações medicinais é algo promissor, o que comprova que o
ser humano constantemente vem buscando a cura para seus males.
Para Gambari (2014) os medicamentos à base de DNA/RNA são considerados de
grande interesse no diagnóstico molecular e na terapia gênica não viral. Neste campo, tem se
desenvolvidos patentes de substâncias candidatas ao uso como reagentes de diagnóstico e
biofármacos. Tais patentes são de fácil transferência de tecnologia.
Dentre estas moléculas, as PNAs são reagentes únicos em diagnóstico molecular e têm
provado serem muito ativos e específicos para a alteração da expressão do gene. Para
possíveis aplicações clínicas, tem sido sugerido o uso de moléculas de PNA em combinação
com drogas já empregadas em terapia. Devido a essas estratégias, as patentes de PNAs têm se
tornado ótimas para serem transferidas (GAMBARI, 2014)
Castelli et al. (2014) examinaram diversas patentes sobre novos agentes antifúngicos e
identificaram que houve progresso, no sentido de atingir, pelo menos, uma das condições
necessárias para o desenvolvimento de novos agentes antifúngicos, tais como o largo espectro
de atividade, o perfil farmacocinético mais favorável, a boa biodisponibilidade e os efeitos
adversos reduzidos. No entanto, a atividade in vivo, mecanismos de ação, interações
medicamentosas e outros aspectos que fazem de um composto um bom agente antifúngico
precisam ser aprimorados.
Em sua patente, Telang et al. (2013) relatam algumas aplicações da mangiferina em
terapias e em cosméticos, que se trata de uma gluco-xantana derivada da casca ou das folhas
jovens da manga. Esta substância possui a capacidade de sequestrar radical livre, que conduz
a um efeito antioxidante potente, bem como a várias outras atividades biológicas. Além desta,
a mangiferina possui atividades antidiabéticas, antivirais, anticancerígenas e anti-
inflamatórias.
Os autores relatam também que não encontraram evidências de efeitos secundários
adversos nos pacientes, o que o torna um candidato promissor para o desenvolvimento de
drogas multipotentes.
Branco et al. (2014) estudaram o efeito de erros de constantes elásticas na previsão de
vida à fadiga e relatam que estas são determinadas pelos métodos dinâmicos e estáticos, ou
seja, a técnica de impulso de excitação (IET) e do teste de flexão de três pontos (3PBT). De
acordo com os autores, os testes de fadiga, de alto ciclo em barras redondas, entalhadas e
32
submetidas à diferentes cenários de carga de flexão - torção foram realizados para obter vidas
de fadiga experimentais, que por sua vez, foram comparadas com às previsões da vida de
fadiga obtidas nos diferentes módulos de Young. Os resultados demonstraram que as
previsões baseadas na IET foram mais precisas do que as obtidas a partir da 3PBT.
As técnicas de monitoramento de condição de equipamentos mecânicos e de
diagnóstico de falhas, geralmente usam sinal de vibração, sinal sonoro, detecção de sinal de
temperatura e análise do óleo lubrificante. A análise do óleo fornece um método de
diagnóstico de testes não destrutivos para prever uma possível falha iminente e evitar falhas
catastróficas, além disso, tende a determinar as frequências de mudanças no óleo, além da sua
vida útil restante.
Neste sentido Di et al. (2013) revisaram as patentes mais recentes sobre o assunto e
verificaram que há uma grande tendência para o uso de monitoramento on-line e de sistemas
inteligentes para o monitoramento remoto da qualidade do óleo baseada na web e na
tecnologia de fusão de informações.
Metha e Kumar, em 2013, fizeram um relato do desenvolvimento nos últimos anos, de
vidros obtidos a partir de calcogênios para aplicação em fibras óticas, devido a sua facilidade
em transmitir na região do infravermelho médio. Nesta revisão, ambos mostram que a maioria
dos produtos desenvolvidos a base de fibras de vidro calcogenadas, nos últimos cinco anos,
teve aplicação na distribuição da potência do laser, em sensores químicos e no monitoramento
ambiental.
Outro desenvolvimento de material de aplicação interessante foi apresentado por
Adzila (2012), na qual apresentam as técnicas para a dopagem de diversos íons de metais em
fosfatos de cálcio, citando os íons que tiveram sucesso como: o magnésio (Mg), o estrôncio
(Sr), o manganês (Mn), o ferro (Fe), o zinco (Zn) e a prata (Ag). Estes materiais de fosfato à
base de cálcio são usados para criar substitutos biocompatibilidade aos ossos, como
alternativas ao transplante humano.
Com o foco na aplicação de enzimas na degradação de amido de diversas fontes, para
a obtenção de xaropes ou de álcool após a sua fermentação, Curvelo Santana et al. (2011)
desenvolveram uma tecnologia para imobilização das enzimas amilases de malte de milho, na
qual foi apresentada a condição ótima de imobilização destas enzimas em alginato de sódio e
quais as condições ideais de uso destas enzimas. Citam ainda que por estarem imobilizadas, as
33
enzimas não são perdidas a cada etapa de processo, podendo ser reutilizadas várias vezes, em
um período de até dois meses, sem sofrer perdas significativas em sua atividade enzimática.
Baseado na mesma tecnologia de imobilização de enzimas, Silveira Campos et al.
(2011) imobilizaram cepas de microorganismos com a capacidade de degradação de corantes
têxteis. É demonstrado nesse texto, como proceder para obter os microorganismos
imobilizados, mantendo a sua máxima capacidade de degradação dos corantes têxteis. Por
estarem imobilizados os microorganismos são mantidos no reator, diferente dos não
imobilizados que fluem com o efluente tratado, evitando assim a sua perda.
Zheng et al. (2010) relatam o desenvolvimento da tecnologia de secagem usando
fluido supercrítico ou secagem supercrítica e as suas diversas aplicações. Comentam também
que as principais patentes que possuem maior aceitação na transferência da tecnologia são
aquelas que possuem a aplicação na produção de aerogel e outros materiais porosos, na
secagem de produtos farmacêuticos e alimentícios, e na produção de sistemas micro-
eltromecânicos.
Gera et al. (2010) relatam o uso da secagem por leito fluidizado para granular
medicamentos, nos quais se utilizaram da variação da pressão, da mistura e da partícula usada
para o cisalhamento, que foi extensivamente patenteada e relatada na literatura científica, pois
a modificação das propriedades de superfície das partículas é desejável para manter ou
aumentar a aplicação dos fármacos.
De acordo com Stefanescu et al. (2011), a secagem por pulverização (spray drying) é
muito utilizada na indústria alimentar para a encapsulação de corantes, aromas, vitaminas,
minerais e gorduras, de forma a gerar cores, aromas e outras características em produtos
alimentares. Pigmentos de tintas, detergentes e catalisadores industriais também são obtidos
por meio da secagem por pulverização.
Os autores explicam que patentes recentes também indicam que a secagem por
pulverização pode ser um meio importante para a cristalização de pós amorfos e relatam que
as patentes, desenvolvidas nas últimas décadas, justificam o uso destes secadores, como é o
caso da distribuição de tamanho uniforme das partículas resultantes.
Uma tecnologia inovadora foi desenvolvida por Ferreira et al. (2009), na qual é
descrita uma técnica de secagem, usando um secador tipo spray dry para a obtenção de
plasma de sangue humano para uso na alimentação de porcos em diferentes períodos após a
desmama. A alimentação destes animais por até 35 dias após a desmama, o que leva a um
34
ganho de peso, melhora a estrutura intestinal e a quantidade de Escherichia colli em seu
intestino.
Com a mesma técnica de secagem, Torrallordona et al. (2003) desenvolveram uma
nova tecnologia para a obtenção de um alimento para porco a partir do plasma sanguíneo
misturado com colistina, que substitui o farelo de peixe na alimentação de porcos.
De acordo com Maftoonazad (2010), Torreggianni e Bertolo (2001) e Subramaniam et
al. (1999) a técnica de secagem por desidratação osmótica é comumente empregada para a
melhoria da qualidade de frutas e verduras, pois mantém a cor, o sabor, o aroma e os
principais componentes químicos destes alimentos durante o seu processamento. Sinha
(2003), em sua patente, relata a manutenção dos sólidos totais e a estabilidade de vegetais
durante o armazenamento após o tratamento osmótico.
Novas tecnologias têm sido desenvolvidas para gerar novos produtos lácteos com boas
qualidades nutricionais. Então, é possível que daqui a alguns anos a população consuma leite
de burra, achando que é leite de vaca, já que uma tecnologia de obtenção deste leite em pó foi
desenvolvida por Polidori e Vicenzetti (2010), na qual o leite foi seco em um secador do tipo
spray dry à 170°C por 25 segundos. Este método promoveu maior quantidade e estabilidade
de lactoalbuminas e de lizoenzimas, contidas neste leite por pelo menos 190 dias. Além do
mais, as lisoenzimas se mantiveram estáveis à temperatura até 70°C, o que permite manter a
qualidade do leite no momento do consumo, quando dissolvido em água e aquecido.
Polidori e Vicenzetti (2014) também desenvolveram uma tecnologia de obtenção do
leite de burra em pó a partir da secagem à pressão, sob temperaturas reduzidas e liofilização.
De acordo com estes autores, este leite pode ser usado, também, na amamentação de crianças
e adultos que possuem alergia à proteínas do leite de vaca.
Berg (2014) desenvolveu um processo de secagem de papel, com gramatura de 80
g/m2, adicionado 100g/L de amido e 100 g/L de dispersão polimérica. O autor relata que o
sistema que usa secagem por emissão de luz infravermelha tem as seguintes vantagens com
relação ao sistema convencional: permite uma temperatura de 20 a 25°C mais alta; a
densidade do papel é menor; a radiação infravermelha age com mais eficiência na superfície
do papel; a água é evaporada a partir da superfície, alcançando até 90% de massa seca; o que
dá uma melhor formação ao filme e permite que os revestimentos aplicados sobre o papel
sejam secos.
35
Segundo Schumacher (2008), desenvolver novos produtos é uma tarefa desafiadora e
lançá-los no mercado atual que contém produtos diferenciados e envolventes, que podem
oferecer aos consumidores novas experiências, é um desafio que deve ser amplamente
estudado.
2.5. USO DA INOVAÇÃO TECNOLÓGICA PARA AUMENTO DA COMPETITIVIDADE
EMPRESARIAL
De acordo com Mundim et al. (2002) as novas demandas estruturais e conjunturais
pressionaram as empresas industriais à repensarem suas condutas, como forma de obterem um
desempenho adequado aos atuais padrões de competitividade.
A força competitiva de uma empresa está relacionada diretamente com sua capacidade
de introduzir produtos no mercado, de atualização tecnológica e com características de
desempenho, custo e distribuição, condizentes com o atual nível de exigência dos
consumidores (MUNDIM et al. 2002).
Segundo Duran e Radaelli (2000), as empresas estão vivendo atualmente uma
concorrência cerrada em termos de qualidade e custo de seus produtos, tornando-se necessário
que as mesmas evoluam constantemente para permanecerem no mercado. Para que isso
ocorra, é de fundamental importância conhecer bem os custos industriais, de modo a
possibilitar um planejamento eficiente e uma tomada de decisões correta.
Para Chicán (2008) e Vieira Júnior et al. (2014) esta concorrência aumentou
significativamente com a globalização econômica, obrigando as empresas a se concentrarem
em suas prioridades competitivas e a se adaptarem às mudanças do ambiente econômico e
social.
Um sistema eficiente para agilizar o processo de identificação do melhor método a ser
aplicado em processos, é uma ferramenta de apoio à decisão gerencial indispensável. Os
dados que podem ser obtidos por meio desta importante ferramenta e o controle e análise de
custos são informações importantes para as atividades de marketing, de planejamento e
controle da produção (PCP), de compras, de finanças, de projeto de produto, etc. A análise de
custos é vista tradicionalmente como o processo de avaliação do impacto financeiro das
decisões gerenciais alternativas. Já a gestão estratégica de custos é uma análise de custos que
36
visa, sob um contexto mais amplo, que os elementos estratégicos tornem-se mais conscientes,
explícitos e formais (SCRAMIM e BATALHA, 1998).
O processo de elaboração do projeto de viabilidade trata-se de uma montagem de um
conjunto ordenado de informações sistematizadas, que permitem avaliar as vantagens e
desvantagens econômicas da alocação de recursos na produção de bens ou serviços. Assim, o
projeto de viabilidade simboliza um recurso técnico, derivado do modelo de simulação dos
resultados esperados de um investimento em um determinado empreendimento econômico
(GESNE et al., 1999).
Oliveira Netto e Tavares (2006) explicam que a decisão de investir não deve ser
tomada de maneira repentina, mas deve ser a etapa final de uma série de estudos, em que o
projeto de investimento deve ser constantemente colocado em foco.
Complementando os estudos de Oliveira Netto e Tavares, Gesne et al. (1999) destaca
que o investimento realizado é considerado um projeto de investimento, que ultrapassa com
sucesso, diferentes barreiras que se apresentam diante de si. Os investimentos fixos tratam-se
da verificação do montante de recursos necessários para a implantação de toda a infraestrutura
física do projeto (aquisição do ponto, máquinas, equipamentos e instalações, móveis e
utensílios etc.)
De acordo com Da Silva et al. (2013) a transferência de tecnologia está cada vez mais
presente no cotidiano das organizações, sejam elas, de pequeno, médio ou grande porte, o que
faz aumentar de maneira considerável estudos sobre esse processo. Neste contexto surgiram
diversos modelos para a sua execução, como os apresentados por Szulanski, Sung e Gibson,
Rogers, Takahashi e Sacomano, Ivarsson e Gorschek, Jarzemskis, Choi, Jogoda e Elpida. O
procedimento mais referenciado nos modelos de transferência foi o do tipo spin-on, baseado
em uma cooperação de pesquisa por meio de mecanismos de treinamento antes de se
implantar a inovação.
Uma análise das estratégias empregadas pelas cooperativas agrícolas brasileiras, do
ramo de produção do café, foi foco de um estudo recente, que mostrava o resultado financeiro
dessas estratégias. Após umas análise multi critériosa dos casos, a pesquisa identificou que as
cooperativas cafeeiras concentram-se na região sudeste do Brasil e que a maioria se utiliza da
diversificação dos seus produtos como melhor resposta para previnir à crise financeira,
seguido pelo aumento do número de associados para melhorar a sua situação financeira, como
principais estratégias para vencer a luta econômica (MARTINS e LUCATO, 2014).
37
Vieira Júnior et al. (2014) relatam que a indústria têxtil brasileira enfrenta forte
concorrência de produtos de baixo custo, importados da China e de outros países do Extremo
Oriente. Assim, para manter sua competitividade no mercado local, as empresas brasileiras
adotaram a estratégia de diferenciação do produto, pelo uso de novas tecnologias, ou seja,
estas empresas estão desenvolvendo novos produtos com melhor qualidade e menor custo. No
que diz respeito às novas tecnologias, as empresas da indústria têxtil brasileira estão
incorporando ou comprando estratégias, e a transferência de tecnologias tornou-se uma parte
importante de suas estratégias de negócios. No entanto, devido à falta de planejamento,
muitos projetos não atingiram os resultados desejados e a maioria das empresas ainda está em
fase de adaptação às novas tecnologias implantadas.
Como alertado por Da Silva et al. (2013), para se absorver as tecnologias ou o
conhecimento transferido, as pequenas e médias empresas devem ter alguma competência
industrial.
Como se nota, o processo de transferência de tecnologia é fundamental para melhorar
o desempenho de qualquer tipo de organização e a sua viabilização se dá pela utilização de
um modelo de transferência de tecnologia. Entretanto, o conhecimento dos modelos é
essencial para o bom desempenho da empresa ao implantar a nova tecnologia, pois existem
alguns modelos complexos que tornam a sua aplicação mais difícil (DA SILVA et al. 2013).
38
3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1. FONTES E BASES BIBLIOGRÁFICAS
Para o estabelecimento das bases bibliográficas e referencial teórico que suportam este
trabalho, algumas bases eletrônicas foram utilizadas para a busca de patentes, como a
Biblioteca on-line do INPI e o site da Agência INOVA-UNICAMP1, nas quais foi possível
acessar as bases de patentes: European Patent Office (EP), United States Patent and
Trademark Office (USPTO), Japanese Patent Office (JPO), Academia de Propriedade
Intelectual (API) e a própria base do INPI. Outras bases foram usadas para a busca de artigos,
dissertações e textos que foram importantes para a elaboração desta dissertação, como a
Biblioteca on-line da UNINOVE e a base de dados do Periódico Capes, do Scielo, do Science
Direct e da Taylor & Francis, além do Google Acadêmico, disponíveis na rede interna da
Universidade Nove de Julho.
3.2. MONTAGEM DO SECADOR INFRAVERMELHO
O secador foi construído em madeira MDF, revestida internamente com lã de vidro e
coberta por uma camada de papel alumínio, próprios para isolação térmica. Uma lâmpada de
250 W, emitindo ondas na região do infravermelho, foi colocada com um soquete de
cerâmica, no centro do topo do secador e um ventilador de computador (cooler) já usado foi
inserido internamente em uma altura equivalente à metade da parede interna. Esta lâmpada
estava conectada à um sistema de controle da temperatura interna, composto por: um
controlador de temperatura do tipo TCL-P17J, um relê de estado sólido AD10-F e um
termopar LTE J006/017 fornecidos pela Loti Lorando Tecnologia Industrial (São Paulo – SP).
A Figura 3.1.1 mostra como o secador foi montado, com todas as suas dimensões e
elementos do sistema de controle de temperatura, sistemas de isolamento, ventilador e
lâmpada. As dimensões do secador são semelhantes aos secadores convencionais de
laboratório, conforme se pode verificar abaixo:
a) para a base e topo externos = 50x50 cm;
1 Site INOVA-UNICAMP (www.inova.unicamp.br).
39
b) para os lados e as laterais externos = 50x90 cm;
c) para a base e topo internos = 45x45 cm;
d) para os lados e laterais internos = 75x45 cm.
Figura 3.1 Esquema do secador infravermelho
3.3. METODOLOGIA PARA O LEVANTAMENTO DOS CUSTOS
Alguns orçamentos foram solicitados para as empresas fornecedoras dos equipamentos
e materiais, utilizados na manufatura do secador. Uns são de fácil acesso no comércio
paulista, outros somente com empresas especializadas (o sistema de controle).
O preço da madeira MDF no comércio paulista é de R$ 75,00 por uma folha de
185x275 cm (Área = 50875 cm2), já o preço da lã de vidro com o revestimento em papel
alumínio, específica para isolamento térmico, foi de R$ 13 /m2. No mercado, a lâmpada de luz
infravermelha é adquirida pelo preço de R$ 28,00 e o ventilador por R$ 7,00.
40
Para o sistema de controle de temperatura, fornecido pela Loti Lorando Tecnologia
Industrial (LOTI LORANDO, 2010), o controlador de temperatura TCL-P17J, o relê de
estado sólido AD10-F e o termopar LTE J006/017 custaram R$ 103,50, R$ 29,50 e R$ 25,51,
respectivamente.
No caso do cálculo do custo com as horas trabalho, assumiu-se o salário médio de um
técnico na cidade de São Paulo – SP, em regime CLT, tendo como o sistema de recolhimento
de impostos o SIMPLES (um 13° salário [8,33%], férias [11,11%], FGTS [8,00%], multa–
rescisão [4,00%] e Previdenciário [2,33%]), que totaliza 33,78% do salário bruto.
Assumiu-se uma margem de lucro de 25% (usual) e 18% de imposto (ICMS, PIS,
COFINS, etc.) sobre o custo total, com lucro para gerar o preço mínimo de venda do produto.
Toda a metodologia descritiva para a obtenção dos custos foi baseada nos estudos Giraçol et
al. (2011), Almeida et al. (2013) e Passarini et al. (2014). Como toda a infraestrutura de
serralheria foi do laboratório de marcenaria da UNINOVE, os custos com a aquisição de
equipamentos e galpão não foram inseridos nesta discussão.
3.4. GERMINAÇÃO DAS SEMENTES DE MILHO
Neste trabalho, o milho germinado foi usado como semente modelo, pois foi feita uma
comparação do processo de secagem usando o método convencional, o convectivo (do qual os
dados estão arquivados) e o secador infravermelho.
Esta germinação foi feita em escala laboratorial, ou seja, previamente, as sementes de
milho AG 4051 (Agroceres) foram pesadas, em seguida postas em um béquer, lavadas com
água clorada, para a retirada de impurezas, e depois lavada com água destilada.
Posteriormente, estas sementes ficaram imersas em água destilada no béquer e a cada duas
horas esta água era trocada, até que se conseguisse obter uma umidade das sementes entre 40
e 45% da massa inicial, o que demora entre 20 e 24 horas. As sementes úmidas foram
distribuídas sobre a superfície de uma folha de papel de filtro (tamanho A4) e colocada sobre
uma camada de algodão para reter o máximo possível de umidade na superfície, evitando
assim que as sementes perdessem umidade. As sementes foram umidificadas, de tempo em
tempo, com regadores contendo água destilada. A germinação foi interrompida após o oitavo
41
dia, quando se observou o aparecimento de folíolos nos brotos (BIAZUS et al., 2006a e
2009).
3.5. METODOLOGIA DA OBTENÇÃO DOS DADOS DA CURVA DE SECAGEM
A secagem foi realizada em um secador infravermelho a 41, 45, 55, 65 e 69°C e em
um secador convectivo com circulação de ar, para a comparação entre as técnicas. Estas
temperaturas foram escolhidas por estarem próximas da temperatura ideal de secagem do
malte de milho, encontrada no trabalho de Biazus et al. (2005 e 2006b) e Santana et al.
(2010).
As sementes maltadas foram postas em vidro de relógio, previamente secas nas
devidas temperaturas e então, foram medidas as suas massas úmidas (X0) e postas para secar
nas temperaturas indicadas. De tempo em tempo, as amostras foram coletadas e as respectivas
massas secas (Xi) medidas. Para a determinação da umidade inicial, os grãos foram expostos a
103-105ºC durante 40 a 50 horas de processo de acordo com a metodologia descrita por
ASCAR (1985).
O conteúdo de umidade retirada (Mi) do malte e a variação da massa (X) foram
obtidos pelo uso das Equações 11 e 12, respectivamente. As isotermas de sorção foram
montadas a partir da variação da massa seca adimensional versus o tempo de secagem nas
temperaturas de 41, 45, 55, 65 e 69°C (BIAZUS et al., 2005 e 2006b; FREIRE e SARTORI,
1998; JESUS, 2002; SANTANA et al., 2010).
100*0
0
X
XXM
i
i (11)
0X
XX i ou 100*
0X
XX i (12)
42
3.6. MODELOS DE SECAGEM
Os modelos testados foram baseados nos modelos matemáticos, empíricos e semi-
empíricos, apresentados na Tabela 3.1, abaixo, propostos por Barrozo et al. (1994), Guedes e
Farias (2000) e Jesus (2002), com as considerações necessárias para o sistema estudado, para
que se pudesse determinar os parâmetros que relacionam a dependência da variação da
umidade com o tempo de secagem (t). Os parâmetros a serem determinados são: a constante
cinética de secagem, K (min-1
) e as constantes A e B, derivadas da equação de Arrhenius. A
avaliação do ajuste dos modelos empíricos foi feita tomando-se como base a metodologia de
análise da variância (ANOVA) descrita por Barros Neto et al. (2007).
Tabela 3.1. Modelos empíricos e semi-empíricos para descrever as isotermas de secagem.
Equação Referência Equação Padrão
7 Brooker et al. (1974) kteAX .
4 Lewis (1921) kteX
6 Thompson et al.(1968) 2)(lnln XBXAt
10 Wang & Singh.(1978) 21 BtAtX
Fontes: Barrozo et al. (1994), Guedes e Farias (2000) e Jesus (2002).
3.7. MONTAGEM DO SIMULADOR
O simulador foi desenvolvido em uma plataforma tecnológica simples, a fim de
facilitar o acesso à sua utilização.
Na construção utilizamos a linguagem de programação Java JVM, Tomcat (servidor de
aplicações), com banco de dados HDBSQL, devido ao seu custo, pois como são ferramentas
consideradas de código aberto, estão disponíveis no mercado de forma gratuita. O
43
equipamento utilizado para a criação deste simulador foi um monitor de 20 polegadas LCD,
1600x900, com as seguintes características:
Processador Core i3 3220, RAM de 4GB, HD de 500GB
TAMANHO DA MEMÓRIA CACHE: mínimo de 3 MB
OUTRAS UNIDADES DE BACKUP: gravador de DVD+/-RW
UNIDADES DISCOS RÍGIDOS: quantidade = 01
CONTROLADORA DE VÍDEO COM CONECTOR
CONTROLADORA DE VÍDEO COM MEMÓRIA
CONTROLADORA DE VÍDEO, C/RESOLUÇÕES até 1920 x 1200
PLACA DE REDE LOCAL PADRÃO ETHERNET 10/100/1000 mbps
FONTE DE ALIMENTAÇÃO COM TENSÃO NOMINAL
TECLADO PARA MICROCOMPUTADOR COMPATÍVEL
GABINETE DO MICROCOMPUTADOR DO TIPO: desktop, padrão ATX
O algoritmo foi montado de forma a receber as equações da Tabela 3.1, utilizadas nas
simulações das curvas de secagem, independente do tipo de grão a ser seco (milho, algodão,
arroz e outros). Em seguida, foram inseridas (pela digitação) as amostras recolhidas no
secador, informando o tempo de secagem correspondente, o peso inicial e peso final e a
temperatura de secagem. Esta inclusão é repetida de acordo com a quantidade da amostras de
cada experimento. Em princípio, o simulador armazena dados em sua memória e gera
resultados, com 4 casas decimais (isto pode ser alterado por parâmetro no simulador).
Finalizado o processo de obtenção dos dados, o simulador inicia o processo de
identificação de qual é o melhor modelo a ser utilizado, baseado em cálculos que fazem a
correção (R) dos dados experimentais com os dados gerados por cada modelo. Os modelos
que atingirem uma correlação próxima da unidade serão considerados como os mais
ajustados, ou seja, quanto maior for à correlação, mais ajustado será o modelo e este será
usado nas simulações. A Equação 6 mostra como foi calculada a correlação entre os dados
experimentais (x) e os dados calculados pelo modelo mais ajustado (y).
44
SYYSXX
SXYR
(6)
Onde
n
xxSXX
2
2 é a somatória dos desvios horizontais e
n
yySYY
2
2 é a somatória dos desvios verticais, enquanto que
n
yxxySXY é a somatória dos desvios combinados dos eixos xy (BARROS
NETO et al., 2007).
A estabilização dos dados de secagem indica que o processo foi finalizado e não há a
necessidade de prosseguir com a secagem, evitando assim problemas com a qualidade dos
grãos. Na simulação, considerou-se os dados do processo como estabilizados, quando as
diferenças (D) entre as amostras próximas (yi, yi+1, yi+2 e yi+3) não variaram mais que 0,0100
e, o tempo correspondente à primeira destas amostras, foi considerado como o tempo final do
processo, pois os grãos foram secos a partir dele. Preferencialmente, o teste é feito em até 4
amostras, para confirmar que a variação não está além do estipulado. A Equação 7, abaixo,
mostra como foi feito para calcular esta diferença.
1 ii yyD (7)
O simulador, após a escolha do melhor modelo, em LIB Jexcel (biblioteca do Java
para utilizar gráficos do Excel) para expor o resultado de forma gráfica, também apresentou o
tempo ideal e a umidade do material seco para cada temperatura de secagem.
O algoritmo utilizado no simulador, com o propósito de identificar o melhor modelo,
foi feito com base em um método de ordenação invertida, ou seja, após efetuar o cálculo, o
sistema inicia o processo de identificação do valor ideal de secagem, e o ordena para colocar
este valor no início de uma pilha. Após esta identificação, a escolha se torna apenas a leitura
do primeiro valor da pilha. Abaixo é mostrado o algoritmo usado na elaboração do simulador.
Passo 1 - Receber dados da amostra
Passo 2 - Armazenar dados da amostra
Passo 3 - Efetuar o cálculo baseado nos dados da amostra
45
Passo 4 – Para cada valor calculado, incluir em uma pilha, sempre colocando o valor
“ideal” no topo da pilha
Passo 5 - Ler resultado
Passo 6 – Informar o modelo ideal neste experimento
Parte do código fonte utilizado para o desenvolvimento do simulador é apresentada a
seguir (o código está sujeito à proteção devido a possibilidade de se registrar o software).
public class Experimento extends JFrame{
private static final long serialVersionUID = 1L;
public static javax.swing.JDesktopPane jDesktopPane = null;
public static javax.swing.JButton btOK = null;
public static javax.swing.JLabel lblTitulo1 = null;
public static javax.swing.JLabel lblTipo = null;
public static javax.swing.JLabel lblOrigem = null;
public static javax.swing.JLabel lblDataColheita = null;
public static javax.swing.JTextField txtTipo = null;
public static javax.swing.JTextField txtOrigem = null;
public static javax.swing.JTextField txtDataColheita = null;
public Experimento(){
//Define o título da janela ... (etc.)
46
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 FUNCIONAMENTO DO SECADOR
Na Figura 4.1 serão apresentadas algumas fotos do secador infravermelho,
desenvolvido neste trabalho. Na Figura 4.1.a, notam-se os detalhes dos componentes internos
do secador, como por exemplo, seu sistema de isolamento (papel alumínio), seu sistema de
ventilação, suas grades de suporte com algumas amostras, a lâmpada de infravermelho (IV) e
seu termostato.
Na Figura 4.1.b, observa-se a incandescência da lâmpada de IV após o acionamento do
sistema de controle de temperatura, provocado pelo envio de uma potência máxima, que é
enviada para a lâmpada, de forma que esta saia da temperatura ambiente para a temperatura
desejada. Na Figura 4.1.c, percebe-se que a lâmpada apresenta uma incandescência menor,
devido à aproximação da temperatura desejada, alguns minutos após o seu acionamento.
Ao final, a temperatura interna (em verde) apresentada no visor do controlador é igual
à temperatura desejada (vermelha), como mostrado na Figura 4.1.d, o que faz com que a
potência enviada para lâmpada seja nula. Ao lado da Figura 4.1.d, existe uma ampliação da
imagem do controlador, para melhorar a visão do mesmo estabilizando a temperatura.
47
Figura 4.1. Fotos do secador de infravermelho. a) visão interna do secador desligado, b) visão
externa do secar, c) visão interna do secador, d) visão externa do secador.
4.2 LEVANTAMENTO DOS CUSTOS
Custo com a madeira: A partir das dimensões do secador apresentadas na metodologia,
calculou-se a área total do secador, a qual foi usada para o cálculo de quantidade de madeira
MDF, usada na manufatura do equipamento, como segue:
Área do fundo e tampa: A1 = 50x50 cm = 2500 cm2
Área dos lados e das laterais: A2 = 50x90 cm = 4500 cm2
48
Área total do secador: AT = 2*A1 + 4*A2 = 2 x 2500 + 4 x 4500 = 23000 cm2
Assim, se dividirmos a área de uma folha de madeira MDF pela área total do secador,
teremos a quantidade de secadores que uma folha de MDF pode gerar e, com esta quantidade
saberemos o custo da madeira na manufatura do secador.
- Quantidade de secadores feitos com 1 folha de MDF = 50875cm2/23000cm
2 = 2,212(secador)
Custo da folha MDF na fabricação de 1 Secador.
- MadeiraSecador = 75 (R$/folha)/2,212(secador)
- MadeiraSecador = R$ 33,90 por secador.
Custo com isolamento: Usando a área interna do secador obteve-se a área de isolante e com
seu preço de mercado atingiu-se o custo com o isolamento do secador.
Preço do Isolante = R$ 13 /m2
Área da base e do topo do isolante: A3 = 46x46 cm = 2116 cm2
Área das laterais, da frente e do fundo do isolante: A4 = 75x46 cm = 3450 cm2
Área total do isolante: AI = 2*A3 + 4*A4 = 2*2116 + 4*3450 = 18032 cm2 = 1,8032
m2
Como o preço do isolante é de 13 R$/m2, logo:
Custo do Isolante = 1,8032(m2)*13(R$/m
2)
Custo do Isolante = 23,44 R$
Custo com eletroeletrônicos: Os valores para cada equipamento do sistema de controle da
temperatura foram fornecidos pela empresa Loti Lorando Tecnologia Indústria (LOTI
LORANDO, 2010), são eles:
- Controlador de Temperatura TCL-P17J:
Valor (R$) = 103,50
- Rele de Estado Solido AD10-F:
Valor (R$) = 29,50
49
Termopar LTE J006/017:
Valor (R$) = 25,51
Custo do sistema de controle (R$) = 158,51
Já os fios, o ventilador e a lâmpada foram adquiridos por R$ 38,00, na AKARI
Lâmpadas Especiais Ltda.
Custo com funcionários: Como o tempo total do técnico em serralheria foi de 3 h, admitindo-
se que seu salário é de R$ 1800,00 e este técnico trabalha em regime CLT de 8 h por dia em
um mês de 22 dias úteis, daí, sua hora de serviço é de R$ 10,227. Assim, seu custo pelas horas
de serviço foi de R$ 30,68.
O tempo total do técnico em eletrônica foi de 1 h, admitindo-se que seu salário
também é de R$ 1800,00 e este técnico trabalha em regime CLT de 8 h por dia em um mês de
22 dias úteis, daí, sua hora de serviço também é de R$ 10,227. Assim, seu custo pelas horas de
serviço foi de R$ 10,23.
Os encargos financeiros para os dois funcionários foram de R$ 13,82, com base no
sistema de recolhimento baseado nas normas do SIMPLES (33,78% do salário bruto).
Os resultados da Tabela 4.1 apresentam um resumo dos custos e o custo total para a
obtenção do secador. Observa-se que o custo total para a produção do secador foi de R$
308,58 e seu preço de venda foi de R$ 455,15.
50
Tabela 4.1. Resumos dos custos para a obtenção de um secador de luz infravermelha.
Discriminação Quantidade Custo (R$)
Sistema de Controle 1 158,51
Madeira MDF (folha) 0,45 33,90
Sistema de isolamento (m2) 1,80 23,44
Lâmpada, fios, etc. 1 38,00
*Técnico em Serralheria (h) 3 h 30,68
*Técnico em Eletrônica (h) 1 h 10,23
Encargos 1 13,82
Custo Total (R$) 308,58
Suposição de Preço 1 (Com Margem de Lucro Usual)
Margem de Lucro (%) 25 77,14
Impostos (%) 18 69,43
Preço de Venda (R$) 455,15
Suposição de Preço 2 (Com 100% de Lucro)
Margem de Lucro (%) 100 308,58
Impostos (%) 18 111,08
Preço de Venda (R$) 728,24
*Salário base de R$ 1800,00, regime CLT e encargos do SIMPLES.
De acordo com a empresa SP Labor Equipamento para Laboratório Ltda (SPLABOR,
2010), em orçamento de dezembro de 2010, um secador convectivo com circulação de ar
custa R$ 6580,00, no caso de secadores de porte semelhante ao obtido neste trabalho e R$
15809,15 no caso de um secador convectivo de porte maior. Já a empresa SOVEREIGN
Comércio de Produtos para Laboratório Ltda (SOVEREIGN BRASIL, 2010), um secador
convectivo de mesmo porte ao obtido neste trabalho custa R$ 7092,45. Por fim, a empresa
PENTAX Comércio de Produtos para Laboratório Ltda (PENTAX, 2010), comercializa um
secador convectivo com dimensões idênticas ao obtidos neste trabalho por R$ 6926,00 e outra
estufa de porte duas vezes inferior por R$ 1294,00.
Assim, o secador apresentado neste trabalho tem um custo entre 14 e 16 vezes menor
do que os comercializados no mercado, ou seja, são secadores de mesmo porte que custam
entre 3 e 35 vezes menos que secadores de porte inferior e superior, respectivamente. E, se
51
considerarmos o preço para um lucro de 100%, os custos são de 2, 9, 22 vezes menores que os
dos secadores comerciais de porte menor, igual e superior do que o obtido neste trabalho.
O que demonstra a sua viabilidade econômica e o alto grau de competitividade. Além
disto, pode-se usar a sua principal qualidade, que é a redução do tempo de secagem, como
uma vantagem competitiva, para potencializar o marketing de vendas deste produto nas
empresas de secagem de grãos e cereais (ALMEIDA et al., 2013; GIRAÇOL et al., 2011;
PASSARINI et al., 2014).
4.3 TESTE DO PROTÓTIPO NA SECAGEM DO MALTE DE MILHO
Para testar o secador, foram usadas as sementes de milho por este ser um dos grãos
mais produzidos no Brasil. Estas sementes foram germinadas, para poder comparar os seus
dados com os dados arquivados por Biazus et al. (2005) e assim, poder provar que a técnica
de secagem infravermelha é tão eficiente quando a secagem convectiva (convencional) na
retirada de umidade e tentar encontrar vantagens competitivas da secagem infravermelho com
relação à secagem convectiva.
O emprego da temperatura de secagem a 55°C se deu, devido à Biazus et al. (2005) ter
mostrado que na proximidade desta temperatura de secagem, as sementes de milho maltadas
apresentam-se secas e com atividade enzimática de até oito vezes maior do que em seu estado
úmido. E, desta forma, o produto pode-se estocado por um longo período sem ser
contaminado por microorganismos e sem perder a sua qualidade.
Provavelmente, isto se deve ao fato das -amilases possuírem temperaturas ótimas
próximas dos 55°C e desta feita, elas serão as primeiras a serem inativadas por desnaturação
térmica ao se exporem a uma maior temperatura por um longo tempo de secagem. Enquanto
que as -amilases por possuírem temperaturas ótimas próximas e até acima de 75°C, mas
também serem inativadas pelo calor (como qualquer outra enzima) ao serem expostas por um
longo tempo a uma determinada temperatura (BIAZUS et al., 2005, 2009; SANTANA et al.,
2010).
A Tabela 4.2 apresenta os valores da massa do malte medido a cada hora de secagem,
pela técnica da luz infravermelha e pela convencional. Estes dados serviram de base para a
obtenção das curvas de secagem do malte de milho, como estão apresentadas na Figura 4.3.1.
52
Através da análise gráfica, vê-se que a umidade nas sementes começa a se estabilizar entre a
partir da quinta hora para a secagem convencional (convectiva) e a partir da primeira hora
para a secagem com luz infravermelha.
Tabela 4.2 Dados experimentais da secagem de malte de milho a 55°C.
Tempo de secagem (h)
Tipo de Secador
Convectivo Infravermelho
Massa do malte (%, p/p) Massa do malte (%, p/p)
0 100,00 100,00
1 56,266 68,228
2 54,335 64,928
3 53,000 62,318
4 52,185 61,476
5 55,121 58,554
6 53,253 56,386
7 50,474 58,922
8 59,150
9 56,708
10 58,608
11 60,725
12 57,735
Nota-se que, após a quinta hora de processo, o valor de umidade retirada do malte de
milho para a secagem convencional (convectiva) ficou em torno dos 40 a 43 % do peso total
das sementes, enquanto que, para a secagem com luz infravermelha este valor ficou entre 47-
50%, após a segunda hora de processo. O que demonstra que o processo de secagem usando a
luz infravermelha é mais eficiente que o convencional, tanto na retirada de umidade quanto no
tempo de secagem.
A Figura 4.2 apresenta as curvas de secagem do malte de milho a 55°C, em um
secador convectivo com circulação de ar (convencional) e no secador projetado neste
trabalho, com luz infravermelha. Estes dois experimentos foram necessários para que se
pudessem comparar as duas técnicas de secagem. Como se nota, a total secagem do malte de
milho, no secador convectivo inicia-se na quinta hora de processo. Entretanto, para o secador
53
infravermelho o tempo inicial para a completa secagem deste malte, aparenta estar entre a
primeira e segunda hora, o que já demonstra uma redução de no mínimo 3 h de processo, com
relação à secagem convencional. E, como tempo em secagem, significa gasto de energia e,
conseqüentemente, gasto de dinheiro, logo uma vantagem econômica entre a secagem com
infravermelho com relação à convencional pode ser observada.
Figura 4.2 Isotermas de secagem do malte de milho obtidas pelos processos de secagens
convectivos e infravermelhos.
Como a determinação do tempo mínimo para a secagem do malte de milho, pela
técnica da luz infravermelha, não foi possível no experimento anterior; devido ao período de
amostragem ser muito longo, se fez um novo experimento com um tempo total de processo
reduzido e um período de amostragem mais curto. A Figura 4.3 representa a curva de secagem
obtida pelos dados experimentais da secagem do malte de milho a 55°C. Como se nota, o
início da região de estabilidade mássica das sementes maltadas inicia-se aos 90 minutos,
indicando que este tempo é o tempo mínimo para que o malte de milho esteja totalmente seco
e assim possa ser processado, embalado e armazenamento, sem umidade e mantendo suas
qualidades nos devidos padrões exigidos.
54
Figura 4.3 Repetição do experimento de secagem usando a técnica de infravermelho a 55°C.
Como o produto de interesse neste processo de secagem é o malte de milho seco, para
que se evite a fácil contaminação por microrganismos e aumente o seu tempo de prateleira; e
com boa atividade enzimática, pois sem sua função catalítica este produto não possuirá
interesse comercial. Sendo assim, pela análise da Figura 4.3, pode-se indicar como condição
ótima de secagem do malte de milho usando um secador de luz infravermelha aquela em que
se opera o sistema a 55°C por um tempo de secagem de no mínimo 3 horas.
4.4 FUNCIONAMENTO DO SIMULADOR
Como já citado anteriormente, foram utilizadas as sementes de milho maltado nos
testes de simulação, devido ao mesmo ser um dos grãos mais produzidos no Brasil e os dados
deste experimento poder ser comparados com os de Biazus et al. (2005), para verificar
algumas vantagens do processo de secagem infravermelha com relação ao convencional
(convectivo).
Na Figura 4.4 é mostrada a tela inicial, a qual é apresentada, logo apo se iniciar o
simulador. A Figura 4.5 mostra a tela seguinte, na qual são inseridos dados que servirão para
catalogar as amostras (o tipo de grãos, sua variedade, data de colheita e procedência) a serem
secas e daí, poderem ser usados na rotulagem dos produtos. A Figura 4.6, logo a seguir,
55
apresenta a tela que é usada na inclusão da quantidade de dados a serem inseridos na
simulação (seqüência) e o número de experimentos a serem rodados no simulador (quantidade
de amostras).
Na Figura 4.7 é apresentada a tela de inserção de cada dado específico (temperatura,
massas úmida e seca) para cada ensaio realizado, os quais são armazenados e a partir destes
são feitos os cálculos para cada modelo e para cada experimento, como apresentado no
exemplo mostrado na Figura 4.8. A partir daí, telas com os gráficos individuais ou contendo
todas das curvas de secagem. A Figura 4.9 apresenta as curvas de secagem experimentais
obtidas neste trabalho. No item seguinte serão apresentados os cálculos para cada modelo e as
telas com os dados experimentais e a simulação feita apenas para o modelo que mais se
ajustou.
Figura 4.4. Tela de apresentação do simulador.
56
Figura 4.5. Tela de inclusão dos dados do produto que será analisado por meio do simulador.
Figura 4.6. Tela de inclusão do experimento e da quantidade de amostras.
57
Figura 4.7. Tela de inclusão das variáveis para os testes nos modelos do simulador.
Figura 4.8. Tela que apresenta o modelo ideal, e qual experimento, definido pelo algoritmo
implementado.
58
Figura 4.9. Tela que apresenta o gráfico contendo todas as curvas de secagem, obtidas a partir
dos dados experimentais.
4.5 TESTES DO SIMULADOR NA OBTENÇÃO DAS CURVAS DE SECAGEM
A Tabela 4.3 apresenta os resultados das medidas da variação da massa do malte de
milho com o tempo de secagem, na forma adimensional. Nota-se que o tempo para a massa do
malte estabilizar é de aproximadamente 300 minutos nas temperaturas de 41 e 45°C e,
aproximadamente 100 minutos para as demais temperaturas. A massa de umidade retirada (M)
nas temperaturas de 41, 45 e 65°C ficou próxima dos 40% e nas temperaturas de 55 e 69°C
ficou na casa dos 46% da massa inicial.
De acordo com Biazus et al., (2005, 2006a, e 2009) as β-amilases possuem
temperatura ótima próxima dos 55°C e as α-amilases, próxima dos 75°C, e elas são
desativadas por desnaturação térmica ao serem expostas à temperaturas superiores às suas
temperaturas ótimas, por um longo período de secagem. Como o tempo de secagem nas
temperaturas 55°C e 69°C foram semelhantes, a temperatura de 55°C foi considerada como a
ideal para este processo de secagem, pois o gasto de energia é menor nesta temperatura.
59
Aplicou-se a metodologia ANOVA (a 95% de nível de confiança) nos dados da
secagem a 55°C para verificar a ocorrência de diferenças significativas entre as médias das
massas obtidas em medições sucessivas. Constatou-se que a partir dos 90 minutos de secagem
não houve diferenças significativas entres os pontos experimentais e que a média da massa
seca foi de 54,1% da massa inicial, indicando que houve uma retirada de umidade de 46%.
Tabela 4.3. Dados experimentais das curvas de secagem do malte de milho no secador
infravermelho
41°C 45°C 55°C 65°C 69°C
t (min) X (g/g) t (min) X (g/g) t (min) X (g/g) t (min) X (g/g) t (min) X (g/g)
0 1,0000 0 1,0000 0 1,0000 0 1,0000 0 1,0000
20 0,8100 20 0,8858 15 0,7991 15 0,8507 20 0,8089
40 0,7924 40 0,8409 30 0,7482 30 0,7894 40 0,7031
60 0,7566 60 0,8080 45 0,6449 45 0,7439 60 0,6555
90 0,7725 90 0,7782 60 0,7058 60 0,6980 80 0,6271
120 0,7120 120 0,7552 75 0,6480 75 0,6669 100 0,5898
150 0,7131 150 0,7311 90 0,5627 90 0,6434 120 0,5209
180 0,6697 180 0,7098 105 0,5433 105 0,6718 140 0,5396
210 0,6774 200 0,7140 120 0,5920 120 0,6396 160 0,5159
240 0,6120 220 0,6947 135 0,5218 135 0,6391 180 0,5079
270 0,5748 240 0,6820 155 0,5512 154 0,5981 210 0,5066
300 0,5357 270 0,6822 165 0,5325 165 0,6082 235 0,4972
360 0,5559 300 0,6792 180 0,5047 180 0,6084 260 0,5173
420 0,6136 360 0,6517
200 0,5809
460 0,5538 420 0,6523
220 0,5882
480 0,6329
240 0,5906
Biazus et al. (2005) e Santana et al. (2010) também mostraram que a melhor
temperatura para a secagem do malte de milho usando secador convectivo com circulação de
ar está próxima dos 55°C. Entretanto, o tempo ideal para a secagem ficou entre 5,18 e 6 h
60
(311 e 360 minutos), já que somente após estas condições o malte estava seco, perdendo até
43% de umidade.
Nestas condições, a atividade enzimática do malte seco foi 5,26 vezes maior do que a
atividade inicial do malte, 20 mil vezes maior do que a atividade do milho “in natura” e 1,5
vezes maior do que a atividade do malte de cevada (BIAZUS et al. 2006b; SANTANA et al.,
2010).
De acordo com Biazus et al. (2006), este malte seco pode ser conservado por até 19
semanas, tanto na temperatura ambiente como resfriado à 10°C, assim, o produto pode ser
estocado por um longo período sem ser contaminado por microorganismos e sem perder a sua
qualidade (BIAZUS et al., 2005; SANTANA et al., 2010).
Uma comparação entre os resultados obtidos neste trabalho com os obtidos por Biazus
et al. (2005) e por Santana et al. (2010) mostrou que é possível obter o malte de milho seco
pelo método da secagem com ondas infravermelhas, mantendo as qualidades obtidas em um
secador convectivo, mas com um tempo de secagem de 3 a 4 vezes menor e retirando 7% a
mais de umidade do que a secagem comum. E como um tempo maior de secagem requer
maior consumo de energia e, consequentemente, maior gasto de recursos financeiros, a
secagem com infravermelho apresenta uma vantagem econômica em relação à convencional.
A Tabela 4.4 apresenta os resultados dos ajustes dos modelos, seus respectivos
parâmetros de cinética de secagem e correlação (R). De acordo com Barros Neto et al. (2007),
quanto mais próximo de 1,0 estiver o seu coeficiente correlação (R) mais ajustado estará o
modelo. Assim, de acordo com os dados apresentados na Tabela 4.4, pode-se considerar que o
modelo de Thompson et al. (1968) é, dentre os modelos estudados neste trabalho, o mais
ajustado aos dados experimentais de secagem do malte de milho por ondas infravermelhas,
pois todos os seus valores de R foram superiores a 0,90.
61
Tabela 4.4. Resultados obtidos para o ajuste dos modelos de secagem.
Modelo Brooker et al. (1974); Lewis (1921)
T(°C) X = A exp(-Kt) R X = exp (-Kt) R
41 X=0,8366 exp(-0,0010)t 0,8900 X=exp(-0,0020)t 0,6375
45 X=0,8613exp(-0,0008)t 0,9003 X=exp(-0,0010)t 0,5520
55 X=0,8330exp(-0,0030)t 0,9061 X=exp(-0,0050)t 0,7540
65 X=0,8299exp(-0,0020)t 0,8856 X=exp(-0,0030)t 0,5740
69 X=0,7931exp(-0,0020)t 0,8712 X=exp(-0,0040)t 0,6222
Modelo Thompson et al (1968) Wang & Singh. (1978)
T(°C) t = A ln X + B [ln X]2 R X = 1 + At + Bt
2 R
41 t = -118,6 lnx+671,2 (lnx)2 0,9026 X=1-0,0027t+2.10
-6t2 0,8744
45 t = 453,1 lnx+3358 (lnx)2 0,9847 X=1-0,0021t+2.10
-6t2 0,8973
55 t = -1,244 lnx +360,9 (lnx)2 0,9416 X=1-0,0070t+210
-5t2 0,9275
65 t = 186,4 lnx +1134 (lnx)2 0,9622 X=1-0,0050t+1.10
-5t2 0,9184
69 t = 97,35 lnx +599,3 (lnx)2 0,9275 X=1-0,0058t+1.10
-5t2 0,9508
As Figuras 4.10, 4.11, 4.12, 4.13 e 4.14 apresentam as telas geradas pelo simulador para
as curvas de secagem do secagem do malte de milho por ondas infravermelhas nas
temperaturas 41, 45, 55, 65 e 69°C, respectivamente. Nestas figuras, também são
apresentados os dados experimentais, sob a forma logarítmica e as suas respectivas
simulações, realizadas de acordo com o modelo que mais se ajustou aos dados deste
experimento. Como se nota, as curvas geradas pelo modelo de Thompson et al. (1968) se
aproximam das curvas obtidas pelos dados experimentas, ou seja, a Equação de Thompson
consegue prever a retirada da umidade do malte de milho na secagem por ondas
infravermelhas.
Com isto, pôde-se verificar que o simulador atingiu o seu objetivo, conseguindo mostrar
qual, dentre os modelos, é o melhor para simular a secagem de um grão específico, e a partir
62
desta simulação, qual pode contribuir com as empresas de beneficiamento de grãos, já que é
possível prever quando o grão específico estará seco (ou com outra quantidade de umidade
que for desejada) usando apenas a medida do tempo de secagem na planta industrial. Ressalta-
se que este simulador pode ser usado para quaisquer tipos de grãos a serem secos e não
somente com aqueles que foram testados.
Entretanto, o modelo ajustado para um tipo de grão pode não ser o mesmo para outro,
mas como o simulador possui vários modelos em sua memória, pode-se reajustar às condições
novas apresentadas, e futuramente, ao se proceder com a simulação da secagem as novas
condições ideais do processo e o modelo mais ajustado serão apresentados.
Figura 4.10. Simulação dos dados experimentais a 41 °C, de acordo com o modelo que mais
se ajustou.
63
Figura 4.11. Simulação dos dados experimentais a 45 °C, de acordo com o modelo que mais
se ajustou.
Figura 4.12. Simulação dos dados experimentais a 55 °C, de acordo com o modelo que mais
se ajustou.
64
Figura 4.13. Simulação dos dados experimentais a 65 °C, de acordo com o modelo que mais
se ajustou.
Figura 4.14. Simulação dos dados experimentais a 69 °C, de acordo com o modelo que mais
se ajustou.
65
5. CONCLUSÃO
Os resultados mostraram que o custo total para a produção do secador à base de luz
infravermelho foi de R$ 442,24, sendo de 14 a 16% mais barato do que os comercializados no
mercado, para os secadores de mesmo porte, e entre 3 e 36% mais barato do que secadores de
porte inferior e superior, respectivamente. Estas qualidades demonstram o seu potencial de
aplicação em produção industrial, devido a sua viabilidade econômica e alto grau de
competitividade com relação aos produtos semelhantes existentes no mercado atual.
O secador de infravermelho conseguiu reduzir o tempo de secagem do malte de milho
em 2,5 vezes, se comparado a secagem comum, sendo a condição ótima da secagem a 55°C
aquela em que se deixou secar o malte por até 90 min.
Neste período, o secador foi capaz de remover cerca de 46% da umidade das sementes,
o que foi 7% a mais do que os secador convectivo (convencional), deixando-as secas e sem
provocar danos à sua estrutura, possibilitando o seu armazenamento por um período maior.
O simulador mostrou-se apto a ser utilizado na obtenção das curvas de secagem de
sementes de milho germinadas e, como possui vários modelos em sua memória, pode-se
reajustar às condições novas que sejam apresentadas, futuramente, para a simulação da
secagem de qualquer grão.
A Equação de Thompson et al. (1968) pode ser usada para simular o processo de
secagem do malte de milho por ondas infravermelhas, pois apresentou um melhor ajuste aos
dados experimentais dentre os modelos estudados.
66
5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
- Testar o simulador em outros grãos;
- Inserir no simulador, mais equações de modelos de secagem existentes;
- Fazer a secagem de outros grãos no secador infravermelho;
- Secar outros produtos agrícolas no secador infravermelho.
67
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79
ANEXOS
ANEXO A: Publicação em Revista Científica
Rogério Baillya, Silvério C. Silva Filho
a, Neide M. N. Sato
b, João B. Severo Júnior
c, Roberto
R. Souzac, José C. C. Santana
a*. An Economically Viable Way to Produce Beer from the
Maize Malt. Chemical Engineering Transactions, v.34, pp. 1-6, 2014
O texto completo na forma em que foi publicado será apresentado a seguir:
CCHHEEMMIICCAALL EENNGGIINNEEEERRIINNGG TTRRAANNSSAACCTTIIOONNSS
VOL. 38, 2014
A publication of
The Italian Association
of Chemical Engineering
www.aidic.it/cet
Guest Editors: Enrico Bardone, Marco Bravi, Taj Keshavarz
Copyright © 2014, AIDIC Servizi S.r.l.,
ISBN 978-88-95608-29-7; ISSN 1974-9791
An Economically Viable Way to Produce Beer from the Maize Malt Rogério Bailly
a, Silvério C. Silva Filho
a, Neide M. N. Sato
b, João B. Severo Júnior
c,
Roberto R. Souzac, José C. C. Santana
a*
aIndustrial Engineering Post-Graduation Program, Nine of July University (UNINOVE), Av. Francisco Matarazzo, 612,
Água Branca, Zip Code: 05001-100, São Paulo, Brazil. bPolitechnical School, University of São Paulo, São Paulo, SP, Brazil.
cDepartment of Chemical Engineering, Federal University of Sergipe, São Cristóvão, SE, Brazil.
This work was done to dry of maize malt (Zea mays) by an infrared dryer in order to generate a derivative
of high commercial value beer industry, and try to add value to maize culture. Models of drying curves were used to simulate the drying isotherms at 45, 55 and 65°C. From this maize malt a beer has been obtained and its sensorial qualities were compared with two commercial beers. The cost of production of the malt was also being measured to verify the economic feasibility of the process. Results showed that the best condition to dry the maize malt in a infrared dryer was 55°C for 1.5 h and this process time was about 4-times minor than drying in a convective dryer. Comparing the sensory quality of maize beer showed that the beer is as good as the commercial beers. It was found that the production cost of beer reduces by 10% when changing the barley malt by maize malt.The proposed of applying of infrared drying process to obtain the maize malt obtain was viable, obtaining therefore a competitive advantage for both the producer, industrial and consumer, providing an alternative source of income as well as to the beer industrial for which the innovation of raw materials will determine the adaptability, processing flexibility and competitiveness in the market. 1. Introduction
The economy of various countries have been busy the maize trade, despite the international crisis, Brazil is expected to reap a record maize harvest total of 67.8 million tons in 2011/12, compared to a production of 57.4 million tons in the previous cycle, according to projections released by the National Supply Company (CONAB), surpassing the volume of soybeans. The competition has influenced the industry to develop new sources of competitive advantages, requiring a continual process of innovation. This has led companies to generate and use technologies or tools that will create opportunities for new products, services and business processes (Simon and Satolo, 2009). Thus, this study aimed to analyze the insertion of a malt production from maize as a competitive alternative to the beer industry. A new drying process (infrared drying) has been used to obtain the maize malt and it was used in beer production. Beer is not a drink distilled, obtained by alcoholic fermentation of must from malted cereal, usually barley malt. The addition of other raw starch or hop is optional, and in general the alcohol content is low, 3% to 8%, being considered an almost complete food because its membership encompasses compounds such as proteins, amino acids, carbohydrates (glucose, maltose, dextrin, etc.), various mineral elements (calcium, phosphorus, sulfur, etc.) alcohol, carbon dioxide and most of the B vitamins. The basic raw materials for the manufacture of beer are water, hops, malt and yeast. The malt is still the saccharification agent allowed in brewing, although techniques may be proposals for its replacement by the use of pure enzymes. In its preparation can be kept active enzyme system, mainly composed of α and β-amylase (Aquarone at al., 2001).
However, as barley is little produced in Brazil, the effect of barley malt in beer production cost is high, since, most of this raw material is imported. Thus, the producing malt from a source which is produced in Brazil will reduces its costs for breweries. As malt is obtained from either germinated seed, which must be subsequently dried, so that are reduced the moisture content and maintained its enzymatic activity. Therefore, a study of the ideal conditions of the drying process should be performed (Benvenga et al., 2011; Curvelo Santana et al., 2010). Besides its importance in the removal of moisture, which serves to avoid microbial contamination and increase the shelf life of products, the drying processes are used to improve the taste, enzymes, vitamins and other functional contents into foods. Due to importance of drying process to industries, several techniques have been applied to fruits and vegetables, from the simplest ones as solar and sun drying to the most expensive, like microwave and freeze drying. In order to get dried products with high nutritional and sensorial attributes, non-conventional drying methods have also been used, like those with modified atmosphere, microwave, osmotic dehydration, sun/solar, freezer drying, foam mat drying, spray drying and others (Cui et al., 2008; De Jesus and Maciel Filho, 2011; Fernande and Rodrigues, 2008; Oi et al., 2013; Santos and Silva, 2008). De Jesus and Maciel Filho (2011) have been optimized the drying process of amylase by response surface methodology. In this study a microwave vacuum drying was used to estimate the main effects of vacuum pressure and power on the enzymatic and water activities. The experimental in star design revealed that microwave vacuum drying is influenced mainly by power. The dehydrated product showed high enzymatic activity and low water activity. Benvenga et al. (2011) and Curvelo Santana et al. (2010) have been used an aired convective dryer to dry the amylases from maize malt, After the execution of the experiments an optimal condition to obtain the high enzymatic activity has been found at 54°C for 5-6 h of drying process. 2. Material and Methods
2.1. Maize malt and beer production
Maize seeds were selected, weighted, washed, carried to the moisture absorption from 40 to 45 % and carried to germination in laboratorial scale. The germination time was between 4 and 5 days. Maize malt was dried according to drying methodology and after that, it was triturated and stored at 5°C (Biazus et al, 2009). In each drying samples of maize malt the enzymatic activity was determined by Wohlgenuth method, modified for Sandstedt, Kneen & Blish (SKB), according to Biazus et al. (2009) and protein content in drying samples of the maize malt was measured by Bradford (1976) modified method. The maize malt was mixed with maize starch and hydrolyzed for 8 h at 55-60°C, as described by Aquaroni et al. (2001). When hydrolyzed inorganic nutrients were added, the pH adjusted pasteurized and added to the Saccharomyces cerevisiae (Fermix ® or Flashman ®) yeast. The fermentation was maintained at a temperature of about 6 ° C in order to hold greater amount of CO2, and after fermentation, the alcohol content of the beers was close to 6 ° GL. The sensory analyzes were made comparing appearance, flavor and aroma of two maize beers with two commercial barley beers according to 1-9 time of a Hedonic scale. The samples passed through a statistical analysis by Student's t test (Aquaroni et al., 2001). 2.2. Drying process methodology
Infrared dryer with air circulation was utilized in maize malt drying process. Dryer operated in constants conditions of temperature, air relative moisture (60 ± 2%) and air flux (1 m
3/h). Tree drying temperature
were utilized in the assays, 45°C, 55°C e 65°C, according to Curvelo Santana et al. (2010). The germinated seeds (malt) were placed in watch glass (previously dried and weight measured in drying temperatures), weight moistures were measured and they were placed to dryer in the assays temperatures. After each drying hour (12 h in total), drying samples were collected for measuring the drying weight (Xi) and; the moisture content (Mi) withdrawal from maize malt was obtained by weight
difference (on percent form). The initial moisture content was measured at 103-105°C of drying temperature, during 40 at 50 hours in convective dryer according to Curvelo Santana et al. (2010). The malted seeds weights were dimensionless (X) after division for moisture weight of germinated seeds. The drying isotherms were made in the temperatures studied (Benvenga et al., 2011; Curvelo Santana et al., 2010).
0X
XX i
(1)
0
0
X
XXM i
i
(2.a) or in percents 100*0
0
X
XXM i
i (2.b)
While: X as the malt weight varying with the drying time (t, min), from an initial, X0, is the initial malt weight and Xi is the malt weight at time i (i varying from 0 until 12, equivalent to the hours of drying process). For
simulation of the drying process of maize seeds some model have been used, such as it showed in Table 1, found in Curvelo Santana et al. (2010). While, consider X as the malt weight varying with the drying time (t, h) from an initial, X0, until an equilibrium weight, Xe, on a constant rate of moisture withdrawn, K (h
-1).
Table 1. Drying models used in this work
Equation Model Author
3 X= A exp (-K.t) Brooeker et al. (1974)
4 X = exp (-K.t) Lewis (1921)
5 t = A.lnX + B.[lnX]2 Thompson et al. (1968)
6 X = 1 + A.t + B.t2 Wang e Singh (1978)
2.4. bibliographic
Taking into account that the development of new products from by-products and / or wastes, it is not only environmental awareness as well as competitive strategy and also in view of that maize possesses interesting chemical-producing maize malt, carried out a study of the main destinations of this raw material to include the optimization of drying of malt as part of the maize chain. Therefore, a literature search was performed, based on the consultation papers selected through a search engine for database SciELO (Scientific Electronic Library Online) and Scopus-Elsevier, and conference proceedings and libraries renowned universities. The focus of the research was the interaction between the concepts of competitiveness, sustainability, supply chain and the use of maize byproducts. Within this context, this work was divided into five stages. In the first step, it was determined the maize supply chain, identifying the critical points of this chain. The second determines the concentration of total protein. In the third stage presents analysis of enzyme activity. In the fourth step is presented obtaining the malt and the fifth stage the drying of the malt. In this study we propose a methodology for the extraction of malt (Simon and Satolo, 2009). 3. Results and Discussions
3.1. Maize malt production
Table 2 shows the results of measurements of change in mass of maize malt with the drying time in dimensionless form. Note that the time to stabilize the mass of malt is approximately 360 min at temperature of 45 ° C and near 100 min for all other temperatures. The mass of moisture removal (M) at temperatures of 45 and 65 ° C was close to 40% and at temperatures of 55 °C was around 46% of the initial mass. Figure 1 shows the drying data of maize seeds drying process. According Biazus et al. (2009) the β-amylases have the optimum temperature close to 55 °C and the α-amylases, close to 75 °C, and they are deactivated by thermal denaturation when exposed at temperatures above their optimum temperature for a long period of drying. Thus, the temperature of 55 ° C was regarded as the optimal for this drying process because there is lower energy expenditure at this temperature. By the variance analysis was found that from 90 min drying no significant differences for the experimental points and the average dry weight was 54.1% of the initial mass, indicating that there was a moisture removal of 46%. Bevenga et al. (2011) and Santana et al. (2010) also showed that the best temperature for the drying of malt using convective dryer with air circulation is close to 55 °C. However, the ideal time for drying was between 5.18 and 6 h (311 and 360 min), since only after these conditions malt was dry, losing up to 43% moisture. Under these conditions, the enzyme activity of dry malt was 5.26 times higher than the initial activity of malt, 20 000 times higher than the activity of maize "in nature" and 6-times higher than the activity of malt barley. So, infrared is the best drying process than other drying processes. A comparison between the results obtained in this work with those obtained by Bevenga et al. (2011) and by Santana et al. (2010) showed that it is possible to obtain malt, maize dried by the drying method with infrared waves, while maintaining the quality obtained in a convective dryer, but with a drying time of 3 to 4 times lower and removing more than 7% moisture drying of the joint. And as drying time, means energy expenditure and, consequently, spending money, just an economic advantage between drying with respect to conventional infrared can be observed. According Biazus et al. (2009), the dry malt can be stored for up to 19 weeks at room temperature so as cooled to 10 °C. Thus, the product can be stored for a long period without being contaminated by microorganisms and without losing its quality. Table 3 shows the results of the fit of the models, their parameters of drying kinetics and correlation (R). According to Barros Neto et al. (2001), the closer to 1.0 is its correlation coefficient (R) will be adjusted over the model. Thus, according to the data presented in Table 3, it can be considered that the model of Thompson et al. (1968) is among the models studied in this work, the most adjusted to the experimental data for drying of malt by infrared waves, since all the values of R were higher than 0.90.
Table 3. Results on the fit of models
Models Brooeker et al. (1974) Lewis (1921)
T(°C) X = A exp(-Kt) R X = exp (-Kt) R
45 X=0.8613exp(-0.0008)t 0.9003 X=exp(-0.0010)t 0.5520 55 X=0.8330exp(-0.0030)t 0.9061 X=exp(-0.0050)t 0.7540 65 X=0.8299exp(-0.0020)t 0.8856 X=exp(-0.0030)t 0.5740
Models Thompson et al (1968) Wang & Singh (1978)
T(°C) t = A ln X + B [ln X]2 R X = 1 + At + Bt
2 R
45 t = 453.1 lnx+3358 (lnx)2 0.9847 X=1-0.0021t+2.10
-6t2 0.8973
55 t = -1.244 lnx +360.9 (lnx)2 0.9416 X=1-0.0070t+210
-5t2 0.9275
65 t = 186.4 lnx +1134 (lnx)2 0.9622 X=1-0.0050t+1.10
-5t2 0.9184
3.2. Maize beer as a factor of competitiveness
Thus, competition is seen as an active process of creating spaces and opportunities through innovation in a broad sense, not restricted by technological change, but considering innovation as any effort aimed at the development of new production processes, sources of raw materials, managerial dimensions or field of activity of the company. In studies on sustainable supply chain was considered not only the product from initial processing of raw materials to delivery to the customer, but also integrating sustainability issues and flows that extend beyond the core management of the supply chain and product design, production of by-products, by-products produced during the use of the product, extending product life, product end of life and recovery processes at end of life (Simon and Satolo, 2009). The analysis life cycle, according to Dias (2009), is a tool to study the environmental aspects and impacts associated with a product, process or service. Such an assessment, in addition to environmental concerns, aims to improve the competitiveness of products in markets with conceptual concerns of sustainability and reduce production costs, to include decisions regarding end of life for products. Increasingly valued by consumers, environmental awareness has become a differentiator, not only the image of the company that adopts, but the real impact that occurs in the environment. Figure represents the possible inclusion of maize malt in beer chain, which is obtained from a product (fresh maize) come from the retailer and going directly to the industrialization and being marketed mainly for brewing industry thus the main consumer in this chain. From the farm, from where you get the seed maize, past the warehouses, where the quality control of the maize is done, until the industrial brewers. The good quality control of seeds in warehouses will lead to a good quality malt that will be obtained in the malting and thus, if you get a good quality beer. Beer is the result of the combination of basically four raw materials: water, barley malt, yeast and hops. Another component is the packaging, in particular, the high share in the total cost of the product. Another raw material added in substitution for malt are non-malted cereals (adjuncts) such as broken rice, maize grits and syrup, invert sugar maize, better known by the name of high-maltose. The use of the latter is growing considerably the production of factories. The proportion of adjuncts beer, however, most breweries, does not exceed 35%. Table 4 is shown a survey of the production cost of beer, Brazil. It is noted that overhead costs represent more than 70% of beer production costs. On individual costs, the barley malt represents approximately 15% of beer production costs (Setti, 2013). The barley price exported to Brazil is approximately US$ 240 per ton of seeds, which the maize price commercialized in Brazil is US$ 180 per ton of seeds, which will
have a reduction of 25% in cost with raw material for the beer production (AGROLINK, 2013; WORLD BANK, 2013). According to Curvelo Santana et al. (2010), the amylases from maize malt were 6-times more active than the barley malt and therefore can be reduced in 6-times the amount of malt to be used in beer production and thus, the raw material cost is reduced by 87% and more than 10% of total costs. These arguments make maize a raw material of high competitive degree for Brazilian brewing industry. Figure 3 shows the variation of sensory results attributed by consumers for appearance, flavor and aroma of two maize beers (this work) and two barley beers marketed in Brazil.
Figure 2. Supply chain malt barley for obtaining beer Table 4. Composition of beer costs using barley and maize malt
Item Barley malt Maize malt
Variable Costs 27.5 17.8
Barley Malt 14.8 3.40
High-Maltose 3.30 3.74
Hand Labor 3.70 4.20
Utilities 3.20 3.63
Breaking 0.70 0.79
Other 1.80 2.04
Overhead Costs 72.5 82.2
Sales 18.4 20.9
Administrative 13.9 15.8
Depreciation 11.0 12.5
Other 29.2 33.1
Figure 3. Sensorial evaluation of beers by the hedonic scale. Sensory analysis showed that beer obtained by S. cerevisiae yeast from Flashman ® was the best in all sensory qualities. However, even maize beer (S. cerevisiae yeast Fermix®) that had bad results presented with sensory
values equal to one of the marketed. The physico-chemical analyzes show that the beers are within the standards set for beers with the already produced industrially. Thus, it proved that is possible to produce beer from malted maize, looking to add economic value to a cereal as consolidated in the regional economy and high availability. 4. Conclusions
It is possible concluded that the best condition to dry the maize malt in a infrared dryer was 55°C for 1.5 h and this process time was about 4-times minor than drying in a convective dryer. Comparing the sensory quality of maize beer showed that the beer is as good as the commercial beers. It was found that the production cost of beer reduces by 10% when changing the barley malt by maize malt.The proposed of applying of infrared drying process to obtain the maize malt obtain was viable, obtaining therefore a competitive advantage for both the producer, industrial and consumer, providing an alternative source of income as well as to the beer industrial for which the innovation of raw materials will determine the adaptability, processing flexibility and competitiveness in the market. References
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