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UNIOESTE
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
CAMPUS DE MARECHAL CÂNDIDO RONDON
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AGRONOMIA
NÍVEL MESTRADO
MARCELO GRECO
AVALIAÇÃO DE DIFERENTES COMBINAÇÕES DE TEMPO DE
REVOLVIMENTO, EM SECADOR DE CAMADA FIXA PARA CAFÉ
MARECHAL CÂNDIDO RONDON
SETEMBRO DE 2006
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MARCELO GRECO
AVALIAÇÃO DE DIFERENTES COMBINAÇÕES DE TEMPO DE
REVOLVIMENTO EM SECADOR DE CAMADA FIXA PARA CAFÉ
Dissertação apresentada à Universidade
Estadual do Oeste do Paraná, como parte das
exigências do Programa de Pós-Graduação em
Agronomia – Nível Mestrado, para obtenção
do título de Mestre.
ORIENTADOR: PROF. DR. ALESSANDRO
TORRES CAMPOS
MARECHAL CÂNDIDO RONDON
SETEMBRO DE 2006
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A minha esposa Silvia
A meu filho Marcelo Henrique
A minha irmã Vera
AGRADECIMENTOS
À Universidade Estadual do Oeste do Paraná – UNIOETE Campus de
Marechal Cândido Rondon, pela oportunidade de realização do curso.
Ao Professor Dr. Alessandro Torres Campos, pela orientação, pela paciência e
pelo estímulo.
À minha esposa Silvia, pela paciência, pelo carinho, pelas sugestões e
correções de erros de português.
À minha irmã Vera, pela paciência, pela amizade, por ser uma grande colega
durante o curso e pela ajuda nas horas que mais precisei.
Ao colega Roberto Natal Dal Molin, pela amizade, pela força e ajuda na
realização do projeto.
Aos proprietários do café, Srs. Penacho, Marcio e Helio, por disponibilizar o
produto para realização do trabalho.
A todos os colegas que de alguma forma contribuíram para realização do
trabalho, em especial Jeferson, Melissa e Valdemir.
A secretária Noili, pela ajuda e amizade.
A todo o corpo docente, pela paciência e ensinamentos.
RESUMO
O presente trabalho objetivou avaliar a eficiência energética na secagem de café
(Coffea arabica, L.), com diferentes combinações de tempo de revolvimento, em
secador de camada fixa. O experimento foi desenvolvido no mês de julho de 2004, no
município de Jesuítas-PR. O secador foi composto por: câmara de secagem com
capacidade para 4,5m³ de grãos, câmara plenum com volume 2,9m³, ventilador com
vazão de 473,2m³ mim
-1
, dois motores com potência de 2cv (um para o acionamento
do ventilador e outro para acionamento do sistema de revolvimento) e sistema
mecânico com pás, que mantinha o produto em revolvimento rotatório horizontal. Os
teores de umidade dos grãos foram obtidos pelo método padrão de estufa 105±1ºC por
24 horas. A coleta de amostras foi realizada com um coletor segmentado em quatro
diferentes pontos da câmara de secagem a cada duas horas. A temperatura e umidade
do ar foram obtidas mediante o uso de termohigrômetro digital instalado em abrigo
meteorológico. A temperatura do ar de secagem foi de 75
o
C. A ventilação e secagem
mantiveram-se contínuas no teste, tendo como tratamentos os intervalos de tempo e
revolvimento de: uma hora; duas horas; três horas e revolvimento contínuo. Observou-
se que o revolvimento com intervalos de três horas promoveu o menor consumo de
energia elétrica (17,11kWh) e de lenha (208,25kg). A média da eficiência energética
entre os tratamentos foi de 12,30MJ kg
--1
. Para o modelo de secador utilizado
recomenda-se a utilização do sistema de revolvimento com intervalos de três horas e
secagem contínuas, uma vez que não foram observadas diferenças na qualidade final
do produto em análise sensorial.
Palavras-Chave: Coffea arabica,L, energia, secagem, instalações para o preparo.
ABSTRACT
This assignment aimed to value the energetic efficiency on coffee drying (Coffea
Arabica, L.), with different combinations of time revolvment on a fix layer dryer. The
experiment was developed on July, 2004 in Jesuitas city, Paraná. The dryer was
compound of: a drying chamber with a capacity to 4,5 m
3
of grains, chamber plenum
with volum of 2,9 m
3
, fan with leakage of 473,2 m
3
mim
-1
, two motors with potency of
2 cv (one for the drive of the fan and another one for the drive of the revolvment
system) and mechanical system with shovels, that kept the product in horizontal
rotatory revolvment. The grain´s contents of damp were gotten by the standard method
of greenhouse 105±1ºC for 24 hours. The sample´s collection was carried out with a
collector segmented on four different points of the drying chamber at each two hours.
The temperature and the air´s damp were gotten through digital thermhigrometer,
installed in a meteorological shelter. The drying air´s temperature was 75ºC. The
ventilation and the drying kept it continuous during the test, having as treatment the
time´s interval and revolvment of one hour, two hours, three hours and continuous
revolvment. It was observed the revolvment with intervals of three hours promoted the
smaller energy electric (17,11 kWh) and firewood consume (208,25 kg). The average
of the energetic efficiency between the treatments was 12,30 MJ kg
--1
. for the model of
dryers used it is recommended the utilisation of the revolvment system with intervals
of three hours and continuous dryer, considering that had not been difference in the
final quality of the product in sensorial analysis.
Key-Words: Coffea arabica, L, energy, drying, coffee preparing buildings.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1.
Poder calorífico inferior da lenha seca...........................................
24
Tabela 2.
Poder calorífico da lenha em função do conteúdo de umidade...... 25
Tabela 3.
Parâmetros e especificações do secador requerido para avaliação
do desempenho...............................................................................
30
Tabela 4.
Classificação do tipo (quantidade de defeito) em grãos de café,
para amostra de 300g......................................................................
32
Tabela 5.
Temperatura média do ar na massa de grãos e densidade média
do fluxo de ar nos tratamentos........................................................
52
Tabela 6.
Valores médios de massa do produto inicial e final, diferença de
massa e perda de água por hora, nos tratamentos...........................
52
Tabela 7.
Resultado da analise sensorial e classificação de café para os
quatros tratamentos.........................................................................
53
Tabela 8.
Consumo médio de energia elétrica; consumo do sistema de
revolvimento e do ventilador; tempo de duração do
revolvimento; tempo de funcionamento do ventilador e média
do consumo total.............................................................................
56
Tabela 9.
Consumo total de combustível entre os tratamento e média do
consumo total de lenha...................................................................
57
Tabela 10.
Capacidade de secagem de produto úmido e de produto
seco.................................................................................................
59
Tabela 11.
Eficiência energética em MJ kg
-1
de água evaporada e eficiência
energética em (%) entre os tratamentos..........................................
60
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.
Secador mecânico de camada fixa para café, com sistema adaptado
de revolvimento. (a) vista externa; (b) câmara de secagem.................
33
Figura 2.
Duto de ligação e ventilador................................................................
34
Figura 3.
Fornalha de fogo indireto.....................................................................
35
Figura 4.
Esquema mostrando os locais de amostragem de grão de café dentro
da câmara de secagem..........................................................................
36
Figura 5.
Esquema mostrando os locais de observação de temperatura dentro
da câmara de secagem, no plenum e no duto de ligação......................
38
Figura 6.
Secador com capacidade máxima de carga..........................................
42
Figura 7.
Esquema do sorteio dos tratamentos nos blocos..................................
43
Figura 8.
Representação gráfica da média diária da temperatura do ar e
umidade do ar ambiente e representação do período de realização do
experimento para cada bloco...............................................................
44
Figura 9.
Curvas de secagem do tratamento SVRC; repetição 1 (R1),
repetição 2 (R2), repetição 3 (R3) e repetição 4 (R4) .........................
46
Figura 10.
Curvas de secagem do tratamento SVCR1; repetição 1 (R1),
repetição 2 (R2), repetição 3 (R3) e repetição 4 (R4) .........................
46
Figura 11.
Curvas de secagem do tratamento SVCR2; repetição 1 (R1),
repetição 2 (R2), repetição 3 (R3) e repetição 4 (R4) .........................
47
Figura 12.
Curvas de secagem do tratamento SVCR3; repetição 1 (R1),
repetição 2 (R2), repetição 3 (R3) e repetição 4 (R4) .........................
47
Figura 13.
Curvas médias de secagem do café em secador de camada fixa
48
Figura 14.
Gradiente de teor de umidade formado no tratamento SVRC nos
pontos A, B, C e D em relação às alturas de 0,1; 0,2; 0,3 e 0,4 m.......
49
Figura 15
Gradiente de teor de umidade formado no tratamento SVCR1 nos
pontos A, B, C e D em relação às alturas de 0,1; 0,2; 0,3 e 0,4 m.......
50
Figura 16.
Gradiente de teor de umidade formado no tratamento SVCR2 nos
pontos A, B, C e D em relação às alturas de 0,1; 0,2; 0,3 e 0,4 m.......
50
Figura 17..
Gradiente de teor de umidade formado no tratamento SVCR3 nos
pontos A, B, C e D em relação às alturas de 0,1; 0,2; 0,3 e 0,4 m.......
51
Figura 18.
Diferença da média de temperatura entre o duto de ligação, plenum
e ar de secagem de todos os tratamentos.............................................
55
Figura 19.
Relação entre a quantidade de combustível consumida na forma de
lenha e a quantidade de combustível consumida na forma de energia
elétrica..................................................................................................
58
SUMÁRIO
RESUMO..............................................................................................................
05
ABSTRACT..........................................................................................................
06
LISTA TABELAS................................................................................................
07
LISTA FIGURAS.................................................................................................
08
SUMÁRIO.............................................................................................................
10
1 INTRODUÇÃO.................................................................................................
13
2 REVISÃO DE BIBLIOGRÁFICA .................................................................
15
2.1 O CAFÉ............................................................................................................
15
2.1.1 Café no Brasil................................................................................................
15
2.1.2 Café no Paraná...............................................................................................
16
2.2 PROCESSO DE SECAGEM...........................................................................
17
2.3 MÉTODOS DE SECAGEM............................................................................
18
2.4 SECADORES...................................................................................................
19
2.4.1 A Temperatura...............................................................................................
21
2.4.2 O Teor de Umidade dos Grãos......................................................................
21
2.4.3 Combustíveis e Energia.................................................................................
23
2.4.4 Sistemas de Revolvimento............................................................................
26
2.4.5 Avaliação de Secadores.................................................................................
28
3 MATERIAL E MÉTODOS..............................................................................
31
3.1 AVALIAÇÃO DE QUALIDADE DO CAFÉ.................................................
31
3.2 O SECADOR...................................................................................................
32
3.2.1 Câmara de Secagem......................................................................................
32
3.2.2 Câmara Plenum.............................................................................................
33
3.2.3 Duto de Ligação............................................................................................
34
3.2.4 Ventilador......................................................................................................
34
3.2.5 Fornalha de Fogo Indireto.............................................................................
35
3.3 AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DO SECADOR.....................................
35
3.3.1 Teor de Umidade...........................................................................................
36
3.3.2 Determinação da Massa do Produto .............................................................
37
3.3.3 Temperatura do Ar na Massa de grãos..........................................................
37
3.3.4 Temperatura de Secagem, Temperatura do Ar Ambiente e Teor de
Umidade do Ar Ambiente......................................................................................
37
3.3.5 Consumo de Energia do Ventilador e Sistema de Revolvimento.................
38
3.3.6 Energia proveniente do Combustível ...........................................................
39
3.3.7 Capacidade de Secagem, Densidade do Fluxo de Ar e Tempo de Secagem.
40
3.3.8 Eficiência Energética de Secagem................................................................
40
3.4 SISTEMAS DE OPERAÇÃO COM O SECADOR........................................
41
3.4 ANÁLISE ESTATÍSTICA...............................................................................
43
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO......................................................................
44
4.1 TEMPERATURA E UMIDADE RELATIVA DO AR AMBIENTE.............
44
4.2 PARÂMETROS RELATIVOS AOS GRÃOS................................................
45
4.2.1 Porcentagem de Impurezas............................................................................
45
4.2.2 Teor de Umidade...........................................................................................
45
4.2.3 Gradiente de Teor de Umidade.....................................................................
48
4.2.4 Temperatura e Fluxo de Ar na Massa de Grãos............................................
51
4.2.5 Massa do Produto..........................................................................................
52
4.2.6 Qualidade do Produto....................................................................................
53
4.3 PARÂMETROS RELATIVOS A TEMPERATURA DO AR NO
SECADOR.............................................................................................................
54
4.3.1 Temperatura do Ar no Secador.....................................................................
54
4.4 USO DE ENERGIA.........................................................................................
55
4.4.1 Consumo de Energia Elétrica do Ventilador e Revolvedor..........................
55
4.4.2 Tipo de Combustível e Quantidade Utilizada...............................................
57
4.5 DESEMPENHO DO SECADOR.....................................................................
59
4.5.1 Capacidade de Secagem................................................................................
59
4.5.2 Eficiência Energética ....................................................................................
59
5 CONCLUSÕES.................................................................................................
62
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...............................................................
63
APÊNDICE...........................................................................................................
68
1 INTRODUÇÃO
O desenvolvimento da indústria cafeeira no Brasil, deu-se no início do século
XVIII, sendo cultivado em todas as regiões do país, porém, assumiu grande
importância comercial apenas no final do século XX, com a alta dos preços causada
pela crise instaurada no grande produtor da época, a colônia francesa do Haiti. Assim,
passou a ser, junto com o açúcar e o algodão, um dos principais itens de exportação do
Brasil (FURTADO, 1991).
Até o início do século XXI, o café era o principal produto de exportação do
Brasil, porém, tem perdido espaço no mercado internacional. O café brasileiro já
chegou a representar 80% da produção mundial na década de 20, mas em 2002 ficou
restrito a 37%, mantendo ainda o título de maior exportador do produto (CONAB,
2002).
Para obtenção de um café de alta qualidade é necessário o emprego de técnicas
adequadas de produção, desde o plantio até a colheita e, a estas, somar práticas de
processamento que possam preservar a sua qualidade inicial. No processamento pós-
colheita, a secagem é uma das etapas mais importantes, porque, se for conduzida
indevidamente, poderá acarretar grandes prejuízos aos cafeicultores (PINTO FILHO,
1994).
14
A secagem mecânica mostra-se mais eficiente que a secagem em terreiros,
possibilitando o desenvolvimento de inúmeros modelos de secadores e/ou adaptações
de modelos pré-existentes. A análise da eficiência desses modelos torna-se de extrema
importância, pois permite avanços no desenvolvimento de novos protótipos
(LACERDA FILHO et al, 1982; CAMPOS, 1998).
Os secadores mecânicos requerem motores com grande potência e a maior
parte da energia é consumida na forma de calor. A avaliação do desempenho de
secadores depende de fatores como a temperatura ambiente, a umidade relativa do ar, a
temperatura do ar e o consumo de energia (combustíveis líquidos, gasosos ou
eletricidade) (BARKKER-ARKEMA et al., 1978).
Para que a avaliação do secador seja eficiente, faz-se necessária a obtenção de
medidas precisas dos grãos, do ar, dos parâmetros de secagem e das fontes de energia
utilizadas na ventilação e movimentação dos grãos (NELLIST & BRUCE, 1992).
O processo mecânico é realizado em uma câmara de secagem, onde se
utilizam ventiladores para distribuir o ar, que é aquecido pela queima de lenha ou de
combustíveis fósseis.
Visando economia de energia consumida no processo de secagem e buscando
atingir a qualidade e umidade desejável do produto, torna-se interessante avaliar a
possibilidade de redução no tempo de utilização de sistemas de revolvimento
mecânico, na secagem de café em secadores de camada fixa.
Desta forma, teve-se como objetivo, neste trabalho, avaliar o efeito de
diferentes intervalos de tempo de revolvimento no consumo de energia, em secador de
camada fixa para café, com sistema de revolvimento mecânico.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 O CAFÉ
2.1.1 Café no Brasil
O desenvolvimento da indústria cafeeira no Brasil ocorreu, principalmente,
devido ao fato de ter sido uma atividade baseada na utilização de trabalho escravo e na
utilização de grandes áreas de terra, que eram tidas como um recurso sub-utilizado.
Assim o café era considerado um produto de baixo custo, sendo cultivado em grande
escala, fazendo do país um dos maiores produtores e exportadores de café do mundo
(FURTADO, 1991).
Na década de 20, a produção de café no Brasil chegou a representar 80% da
produção mundial, porém, essa produtividade teve uma queda após a entrada de
muitos países produtores no mercado. Na década de 60, caiu para 35% e chegou a 20%
da produção mundial na década de 90, somente no ano de 2001 conseguiu aumentar a
média para 26% e no ano posterior, devido a uma grande safra, chegou à produção de
37% (CONAB, 2002).
16
Na safra de 2004/2005, a produção foi de 38,6 milhões de sacas, 9,8 milhões a
menos que o ano de 2002.
O Brasil tornou-se conhecido por ser um grande exportador de quantidade e
não em qualidade. Esse fator instigou os produtores a buscarem melhorias no processo
produtivo do produto. Uma das principais etapas que interferem na qualidade do
produto é a pós-colheita, principalmente a etapa da secagem, uma vez que, a maneira
com que a mesma é feita produz grande influência na qualidade final do produto
(ORMOND et al., 1999).
No mercado mundial, o café é um produto agrícola e agroindustrial muito
importante. Estima-se que o agronegócio do café movimenta cerca de US$ 55 bilhões
anuais em todo mundo (STRENGER, 2001).
2.1.2 Café no Paraná
No Paraná a cafeicultura foi introduzida no início do século XIX, mas foi a
partir dos anos 50 que teve grande expansão no Estado. Passou de 300.000 ha em 1951
para 1,6 milhões de hectares em 1962 (MONTEIRO, 1985).
Entretanto, o grande aumento da produção gerou, como conseqüência, a queda
do preço do produto no mercado mundial. A situação da cafeicultura foi agravada com
as geadas ocorridas em 1975, as quais reduziram drasticamente as áreas cultivadas no
Estado do Paraná. Na década de 1990 a área cultivada voltou aos patamares dos anos
50, situada em torno de 430.000 ha (SEAB/DERAL, 2004; FURTADO, 1991).
17
A cultura cafeeira sofreu grandes prejuízos novamente no ano de 1994, devido
a fortes geadas ocorridas no Estado e sua erradicação foi quase que total. Com isso a
cafeicultura paranaense tomou novos rumos, com investimentos em novas tecnologias
como o cultivo do café adensado. Mesmo com essa tecnologia a cultura cafeeira do
Estado continuou em declínio, chegando em 2003 com uma área de 134.775 ha e uma
produção de 1,95 milhões de sacas (SEAB/ DERAL, 2004).
2.2 PROCESSO DE SECAGEM
O princípio do processo de secagem consiste em eliminar total ou
parcialmente a água existente nos espaços intercelulares dos grãos. Essa eliminação de
água ocorre com a transferência do calor do ar, gerado pelo secador, que ocupa o
espaço onde se encontra a água, a qual é eliminada na forma de fluxo de vapor.
Portanto, a secagem ocorre por meio de um processo simultâneo de eliminar,
primeiramente, a água superficial dos grãos para o ar através da evaporação e,
posteriormente, movimentar a água do interior do grão até sua eliminação parcial
(BAKKER-ARKEMA et al., 1978).
Já para Dalpasquale (1983), a secagem de grãos pode ser definida de acordo
com os enfoques teóricos e práticos. Nos estudos teóricos o processo de secagem seria
a transferência de calor e de massa, já nos estudos práticos a secagem seria definida
como a maneira pela qual se elimina a umidade interna de um grão de modo que se
possa armazená-lo com total segurança.
18
De acordo com Dorfman et al. (1981), o processo de secagem influi diretamente
no aspecto e na torração do café, a qual deve ser feita lenta e uniformemente para não
quebrar o grão, mantendo sua consistência e uniformidade na cor, permitindo, dessa
forma, o melhor sabor do produto.
O processo de secagem é um processo de extrema importância que antecede a
armazenagem, pois, sendo a secagem bem feita, os grãos podem ser armazenados com
segurança, mantendo as qualidades químicas, físicas e as características biológicas do
produto (DALPASQUALE, 1983).
2.3 MÉTODOS DE SECAGEM
Os métodos de secagem mais comumente utilizados no Brasil são a secagem
em terreiros e a secagem mecânica. A secagem em terreiros consiste em espalhar o
café em grandes espaços, que podem ser de chão batido, cimento, asfalto ou tijolo e
expostos às condições naturais de clima, sendo apenas revolvidos manualmente.
Porém, este método de secagem, apesar de natural, apresenta limitações, ficando o café
a mercê das condições climáticas e o processo de secagem pode demorar de 10 a 20
dias, favorecendo a fermentação e surgimento de fungos (DORFMAN et al.,1981).
Tendo em vista os problemas existentes durante a secagem dos grãos em
terreiros, a secagem artificial, em secadores mecânicos, é um procedimento de
fundamental importância para os produtores de grãos. De modo geral, os secadores de
19
leito fixos são os mais acessíveis aos produtores, principalmente pelo seu custo
(LACERDA FILHO, 1986).
No Brasil, há um período seco e de temperatura moderadamente elevadas,
coincidindo com estação da colheita, induzindo a passagem rápida do estágio maduro
ao parcialmente seco, sendo necessário a secagem em terreiros ou em secadores
mecânicos (BERBERT et al, 1994). No entanto, os autores consideram que a tendência
era a utilização da combinação dos dois sistemas.
De acordo com Campos et al. (1999-a), mesmo diante dos avanços
tecnológicos existentes no setor de secadores mecânicos, a secagem em terreiros ainda
é muito utilizada, principalmente pelo alto custo envolvido no sistema mecânico, se
comparado aos custos da secagem em terreiros, sendo esse mais acessível a pequenos e
médios produtores.
A correta escolha do método de secagem é influenciada por alguns fatores
como: o capital disponível para investimentos, o nível tecnológico do produtor, o
volume da produção e as condições climáticas da região (DORFMAN et al., 1981).
2.4 SECADORES
Os secadores de grãos podem ser classificados de acordo com diversos
critérios, tais como: o fluxo do produto no secador e a temperatura da secagem. Os
secadores classificados em relação ao fluxo do produto podem ser: estacionários ou
contínuos (DALPASQUALE et al., 1991).
20
Nos secadores estacionários ou secadores de camada fixa (bateladas), o ar de
secagem movimenta-se da camada inferior para a superfície da massa de grãos. A
troca de umidade ocorre entre os grãos e o ar, em uma região denominada zona de
secagem. Esta zona de secagem move-se no sentido da camada inferior para a
superfície da massa de grãos, conforme ocorre o processo de secagem. Os grãos da
camada inferior atingem a umidade de equilíbrio com o ar, antes dos grãos da camada
superior. Podendo, então, estabelecer dois gradientes distintos durante a secagem. O
primeiro é o gradiente de umidade dos grãos, estabelecidos entre as camadas inferior e
superior da massa de grãos e o segundo é o gradiente de temperatura (BROOKER et
al., 1979).
Nos secadores de camada fixa, para maximizar o processo de secagem, o
desenvolvimento de um sistema de revolvimento de grãos se tornou primordial, pois,
reduz-se o tempo de secagem, uma vez que o produto, sendo revolvido, seca com
maior rapidez. Entretanto, essa redução no tempo de secagem pode gerar um aumento
nos custos de produção, pois o produto é revolvido constantemente durante todo o
processo de secagem, se o sistema for acionado por motor (CAMPOS et al.,1999-a).
Para Morey et al. (1976), os secadores com elevados fluxos de ar e alta
temperatura devem ter um procedimento de operação para reduzir as exigências de
energia durante a secagem. Essas exigências podem ser reduzidas através de: (1) ajuste
da operação com o secador; (2) permitir a secagem parcial no campo; (3) com secagem
parcial em altas temperaturas seguida pela secagem em baixa temperatura.
21
2.4.1 A Temperatura
Na maioria dos secadores mecânicos as necessidades energéticas para o
processo de secagem são fornecidas por convecção forçada através do ar aquecido.
Para o aquecimento do ar, tais secadores utilizam energia proveniente da combustão de
lenha ou de derivados de petróleo, para elevar a temperatura do ar de secagem de 60º a
200ºC (ROSSI & ROA, 1980).
O aumento da temperatura do ar acelera o processo de secagem, pois reduz a
umidade relativa do ar, adquirindo, então, uma grande capacidade de secagem.
Entretanto, o aumento exagerado da temperatura poderá diminuir a eficiência do
secador no processo (DIOS, 1996).
A temperatura de secagem elevada provoca uma rápida e intensa perda de
umidade da superfície do grão, ocasionando endurecimento superficial, que dificulta a
evaporação da umidade contida no seu interior (BIAGI et al., 1992). Para obtenção de
um café de boa qualidade, recomenda-se que a temperatura na massa de grãos não
ultrapasse 45ºC (ANDRADE, 1997; CASTRO, 1991; IBC, 1985).
2.4.2 O Teor de Umidade dos grãos
O teor de umidade inicial do produto influencia o processo de secagem, pois,
quanto maior a umidade de um produto, maior será a quantidade de água evaporada
por unidade de energia. Com o elevado conteúdo de umidade, as forças de adsorção da
22
estrutura celular sobre as moléculas de água, são menores que quando o conteúdo de
umidade do produto é mais baixo. Em conseqüência, se utiliza maior quantidade de
energia para evaporar a umidade contida em grãos mais secos (DALPASQUALE et
al., 1991).
O café é colhido com cerca de 60 a 80% b.u., sendo considerado um produto
com alta umidade (ROSSI & ROA, 1980). Esse é o fator mais importante para
propiciar surgimento de mofos se associado a elevação da temperatura da massa de
grãos, que podem causar fermentação dos grãos (DORFMAN et al., 1981). A umidade
possibilita o surgimento de agentes biológicos, ocasionando o aumento da taxa de
respiração e a elevação da temperatura da massa, com posterior fermentação.
O teor de umidade dos grãos é, sem dúvida, o mais importante fator que
contribui para o surgimento de fungos, causa principal da redução de qualidade dos
produtos agrícolas. Juntamente com o crescimento de fungos, as condições
desfavoráveis de colheita e de armazenamento e os altos teores de umidade promovem
aquecimento acentuado na massa de grãos, causando descoloração, aumento de ácidos
graxos e redução da qualidade nutritiva (SILVA et al., 1990).
No caso especifico do café, a desuniformidade no teor de umidade faz com que
os grãos sejam submetidos a diferentes graus de torração, o que é indesejável para
obtenção de um produto com boa qualidade de bebida. Os grãos com maior teor de
umidade torram mais lentamente que os mais secos, produzindo uma torração
excessiva dos mais secos ( CARVALHO & CHALFOUN, 1985).
O fruto de café quando colhido verde, origina um grão que possui menor massa
e uma umidade diferenciada, ocasionando uma secagem desigual. Para obter um maior
23
rendimento a colheita deve ser feita quando a maior parte dos frutos estiverem
maduros, evitando-se a queda na qualidade do produto (GUARÇONI et al., 1998).
O teor de umidade de um produto deve ser aquele que permita seu
armazenamento, em condições ambientais por mais de 3 anos, sem perder suas
propriedades nutricionais e organolépticas (ROSSI & ROA, 1980).
2.4.3 Combustíveis e energia
Pode-se definir energia como propriedade de um sistema que lhe permite
realizar trabalho. A energia pode ter várias formas, transformáveis umas nas outras e,
cada uma, capaz de provocar fenômenos bem determinados e característicos nos
sistemas físicos. Em todas as transformações de energia há sua completa conservação,
pois a mesma não pode ser criada, mas apenas transformada de uma forma para outra
(SEARS et al., 1996).
A dificuldade econômica para adquirir derivados de petróleo como fonte de
energia, fez com que vários países optassem pelo uso de energias renováveis, tais
como: a lenha, resíduos agrícolas, energia elétrica e energia solar (DALPASQUALE et
al., 1991).
Com isso, intensificou-se a utilização e melhoraram as tecnologias empregadas
em secadores mecânicos, cujo principal combustível utilizado é a lenha, proveniente
de reflorestamento ou de florestas nativas (CAMPOS, 1998).
24
A principal característica de um combustível é seu poder calorífico, que pode
variar conforme o tipo de lenha utilizado (Tabela 1), e também, conforme a sua
umidade (Tabela 2) (DALPASQUALE et al., 1991).
De acordo com Brooker et al. (1992), a operação de secagem é, sem dúvida, a
que mais consome energia no processo produção agrícola, podendo representar até
60% do seu consumo. Evidencia-se então, a necessidade da escolha de equipamento
com alta eficiência energética. Conforme Cordeiro et al. (1983), os principais
parâmetros para a escolha do sistema de secagem são: consumo de energia, eficiência
do secador e parâmetros relativos à qualidade do produto.
Para Dios (1996), aproximadamente 50% do calor proveniente do combustível
se perde em um sistema de secagem, sendo que, a quantidade de calor necessária para
a evaporação de 1 kg de água é de 600 kcal.
Tabela 1. Poder calorífico inferior da lenha de seca.
Espécie PCI (kJ kg
-1
)
Eucalipto 19228
Pinos 20482
Cedro 18066
Ciprés 21443
Encino 19500
Média 19744
Fonte: Mitre (1982) e Diniz (1981) citado por Dalpasquale et al., (1991)
25
Tabela 2. Poder calorífico da lenha* em função do conteúdo de umidade.
Umidade (%) PCI (kJ kg
-1
)
0 19880
10 17644
20 15412
30 13180
40 10947
50 8715
60 6483
Fonte: Diniz (1981) citado por Dalpasquale et al., (1991)
* Não se faz distinção entre espécies
Em um sistema de secagem a perda de calor pode ser através do calor sensível,
que vai com o ar usado, ou quando o ar ambiente está saturado, originando uma perda
de calor por convecção (DIOS, 1996). Segundo Dalpasquale et al. (1991), a
temperatura e a umidade relativa do ar não são importantes para a secagem com
secadores de altas temperaturas tendo pouca influência sobre a taxa de secagem,
entretanto, é um fator importante para determinar a quantidade de energia necessária
para atingir a temperatura de secagem. Quanto menor a temperatura ambiente maior
será a quantidade de energia necessária para alcançar a temperatura de secagem.
As operações de secagem e armazenamento, quando conduzidas corretamente e
com equipamentos eficientes, contribuem significativamente para a redução dos custos
operacionais, principalmente pela economia de energia (REINATO et al., 2002).
Silva et al. (1983), afirmam que os primeiros pontos a serem considerados para
a escolha de um secador devem ser o custo inicial do sistema, a capacidade dinâmica e
em seguida, deve ser analisado a quantidade e o tipo de energia consumida.
26
De acordo com Stefanini & Roa (1980), o grande volume de energia
consumida no processo de secagem de produtos como o café, incentiva o
desenvolvimento de estudos sobre as técnicas existentes, objetivando uma economia e
uma melhor eficiência no processo de secagem.
2.4.4 Sistemas de Revolvimento
O processo de revolvimento deve-ser feito de maneira lenta, constante e
uniforme, até atingir a taxa de umidade ideal, proporcionando, ainda, uma redução do
tempo de secagem. Porém, sistemas de revolvimento proporcionam custos
operacionais elevados, pois se utiliza uma estrutura com alto custo de montagem e
manutenção (DORFMAN et al., 1981).
Para maximizar o processo de secagem, o desenvolvimento de um sistema de
revolvimento de grãos se trona primordial, assim, reduz-se o tempo de secagem do
café, uma vez que o produto, sendo revolvido, seca com maior rapidez. Entretanto,
essa redução no tempo de secagem gera aumento nos custos de produção, pois o café é
revolvido constantemente durante todo o processo com a utilização de um sistema
acionado por motor (CAMPOS et al.,1999-b).
O revolvimento deve ser feito de maneira lenta e durante todo o processo de
secagem, evitando assim, diversos problemas que influenciam a qualidade. Desta
forma, no processo deve-se atentar para que não ocorra uma secagem rápida
27
(temperaturas altas) e violenta (quebras dos grãos durante o revolvimento) (DIOS,
1996).
Já Cordeiro (1982), considera que a melhor forma de secagem é a seca-
aeração, pois esse processo gera as condições apropriadas para a secagem como
temperatura, repouso e resfriamento, permitindo uma redução nas tensões internas do
grão e a constante movimentação do mesmo que permite uma secagem homogênea.
Campos et al. (1999-b), preconizam que o desenvolvimento de sistemas de
revolvimento do produto é primordial para secadores de camada fixa. No entanto,
alertam os autores, que esse sistema, deve ser acionado a intervalos de tempo
adequados, buscando minimizar as alterações dos aspectos físicos do produto e manter
as características organolépticas do café.
Para o café, o revolvimento deve ser feito em intervalos de 180 minutos,
aproximadamente, para uma espessura de camada de 40 a 50 cm. Tal procedimento
reduz para níveis aceitáveis os gradientes de teor de umidade e de temperatura
existentes (CASTRO, 1991), contribuindo para uma melhor uniformidade de secagem
e um melhor produto final.
Segundo Greco et al. (2004), o sistema de secagem com revolvimento
mecânico a intervalos maiores de tempo proporciona maior economia no consumo de
energia elétrica.
28
2.4.5 Avaliação de secadores
A análise da eficiência dos modelos de secadores é de extrema importância,
pois, permite um avanço no desenvolvimento de novos protótipos, verificando o real
desempenho do equipamento e, até mesmo, para promover a venda do mesmo através
da orientação detalhada dos vendedores sobre as características do produto (NELLIST
& BRUCE, 1992).
Nellist & Bruce (1995) afirmam que, o processo de secagem em um secador
com ar aquecido, é afetado pelas interações entre diversas variáveis, algumas das quais
estão sujeitas a consideráveis variações, que são incontroláveis. Condições ambientais,
por exemplo, sofrem mudanças continuamente e contribuem, em parte, para as
flutuações na temperatura do ar aquecido.
Para avaliação destas condições ambientais são necessários sensores para
temperatura ambiente, umidade relativa, temperatura do ar no ponto de entrada dos
grãos e consumo de energia (quando se usam combustíveis líquidos, gasosos ou
eletricidade). As análises do teor de umidade e qualidade dos grãos são feitas sob
condições de laboratório, por meio de amostras coletadas na entrada e na saída do
produto. A temperatura deve ser medidas também na massa de grãos, ou em amostras
coletadas em containeres isolados termicamente (NELLIST & BRUCE, 1992).
Bakker-Arkema et al.(1978) ressaltam que as avaliações experimentais de secadores
requerem medidas precisas dos grãos a serem secados e parâmetros de secagem e das
fontes de energia, incluindo a energia usada nos ventiladores e sistemas de
movimentação dos grãos.
29
Para os secadores de batelada, as leituras devem ser feitas durante um ciclo de
secagem e as amostras realizadas no carregamento e na descarga do secador. A escolha
dos pontos de amostragem, a divisão correta das amostras e a determinação de
umidade são vitais para a precisão dos resultados (NELLIST & BRUCE, 1992).
Segundo Bakker-Arkema et al. (1978), a eficiência energética de um secador
de grãos, ou de processo de secagem é melhor expressa em termos de energia
requerida para remover uma unidade de massa de umidade do grão, em kJ por kg de
água evaporada.
O processo para o teste de um secador de batelada pode ser resumido nas
seguintes etapas (NELLIST & BRUCE, 1992):
1. Carregar o secador e registrar sua capacidade
2. Fixar a temperatura de secagem.
3. Iniciar a operação de secagem de acordo com os procedimentos
recomendados.
4. Fazer os ajustes iniciais, fixar as condições de secagem e iniciar a
obtenção dos dados
5. Durante o período de teste manter e registrar as leituras dos sensores,
perfazendo um mínimo de 12 leituras.
6. Ao atingir a umidade pré-determinada, proceder ao resfriamento dos
grãos, a operação de descarga e determinar a massa do produto final.
Bakker-Arkema et al. (1978) propuseram uma metodologia para avaliação do
desempenho de secadores. Esta metodologia é baseada em números reduzidos de testes
de campo, sob determinadas condições padronizadas (Tabela 3).
30
Vários autores têm se baseado nesta metodologia para avaliação de protótipos
de secadores (GRECO et al. 2004; CAMPOS et al. 1999-a; SILVA et al., 1992;
LACERDA FILHO, 1986; SABIONI, 1986; OSÓRIO, 1982).
Tabela 3. Parâmetros e especificações do secador requerido para avaliação do
desempenho.
PARÂMETROS UMIDADE
Parâmetros dos grãos
•
Tipo de grão
-
• Teores de umidade inicial e final
% b.u
• Temperatura inicial e final
ºC
•
Porcentagem de impurezas inicial e final
%
• Massas específicas globais iniciais e finais
kg m
-
³
• Massa do produto úmido
kg
• Índice de qualidade
-
Parâmetros do ar
• Temperatura do ar de secagem
ºC
• Temperatura de bulbo seco do ar ambiente
ºC
•
Umidade relativa do ar
%
Especificação do secador
• Densidade do fluxo de ar
m³.min
-1
.m
-2
•
Volume total
m³
• Tempo de secagem
h
• Espessura da coluna de secagem
m
•
Tempo de carregamento
min
• Tempo de descarga
min
Uso de energia
•
Ventilador e transportadores
kWh.lote
-1
•
Tipo de combustíveis e quantidade utilizada por lote
kg
Dados do desempenho
•
Duração do teste ou volume do produto úmido
h ou m³
•
Pontos percentuais de umidade removida
% b.u.
• Capacidade de secagem
m³ h
-1
de produto úmido
• Capacidade de secagem
m³ h
-1
de produto seco
•
Eficiências energéticas de secagem, excluindo energia elétrica
kJ kg
-1
de água evaporada
• Eficiências energéticas de secagem, incluindo energia elétrica
kJ kg
-1
de água evaporada
Fonte: Bakker-Arkema et al. (1978)
3 MATERIAL E MÉTODOS
O trabalho foi desenvolvido no município de Jesuítas-PR, localizado a uma
altitude de 489 m, latitude 24º23’06’’ e longitude 53º23’15’’.
Para os testes foi empregado café (Coffea arabica, L.), variedade Catuaí
vermelho, cultivar IAC 81, plantado em sistema adensado, colhido pelo sistema de
derriça total no chão e com pré-secagem em terreiro de cimento até atingir teor de
umidade de 25% b.u.
3.1 AVALIAÇÃO DE QUALIDADE DO CAFÉ
Para análise da bebida do café, foi feita a classificação sensorial do produto,
para cada tratamento. A classificação quanto à bebida tem como base o gosto ou
cheiro que o café apresenta na prova de xícara.
Para classificar o tipo dos grãos (quantidade de defeitos) foi realizado teste
utilizando-se amostras com 300g de grãos de café, conforme Tabela 4 (IBC, 1985). As
avaliações foram realizadas no laboratório de analise da Cooperativa Agrícola
Consolata LTDA (COPACOL), entreposto de Jesuítas-Pr.
32
Tabela 4.
Classificação do tipo (quantidade de defeito) em grãos de café, para amostra
de 300g.
Tipo Números de Defeitos
2 4
3 12
4 26
5 46
6 86
7 160
8 360
Fonte: IBC, 1985.
3.2 O SECADOR
Foi utilizado secador de café de camada fixa, modelo Otofen (patente n
o
UM-
7902597-8)
onde se instalou um sistema de revolvimento mecânico do produto. O
secador é construído sobre base de alvenaria, com a câmara de secagem e fornalha
confeccionadas em chapas de aço-carbono número 14 (Figura 1-a).
3.2.1 Câmara de Secagem
A câmara de secagem era constituída de um cilindro metálico com diâmetro de
2,75 m e altura de 0,76 m, com capacidade para 4,5 m
3
de grãos. Sua base possui uma
chapa com 44% de perfuração, ficando em contato com o plenum que recebe o ar
aquecido destinado à secagem (Figura 1-b). O revolvimento da camada de grãos na
câmara de secagem foi realizado por um sistema de revolvimento, dotado de
33
movimento giratório horizontal, composto por quatro pás (Figura 1-b), acionado por
um motor elétrico de 2 cv.
(a) (b)
Figura 1. Secador mecânico de camada fixa para café, com sistema adaptado de
revolvimento. (a) vista externa; (b) câmara de secagem.
3.2.2 Câmara Plenum
A câmara plenum era construída em alvenaria, e cuja finalidade era distribuir o
fluxo de ar aquecido na câmara de secagem. A sua base tem o mesmo diâmetro da
câmara de secagem, altura de 0,5 m e volume interno de 2,9 m
3
.
34
3.2.3 Duto de Ligação
Elemento de transição entre a fornalha e o plenum, com comprimento de 1,50
m, que tem a finalidade de conduzir o fluxo de ar aquecido ao secador de maneira
uniforme (Figura 2).
3.2.4 Ventilador
Com potência de 2 cv e vazão de 473,2 m
3
min
-1
, succiona o ar ambiente
forçando sua passagem através dos dutos da fornalha, onde é aquecido para, em
seguida, atingir a câmara de secagem (Figura 2).
Figura 2. Duto de ligação e ventilador.
Duto de ligação
Ventilador
35
3.2.5 Fornalha de Fogo Indireto
Confeccionada em chapas de aço-carbono de 8 mm, possui trocador de calor
composto por 21 dutos, que promovem o aquecimento do ar de secagem em fluxos
cruzados. Possui também cinzeiro (coleta dos resíduos sólidos) e chaminé, que
promove a retirada dos resíduos gasosos (fumaça) para a atmosfera em um ponto
distante da camada de grãos, evitando sua contaminação (Figura 3).
Figura 3. Fornalha de fogo indireto.
3.3 AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DO SECADOR
A seguir são descritos parâmetros que foram analisados, segundo recomendações
da literatura (BAKKER-ARKEMA et al., 1978; NELLIST & BRUCE, 1992).
36
3.3.1 Teor de Umidade
A avaliação dos teores de umidade dos grãos foi realizada no laboratório de
sementes da UNIOESTE campus de Marechal Cândido Rondon, obtidos pelo método-
padrão de estufa, 105 ± 1
o
C por 24 horas, com três repetições (BRASIL, 1992).
A coleta de amostras, foi realizada com um coletor segmentado com 4 orifícios
independentes (0,1; 0,2; 0,3 e 0,4 metros), em quatro diferentes pontos (A, B, C e D) e
quatro alturas como pode-se observar na Figura 4.
As amostragens foram realizadas a cada 2 horas, sendo a primeira logo após o
carregamento do secador e a última antes da descarga.
Figura 4
.
Esquema mostrando os locais de amostragem de grãos de café dentro da
câmara de secagem.
A
B
D
C
0,4 m
0,3 m
0,2 m
0,1 m
37
3.3.2 Determinação da Massa do Produto
Foi realizada durante o carregamento do secador e após o final da secagem,
em balança de plataforma modelo “decimal de Quintenz”, com capacidade de 250 kg.
3.3.3 Temperatura do na Massa de Grãos.
A temperatura do ar na massa de grãos foi medida a cada intervalo de 2 horas
empregando três termômetros analógicos, com precisão de 1ºC, introduzidos em
quatro diferentes pontos (A, B, C, e D) e três alturas (0,05; 0,2 e 0,4 metros), conforme
a Figura 5.
3.3.4 Temperatura de Secagem, Temperatura do Ar Ambiente e Teor de Umidade do
Ar Ambiente
A temperatura de secagem foi medida com 01 termômetro analógico (precisão
de 1ºC) instalado no duto de ligação e com 01 termômetro analógico (precisão de 2ºC)
instalado no plenum Figura 5.
A temperatura e teor de umidade relativa do ar ambiente foram obtidos
mediante o uso de termo-higrômetro digital instalado em abrigo meteorológico a 1,5
metros de altura e 10 metros de distância do secador.
38
Figura 5. Esquema mostrando os locais de observação de temperatura dentro da
câmara de secagem, no plenum e no duto de ligação.
3.3.5 Consumo de Energia do Ventilador e Sistema de Revolvimento
A energia consumida pelo motor do ventilador e do motor do sistema
revolvimento foi calculada pela equação:
EM= PM x tf x 2647,8 (1)
em que,
EM = energia consumida pelo motor, kJ;
PM = potência do motor, cv; e
tf = tempo de funcionamento do motor, h.
A
D
C
0,4 m
0,2 m
0,05 m
Plenum
Duto de ligação
B
39
3.3.6 Energia Proveniente do Combustível
Para aquecimento do ar de secagem, foi utilizado como combustível a madeira de
eucalipto (Eucaliptus grandis). O teor de umidade da lenha foi obtido pelo método de
estufa, 105 ± 1ºC por 72 horas, com três repetições para cada amostra. A energia
proveniente deste combustível foi determinada pela seguinte equação:
EPC= QC x PCI (2)
em que,
EPC = energia proveniente do combustível, kJ;
QC = quantidade de combustível, kg; e
PCI = poder calorífico inferior do combustível, kJ.kg
-1
.
Para determinação do poder calorífico da lenha, foi utilizada a equação proposta
por Tillman (1978), citado por Osório (1982):
PCI= PCS - 0,0114 x PCS x UC (3)
em que,
PCI = poder calorífico inferior do combustível, kJ.kg
-1
;
PCS = poder calorífico superior do combustível, kJ.kg
-1
(17.974 kJ.kg
–1
para a espécie
Eucaliptus grandis); e
UC = teor de umidade do combustível, % b.u.
40
3.3.7 Capacidade de Secagem, Densidade do Fluxo de Ar e Tempo de Secagem
A capacidade de secagem foi determinada pelo quociente entre a massa de
produto úmido e o tempo de secagem.
A densidade do fluxo de ar foi obtida a partir do quociente entre a vazão do ar
no duto de entrada da fornalha e a área perfurada da câmara de secagem. A vazão na
entrada da fornalha, corresponde ao produto do fluxo de ar, obtido por anemômetro
digital de pás rotativas pela área de entrada de ar.
Para medir o fluxo de ar, o anemômetro digital de pás rotativas foi fixado em
um funil confeccionado de papelão, onde o maior diâmetro do funil era instalado no
ventilador e o menor diâmetro no anemômetro. O conjunto anemômetro funil, era
instalado a cada 2 horas.
Foram cronometrados separadamente o tempo de secagem para cada repetição.
3.3.8 Eficiência Energética de Secagem
A eficiência energética de secagem, considerando a quantidade de energia
necessária para evaporar uma unidade de massa de água do produto, foi obtida pela
seguinte equação (SILVA et al. 1992):
)MfMi(
EC
EEs
−
=
(4)
41
em que,
EEs = eficiência energética de secagem, kJ.kg
-1
de água evaporada;
EC = energia consumida, kJ;
Mi = massa inicial do produto, kg; e
Mf = massa final do produto, kg.
A energia consumida correspondeu a aquela proveniente da queima do
combustível mais a energia elétrica necessária para movimentar os motores do
ventilador e do sistema de revolvimento.
A eficiência energética foi determinada também, em valores percentuais,
segundo equação apresentada por DIOS (1996):
100
lcombustíve do caloríficopoder usado lcombustíve de kg
)kg (kcal água da latentecalor evaporada água de kg
Ef
1
×
×
×
=
−
(5)
em que,
Ef – Eficiência energética (%)
3.4 SISTEMAS DE OPERAÇÃO COM O SECADOR
O secador foi carregado com produto úmido até a capacidade máxima da
câmara secagem (Figura 6), procedendo-se ao revolvimento dos grãos, em intervalos
de tempo, conforme os tratamentos:
42
SVRC – Secagem com ventilação e revolvimento contínuos.
SVCR1 – Secagem com ventilação contínua e revolvimento de 40 minutos
com intervalo de 1 hora, sucessivamente até o fim do processo.
SVCR2 – Secagem com ventilação contínua e revolvimento de 40 minutos
com intervalo de 2 horas, sucessivamente até o fim do processo.
SVCR3 – Secagem com ventilação contínua e revolvimento de 40 minutos
com intervalo de 3 horas, sucessivamente até o fim do processo.
A alimentação de combustível (lenha) foi realizada de forma que a
temperatura do ar no plenum se mantivesse constante, em torno de 75ºC. Para
determinar o final da secagem, foi realizado um monitoramento do teor de umidade do
produto com auxílio de um determinador micro computadorizado modelo PS-12.
Figura 6. Secador com a capacidade máxima de carga.
43
3.5 ANÁLISE ESTATÍSTICA
O delineamento experimental foi em blocos inteiramente casualizados com 4
tratamentos, totalizando 16 parcelas (Figura 7). Os dados obtidos foram submetidos à
análise de variância, teste F e teste Tukey ao nível de 5% de probabilidade.
Figura 7. Esquema do sorteio dos tratamentos nos blocos.
SVRC
SVCR2
SVCR1
SVCR3
SVCR2
SVCR1
SVCR3
SVRC
SVRC
SVCR2
SVCR1
SVCR3
SVCR2
SVCR3
SVCR1
SVRC
Bloco I
(Repetição 1)
Bloco II
(Repetição 2)
Bloco III
(Repetição 3)
Bloco IV
(Repetição 4)
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 TEMPERATURA E UMIDADE RELATIVA DO AR AMBIENTE
Na Figura 8 observa-se a temperatura e umidade relativa do ar ambiente .
Durante o período experimental houve uma precipitação pluviométrica do dia 6 ao dia
20 de 42 mm. A umidade relativa do ar elevada durante esse período pode ter
influenciado no desempenho do secador, reduzindo sua eficiência.
Figura 8. Representação gráfica da média diária da temperatura do ar e umidade do ar
ambiente e representação do período de realização do experimento para
cada bloco.
0
20
40
60
80
100
6 7 8 9 10 11 14 15 16 17 18 19 20 21 23 24
dias
Temperatura (ºC) Umidade Relativa(%)
Bloco 1 Bloco 2 Bloco 3 Bloco 4
45
4.2 PARÂMETROS RELATIVOS AOS GRÃOS
4.2.1 Porcentagem de Impurezas
Este experimento teve uma média de 2,28% de impureza por tratamento. Essa
porcentagem de impureza esta relacionada ao sistema de colheita do café (derriça total
no chão), o qual é caracterizado por apresentar grande quantidade de impurezas.
4.2.2 Teor de Umidade
Os teores médios de umidade do café, no início do experimento, foram de 24,9;
22,7; 23,5 e 23,6% b.u., para os tratamentos SVRC a SVCR3, respectivamente. O
produto foi seco até 11,6
±
0,5 % b.u., que é o considerado ideal para armazenamento,
segundo ROSSI & ROA (1980), não houve diferenças significativas entre os
tratamentos, tanto para o teor de umidade inicial, como para o final.
Nas Figuras 9, 10, 11 e 12 foram apresentadas as curvas de secagem do café,
em que, os valores representam as repetições para cada tratamento. O maior tempo de
secagem foi observado para a repetição 1 (R1) de cada tratamento. Essa demora na
secagem deve-se, possivelmente, às condições climáticas ocorridas no período como
mostra a Figura 8.
46
10
12
14
16
18
20
22
24
26
0 2 4 6 8 10 12 14
Tempo (horas)
Teor de umidade (%)
R1 R2 R3 R4
Figuras 9. Curvas de secagem do tratamento SVRC; repetição 1 (R1), repetição 2 (R2),
repetição 3 (R3) e repetição 4 (R4).
10
12
14
16
18
20
22
24
26
0 2 4 6 8 10 12
Tempo (horas)
Teor de umidade (%)
R1 R2 R3 R4
Figuras 10. Curvas de secagem do tratamento SVCR1; repetição 1 (R1), repetição 2
(R2), repetição 3 (R3) e repetição 4 (R4).
47
10
12
14
16
18
20
22
24
26
0 2 4 6 8 10 12 14
Tempo (horas)
Teor de umidade (%)
R1 R2 R3 R4
Figuras 11. Curvas de secagem do tratamento SVCR2; repetição 1 (R1), repetição 2
(R2), repetição 3 (R3) e repetição 4 (R4).
10
12
14
16
18
20
22
24
26
0 2 4 6 8 10
Tempo (horas)
Teor de umidade (%)
R1 R2 R3 R4
Figuras 12. Curvas de secagem do tratamento SVCR3; repetição 1 (R1), repetição 2
(R2), repetição 3 (R3) e repetição 4 (R4).
48
Na Figura 13 foram apresentadas as médias das curvas de secagem para as quatro
repetições de cada tratamento. Os valores médios do teor de umidade mantiveram-se
próximos para todos os tratamentos, exceção feita ao tratamento SVCR2, onde ocorreu
o revolvimento a cada duas, horas. O final da secagem ocorreu, em média, após 12
horas para os tratamentos SVCR1 e SVCR3, enquanto para os tratamentos SVRC e
SVCR2, a secagem foi completada após 14 horas. LACERDA FILHO (1986)
realizando experimento, com secador de camada fixa com pré-secagem em terreiro de
cimento e reduzindo o teor de umidade inicial de 35% b.u. para 13% b.u., encontrou
um tempo médio de secagem de 18 horas.
11
13
15
17
19
21
23
25
0 2 4 6 8 10 12 14
Tempo (horas)
Teor de Umidade (%)
SVRC SVCR1 SVCR2 SVCR3
Figura 13. Curvas médias de secagem do café em secador de camada fixa.
49
4.2.3 Gradiente de Teor de Umidade
Para avaliação da uniformidade da secagem do produto, foram analisados os
gradientes de teor de umidade, a diferença no final da secagem não foi significativa,
como pode se observar nas Figuras 14, 15, 16 e 17. Campos et al. (1999-a), detectaram
um gradiente de teor de umidade nos grão, onde os grãos mais próximos ao plenum se
apresentaram mais secos. No entanto, o revolvimento contribuiu para reduzir o
gradiente de umidade formado entre as camadas da coluna de grãos.
9
10
11
12
13
14
15
16
A B C D
Pontos
Teor de umidade (%)
0,1 m 0,2 m 0,3 m 0,4 m
Figura 14. Gradiente de teor de umidade formado no tratamento SVCR nos pontos A,
B, C e D em relação às alturas de 0,1; 0,2; 0,3 e 0,4 m.
50
9
10
11
12
13
14
15
16
A B C D
Pontos
Teor de midade (%)
0,1 m 0,2 m 0,3 m 0,4 m
Figura 15. Gradiente de teor de umidade formado no tratamento SVCR1nos pontos A,
B, C e D em relação às alturas de 0,1; 0,2; 0,3 e 0,4 m.
9
10
11
12
13
14
15
16
A B C D
Pontos
Teor de umidade (%)
0,1 m 0,2 m 0,3 m 0,4 m
Figura 16. Gradiente de teor de umidade formado no tratamento SVCR2 nos pontos A,
B, C e D em relação às alturas de 0,1; 0,2; 0,3 e 0,4 m.
51
9
10
11
12
13
14
15
16
A B C D
Pontos
Teor de umidade (%)
0,1 m 0,2 m 0,3 m 0,4 m
Figura 17. Gradiente de teor de umidade formado no tratamento SVCR3nos pontos A,
B, C e D em relação às alturas de 0,1; 0,2; 0,3 e 0,4 m.
4.2.4 Temperatura e Fluxo de Ar na Massa de Grãos
A temperatura do ar no interior da massa de grãos, variou conforme os
tratamentos, não tendo sido observado a diferença estatística significativa. No entanto,
observa-se a que a variação de temperatura ocorreu conforme a densidade do fluxo de
ar em função dos diferentes intervalos de tempo (Tabela 5), quanto maior a densidade
de fluxo de ar menor a temperatura do ar na massa de grãos. Nota-se que, o SVRC, foi
o que apresentou maior fluxo de ar, esse resultado pode estar ligado ao revolvimento
contínuo, fazendo com que o ar passe entre os grãos com maior facilidade.
Segundo Campos (1998), o fluxo de ar pode exercer influência na secagem.
Assim, nesse experimento, verificou-se que o fluxo de ar teve diferença estatística
significativa, no entanto, não influenciou a temperaturas do ar de secagem (Tabela 5).
52
Tabela 5. Temperatura média do ar na massa de grãos e densidade média do fluxo de
ar nos tratamentos.
Tratamentos
Temperatura média do ar
na massa de grãos (ºC)
Densidade média do fluxo
de ar (m³ min
-1
m
-2
)
SVRC 43,36 a 169,5 a
SVCR1 44,65 a 167,8 ab
SVCR2 45,80 a 165,4 bc
SVCR3 46,88 a 163,8 c
Letras diferentes nas colunas apresentam diferença significativa à 5% de probabilidade pelo teste de Tukey
4.2.5 Massa do Produto
Os valores médios de massa iniciais de grãos variaram, mas não se observou
diferença estatística significativa. No entanto, a perda de água teve diferenciou-se
significativamente entre os tratamentos SVRC e SVCR1. No SVRC obteve-se uma
maior perda de água em relação ao SVCR1. Não houve diferença significativa na
perda de água por hora entre os tratamentos, indicando que a secagem ocorreu de
maneira uniforme para todos (Tabela 6).
Tabela 6. Valores médios de massa do produto inicial e final, diferença de massa e
perda de massa por hora, nos tratamentos.
Massa
Tratamentos
Inicial
Final
Perda de
água
Perda de água.h
-1
SVRC 1443,25 a
1054,25 389,00 a 36,98 a
SVCR1 1470,00 a
1155 315 ,00 b 35,46 a
SVCR2 1444,50 a
1096,75 347,75 ab 30,35 a
SVCR3 1450,75 a
1100,5 350,25 ab 37,37 a
Letras diferentes nas colunas apresentam diferença significativa à 5% de probabilidade pelo teste de Tukey
53
4.2.6 Qualidade do Produto
Na análise da bebida do café, visando detectar diferenças na qualidade devido à
variação nos períodos de revolvimento, não observou diferença estatística significativa
(Tabela 7). Todos os tratamentos apresentaram bebida Riada, a qual é caracterizada
por se apresentar com leve sabor de iodofórmio ou ácido fênico (BARTHOLO &
GUIMARÃES, 1997). Com relação ao tipo de grão, apenas na repetição 1 do
tratamento SVRC, houve diferença (46 a 85 defeitos). Nas demais repetições e
tratamentos não houve diferença entre o tipo de grão, apresentando entre 86 e 159
defeitos para cada amostra de 300 g.
Tabela 7. Resultado da análise sensorial e classificação de café para os quatros
tratamentos.
Tratamento
Blocos SVRC SVCR1 SVCR2 SVCR3
Bebida
Tipo Bebida
Tipo Bebida
Tipo Bebida
Tipo
B1 (R1) riada 5 riada 6 riada 6 riada 6
B2
(R2)
riada 6 riada 6 riada 6 riada 6
B3 (R3) riada 6 riada 6 riada 6 riada 6
B4
(R4)
riada 6 riada 6 riada 6 riada 6
Os resultados indicam café de qualidade e tipo inferior, desta forma não atingi o
melhor preço de venda.
A despeita dos resultados obtidos, a região se caracteriza pela produção de café
de baixa qualidade, apesar de se tratar da localidade com maior produção na região
54
oeste do Estado do Paraná. DAL MOLIN (2005), em trabalho onde fez-se colheita
seletiva na fase de cereja e secagem ao sol com revolvimento a cada 40 minutos,
obteve bebida apenas mole e dura, considerada de boa aceitação.
As condições climáticas contribuíram negativamente para a qualidade produto,
uma vez que, nesta safra, houve a ocorrência de chuvas intensas em período muito
prolongado, na época da colheita, com a agravante de ter ocorrido à falta de chuvas
durante a etapa da floração do café.
Segundo o IBC (1985), a qualidade e tipo de grãos de café, não estão ligados
somente ao manejo pós-colheita, mas a uma série de fatores que podem influenciar na
qualidade final do produto.
4.3 PARÂMETROS RELATIVOS A TEMPERATURA DO AR NO SECADOR
4.3.1 Temperatura do Ar no Secador
A temperatura média do ar de secagem foi de 45,17 ± 2ºC. A redução térmica,
nas diversas partes do equipamento foi gradativa, isso devido à perda de energia em
forma de calor sensível (preponderantemente) do sistema para o ambiente, conforme
explica Dios (1996). Essa perda de calor é ocasionada toda vez que há diferença de
temperatura em um meio (BORÉM, 2002), conforme pode ser observado na Figura 18.
55
A diferença de temperatura entre o duto de ligação e o ar de secagem na câmara de
secagem foi de 53,44 ºC, ocasionando uma perda de 54,6 % de calor para o ambiente.
A temperatura no plenum manteve-se entre 72,58 a 79,85ºC, sendo considerada
temperatura estável, quando comparada, com a temperatura obtida por Reinato et al.
(2002), em secador horizontal rotativo (usando lenha), que variou freqüentemente
entre 35 a 82 ºC.
40
50
60
70
80
90
100
110
duto de ligação "plenun" ar de secagem
Temperatura (ºC)
Figura 18. Diferença da média de temperatura entre o duto de ligação, “plenum” e ar
de secagem de todos os tratamentos.
4.4 USO DE ENERGIA
4.4.1 Consumo de Energia Elétrica do Ventilador e Revolvedor.
Na Tabela 8, foi apresentada uma análise do consumo médio de energia,
somente elétrica, para cada tratamento. Observa-se que, o tratamento SVRC, onde o
56
motor responsável pelo sistema de revolvimento se manteve operando continuamente,
o consumo de energia elétrica foi 28,5% maior que o tratamento SVCR2, que
consumiu 22,06 kWh, e foi o segundo em consumo. Interessante observar que,
estatisticamente, não houve diferenças significativas entre os tratamentos SVCR2 a
SVCR3.
A título de exemplo, o custo do kWh, para a região de Jesuítas, para o período
diurno no meio rural, é de R$ 0,185. Desta forma, o revolvimento contínuo, apresenta,
em média, um custo adicional de R$ 5,71 reais a mais para cada lote a ser secado.
Numa análise econômica mais detalhada, seria necessário também, considerar o valor
da depreciação do equipamento, devido às horas adicionais de utilização.
Tabela 8. Consumos médios de energia elétrica do sistema de revolvimento e do
ventilador; tempo de duração dos revolvimentos; tempo de funcionamento
do ventilador e média do consumo total.
Energia somente para
Sistema de
Revolvimento
Energia somente
para Ventilador
Tratamentos
Tempo
(h)
Consumo
(kW h)**
Tempo
(h)
Consumo
(kW h)**
Tempo
de
secagem
(h)
Média do
consumo
total (kWh)*
SVRC 10,50 15,44 10,50 15,44 10,50 30,87 a
SVCR1 3,83 5,63 9,00 13,23 9,00 18,87 b
SVCR2 3,49 5,14 11,50 16,91 11,50 22,06 b
SVCR3 2,16 3,18 9,5 13,97 9,5 17,11 b
* Médias seguidas da mesma letra em cada coluna não diferem estatisticamente (Tukey 5%).
* *Estimado a partir da equação 1.
57
4.4.2 Tipo de Combustível e Quantidade Utilizada
Na Tabela 9 foi apresentado o consumo de combustível para o aquecimento do
ar de secagem. Como a fornalha utilizada no experimento foi de fogo indireto, com
trocador de calor, o secador apresentou um consumo de energia relativamente alto,
quando comparado com secador de camada fixa, que utiliza fornalha com fogo direto.
Para realização do experimento o combustível utilizado foi à madeira de Eucalipto,
com poder calorífico inferior de 15,27MJ e umidade de 13,7% b.u.
Tabela 9. Consumo total de combustível entre os tratamentos e média do consumo
total de lenha.
Tratamentos
Consumo de lenha (kg)
Média total do consumo
de lenha para cada
tratamento (kg)
SVRC 1110 277,50 a
SVCR1 1057 264,25 a
SVCR2 1028 257,00a
SVCR3 833 208,25 b
Médias seguidas da mesma letra em cada coluna não diferem estatisticamente (Tukey 5%).
No tratamento SVCR3, onde ocorreram os maiores intervalos de tempo sem
revolvimento, observou-se o menor consumo de lenha, para manutenção da mesma
temperatura de secagem. Isto ocorreu, provavelmente, devido à tendência de maior
aquecimento da camada de café, uma vez que este foi relativamente menos revolvido,
com conseqüente menor desobstrução à passagem do ar, ou seja, menor redução da
pressão estática, promovendo aquecimento da massa de produto.
58
Sobrinho et al. (2003), realizando estudos em secador horizontal rotativo com
fornalha de fogo indireto, com valores próximos da temperatura do ar ambiente e com
a umidade relativa do ar encontrava-se abaixo da verificada neste experimento, e o
PCI da lenha de eucalipto de 13,04 MJ e consumo médio de 2355,66 kg de lenha, para
reduzir o teor de umidade dos grãos de café de 38% para 11,3% b.u., de uma massa
média 6825 kg.
Dios (1996) explica que vários fatores podem influenciar no consumo de
combustível de um sistema de secagem, como por exemplo: Temperatura ambiente,
umidade relativa do ar ambiente, sistema de fornalha (com trocador de calor ou sem
trocador de calor), modelo de secador, entre outros. O autor ressalta que a quantidade
de combustível empregada em um secador varia de um combustível para outro e
depende de fatores como: umidade inicial do produto, temperatura de secagem
empregada, entre outros.
Na Figura 19, observa-se, que a quantidade de energia consumida na forma de
calor é superior a quantidade de energia consumida na forma de eletricidade.
0
5
10
15
SVRC SVCR1 SVCR2 SVCR3
MJ
energia elétrica energia calorifíca
Figura 19. Relação entre a quantidade de combustível consumida na forma de lenha e
a quantidade de combustível consumida na forma de energia elétrica.
59
4.5 DESEMPENHO DO SECADOR
4.5.1 Capacidade de Secagem
A capacidade de secagem é a quantidade de produto úmido ou seco em metros
cúbicos processado por hora. Na Tabela 10, pode-se verificar uma variação entre a
capacidade de secagem úmida e capacidade de secagem seca. No entanto, esses
valores não foram significativos entre os tratamentos.
Tabela 10. Capacidade de secagem de produto úmido e de produto seco
Tratamentos
Capacidade de secagem de
produto úmido (m³ h
-1
)
Capacidade de secagem de
produto seco (m³ h
-1
)
SVRC 137,45 a 100,40 a
SVCR1 163,33 a 128,33 a
SVCR2 125,60 a 95,36 a
SVCR3 152,71 a 115,84 a
Médias seguidas da mesma letra em cada coluna não diferem estatisticamente (Tukey 5%).
4.5.2 – Eficiência Energética
Apesar das diferenças apontadas na Tabela 9, é interessante observar que, a
eficiência energética entre os tratamentos, não apresentou diferença significativa como
pode ser observado na Tabela 11.
60
Tabela 11. Eficiência energética em MJ kg
-1
de água evaporada e eficiência energética
em (%) entre os tratamentos.
Tratamentos Eficiência energética MJ
kg
-1
de água evaporada
(SILVA et al., 1992)
Eficiência energética
(%)
(DIOS, 1996)
SVRC 11,47 a 12,84 a
SVCR1 14,07 a 11,88 a
SVCR2 13,65 a 13,66 a
SVCR3 10,03 a 13,89 a
Média 12,30 13,06
* Médias seguidas da mesma letra em cada coluna não diferem estatisticamente (Tukey 5%).
A média da eficiência energética (equação proposta por SILVA et al., 1992) foi
de 12,30 MJ kg
-1
de água evaporada para os tratamentos. Campos et al. (1999-b)
obteiveram uma eficiência energética, em secador de camada fixa, com fornalha
também de fogo indireto, de 16,78 MJ kg
-1
de água evaporada, reduzindo a umidade
inicial de 43,1% b.u. para 11,7% b.u. Já Lacerda Filho (1986), em experimento com
meia seca em terreiro e utilizando um secador de camada fixa, de fornalha com fogo
direto, cuja eficiência sempre é maior, obteve eficiência energética de 10MJ kg
-1
de
água evaporada, porém, a temperatura de secagem foi de 55ºC. Já SOBRINHO et al.
(2003), obteve uma eficiência energética de 16,9MJ kg
-1
em secador rotativo
horizontal com fornalha de fogo indireto e poder calorífico da lenha de 13,04 MJ kg
-1
.
Pela equação proposta por DIOS (1996) (Equação 04), o secador analisado
apresentou uma eficiência energética de 13,09%, indicando que 86,91% da energia
consumida do combustível se perdeu. Torna-se oportuno mencionar que, o baixo
rendimento apresentado pelas fornalhas de fogo indireto tem motivado pesquisadores a
desenvolver e adaptar novos sistemas de aquecimento visando minorar as perdas
61
energéticas para o ambiente. SILVA et al. (2004), por exemplo, analisando a utilização
de gaseificador em secador de camada fixa, com câmaras de secagem dotadas de
movimentação e içadas por um sistema de roldanas e cabos, com aquecimento do ar
por fogo indireto, obtiveram eficiência energética de 76%, utilizando tacos de
eucalipto como combustível. O produto a ser secado foi café despolpado com teor de
umidade inicial de 54,4%. Esse sistema apresentou uma eficiência de 61,9% superior
em relação ao secador apresentado neste trabalho.
No entanto, para o modelo de secador analisado no presente estudo, recomenda-
se a utilização do sistema revolvimento acionado a intervalos de três horas, como no
tratamento SVCR3. Este tratamento, mesmo não apresentando diferença de eficiência
energética significativa em relação aos demais tratamentos, obteve menor consumo de
energia elétrica e de lenha.
5 CONCLUSÕES
Neste sistema de secagem o fluxo de ar teve diferença estatística significativa,
no entanto, não influenciou a temperaturas do ar de secagem.
A eficiência energética não apresentou diferenças significativas entre os
tratamentos, tendo média geral de 12,30 MJ kg
-1
de água evaporada.
Este sistema de secagem teve uma perda energética de 86,91% .
A qualidade dos grãos de café foi inferior para a comercialização, não havendo
diferença entre os tratamentos.
Para o modelo de secador analisado recomenda-se a utilização do sistema de
revolvimento a intervalos de três horas com ventilação e secagem contínuas, uma vez
que não foram observadas diferenças na qualidade final do produto em análise
sensorial.
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APÊNDICE
Figura 1A. Planta baixa do secador.
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