SECAGEM E RESFRIAMENTO ARTIFICIAL DE CAFÉ SECAGEM E RESFRIAMENTO ARTIFICIAL DE CAFÉ UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA Convênio N°023/2010 SECAGEM E RESFRIAMENTO ARTIFICIAL DE CAFÉ SECAGEM E RESFRIAMENTO ARTIFICIAL DE CAFÉ Professor Adilio Flauzino de Lacerda Filho Departamento de Engenharia Agrícola Universidade Federal de Viçosa Emai: [email protected]Telefone (31)38991872
UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA Convênio N°023/2010 Professor Adilio Flauzino de Lacerda Filho Departamento de Engenharia Agrícola Universidade Federal de Viçosa Emai: [email protected] Telefone (31)38991872
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SECAGEM E RESFRIAMENTO ARTIFICIAL DE CAFÉSECAGEM E RESFRIAMENTO ARTIFICIAL DE CAFÉ
UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSAUNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSAUNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSAUNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
Convênio N°023/2010
SECAGEM E RESFRIAMENTO ARTIFICIAL DE CAFÉSECAGEM E RESFRIAMENTO ARTIFICIAL DE CAFÉ
Professor Adilio Flauzino de Lacerda FilhoDepartamento de Engenharia Agrícola
O processo de secagemO processo de secagemO processo de secagemO processo de secagem
4
O processo de secagemO processo de secagemO processo de secagemO processo de secagem
SECAGEM DE CAFÉSECAGEM DE CAFÉ
1 1 1 1 –––– mais úmidomais úmidomais úmidomais úmido
5 5 5 5 –––– mais secomais secomais secomais seco
5
SECAGEM DE CAFÉSECAGEM DE CAFÉ
�� a secagem ocorre no interior do produto;a secagem ocorre no interior do produto;
�� a umidade de equilíbrio é atingida quando a quantidade de água evaporada for igual a umidade de equilíbrio é atingida quando a quantidade de água evaporada for igual à quantidade de água condensadaà quantidade de água condensada
6
SECAGEM DE CAFÉSECAGEM DE CAFÉ
Curva de secagemCurva de secagemCurva de secagemCurva de secagem
U1
7
U2
U3
U4
t1 t2 t3 t4
SECAGEM NATURAL DE CAFÉSECAGEM NATURAL DE CAFÉ
SECAGEMSECAGEM NATURALNATURAL
PorPor serser realizadarealizada nana própriaprópria plantaplanta eeporpor permitirpermitir suasua exposiçãoexposição àsàscondiçõescondições dede intempériesintempéries ee ààinfestaçãoinfestação porpor pragaspragas ee
8
infestaçãoinfestação porpor pragaspragas eemicrorganismos,microrganismos, permitepermite queque ososfrutosfrutos soframsofram depreciaçõesdepreciaçõesquantitativasquantitativas ee qualitativas,qualitativas,inviabilizandoinviabilizando aa suasua utilizaçãoutilização paraparacafécafé..
SECAGEM ARTIFICIAL DE CAFÉSECAGEM ARTIFICIAL DE CAFÉ
CURVAS DE SECAGEM DO CAFÉ CEREJA EM TERREIRO
40
50
60
70
Teor
de
água
- %
bu
9
0
10
20
30
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Tempo - dias
Teor
de
água
- %
bu
asfalto tijoloscimento Chão batido
QUALIDADE DO PRODUTO SECADO EM TERREIROQUALIDADE DO PRODUTO SECADO EM TERREIRO
BEBIDA: duro ácido e duro verdeBEBIDA: duro ácido e duro verdeASFALTO DEFEITOS: 208 ASFALTO DEFEITOS: 208 -- 232232
PENEIRA: 16 PENEIRA: 16 –– 72%72%
BEBIDA: sem condições de prova e duro verdeBEBIDA: sem condições de prova e duro verdeTIJOLOS EFEITOS: 264TIJOLOS EFEITOS: 264
SECADOR DE BANDEJASSECADOR DE BANDEJASSECADOR DE BANDEJASSECADOR DE BANDEJAS
Vista parcial de um secador de bandejas
Vista do sistema em teste
MOMENTO DE TESTEMOMENTO DE TESTEMOMENTO DE TESTEMOMENTO DE TESTEAutomação
Temperatura
Comandos
Descarga
Curva de secagem do café.
Valores das temperaturas do ar Valores das temperaturas do ar Valores das temperaturas do ar Valores das temperaturas do ar ambiente, do ar de secagem, do ar ambiente, do ar de secagem, do ar ambiente, do ar de secagem, do ar ambiente, do ar de secagem, do ar de exaustão e do ar intergranular, de exaustão e do ar intergranular, de exaustão e do ar intergranular, de exaustão e do ar intergranular, durante o processo.durante o processo.durante o processo.durante o processo.
Eficiência energética do processo de secagem de Eficiência energética do processo de secagem de Eficiência energética do processo de secagem de Eficiência energética do processo de secagem de café em função do teor de água.café em função do teor de água.café em função do teor de água.café em função do teor de água.
Variáveis Teste Teor inicial de água, % b.u. 40,0 Teor final de água, % b.u. 11,2 Massa inicial, kg 3.100,0 Massa final, kg 1.910,0 Massa de H2O evaporada, kg 1.190,0 Temperatura do ar ambiente, °C 25,0 Temperatura do ar de secagem, °C 43,8
Resultados obtidos experimentalmente no teste com o secador
Temperatura do ar de secagem, °C 43,8 Umidade relativa ambiente, % 52,50 Umidade relativa do ar de secagem, % 12,40 Temperatura do ar de exaustão, °C 27,0 Vazão de ar, m³.min-1 102,06Energia elétrica, kW.h 2.091,0Eficiência energética, kJ.kg-1 H2O 6.326,0Tempo de secagem, h 73,0Consumo de energia, kW.h.h-1 28,64
SECADOR DE FLUXOS CONCORRENTESSECADOR DE FLUXOS CONCORRENTESSECADOR DE FLUXOS CONCORRENTESSECADOR DE FLUXOS CONCORRENTES
secador de fluxos concorrentessecador de fluxos concorrentessecador de fluxos concorrentessecador de fluxos concorrentes
Fonte: Santos, (2007) – Tese de doutorado
1012
1416
1820
2224
26
0 10 20 30 40 50 60
Tempo (h)
Teo
r de
Águ
a (%
b.u
.)
Teste 1 Teste 2 Teste 3
9
10
11
12
13
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Amostras (média a cada 12 sacas)
Teo
r de
Águ
a (
% b
.u.)
Teste 1 Teste 2 Teste 3
Resultados experimentais – secador de fluxos concorrentes
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Tempo (h)
Tem
pera
tura
(ºC
)
Ambiente Exaustão Secagem Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3
Ponto 4 Ponto 5
Variáveis observadas na avaliação da secagem no secador intermitente, de fluxos concorrentes
VariáveisVariáveisVariáveisVariáveis Teste 1Teste 1Teste 1Teste 1 Teste 2Teste 2Teste 2Teste 2 Teste 3Teste 3Teste 3Teste 3
1) DoDoDoDo ProdutoProdutoProdutoProduto
Teor inicial de água, % b.u. 24,1 24,1 24,5
Teor final de água, % b.u. 10,6 10,8 11,4
Temperatura inicial, °C 22,9 18,2 18,5
Temperatura final, °C 34,8 35,0 29,0Temperatura final, °C 34,8 35,0 29,0
Massa específica inicial, kg m-3 413,4 424,5 410,0
Massa específica final, kg m-3 339,5 342,3 348,3
Massa inicial, kg 3.755,5 3.888,0 3.876,8
Massa final, kg 3.188,3 3.309,8 3.305,7
Massa de água evaporada, kg 567,2 578,2 571,1
Variáveis observadas na avaliação de secagem
VariáveisVariáveisVariáveisVariáveis Teste 1Teste 1Teste 1Teste 1 Teste 2Teste 2Teste 2Teste 2 Teste 3Teste 3Teste 3Teste 3
2222)))) DoDoDoDo ArArArAr
Temperatura do ar de secagem, °C 38,5 39,0 34,3
Temperatura do ar ambiente, °C 21,7 21,6 17,1Temperatura do ar ambiente, °C 21,7 21,6 17,1
Temperatura do ar de exaustão, °C 29,2 28,2 25,9
Umidade relativa do ar de secagem, % 36,6 36,2 37,7
Umidade relativa do ar ambiente, % 66,0 64,0 69,8
Umidade relativa do ar de exaustão, % 65,1 68,0 68,2
Variáveis observadas na avaliação de secagem
Variáveis Teste 1 Teste 2 Teste 3
3) Do secador
Vazão de ar, m3 min-1 89,2 89,1 88,6
Espessura da camada, m 0,8 0,8 0,8
Área de secagem, m2 2,87 2,87 2,87
Pressão estática, mmca 38,2 38,4 39,7
4) De energia4) De energia
Movimentar o ar, kWh 89,0 92,5 112,0
Movimentar o grão, kWh 10,9 10,9 12,5
Aquecer o ar de secagem, kWh 356,0 369,1 393,8
Total, kWh 455,9 472,5 518,3
5) Do desempenho
Duração do teste, h 44,5 45,8 54,1
Redução no teor de água, % b.u. 13,5 13,3 13,1
Consumo de energia elétrica e consumo específico real de energia, durante a secagem complementar, no secador de café em lotes, intermitente, de fluxos concorrentes, nos testes 1, 2 e 3, do tratamento 1
Variáveis Teste 1 Teste 2 Teste 3
Consumo de energia elétrica, kWh
Movimentar o ar 89,0 92,5 112,0
Aquecer o ar 356,0 369,1 393,8
Movimentar o grão 10,9 10,9 12,5
Total 455,9 472,5 518,3Total 455,9 472,5 518,3
Eficiência energética, kJ kg-1:
Movimentar o ar 564,9 576,0 705,9
Aquecer o ar 2.259,5 2.298,4 2.482,7
Movimentar o grão 69,4 68,1 78,8
Total 2.893,8 2.942,5 3.267,4
Secador de fluxos concorrentes
sistema de secagem UTA/secador de fluxos concorrentessistema de secagem UTA/secador de fluxos concorrentes
Valores médios de tempo de secagem, massa específica e umidade Valores médios de tempo de secagem, massa específica e umidade Valores médios de tempo de secagem, massa específica e umidade Valores médios de tempo de secagem, massa específica e umidade dos grãos, comparativos para os dois tratamentosdos grãos, comparativos para os dois tratamentosdos grãos, comparativos para os dois tratamentosdos grãos, comparativos para os dois tratamentos
Valores médios de tempo de secagem, massa específica e umidade Valores médios de tempo de secagem, massa específica e umidade Valores médios de tempo de secagem, massa específica e umidade Valores médios de tempo de secagem, massa específica e umidade dos grãos, comparativos para os dois tratamentosdos grãos, comparativos para os dois tratamentosdos grãos, comparativos para os dois tratamentosdos grãos, comparativos para os dois tratamentos
Comparação dos testes de qualidade de café entre as amostras dos lotes analisadas para os dois tratamentos de secagem de café em estudo
3 Dura 16 3 Apenas mole 18
4 Dura 15 4 Dura 16
5 Riada 16 5 Apenas mole 17
6 Dura 15 6 mole 18/19
7 Dura 15 7 Apenas mole 17
8 Apenas mole 16 8 mole 17
AUTOMATIZAÇÃO DO PROCESSOAUTOMATIZAÇÃO DO PROCESSOAUTOMATIZAÇÃO DO PROCESSOAUTOMATIZAÇÃO DO PROCESSO
AUTOMATIZAÇÃO DA CONDIÇÃO DE SECAGEMAUTOMATIZAÇÃO DA CONDIÇÃO DE SECAGEM
Características potenciais e objetivadas em um sistema controlado, de secagem: Características potenciais e objetivadas em um sistema controlado, de secagem:
1 – Segurança: redução do perigo de fogo ou explosão e emissão de partículas;
2 – Garantia da qualidade do produto: manutenção dos atributos desejados para a qualidade dos produtos e suas propriedades, como sabor, odor, sanidade, cor, vigor, germinação etc;
3 – Processamento ou rendimento: maximização do rendimento;3 – Processamento ou rendimento: maximização do rendimento;
4 – Economia de energia: minimizar o custo e melhorar a eficiência;
5 – Atenuação dos distúrbios: minimizar a influencia sobre a quantidade e qualidade do produto;
6 – Estabilidade do processo de secagem: responder as oscilações decorrentes do processo de secagem do produto; e
7 – Robustez: garantir a operação normal do sistema para uma ampla faixa de pontos de operação e distúrbios.
37
MetodologiaVariáveis controladas e variáveis manipuladas:
Variáveis controladas:
• Temperatura do ar de saída
• Umidade relativa do ar de saída• Umidade relativa do ar de saída
Variáveis manipuladas:
• Velocidade do motor do ventilador
• Velocidade do motor do comprensor
38
Metodologia
Uniformização da umidade da massa de grãos:
( ) ( )[ ]{ }URlnCTlnBAUe
⋅+−⋅−=
39
Para café cereja descascado:Ue – teor de água de equilíbrio, % base seca;UR – umidade relativa do ar intergranular, decimal;T – temperatura do ar, °C;A = 35,0372B = 6,214C = 53,6042
Teor de água de equilíbrio do café cereja descascado, estimado por meio da equação de Chung & Pfost modificada (Correa et al., 2010)
Temperaturas (°C)Umidades relativas (%)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 99
10 3,9 5,9 7,5 8,9 10,3 11,8 13,5 15,7 18,8 27,4
15 3,5 5,5 7,1 8,5 9,9 11,5 13,2 15,3 18,5 27,2
20 3,1 5,1 6,7 8,2 9,6 11,1 12,8 15,0 18,2 27,0
25 2,7 4,7 6,3 7,8 9,3 10,8 12,5 14,7 18,0 26,7
30 2,3 4,4 6,0 7,5 8,9 10,5 12,2 14,4 17,7 26,5
35 1,9 4,0 5,7 7,2 8,6 10,2 12,0 14,2 17,5 26,3
40 1,6 3,7 5,4 6,9 8,4 9,9 11,7 13,9 17,2 26,2
50 1,0 3,1 4,8 6,3 7,8 9,4 11,2 13,4 16,8 25,8
60 0,4 2,6 4,3 5,8 7,3 8,9 12,0 13,0 16,4 25,5
MetodologiaSistema de controle para o secador com bomba de calor:
circuito
41
Protótipo:
Resultados
42
Sistema completo:
Resultados
43
AJUSTE DA TEMPERATURAAJUSTE DA TEMPERATURA
44
AJUSTE DA UMIDADEAJUSTE DA UMIDADE
45
AJUSTES DE TEMPERATURA, UMIDADE RELATIVA E UMIDADE AJUSTES DE TEMPERATURA, UMIDADE RELATIVA E UMIDADE DE EQUILÍBRIODE EQUILÍBRIO
46
COMPLEMENTAÇÃO DA SECAGEM EM SILOS UTILIZANDO UMA UTACOMPLEMENTAÇÃO DA SECAGEM EM SILOS UTILIZANDO UMA UTA
Croqui do sistema de secagemCroqui do sistema de secagem
Uniformização do teor final de água do café cereja descascado utilizando ar natural e UTA
Silo - Aeração com ar à temperatura ambiente1R 2R 3R 4R 5R 6R médias
RESFRIAMENTO DE CAFÉRESFRIAMENTO DE CAFÉRESFRIAMENTO DE CAFÉRESFRIAMENTO DE CAFÉ
• Durante o armazenamento de café, as interações entrefatores abióticos como temperatura, teor de água,concentração de gás, umidade relativa ambiente, tipoe condições do armazém, características do sistema dearmazenagem e fatores bióticos como grãos, insetos,ácaros, fungos e bactérias fazem com que os grãosácaros, fungos e bactérias fazem com que os grãosarmazenados se tornem um ecossistema cujadinâmica, dependendo dos níveis dos fatores e do graudas interações, pode levar ao processo de deterioraçãodos mesmos, com maior ou menor velocidade.
A aplicação de técnicas que objetivam o controle de insetos, fungos e bactérias, que se reproduzem e se
desenvolvem no meio, é de fundamental importância para a preservação da qualidade desses produtos (SUN &
WOODS, 1997)
A redução da temperatura da massa de grãos, abaixo de 15 ºC, tem sido
eficiente para minimizar sua atividade de água e,
conseqüentemente, a atividade de insetos e fungos (SUN & WOODS,
1994; SUN & BYRNE, 1998).
resultad
O teor de água e a temperatura do café são importantes fatores para manutenção da qualidade
dos grãos armazenados, durante longo tempo
café com qualidade
do
� A aeraçççção éééé uma téééécnica muito utilizada para a prevençççção ousoluçççção de problemas de conservaçççção dos grãos armazenados. Seusprincipais objetivos são: resfriar, uniformizar a temperatura, preveniro aquecimento e o umedecimento e promover remoçççção de odores namassa de grãos (SILVA et al., 2000; NAVARRO & CALDERON, 2000).
� Estudos demonstram que o resfriamento pode, inicialmente,
Recursos técnicos para preservar a qualidade do caféRecursos técnicos para preservar a qualidade do café
� Estudos demonstram que o resfriamento pode, inicialmente,paralisar o desenvolvimento de insetos-praga e quando utilizadodurante mais tempo reduzir, substancialmente, o níííível de infestaçççção.Portanto, o resfriamento pode ser considerado um importantecomponente para a estratéééégia do manejo integrado de pragaspermitindo maior seletividade no uso de pesticidas (HOWE, 1965;MULLEN & ARBOGAST, 1984; FIELDS, 1992).
RESULTADOS EXPERIMENTAIS RESULTADOS EXPERIMENTAIS DE RESFRIAMENTO DE CAFÉDE RESFRIAMENTO DE CAFÉDE RESFRIAMENTO DE CAFÉDE RESFRIAMENTO DE CAFÉ
Período de armazenamento
(dias)
Condições de armazenamento
15 °C 25 °C Convencional
0 12,02 12,02 12,02
30 12,37 12,40 12,50
60 12,13* 12,77 12,80
Valores médios de teor de água (% b.u.) de grãos de café cereja descascado, armazenados em armazém convencional, à 25 e 15 oC durante 180 dias
60 12,13* 12,77 12,80
90 11,73* 12,17* 12,50
120 11,50* 12,47* 12,67
150 11,53* 12,37* 12,60
180 11,87* 12,63 12,57
1) Valores com asterisco (*) diferem da testemunha (armazém convencional) pelo teste de Dunnett, a 5% de probabilidade.2) A umidade para comercialização do café varia entre 10 e 12% (b.u.).
Tratamentos
Dias de armazenagem
0 30 60 90 120 150 180
Armazém mole mole dura dura dura dura dura
Avaliação da bebida do café realizada durante 180 dias de armazenamento nas condições de 15 oC, 25 oC e em armazém convencional
Armazém convencional
mole mole dura dura dura dura dura
25 oC mole moleapenas mole
apenas mole
apenas mole
apenas mole
dura
15 oC mole moleapenas mole
apenas mole
apenas mole
apenas mole
mole
Representação gráfica dos valores médios percentuais da detecção e identificação defungos, em grãos de café com pergaminho avaliados durante 180 dias dearmazenamento nas condições de armazenamento à 15 °C, 25 °C e em armazémconvencional.
24
28
32
% d
e oco
rrên
cia
de
fungos
Acremoniun sp. Alternaria sp. A. flavus A. glaucus
A. niger A. ochraceus A. restrictus A. terreus
Cladosporium sp. Fusarium sp. Rhizopus sp.
0
4
8
12
16
20
15 °C
25 °C
arm
azém
15 °C
25 °C
arm
azém
15 °C
25 °C
arm
azém
15 °C
25 °C
arm
azém
15 °C
25 °C
arm
azém
15 °C
25 °C
arm
azém
15 °C
25 °C
arm
azém
0 30 60 90 120 150 180
Tempo de armazenamento (dias)
% d
e oco
rrên
cia
de
fungos
Representação gráfica dos valores médios percentuais da detecção e identificação de fungos, em grãos de café descascados avaliados durante 180 dias de armazenamento
nas condições de armazenamento à 15 °C, 25 °C e em armazém convencional.
8
12
16
20
% d
e c
on
tam
ina
çã
o d
e f
un
go
s
Acremoniun sp. A. glaucus A. ochraceus
0
4
8
15 °
C
25 °
C
arm
azém
15 °
C
25 °
C
arm
azém
15 °
C
25 °
C
arm
azém
15 °
C
25 °
C
arm
azém
15 °
C
25 °
C
arm
azém
15 °
C
25 °
C
arm
azém
15 °
C
25 °
C
arm
azém
0 30 60 90 120 150 180
Tempo de armazenamento (dias)
% d
e c
on
tam
ina
çã
o d
e f
un
go
s
Período de Período de Período de Período de armazenagem (dias)armazenagem (dias)armazenagem (dias)armazenagem (dias)
Condições de armazenagemCondições de armazenagemCondições de armazenagemCondições de armazenagem
15 ooooC C C C 25 ooooC C C C Convencional
0 85,57 85,57 85,57
30 45,47 50,87 50,67
60 44,23* 57,96 77,07
90 68,07 69,73 61,60
Valores médios de condutividade elétrica (µS cm-1 g-1) de grãos de café cereja descascado, armazenados em armazém convencional, à 25 e 15 oC, durante 180 dias
90 68,07 69,73 61,60
120 80,80* 98,53 108,27
150 103,67* 198,67* 140,67
180 164,33* 181,33 178,00Valores com asterisco (*) diferem da testemunha (armazém convencional) pelo teste de Dunnett, a 5% de probabilidade.
Valores médios de potássio lixiviado (ppm g-1) de grãos de café cereja descascado, armazenados em armazém convencional, à 25 e 15 oC, durante 180 dias
Período de armazenagem (dias)
Condições de armazenagem
15 oC 25 oC Convencional
0 53,33 53,33 53,33
30 52,37* 49,80* 56,17
60 24,40* 28,63* 36,4360 24,40* 28,63* 36,43
90 38,40 43,33* 37,50
120 41,50* 58,90* 55,77
150 31,30* 47,73* 43,30
180 47,80* 80,00* 51,07
Valores com asterisco (*) diferem da testemunha (armazém convencional) pelo teste de Dunnett, a 5% de probabilidade.
Valores médios percentuais de matiz (adimensional) em diferentes condições dearmazenamento à 15 °C, à 25 °C e em armazém convencional, durante 180 dias