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BASES E INOVAÇÕES
NA SECAGEM DE CAFÉ
Prof. Adilio Flauzino de Lacerda Filho, DSc
Consultor: Lacerda Consultoria Ltda – Pós-colheita
Telefone: 55 xx (31)98863-1872
E-mail: [email protected]
Viçosa, MG Brasil
CONCEITO TÉCNICO DE SECAGEM É O MÉTODO UNIVERSAL QUE CONSISTE, PELA
APLICAÇÃO DOS CONHECIMENTOS DE
TRANSFERÊNCIA DE CALOR E MASSA, DAS
CARCTERÍSTICAS QUÍMICAS, FÍSICAS E
BIOLÓGICAS DOS GRÃOS, CONDICIONÁ-LOS, POR
MEIO DA REMOÇÃO DO EXCESSO DE ÁGUA, EM
NÍVEL TAL QUE OS MESMOS SE ENCONTREM EM
EQUILÍBRIO COM O AR, NAS CONDIÇÕES
AMBIENTE, SEM ALTERAR A SUA APARÊNCIA E
QUALIDADES NUTRITIVAS E, AO MESMO TEMPO,
PRESERVAR AS SUAS CONDIÇÕES SANITÁRIAS
COMO ALIMENTO OU COMO SEMENTES.
o que é
secagem?
MOMENTO DA COLHEITA – formação e maturação dos frutos do cafeeiro
Fonte: Laviola et al. Acúmulo em frutos e variação na concentração foliar de NPK em cafeeiro cultivado em quatro altitudes. Bioscience Journal, Uberlândia, v. 24, n.1, p. 19-31.(2008).
CONDIÇÃO PARA QUE OCORRA A SECAGEM DOS FRUTOS OU DOS
GRÃOS DE CAFÉ A PRESSÃO DE VAPOR DA ÁGUA CONTIDA NOS FRUTOS OU NOS GRÃOS DE CAFÉ TEM QUE SER MAIOR QUE A PRESSÃO DE VAPOR DO AR ATMOSFÉRICO QUE
CURCUNDA OS FRUTOS OU OS GRÃOS
Pv da água dos grãos ˃ Pv da água do ar de secagem
ALGUMAS RELAÇÕES PROPORCIONAIS ENTRE O FRUTO E AS SEMENTES DO CAFÉ
Polpa – maior teor de água (80 a 84%
b.u.)
30-40% do volume, na condição
cereja
Grãos – menor teor de água (55-60%
b.u)
60-70% do volume
Massa específica (fruto úmido natural) –
600 kg m-3
Massa específica pergaminho seco (11-
12% b.u) – 380 a 420 kg m-3.
Massa específica beneficiado – 680 a
720 kg m-3.
POLPA + CASCA
GRÃOS GRÃO
Vista parcial da composição celular de um grãos de café. (Fonte: Atlas de Microscopia, Fundação Ezequiel Dias. (s. d.)
Sistemas de secagem de café Natural: ocorre na própria planta
Artificial:
- terreiros de terra ou pavimentados
- bandejas rotativas (pequenos cafeicultores)
- terreiros suspensos
- secadores mecânicos
- Secagem combinada
IMPORTÂNCIA DA INTERMITÊNCIA NO PROCESSO DE SECAGEM ARTIFICIAL Fonte: Rigitano, A.; Tosello, A.; Ferreira, O.; Garrutti, R. S.; Jorge, J. P. N. Influência do parcelamento na secagem do café. In: Boletim do Instituto Agronômico do Estado de São Paulo. Campinas: Braganti. V. 23, n. 24. 1964. (Trabalho apresentado no III Congresso Brasileiro de Agronomia. UFRRJ. Rio de Janeiro. 1964). Condições experimentais do trabalho:
1) Primeira fase: Secagem de cereja descascado nas temperaturas de 45, 60 e 75 °C
Intervalos de tempo de secagem e repouso: ½ x por 1 hora; ½ x 2 horas; 1 x 1 hora; 1 x 2 horas e contínua.
2) Segunda fase: Secagem de café natural, cereja descascado e café da roça, à temperatura de 45, 60 e 75 °C.
Intervalos de tempo de secagem e repouso: secagem – 1, 2, 3 e 4 horas, com repouso até o esfriamento (±30 °C) e secagem contínua.
CONCLUSÕES:
1) A intermitência reduziu o tempo total de secagem, sendo a redução de tempo maior para os “cafés naturais”;
2) Na intermitência, quanto menor a temperatura de secagem, maior a redução do tempo total de secagem;
3) Quanto maior o número de intermitência, maior a redução do tempo total de secagem;
4) Para o mesmo tratamento, o maior tempo de repouso resultou em menor tempo de secagem;
5) A intermitência possibilitou melhorar o rendimento do secador;
6) Excessivos procedimentos de intermitência resultam em inadequação operacional.
IMPORTÂNCIA DA INTERMITÊNCIA NO PROCESSO DE SECAGEM ARTIFICIAL
Outros resultados experimentais:
1) A intermitência possibilita redução no consumo de energia no processo de secagem;
2) É possível obter grãos de melhor qualidade em função da possibilidade de tornar mais lenta a migração interna da água das sementes;
3) É possível obter redução de custo no processo de secagem;
Secagem artificial em terreiros e em bandejas rotativas
Bandejas rotativas: Secagem artificial em terreiros
Curvas de secagem para diferentes materiais de pavimentação de terreiros – condições de Viçosa, MG
0
10
20
30
40
50
60
70
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Tempo - dias
Teor d
e á
gua -
% b
u
asfalto tijolos
cimento Chão batido
QUALIDADE DO PRODUTO SECADO EM TERREIRO
. BEBIDA: duro ácido e duro verde
ASFALTO . DEFEITOS: 208 - 232
. PENEIRA: 16 – 72%
. BEBIDA: sem condições de prova e duro verde
TIJOLOS . DEFEITOS: 264
. PENEIRA: 16 – 74 %
. BEBIDA: apenas mole e duro fermentado
CIMENTO . DEFEITOS: 186 - 252
. PENEIRAS: 16 – 71 a 82 %
. BEBIDA: sem condições de prova
TERRA . DEFEITOS: sem classificação
. PENEIRA: sem classificação
Secadores rotativos – uma pequena história
Secador GUARDIOLA (DAFERT,1896).
Vista geral dos secadores (a) Squier-Guardiola e (b) O’Krassa, com fornalhas para
aquecimento direto (UKERS, 1922).
Secador rotativo: modelo atual (Fonte: www.pinhalense.com.br)
Fonte: Silva, J. de S. e; Lopes, R. P; Vitor, D. G.; Donzeles, S. M. L. Secador rotativo intermitente: projeto, construção e uso. In: Comunicado Técnico 5 – Brasília: EMBRAPA Café. 15 p. 2014. (ISSN 2179-7757).
(a)
(b)
OBJETIVOS DO SISTEMA DE SECAGEM DE CAFÉ EM SECADORES DE BANDEJA - SBJ
1. operar com produtos que tenha baixa fluidez – via úmida ou via seca
2. substituir os terreiros convencionais com vantagens técnicas, operacionais e de custo
3. reduzir a utilização de mão-de-obra
4. realizar a secagem independentemente das condições climáticas
5. permitir a máxima preservação da qualidade do produto, aquelas observada imediatamente depois de colhido
6. minimizar o índice de danos físicos, causados por impactos, conforme se observam na movimentação em terreiros
7. minimizar a possibilidade de contaminação do produto por microrganismos, contaminantes químicos (óleo lubrificante, combustíveis, outros) e biológicos (fezes e urinas, bactérias levadas por animais domésticos, aves e o próprio operador)
8. realizar a secagem em menos tempo, com menor custo e melhor qualidade
9. permitir a realização da meia-seca em combinação com outros equipamentos já instalados e, ainda, permitir a realização da secagem completa, conforme os terreiros, se necessário
Detalhes Construtivos SBJ
OBSERVAÇÕES: 1. Projetado para ser instalado ao
tempo, sem a necessidade de cobertura, exceto para a moega de recepção;
2. Redução de custo em obras civis para a instalação – área cimentada e quatro bases de concreto;
3. Ao ser derramado na moega, o operador não tem mais contato direto com o produto;
4. Pode operar com produto natural ou descascado;
5. Podem ser utilizadas diferentes fontes condicionadoras para o ar de secagem – fogo indireto (fornalhas), caldeira, GLP ou UTA;
6. composição básica do sistema: moega de recebimento, sistema de movimentação de produto, secador SBJ, fonte complementar de energia para o ar de secagem.
FONTE COMPLEMENTAR DE ENERGIA
Os sistemas de secagem de café, modelos SBJ’s, podem utilizar diferentes fontes complementares de energia para o ar de secagem, considerando-se a infraestrutura de energia elétrica da propriedade e as características operacionais do sistema.
Fontes complementares de energia:
1. Unidade de tratamento de ar – 380 V, trifásico
2. Caldeiras com a utilização de água
3. Geradores de calor (fornalhas) a fogo indireto, com a queima de biomassa (lenha, palha de café etc) ou derivados de petróleo (GLP), além da queima de gás natural (metano)
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SECADOR DE LOTES, INTERMITENTE, DE FLUXOS CONCORRENTES
Fonte: LACERDA FILHO, A. F. de. Avaliação de diferentes sistemas de secagem e suas influências na qualidade do café
(Coffea arabica L.) Viçosa: UFV, 1986. 136p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) – Universidade Federal
de Viçosa, 1986.
30
SECADOR DE LOTES, INTERMITENTE, DE FLUXOS COCNCORRENTES
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Tempo - h
Um
id
ad
e - %
b
u
t1 t2 t3
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3
3,2
3,4
3,6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Tempo - h
En
erg
. e
sp
ec
ífic
a - 1
03 k
J k
g-1
t1 t2 t3
MEIA SECA EM LEITO FIXO
DEFEITOS: 138; 101; 312 PENEIRA: 16 – 82; 76; 76
%
BEBIDA: am; am; d. TESTEMUNHA: am; d; dv.
Secagem em lotes, com intermitência, em secador de
fluxos concorrentes e ar desidratado - café
31
Fonte: Santos, R. R. Análise de sistemas de secagem de café utilizando-se bomba de calor e gás liquefeito de petróleo – GLP. (Tese: Departamento de Engenharia Agrícola. Universidade Federal de Viçosa). Viçosa: Biblioteca Universitária/UFV. 135 p. 2007.
Patente requerida
Secador de lotes, intermitente, de fluxos concorrentes
Patente requerida
Secador de lotes, intermitente de fluxos concorrentes/contracorrentes – Patente requerida
Opera apenas com café em meia seca
33
SECADOR DE LOTES, INTERMITENTE, DE FLUXOS CONTRACORRENTES
13
18
23
28
33
38
0 5 10 15 20
Tempo - h
Um
ida
de
- %
bu
t1 t2 t3
Energia:
t1 – 6.068 kJ kg-1, T = 80 °C
t2 – 5.657 kJ kg-1, T = 100
°C
t3 – 5684 kJ kg-1, T = 120 °C
Fonte: Pinto, F. A. C. Projeto e avaliação de um secador de fluxos contracorrentes/concorrentes e análise do seu desempenho na secagem de café (Coffea arábica L.). Dissertação – Departamento de Engenharia Agrícola – UFV). 1993
VISTA PARCIAL DE UMA PROPRIEDADE CAFEEIRA COM AS INSTALAÇÕES COMPLETAS DE PÓS-COLHEITA E BENEFICIAMENTO
Terreiro cimentado
Secagem combinada
Terreiro híbrido Silo secador
Tempo
(h)
Massa
especific
a
(Kg.m-3)
U
midade
(
% b.u)
T
empo
(
h)
Massa
especific
a
(Kg.m-3)
U
midade
(
% b.u)
T
empo
(
h)
Massa
especific
a
(Kg.m-3)
U
midade
(
% b.u)
0 572,0±
0,3
58,0±0,
2 0
570,5±
0,6
58,0±0,
5 0
470,8±
0,3
25,0±0,
3
48 532,3±
0,4
35,3±0,
1 4
567,3±
0,2
54,9±0,
3 48
468,7±
0,1
24,0±0,
2
96 505,4±
0,2
30,9±0,
4 8
560,4±
0,3
42,5±0,
2 96
460,2±
0,5
22,9±0,
1
144 480,9±
0,3
27,7±0,
2 12
550,8±
0,6
39,3±0,
4 144
458,2±
0,3
22,7±0,
4
192 466,1±
0,6
23,4±0,
3 16
533,1±
0,5
36,1±0,
1 192
457,3±
0,5
21,2±0,
3
240 458,0±
0,4
21,6±0,
1 20
512,2±
0,4
32,2±0,
3 240
455,4±
0,4
20,6±0,
1
288 440,2±
0,1
17,7±0,
2 24
478,3±
0,4
27,3±
0,2 288
450,5±
0,6
20,1±0,
2
336 431,1±
0,5
14,1±0,
2 28
471,1±
0,6
24,9±0,
3 336
443,0±
0,5
18,1±0,
5
384 415,4±
0,3
12,0±0,
3 384
441,4±
0,1
17,9±0,
4
432 433,1±
0,1
15,4±0,
1
480 430,2±
0,2
14,2±0,
2
528 425,6±
0,3
13,0±0,
3
576 420,1±
0,5 11,6±0,2
Valores médios de tempo de secagem, massa específica e umidade dos grãos, comparativos para os dois
tratamentos
Terreiro Secagem combinada
Nº de
Amostra
Classificação
da bebida
Classificação
por peneira
Nº de
Amostra
Classificação
da bebida
Classificação
por peneira
1 Dura 15 1 Apenas mole 16
2 Dura 15 2 Apenas mole 17
3 Dura 16 3 Apenas mole 18
4 Dura 15 4 Dura 16
5 Riada 16 5 Apenas mole 17
6 Dura 15 6 mole 18/19
7 Dura 15 7 Apenas mole 17
8 Apenas mole 16 8 mole 17
Comparação dos testes de qualidade de café entre as amostras dos lotes analisadas para os dois tratamentos
de secagem de café em estudo
Características potenciais e objetivadas em
um sistema controlado, de secagem:
1 – Segurança: redução do perigo de fogo ou explosão e
emissão de partículas;
2 – Garantia da qualidade do produto: manutenção dos
atributos desejados para a qualidade dos produtos e
suas propriedades, como sabor, odor, sanidade, cor,
vigor, germinação etc;
3 – Processamento ou rendimento: maximização do
rendimento;
4 – Economia de energia: minimizar o custo e melhorar a
eficiência;
5 – Atenuação dos distúrbios: minimizar a influencia sobre a
quantidade e qualidade do produto;
6 – Estabilidade do processo de secagem: responder as
oscilações decorrentes do processo de secagem do
produto; e
7 – Robustez: garantir a operação normal do sistema para
uma ampla faixa de pontos de operação e distúrbios.
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Metodologia
Variáveis controladas e variáveis
manipuladas: Variáveis controladas:
• Temperatura do ar de secagem
• Umidade relativa do ar de secagem
Variáveis manipuladas:
• Velocidade do motor do ventilador
• Velocidade do motor do comprensor
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CONCLUSÕES
1) O uso de alternativas aos terreiros pavimentados tradicionais podem trazer
benefícios à qualidade do café e redução no custo operacional do processo.
2) Com o conhecimento atual das propriedades químicas, físicas e biológicas do
fruto e da semente do cafeeiro, além do conhecimento de engenharia de
secagem, é possível preservar as qualidades do café obtidas após a colheita,
com menor custo operacional, quando se utiliza de sistema projetados
tecnicamente, adequados ao uso da secagem mecânica.
3) A secagem é a operação unitária que demanda até 60% do custo energético
no sistema de produção de café e tem pouca atenção do cafeicultor, mesmo
observando-se significativos prejuízos relacionados à depreciação da
qualidade do produto e despreparo da mão-de-obra para a sua realização.
4) O sistema de controle desenvolvido (automação) se mostrou eficiente em
manter as variáveis de acordo com os valores desejados durante o processo
de secagem.
5) No processo de uniformização da massa de grãos o sistema automatizado foi
capaz de manter o ar na umidade de equilíbrio constante.
6) É possível a utilização do sistema automatizado de controle em secadores
para sementes, de qualquer modelo, utilizando-se uma unidade de tratamento
de ar, quando o objetivo for a uniformidade no teor de água do produto.
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AGRADECIMENTOS:
- Conselho Nacional de desenvolvimento Científico e
Tecnológico – CNPq
- Universidade Federal de Viçosa - UFV
- Cool Seed Indústria e Comércio de Equipamentos de Aeração
Condicionada Ltda.