UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS FACULDADE DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
RELÁTORIO DE LABORATÓRIO LABORATÓRIO DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS: SECAGEM DE CUBIU
CARLA LORENA QUEIROZ CARLOS MAGNO TOLENTINO FILHO PAULO ALEXANDRE SIMONETTI YURI SARMENTO
MANAUS 2!"
CARLA LORENA QUEIROZ CARLOS MAGNO TOLENTINO FILHO PAULO ALEXANDRE SIMONETTI YURI SARMENTO
RELÁTORIO DE LABORATÓRIO DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS: SECAGEM DE CUBIU
Trabalho apresentado ao Professor da disciplina de Laboratório de Operações Unitárias como prérequisito de avaliaço parcial do primeiro semestre anual! Prof! "#c! $ran% &erbert
MANAUS 2!"
'
S#$%&'( (! 4! '! 3! 7! :!
$U)*+",)T+.O T,/012+!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!3 O&5,T16O!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!7 "+T,01+1# , "8TO*O#!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!7 0,#ULT+*O# , *1#2U##.O!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!7 2O)2LU#.O!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(9 0,$,0,)21+#!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(9
3
!) FUNDAMENTAÇ*O TEÓRICA + seca;em de sólidos é uma das mais anti;as e usuais operações unitárias encontradas nos mais diversos processos usados em ind cer?micas> qu=micas> aliment=cias> farmac@uticas> de papel e celulose> mineral e de pol=meros! 8 também uma das operações mais compleAas e menos entendida> devido B dificuldade e defici@ncia da descriço matemática dos fenCmenos envolvidos de transfer@ncia simult?nea de calor> massa e quantidade de movimento nos sólido> baseado em eAtensiva observaço eAperimental e eAperi@ncia operacional D",)O)E "U5U"*+0> (FGHI! + seca;em pede ser definida como a remoço de substancias voláteis Dá;uaI por aço do calor! , um processo de transfer@ncia de calor e massa> consistindo na remoço de parte da umidade contida no interior do produto por meio de evaporaço D2+"+0JO> 4999I! O processo de seca;em é composto de dois ;rupos principais de par?metros que a influenciam! +s condições eAternas como> por eAemplo> o fluAo do ar> temperatura> umidade relativa do ar e as condições relacionadas ao produto como umidade relativa! O processo de seca;em pode ser dividido em 3 áreas distintas de acordo com a $i;ura (K O per=odo delimitado pelo se;mento +& corresponde ao estado transitório> durante o qual o material se adapta as condições de seca;em e sua temperatura atin;e o valor do estado estacionário! O trecho &2 corresponde ao per=odo de velocidade ou taAa constante! O ponto 2 corresponde ao per=odo de velocidade constante! O trecho de curva 2* e considerado o primeiro per=odo de velocidade decrescente> onde a umidade do material diminui até alcançar a umidade de equil=brio para as condições utili%adas D2+"+0JO> 4999I! !
$i;ura ( - 2urva padro de seca;em! +s principais equações a serem utili%adas como par?metros para o processo de seca;em so a umidade DUbsI em base seca ou em base " e teor de á;ua no equil=brio e " 9 teor de á;ua inicial> todos em base seca D#+)TO#> et! al! 49(9I! Ubsseca =
Umidade total deágua−Umidade perdida Massa seca
Ubsumida=
D(I
Umidadetotal de água−Umidade perdida D4I Massainical do fruto
7
M − M e MR = M 0− M e
D'I
"odelos semiteóricos para seca;em em camada fina so ;eralmente eAponenciais ne;ativas> eAistindo diversos modelos que devem ser testados para as condições especificas de seca;em! Para o se;uinte trabalho foram selecionados os modelos de Menderson e Pabis D&rooNer et al! (FF4I> de Pa;e D+Npinas> 499:I e ,Aponencial D&arbosa2ánovas 6ea-"ercado> 4999I > descritos pelas equações 3> 7 e : respectivamente! − D3I MR =C e kt
−
MR =e
−
MR =e
kt
n
k t
D7I D:I
2) OB+ETIVO Obter a curva de seca;em Dumidade em base seca e em base
,) MATERIAIS E M-TODOS •
•
"aterial 2ubiu Placa Petri ,stufa com controlador de temperatura $aca e tábua de cortar &alança *issecador "étodo
2ortou-se o fruto limpo em fatias redondas de 'mm em média de lar;ura! +s placas de Petri foram enumeradas e pesadas e cada rodela de fruto foi colocada em cada placa de Petri! Todas as placas com o cubiu foram colocadas na estufa a :7 Q2 e posteriormente foram tiradas de acordo com o tempo estipulado! +s placas tiradas foram colocadas no dissecador para estabili%ar a temperatura e no absorver á;ua e ento foram pesadas e descartadas! Tr@s amostras foram escolhidas aleatoriamente e no lu;ar de serem descartadas no final do processo elas foram colocadas na estufa a (97 Q2 e secadas por 43h para assim obterse a massa seca!
.) RESULTADOS E DISCUSS*O
:
$oi obtido o peso das amostras do fruto in natura e posteriormente a cada (9 min uma amostra foi retirada e pesada para ento obter a variaço de peso resultante da desidrataço Dseca;emI da amostra! Tr@s amostras foram escolhidas randomicamente para se obter a massa seca de acordo com a Tabela ( obtendo-se uma porcenta;em média do fruto seco de G>HR da massa inicial! 2om esse resultado foi calculado a massa seca e a massa de á;ua DF(>'RI de cada amostra do espaço amostral como demonstrado na Tabela 4! Posteriormente foi calculado a umidade em base seca e em base com a umidade em base seca e em base
Fruto seco
Tabela 4K *ados do eAperimento de seca;em do cubiu "ecage# de $uiu gua gua 'e#( Mass Mass gua &#ost eso (erdi *o o Fruto a a de re#a*esce ra ,*ada te#( )#i*+ seca água *te % )%+ ot 5.01 0.48 4.52 1 10 5.582 5.093 0.111 0.889 5 9 6 4.41 0.44 3.96 2 20 5.099 4.652 0.148 0.852 2 7 5 5.12 0.55 4.56 3 30 6.322 5.768 0.208 0.792 3 4 9 10.23 8.43 0.89 7.54 4 40 9.336 0.192 0.808 2 7 6 1 5.54 0.69 4.84 5 50 7.927 7.233 0.330 0.670 2 4 8 4.47 0.64 3.82 6 60 7.376 6.730 0.431 0.569 3 6 7 3.45 0.65 2.80 7 70 7.514 6.856 0.592 0.408 8 8 0 11.87 7.40 1.04 10.83 6.36 8 80 0.413 0.587 9 1 0 9 1 4.90 0.79 4.11 9 90 9.110 8.312 0.505 0.495 9 8 1 1.24 0.59 0.65 10 100 6.774 6.181 0.895 0.105 4 3 1
/s /s )sec )#id a+ a+ 9.25 8 8.88 0 8.25 2 8.41 5 6.98 3 5.92 4 4.25 5 6.11 4 5.15 3 1.09 7
0.811 0.778 0.723 0.737 0.612 0.519 0.373 0.535 0.451 0.096
H
+ evaporaço da á;ua é diretamente proporcional a área de superf=cie! 2omo o fruto foi cortado em rodelas e ele apresenta uma lar;ura similar! 2onsidera-se que a área de evaporaço entre as amostras em forma de rodelas foram semelhantes visto que a casca no foi retirada e essa é um fator limitante na evaporaço no seu comprimento lon;itudinal! + porcenta;em de á;ua perdida é inversamente proporcional a massa da amostra! Portanto amostras mais pesadas iram secar em uma taAa mais lenta que amostras mais leves! Pode-se observar nas $i;uras 4 e ' uma certa tend@ncia no decorrer do tempo! Tr@s pontos de flutuações foram encontrados e retirados desses ;ráficosK + quarta> oitava e nona amostra! Observa-se na Tabela 4 que esses pontos so oriundos de amostras muito mais pesadas que a média de pesos da amostra> ;erando assim essa variaço na taAa de seca;em! *evido essas flutuações> esses pontos foram removidos dos ;ráficos e analises posteriores!
Umidade do cubiu
Umidade (g Água / material Umidade seco) (g Água / material úmido)
Tempo (min) /#idade do fr uto e# %ase se ca
/#idade do fr uto e# %ase u#ida
$i;ura 4K Umidade em base seca e em base porém devido esse eAperimento ter sido reali%ado em unicata> e em um espaço de tempo muito curto> pode ter ocorrido desvios do real e até mesmo a observaço incompleta do fenCmeno de seca;em> no atin;indo o está;io em que a umidade começa a estabili%ar diminuindo a taAa de seca;em resultando na lineari%aço do fenCmeno!
G
Agua remanescente % 1200% 1000% 800% Porcentagem de água perdida
600% 400% 200% 0%
f)+40 60 80 100120 0 20 0 Tempo (min)
$i;ura 'K Porcenta;em de á;ua remanescente na seca;em do cubiu )o intervalo de (99 minutos foi seco cerca de GFR da á;ua total como pode ser observado na $i;ura '! + curva de porcenta;em de á;ua remanescente no estabili%ou no encontrando o ponto de equil=brio nas condições do eAperimento> no entanto> de acordo com a curva de tend@ncia> pode-se di%er que é próAimo da seca;em total de á;ua! + taAa de seca;em D"0I foi determinada> no entanto devido o pequeno espaço amostral> a confiabilidade D0 4I foi abaiAo do aceitável D$i;ura 3I! f)+ a e() a + a Taxa de
secagem (MR)
12 10 8 Ra!o de umidade
6 4 2 0 0
20
40
60
80
100
120
Tempo (min)
$i;ura 3K TaAa de seca;em do cubiu +pesar da baiAa confiabilidade de "0> pode-se notar na $i;ura 7 que a quantidade remanescente de á;ua na amostra em relaço a sua massa seca diminui linearmente com a diminuiço da ra%o de umidade! O mesmo comportamento observado por outro autor secando carambola D#+)TO#> et! al! 49(9I!
F
10 9 8 7 6 5 "R g agua/gramas amstra seca 4 3 2 1 0 0
0.2 0.4 0.6 0.8
1
M" # ra!o de umidade
$i;ura 7K Suantidade de á;ua sobre amostra seca pela ra%o de umidade do cubiu + partir dos dados de "*> pode-se usar modelos á conhecidos em literatura especiali%ada D#+)TO#> et! al! 49(9I para definir uma equaço que se aproAime do observado! O primeiro modelo utili%ado foi o de Menderson e Pabis D&rooNer et al! (FF4I descrito pela equaço 3! Para definir as constantes emp=ricas C e k > deve-se lineari%ar a equaço 3 obtendo-se a equaço H! − D3I MR =C e ln ( MR ) =−kt + ln C DHI + partir dessa equaço linear> calcula-se o Ln D"0I de acordo com a Tabela ' o proeta-se um ;ráfico do lo;aritmo natural da ra%o de umidade em relaço ao tempo obtendo-se uma reta linear cuo coeficiente an;ular é -k e o b é Ln C. kt
Tabela ' - Ln D"*I e o tempo de seca;em 'e#(o )#i*+ 10 20 30
)MD+ 0.8755 0.1328 73 8 0.8349 0.1803 59 7 0.7676 0.2643 81 8 MD
40 50 60 70
0.6314 0.4597 47 4 0.5178 0.6579 9 9 0.3387 1.0824 79 1
(9
80 90 100
0
Pode-se observar na $i;ura : a lineari%aço desse método> obtendo k como 0,0143s-( e C como Ln (0,1084) > resultando -2,221. + confiabilidade desse método foi de 9>GHGG> abaiAo do m=nimo aceito! O motivo disso ori;ina-se em sua maioria no diminuto espaço amostral! 12 10 8 $n (M")
6 4 2 0
f)+ 20 0
0
40
60
80
100
120
Tempo (min)
)MD+
i*ear ) )MD++
$i;ura :K "étodo de Menderson e Pabis D&rooNer et al! (FF4I Outro método utili%ado D+Npinas> 499:I> descrito pela equaço 7 pode ser lineari%ado obtendo G! + equaço passará forcadamente por 9 e o valor de k será o coeficiente an;ular! + partir dos valores da Tabela '> foi traçado o $i;ura H> obtendo o valor de NK -9>9(44s -(! kt D7I MR =e −
ln
( MR ) =−kt DGI
12 10 8 $ (M")
6 4 2 0 0
f)+ 20 40 0
60
80
Tempo (min)
)MD+
i*ear ) )MD++
$i;ura HK Pa;e D+Npinas> 499:I!
100
120
((
Pelo método de Pa;e D+Npinas> 499:I> a confiabilidade foi de 9>G7> um valor bem abaiAo do adequado para analises! 1sso demonstra a import?ncia de um maior espaço amostral que resultaria em uma maior repetitividade dos resultados e uma maior acurácia! Outro método utili%ado foi o eAponencial D&arbosa-2ánovas 6ea-"ercado> 4999I descrito pela equaço :! + sua lineari%aço tem como resultado a equaço F! + equaço linear terá como b o valor de LnD k) e a será o coeficiente an;ular! + partir dos valores da Tabela 3> foi traçado a $i;ura G> obtendo o valor de NK 9>99FGFs -n e o valor de nK(>9'! n
D:I ln (−ln ( MR ) ) =ln ( k ) + nLn ( t ) DFI −
MR =e
k t
Tabela 3 - LnD-LnD"*II e o LnDtI da seca;em *)t+ 2.302585 093 2.995732 274 3.401197 382 3.688879 454 3.912023 005 4.094344 562 4.248495 242 4.382026 635 4.499809 67 4.605170 186
*)*)MD++ 2.018336579 1.712730403 1.330363986 0.777092474 0.418561716 0.079188285
12 10 8 $n(#$n(MR))
6 4 2 0 2
f)+ 3 2.5 0
3.5 $n (t)
4
4.5
5
(4
$i;ura HK ,Aponencial D&arbosa-2ánovas 6ea-"ercado> 4999I + partir das constantes obtidas para cada modelo foi obtido a curva teórica de seca;em para cada modelo e essa foi comparada com o real na Tabela 7 e $i;ura G! Pode-se observar que a variaço entre o real e o teórico diminuiu com o aumento da confiabilidade D0 4I de cada modelo lineari%ado! Tabela 7 - 2urvas teóricas da seca;em de cubiu 'e#(o )#i*+ 10 20 30
MD )rea-+
0.875573 385 0.834959 023 0.767680 988
40 50 60 70
0.631447 309 0.517889 946 0.338778 728
80 90 100
0
MD )age+ 0.88514 84 0.78348 76 0.69350 28 0.61385 29 0.54335 09 0.48094 61 0.42570 87 0.37681 53 0.33353 75 0.29523 02
MD )e*derso* e ais+
MD )(o*e*cia-+
0.965945405
0.900091271
0.83723711
0.806972713
0.725678671
0.722373529
0.628984941
0.645988689
0.545175257
0.577242455
0.472532872
0.515498288
0.40956979
0.460124362
0.354996282
0.410519015
0.307694472
0.366121012
0.266695435
0.326413028
('
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0
10
20
30
40
50
MD )rea-+ MD )e*derso* e ais+
60
70
80
90
100
MD )age+ MD )(o*e*cia-+
$i;ura HK 2omparaço ;ráfica das curvas teóricas da seca;em de cubiu
") CONCLUS*O O procedimento metodoló;ico aqui descrito é de suma import?ncia para a obtenço da curva caracter=stica de seca;em de materiais! +dicionalmente ao desenvolvimento desse eAperimento> eAiste ainda o acréscimo a educaço superior a turma dessa disciplina! *evido o pequeno espaço amostral> a confiabilidade dos métodos foram muito baiAo> sendo o de ,Aponencial D&arbosa-2ánovas 6ea-"ercado> 4999I com melhor resultados! ,sse eAperimento demonstra a import?ncia de um bom planeamento e de um si;nificativo espaço amostral atin;indo preciso e eAatido requerida + curva caracter=stica contribui para a o planeamento de processos e equipamentos de seca;em do fruto em questo DcubiuI> viabili%ando custos e aumentando efici@ncia!
/) REFERENCIAS ",)O)> +! #!> "U5U"*+0> +! #! Drying of solids: priniples, lassifia!ion, and sele!ion of dryersK MandbooN of
1ndustrial *rin;! )e VorNK "arcel *eNNer1nc!> (FGH!
(3
2+"+0JO> J! +!! #eca;em de tomate Dlcopersicon esculentum millI para conservaK estudo de parametros com base na qualidade final! Tese de mestradoK U)12+"P> 4999 +WP1)+0> ,! W! *etermination of suitable thin laer drin; curve model for some ve;etables and fruits! 5ournal of $ood ,n;ineerin;> v! H'> n! (> p! H7-G3> 499:! &0OOW,0> *! &!E &+WW,0-+0W,"+> $! X!E M+LL> 2! X! *rin; and stora;e of ;rains and oil seeds! XestportK The +61 Publishin; 2ompan> (FF4! &+0&O#+-2Y)O6+#> J! 6!E 6,5+-",02+*O> M! *eshidratación de alimentos! Zara;o%aK ,ditorial +cribia #! +!> 4999 #+)TO#> 2! T!> &O)O"O> 0! $!> 2M+6,#> "! +!> $O)T+)> 0! da 2! 1!> &O)O"O> P!> 2inética e modela;em da seca;em de carambola D+verrhoa carambola L!I em secador de bandea! +cta #cientiarum! Technolo;! "arin;á> v! '4> n! '> p! '9F-'('> 49(9
