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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS

FACULDADE DE AGRONOMIA “ELISEU MACIEL” DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

AGROINDUSTRIAL

DESEMPENHO ENERGÉTICO E QUALIDADE DE GRÃOS

NAS SECAGENS ESTACIONÁRIA E INTERMITENTE DE ARROZ

LUIZ ROBERTO DA SILVA BOEMEKE ENGENHEIRO AGRÍCOLA

PELOTAS

Rio Grande do Sul - Brasil Março de 2000

Dissertação apresentada ao Programa de Mestrado em Ciência e Tecnologia Agroindustrial da Universidade Federal de Pelotas, sob a orientação do Professor Moacir Cardoso Elias, para a obtenção do título de Mestre em Ciência e Tecnologia Agroindustrial.

DESEMPENHO ENERGÉTICO E QUALIDADE DE GRÃOS NAS SECAGENS ESTACIONÁRIA E INTERMITENTE DE ARROZ

LUIZ ROBERTO DA SILVA BOEMEKE

ENGENHEIRO AGRÍCOLA

PELOTAS

Rio Grande do Sul - Brasil

Março de 2000

Dissertação apresentada ao Programa de Mestrado em Ciência e Tecnologia Agroindustrial da Universidade Federal de Pelotas, sob a orientação do Professor Moacir Cardoso Elias, para a obtenção do título de Mestre em Ciência e Tecnologia Agroindustrial.

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Dados de Catalogação na Publicação (CIP) Internacional Marlene Cravo Castillo , CRB 10/744

B671D Boemeke, Luiz Roberto da Silva Desempenho energético e qualidade de grãos nas secagens

estacionária e intermitente de arroz. / Luiz Roberto da Silva Boemeke .-. Pelotas : Universidade Federal de Pelotas, 2000.

XV, 60 f. : il.

Dissertação ( Mestrado em Ciência e Tecnologia

Agroindustrial ) FAEM -UFPEL

1- arroz 2 - energia 3- secagem 4- desempenho energético 5- qualidade de grãos I - título II - Elias, Moacir Cardoso (orientador)

CDD : 633.186

CDD : 808.88

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DESEMPENHO ENERGÉTICO E QUALIDADE DE GRÃOS

NAS SECAGENS ESTACIONÁRIA E INTERMITENTE DE ARROZ

LUIZ ROBERTO DA SILVA BOEMEKE

ENGENHEIRO AGRÍCOLA

Título: MESTRE EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA AGROINDUSTRI AL BANCA EXAMINADORA

Engº Agrº Moacir Cardoso Elias, Dr. – Orientador

EngºAgrº Manoel Luiz Brenner de Moraes, Dr.

Engº Agrº Manoel Artigas Schirmer, Dr.

Engº Agrícola Wolmer Brod Peres, Dr.

iv

Dedico

Aos meus pais, Pedro e Dilza, por

serem as sementes e, portanto, a

origem, e aos meus filhos, Carlus e

Carolina, por serem os frutos e, por

isso, a continuidade, desta minha

maravilhosa passagem pela vida.

v

AGRADECIMENTOS

Ao professor Moacir Cardoso Elias, pela valiosa e motivadora orientação,

pelo carinho, incentivo e amizade.

Aos colegas Bianca Nunes, Lauri Radünz, Rafael Dionello e Rogério

Silveira e aos estagiários Fabrízio Barbosa, Lucas Marchioro, Valdinei Soffiatti,

Vandeir Conrad, Leomar Hackbart da Silva, Flávio Pereira e Rita de Moura, do

Laboratório de Grãos, que sem eles este trabalho não teria a mesma forma e o

mesmo teor.

A Máquinas Vitória S.A., pela sempre disponível e eficiente assistência

técnica dos equipamentos de secagem.

A EMBRAPA-CPACT e JOSAPAR, pelo fornecimento do material

experimental.

Ao professor Cesar Valmor Rombaldi, pelo esforço e pela liderança para

elevar o padrão do PMCTA-FAEM-UFPel.

Ao professor Manoel Artigas Schirmer que, muito mais do que professor e

amigo, foi um sábio, ajudando-me na descoberta de uma face valiosa da minha

vocação profissional.

A todos os professores do DCTA-FAEM-UFPEL, pelos ensinamentos

ministrados.

Aos funcionários e laboratoristas do DCTA, pelo respeito e amizade.

À CAPES, pelo apoio financeiro, através da bolsa de mestrado.

vi

Aos demais colegas contemporâneos das outras áreas de concentração

do PMCTA-FAEM-UFPEL, Rossmary Quintero, Moema Wendt, Lindomar

Lopes, Adriane Antunes, Carla Mendonça e Roque Danieli.

À psicóloga, professora e amiga, Márcia Rosane Krüger, pela colaboração

nas traduções de textos e pelas oportunidades tanto de aprender como de

ensinar inesquecíveis e profundas lições de vida.

Aos meus irmãos, Aglae Maria, Pedro Ricardo, Marco Antônio e Paulo

Cirne, cunhadas e sobrinhos pelas permanentes compreensão e amizade.

À amiga M.Sc. Mara Helena Saalfeld, por ter me apontado este caminho.

À Faculdade de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Pelotas,

cujos conhecimentos lá obtidos, me foram a base técnica necessária para

desenvolver este trabalho.

Às empresas Nutrisa S.A. e Pedro Boemeke, Filhos & Cia. Ltda., em cujas

oportunidades obtive a visão prática fundamental para enxergar diversos

aspectos de ordem gerencial que simplificaram as tomadas de decisão,

tornando esta caminhada mais branda.

A DEUS, o grande Gerente do Universo, pelas permanentes e seguras

proteção e companhia.

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ÍNDICE

Relação do conteúdo Página INDICES DE FIGURAS ix INDICES DE TABELAS xi SUMÁRIO xii SUMMARY xiv 1. INTRODUÇÃO 1 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 3 2.1. Água no grão e secagem 3 2.2. Armazenamento 9 2.3. Beneficiamento industrial 11 2.4. Energia na secagem de grãos 13 3. MATERIAIS E MÉTODOS 17 3.1. Material experimental 17 3.2. Métodos 17 3.2.1. Pré-limpeza 18 3.2.2. Secagens 18 3.2.2.1. Secagem estacionária 19 3.2.2.2. Secagem intermitente 20 3.2.3. Umidade relativa do ar 21 3.2.4. Consumo de energia 22 3.2.5. Determinação de umidade 22 3.2.6. Estabilização das amostras 22 3.2.7. Armazenamento 23 3.2.8. Germinação 23 3.2.9. Teste de frio 23 3.2.10. Incidência fúngica 24 3.2.11. Beneficiamento industrial 24 3.2.11.1. Descascamento e polimento 26 3.2.11.2. Separação de quebrados 26 3.2.11.3. Avaliação de defeitos 27

viii

3.3. Delineamento experimental 27 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 28 4.1. Parâmetros operacionais de secagem 28 4.1.1. Secagem estacionária, com ar sem aquecimento 28 4.1.2. Secagem estacionária, com ar aquecido a 40+5ºC 31 4.1.3. Secagem intermitente com ar a temperatura constante 36 4.1.4. Secagem intermitente com ar a temperaturas crescentes 40 4.2. Qualidade 46 5. CONCLUSÕES 53 6. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS 54

ix

ÍNDICE DE FIGURAS

Figuras Conteúdo Página

FIGURA 1 – Fluxograma de operações ........................................... 18

FIGURA 2 – Esquema das ligações elétricas dos secadores

estacionários e intermitente ......................................... 22 FIGURA 3 – Fluxograma do beneficiamento convencional do arroz

polido ........................................................................... 25 FIGURA 4 – Condições psicrométricas do ar ambiente e do ar de

secagem no decorrer da secagem estacionária com ar sem aquecimento ........................................................ 29

FIGURA 5 - Condições de temperatura e umidade do grão no

decorrer da secagem estacionária, com ar sem aquecimento ................................................................ 29

FIGURA 6 – Demanda de energia para a insuflação do ar no

decorrer da secagem estacionária com ar sem aquecimento ................................................................ 30

FIGURA 7 – Condições do ar ambiente e do ar de aquecido no

decorrer da secagem estacionária com ar aquecido a 40+5ºC ........................................................................ 31

FIGURA 8 - Condições de temperatura e umidade do grão no

decorrer da secagem estacionária com ar aquecido a 40+5ºC ........................................................................ 32

x

FIGURA 9 – Demanda de energia gasta para o aquecimento do ar de entrada no decorrer da secagem estacionária com ar aquecido a 40+5ºC .................................................. 33

FIGURA 10– Demanda de energia gasta para a insuflação do ar

entre os grãos no decorrer da secagem estacionária com ar aquecido a 40+5ºC .......................................... 34

FIGURA 11– Participação da demanda energética para o

aquecimento do ar de secagem e a participação da demanda energética para a insuflação do ar na secagem estacionária com ar aquecido a 40+5ºC ....... 35

FIGURA 12– Condições dos ares ambiente, de secagem e de saída

do secador durante a secagem intermitente com ar a temperatura constante à 90+10ºC ............................... 36

FIGURA 13 - Condições de temperatura e umidade do grão durante

a secagem intermitente com ar a temperatura constante de 90+10ºC ................................................. 37

FIGURA 14– Demanda de energia gasta para o aquecimento do ar

de entrada durante a secagem intermitente com ar a temperatura constante de 90+10ºC ............................. 38

FIGURA 15– Participação da demanda energética para o

aquecimento do ar de secagem e para a participação da demanda energética para a movimentação do ar e dos grãos durante a secagem intermitente com ar a temperatura constante de 90+10ºC ............................. 39

FIGURA 16– Condições do ar ambiente, na entrada e na saída do

secador durante a secagem intermitente com ar a temperaturas crescentes ............................................. 40

FIGURA 17 - Condições de temperatura e umidade do grão no

decorrer da secagem intermitente com ar a temperaturas crescentes ............................................. 41

FIGURA 18– Demanda de energia gasta para o aquecimento do ar

de entrada durante a secagem intermitente com ar a temperaturas crescentes ............................................. 41

FIGURA 19– Participação da demanda energética para o

aquecimento do ar de secagem e participação da demanda energética para a movimentação do ar e dos grãos na secagem intermitente com ar a temperaturas crescentes ................................................................... 42

xi

ÍNDICE DE TABELAS

Tabelas Conteúdo Página TABELA 1 – Avaliação do desempenho, eficiência e economia

energética durante a secagem das amostras ............. 44

TABELA 2 - Umidade (%) em arroz submetido a quatro métodos

de secagem, armazenado durante seis meses pelo sistema convencional, em sacaria ............................. 46

TABELA 3 - Condições psicrométricas no ambiente de

armazenamento dos grãos de arroz, de abril a outubro de 1999 ........................................................ 47

TABELA 4 - Grãos inteiros (%) e defeitos totais (%) em arroz

submetido a quatro métodos de secagem e armazenado durante seis meses pelo sistema convencional, em sacaria .......................................... 48

TABELA 5 - Germinação (%) e vigor (%) em arroz submetido a quatro

métodos de secagem e armazenado durante seis meses pelo sistema convencional, em sacaria .............................. 50

TABELA 6 - Contaminação por fungos de armazenamento (%)

em arroz submetido a Quatro métodos de secagem e armazenado durante seis meses pelo sistema convencional, em sacaria .......................................... 51

xii

SUMÁRIO

BOEMEKE, LUIZ ROBERTO DA SILVA, M.Sc., Universidade Federal de Pelotas, março de 2000. Desempenho energético e qualidade de grãos nas secagens estacionária e intermitente de arroz . Orientador: Moacir Cardoso Elias.

Estudou-se o desempenho energético, pelo consumo de energia, e

danos imediatos e latentes dos sistemas estacionário e intermitente, em quatro

métodos de secagem de arroz em casca da variedade BR IRGA-410, utilizando

secadores laboratoriais modelo Vitória Piloto, dotados de resistências elétricas

para aquecimento do ar, termostatos e medidores de potência. Os métodos de

secagem foram: a) estacionário com ar sem aquecimento; b) estacionário com

ar a temperatura constante de 40+5ºC; c) intermitente, com ar a temperatura

constante de 90+10ºC; d) intermitente, com ar em temperaturas crescentes nas

primeiras três horas, com 70+10ºC na 1ª hora; 90+10ºC, na 2ª e 110+10ºC da

3ª até a última ½ hora. Os tempos de intermitência nas câmaras de

aquecimento e de equalização eram de 20 minutos em cada uma e na última ½

hora, os grãos recirculavam em ar a 35+10ºC, quando a umidade atingia cerca

de 13%. Os grãos foram armazenados em sacaria de ráfia trançada, no

sistema convencional, com análises de germinação, vigor, defeitos, rendas de

beneficiamento, contaminação fúngica e umidade, imediatamente após a

secagem, e após seis meses de armazenamento. Conclui-se que 1) a secagem

xiii

estacionária com ar não aquecido é a que consome menor energia na

secagem, mas é a que provoca mais danos latentes no arroz, resultando em

percentuais de grãos inteiros sem defeitos e vigor menores do que os demais

métodos testados, após seis meses de armazenamento convencional das

amostras; 2) a secagem intermitente com ar aquecido aplicando temperaturas

crescentes é a que melhor protege a qualidade dos grãos e é a que gasta

menos energia entre as testadas que utilizam ar aquecido; 3) a economicidade

no consumo de energia na secagem de arroz decresce na seguinte ordem:

estacionária com ar não aquecido; intermitente com ar a temperaturas

crescentes; intermitente com ar à temperatura constante e estacionária com ar

aquecido, sendo as duas últimas eqüivalentes na preservação da qualidade

dos grãos.

Palavras-chave: Arroz, energia, secagem, desempenho energético, qualidade

de grãos.

xiv

SUMMARY

BOEMEKE, LUIZ ROBERTO DA SILVA, M.Sc., Universidade Federal de Pelotas, march 2000. Energetical performance and grains quality in the stationary and intermittent rice drying . Adviser: Moacir Cardoso Elias The energetical performance was studied, by the energy consumption

and immediate and latent damages of the stationary and intermittent systems,

in four drying methods with BR IRGA-410 rice, using Vitória Piloto dryers, which

have eletric resistances for air heating, thermostat and power meter. The drying

methods used were: a) stationary with unheated air; b) stationary at constant

temperature of 40+5ºC; c) intermittent with air at constant temperature of

90+10ºC; d) intermittent with increasing air temperature at the first three hours,

with 70+10ºC for the 1st hour; 90+10ºC for the 2nd hour; 110+10ºC from the 3rd

until the last 30 minutes. The time of intermittence in the heating chamber and

equalization were of 20 minutes, the grains recirculate in air at 35+10ºC, when

the humidity reached about 13%. The grains were stored in bags of trassed

plastic yarns in a conventional system, with analisys of germination, vigour,

defects, milling yields, fungical contamination and humidity, immediately after

the drying and after six months of storage. The conclusion is that: 1) the

stationary drying with unheated air is which has less consumption of drying

energy, but it is also the one wich causes most latente damages to the rice,

resulting in less percentage of whole grains without defects and vigour than the

other tasted methods, after six month of conventional storage of the samples; 2)

xv

the intermittent drying with heated air applying increasing air temperature is the

one which best preserves the grains quality and is the one which spends less

energy among the ones tasted which use heated air; 3) the energy consumption

economy in the rice drying decreases in the following order: stationary with

unheated air; intermittent with increased air temperature; intermittent with air at

constant temperature and stationary with heated air, the two last ones are

equivalent in the preservation of the grain quality.

Key words: Rice, energy, drying, energetical performance, quality of grains.

1

1. INTRODUÇÃO

Os modernos e, cada vez mais dinâmicos, sistemas mercadológicos, com os

seus novos conceitos de globalização, exigem que os processos produtivos se

tornem competitivos quanto a qualidade do produto e ao preço final de mercado.

Este preço final de mercado precisa cobrir todos os custos de produção e garantir

remuneração e margem de lucro a todos os participantes da cadeia produtiva,

desde a exploração das jazidas naturais, donde saem as matérias-primas

utilizadas na produção dos insumos, até a comercialização dos produtos finais

industrializados em nível de consumidor.

No passado, na grande maioria dos sistemas produtivos, acrescentava-se as

margens de lucro desejadas aos custos de produção e tinha-se o preço final do

produto. Hoje, a margem de lucro é a variável dependente, e o preço final dos

produtos é estipulado pelo mercado, em função das relações entre oferta e

demanda. Logo, o principal aspecto a ser trabalhado, quando se quer aumentar

as margens de lucro de um sistema produtivo qualquer, é o custo de produção.

Isto é, precisamos produzir mais com menos. Isto significa que estão, a cada

instante, mais estreitos e escassos os caminhos para aqueles que atuam no

mercado com uma postura amadora. Ninguém mais está disposto a pagar pela

incompetência dos outros. Para se produzir bem e sobreviver num mercado

competitivo se fazem necessários profissionalismo e competência.

Dentre os custos de produção, o consumo de energia, seja na forma de

energia elétrica, ou obtida de lenha, gás liqüefeito de petróleo, casca de grãos,

2

resíduos agrícolas ou de outra fonte qualquer, ocupa uma expressiva participação

nas diversas etapas das cadeias de produção. No tão comentado custo Brasil, o

desperdício energético, nas mais diversas formas, tem participação significativa.

Conforme o PROCEL – Programa de Combate ao Desperdício de Energia

Elétrica (Eletrobrás, 1998), mantida a estrutura atual do uso de energia, haveria a

necessidade de um abastecimento, em 2015, de 782TWh/ano, o que significa

uma produção equivalente a mais de 10 usinas de Itaipú ao ano. O PROCEL

pretende reduzir estes números, trabalhando para que as perdas na transmissão

e na distribuição das concessionárias se reduzam dos atuais 17 para 10% e para

que os usuários consumam menos 11%, a partir da racionalização no uso da

energia e do aumento da eficiência dos aparelhos por eles utilizados.

Com a crescente necessidade dos cuidados que o homem deve ter com a

natureza, as leis de proteção ao meio ambiente e à natureza passam a ser mais

exigentes. Por conseqüência, órgãos de fiscalização, como IBAMA, FUNDEFLOR

e FEPAM, passam a exercer um poder fiscalizador mais intenso e rigoroso. Sem

a intenção de discutir o mérito ou a validade da questão, este fato passa a ser

uma restrição operacional para as indústrias de beneficiamento da matéria prima

agropecuária, que hoje buscam a utilização de várias fontes de energia existentes

na natureza ou transformadas pelo homem, como os subprodutos agroindustriais.

Na secagem de produtos agropecuários, existem ramos do setor primário

que já estão partindo para a utilização de energia elétrica como fonte de calor

para a secagem. Casos como os das cadeias produtivas de fumo, cujo sistema de

secagem das folhas, até há bem pouco tempo, utilizava a lenha como fonte de

calor, e de grãos, com os usos de casca de arroz e, ultimamente, de gás liqüefeito

de petróleo, são exemplos das formas buscadas por agricultores e agroindústrias

para diminuir os custos econômicos e ambientais do processo.

Os secadores de grãos, geralmente, são avaliados em função da sua

capacidade de secagem e dos efeitos provocados no produto. Raramente a

eficiência energética é considerada. Além disso, são muito raras as informações

direcionadas à eficiência energética na secagem de grãos.

Com o trabalho, se objetiva estudar a eficiência energética, pela avaliação do

consumo de energia em dois métodos estacionários e dois intermitentes na

secagem de arroz, assim como de seus efeitos imediatos e latentes em

parâmetros qualitativos dos grãos.

3

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

As variedades das espécies mais cultivadas atualmente no Rio Grande do

Sul apresentam altas produtividades e boas qualidades de consumo mas, em

geral, são suscetíveis a fatores adversos do meio, que podem provocar redução

na qualidade do grão, com conseqüências no armazenamento e/ou na

industrialização e no consumo (Elias et al., 1996).

Práticas adequadas de pré-armazenamento e estocagem dos grãos,

imediatamente após a sua maturação, devem ser implementadas, com vistas a

aumentar a eficiência dos próprios métodos de conservação e minimizar as

perdas pós colheita (Forlin, 1991)

2.1. Água no grão e secagem

O grão contém água. O teor em água do produto armazenado é variável. Um

teor em água superior a um limite seguro, que depende do tipo de grão e das

condições ambientais do armazenamento, favorece a infestação com fungos e

insetos, o que reduz a duração da conservação do produto (Gwinner et al., 1997).

A água contida nos grãos apresenta-se sob três diferentes formas. A

primeira é chamada de água adsorvida e está aderida à superfície sólida do grão.

A segunda é denominada de água absorvida, sendo retida por forças capilares

nos micro-interstícios do material sólido. A terceira forma é dita água de

constituição e está quimicamente presa à matéria seca (Puzzi, 1986).

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O conceito de grau de umidade tem origem no fato de os grãos serem

constituídos de um complexo de substâncias sólidas, denominado de matéria

seca, e de certa quantidade de água. O teor de água contido nos grãos é o

principal fator que governa as qualidades do produto (Lasseran, 1978; Sasseron,

1980; Puzzi, 1986; Silva, 1998). Excesso de umidade nos grãos significa gastos

extras em energia para a secagem dos grãos, deterioração dos equipamentos,

além de, em alguns casos, perda em qualidade do produto (Silva, 1998).

Na determinação do teor de água, considera-se a água adsorvida e a

absorvida como água livre, que é possível de ser separada do material sólido,

sem alterar sua constituição. O resultado pode ser expresso em percentagem de

água existente em relação ao peso total de grãos, denominada de umidade em

base úmida, ou em relação ao peso da matéria seca, chamada de umidade em

base seca (Sasseron, 1980; Puzzi, 1986).

No Brasil, o método oficial de determinação do grau de umidade dos grãos é

o da estufa a 105±3ºC, com circulação natural de ar, durante 24 horas, utilizando-

se grãos não triturados (Brasil, 1992).

À medida em que avança o processo de maturação dos grãos, diminui a sua

resistência ao ataque das pragas e dos microorganismos. A colheita deve ser

realizada no momento próprio e de forma adequada, pois o retardamento e as

danificações mecânicas podem determinar que sejam colhidos grãos com

qualidade já comprometida ou com pré-disposição para grandes perdas durante o

armazenamento e/ou a industrialização (Puzzi, 1986; Elias et al., 1996).

A umidade de colheita está diretamente associada com a qualidade e com o

rendimento industrial dos grãos. Colheita em umidades inadequadas pode

prejudicar essa qualidade, pela redução na conservabilidade e no rendimento do

produto, bem como promover uma maior ocorrência de defeitos, os quais se

intensificam durante o armazenamento, prejudicando a tipificação na classificação

comercial dos grãos, reduzindo-lhes qualidade e valor (Elias et al., 1996).

O rendimento de grãos inteiros e a freqüência de aparecimento de defeitos

de classificação são influenciados pela variedade, pela umidade de colheita e pelo

método de beneficiamento do arroz (Dias, 1993). Na maioria das variedades, os

grãos devem ser colhidos quando sua umidade se situar entre 18 e 23% de

umidade (Elias et al., 2000).

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Se, por um lado, a colheita realizada na faixa de umidade recomendada

minimiza as perdas, por outro lado requer uso da secagem artificial. Contudo, é

importante realizar a colheita tão logo haja condições, pois quanto mais tempo os

grãos permanecerem expostos às intempéries, no campo, maiores serão as

perdas, pelo metabolismo dos próprios grãos e por ataque de pássaros, roedores,

insetos e fungos (Elias et al., 1996).

O equilíbrio higroscópio dos grãos pode ser atingido entre o segundo e o

oitavo mês de armazenamento, ocorrendo as maiores variações de grau de

umidade dos grãos no primeiro quadrimestre (Rombaldi, 1988; Lopes, 1999).

Após a colheita, os grãos devem ser submetidos à operação de pré-limpeza

antes da secagem. Pré-limpeza realizada eficientemente reduz os riscos de

incêndio; facilita a movimentação do ar e dos grãos, permitindo a uniformização

da secagem; reduzindo custos, já que os materiais inúteis não estarão presentes

para serem secos, e diminuindo as fontes de inóculo de microrganismos e de

pragas, cujas presenças são indesejáveis na classificação e na conservação

posteriores. (Rombaldi, 1988; Elias et al., 1996).

Pode-se conceber a secagem como um processo de transferência

simultânea de calor e de matéria. O ar, ao mesmo tempo em que fornece calor ao

sistema, absorve água do produto em forma de vapor. O gasto de energia térmica

provocado pela evaporação da água é acompanhado por um resfriamento do ar.

Contudo, o ar absorve em forma de vapor o que perdeu sob a forma de calor,

caracterizando um processo adiabático ou isoentálpico. Grãos são produtos

higroscópicos e, como tal, podem sofrer variações no seu conteúdo de água, a

qualquer momento, de acordo com as condições do ar ambiente que os

circundam (Elias et al., 1996).

Quando entram em contato com o ar, os grãos realizam trocas, até que

pressões de vapor e temperatura de um e de outro sejam semelhantes, atingindo

o equilíbrio energético, hídrico e térmico. Enquanto a pressão de vapor do ar for

menor do que a dos grãos, haverá secagem e enquanto a temperatura do ar for

maior do que a dos grãos, estes sofrerão aquecimento (Lasseran, 1978; Elias et

al., 1996). O aquecimento do ar de secagem, com as finalidades de diminuir sua

umidade relativa e de aumentar sua entalpia e sua capacidade evaporativa, deve

ser controlado dentro de limites determinados, em virtude dos danos físico-

químicos e biológicos que pode causar aos grãos (Elias et al., 1996).

6

Grãos especialmente sensíveis a choques térmicos, como os de arroz,

quando submetidos ao emprego alternado de correntes de ar aquecido e de ar frio

ou na condição ambiental, apresentam aumentos no número de fissuras e/ou

trincamentos, que reduzem a conservabilidade durante o armazenamento. Se o

produto se destinar à industrialização para consumo, além da redução da

conservabilidade, aumentam a quebra no beneficiamento e a incidência de

defeitos, reduzindo rendimentos e qualidade do produto (Elias, 1998).

Comparado com outros grãos, o arroz apresenta dificuldades específicas na

secagem, como a textura da casca, o sistema convencional mais adequado não

ser o contínuo e a necessidade da utilização de temperaturas do ar não muito

altas, para reduzir a quebra dos grãos provocada pela tensão de vapor e a alta

umidade com que é colhido. No método intermitente, o secador opera por cargas,

reduzindo gradualmente a umidade a valores próximos a 13% (Dryeration, 1999).

Os danos mais freqüentemente observados, quando a secagem por ar

aquecido não for convenientemente controlada, são redução de vigor e

germinação das sementes, alterações de cor, formação de crosta periférica, perda

de matéria seca, redução da integridade física dos grãos, diminuição da

digestibilidade das proteínas, desestruturação do amido, suscetibilidade à

incidência de defeitos e redução da conservabilidade, além do desperdício de

tempo e de energia (Elias, 1998).

Em vista das limitações do método natural de secagem, que necessita da

ocorrência de combinações favoráveis de fatores sob os quais não se tem

controle, os métodos mais comumente empregados para arroz são os forçados,

também denominados artificiais ou mecânicos, sejam eles convencionais, como

os intermitentes e a seca-aeração, ou estacionários, como os silos-secadores.

Para a secagem de arroz, no Rio Grande do Sul, o método mais empregado é o

intermitente, que se caracteriza pela movimentação descendente dos grãos no

equipamento, em perpendicular e através da massa de ar também em

movimento, seguida pelo período de intermitência, que é a descontinuidade do

contato ar-grãos, promovida pela recirculação dos grãos no secador, para que a

transferência de água do centro para a periferia dos grãos se dê sem a presença

da componente de pressão dinâmica provocada pela movimentação do ar. Neste

método, do início ao final da operação, os grãos permanecem recirculando no

interior do secador e o seu contato com o ar é descontínuo (Elias et al., 1996).

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Nos secadores intermitentes ocorre movimentação dos grãos e do ar de

secagem, que mantém períodos de contato e de isolamento alternadamente. O

equipamento apresenta-se constituído de duas câmaras, uma de secagem, onde

ocorrem as trocas de energia e de matéria durante o contato do ar, insuflado ou

succionado, com os grãos, e outra de equalização, onde os grãos continuam sua

movimentação, mas sem contato com o ar. Na primeira, o ar cede energia

térmica, resfria-se e absorve, na forma de vapor, a água periférica que evapora do

grão. Na câmara de equalização, o isolamento permite que a água mais interna

do grão migre para a sua periferia, predominantemente por difusão. De acordo

com o modelo de secador, com o fluxo e com a temperatura do ar de secagem,

com o fluxo dos grãos e com a velocidade de secagem imprimida durante a

operação, a relação entre o tempo de exposição dos grãos ao ar e o tempo de

repouso será maior ou menor, sendo facilmente encontradas, nas unidades de

beneficiamento, operações bastante diversas, com relações do tipo 15:1, 10:1, 6:1

e 3:1, sendo classificados, por alguns autores, como secadores intermitentes

rápidos ou intermitentes lentos (Peske & Baudet, 1992; Elias et al., 1996).

Mantendo-se constante o número de passagens pelo secador, o aumento da

temperatura do ar aumenta a velocidade de secagem, mas reduz a percentagem

de grãos inteiros, sendo mais limitante o efeito da temperatura do ar de secagem

sobre o rendimento de engenho do que o dano mecânico causado pela

movimentação dos grãos de arroz durante a secagem (Vega, 1989, Elias et al.,

1996). A evaporação e a migração interna da água mais equilibradas, a menor

velocidade de remoção de água e as menores temperaturas atingidas pela massa

de grãos durante a secagem com temperaturas crescentes do ar, fazem desta

condição uma forma de secagem mais branda, com menores prejuízos físico-

químicos e biológicos aos grãos, em relação aos secados com temperatura

constante a 90ºC (Rombaldi, 1988).

Desde que a temperatura do ar de secagem não seja muito elevada,

normalmente não superior a 115ºC, nem muito baixa, normalmente não inferior a

70ºC, o método de secagem intermitente permite obter melhores resultados,

embora exija maiores investimentos e uso de tecnologia mais sofisticada do que o

estacionário. A secagem intermitente pode valer-se de temperaturas, na entrada

do secador, de 70º a 100ºC, quando os grãos estiverem muito úmidos, e de até

120ºC, no final do processo, com menores prejuízos ao rendimento e à qualidade

8

dos grãos do que com ar a temperatura constante (Rombaldi, 1988; Elias et al.,

1996).

Altas velocidades de secagem, decorrentes do uso do ar apresentando

pressão de vapor muito inferior e/ou temperatura muito superior a dos grãos,

afetam a qualidade do produto. Para alguns autores, os danos decorrentes da

secagem com ar aquecido estão mais relacionados com a velocidade do que com

a intensidade do processo (Elias et al., 1996).

A secagem estacionária em silo-secador se caracteriza pela passagem

forçada do ar em fluxo axial ou radial através da camada de grãos que

permanecem parados no compartimento de secagem. O ar utilizado pode ser

aquecido ou não (Rombaldi, 1988; Elias et al., 1996).

A secagem estacionária deve ser mais bem estudada e os seus usuários

devem ser alertados a respeito dos problemas de gradiente de umidade dos

grãos, bem como das possíveis diferenças de qualidade final apresentadas em

pontos distintos do secador (Cardoso Sobrinho, 1997). Secagem em camada fixa

vertical, com distribuição radial de ar, em geral, promove reduções de vigor das

sementes no decorrer do armazenamento, sendo esta queda de qualidade mais

evidente quando se observam os resultados do teste de frio, obtidos aos nove

meses de armazenamento (Carvalho, 1997).

A secagem estacionária pode ser feita com ar forçado, a temperatura de até

45-60ºC, para camadas não superiores a 80-150 cm. Para arroz, as

recomendações técnicas indicam o uso de camadas delgadas, preferencialmente

menores do que 1,5m (Elias et al., 2000). Devido ao longo período de contato dos

grãos com o ar, não pode empregar altas temperaturas porque há uma forte

tendência à isotermia ar-grãos (Rombaldi, 1988; Elias et al., 1996).

Dos sistemas forçados ou artificiais, o estacionário é o único que pode

utilizar-se de ar não aquecido. Nesse caso, a secagem depende principalmente

do equilíbrio higroscópico, que por sua vez depende da umidade relativa e da

temperatura do ar ambiente. Embora estes parâmetros não pareçam constantes,

seus valores médios durante o período de secagem determinam o grau de

umidade final. Além da morosidade e do baixo fluxo operacional, tem como

agravante o risco de desenvolvimento microbiano durante a operação. Outro fator

importante é o fluxo de ar utilizado, pois a velocidade da frente de secagem é

proporcional ao fluxo de ar. (Rombaldi, 1988; Elias et al., 1996).

9

O sistema utilizado para este tipo de secagem consiste basicamente num

acondicionador, geralmente um silo metálico vertical, onde o produto permanece

estático e onde se processa o fenômeno da secagem, e um ventilador acoplado a

este. Quando a umidade relativa do ar for, em média, 70% ou menor, fluxos de ar

ambiente adequadamente escolhidos, sem qualquer aquecimento (apesar de um

possível aquecimento ao passar pelo ventilador) são o suficiente para secar o

produto. Os silos-secadores são adequados para a secagem estacionária

(Brooker et al., 1974; Al-Alam & Elias, 1985; Rombaldi, 1988). A operação pode

ser acelerada com o aquecimento do ar a temperaturas superiores, aumentando-

se assim a capacidade de eliminação da água do grãos e do ar de sorver e

transportar essa água. A vantagem principal é o ganho de tempo. As principais

desvantagens são o custo de energia necessária para aquecer o ar e o prejuízo

que se pode causar ao grão devido a elevação de temperatura (Hoseney, 1991).

2.2. Armazenamento

A forma mais comum de armazenagem de cereais e leguminosas é a do

grão vivo. Este contém uma alta concentração de substâncias nutritivas e é fácil

de armazenar graças a seu baixo teor em água. Possuem baixa capacidade de

condutibilidade calorífica e isto significa que as diferenças de temperatura no

produto armazenado só são perceptíveis em distâncias curtas e períodos longos,

o que leva a acumulações de calor na massa de grãos, com todas as

conseqüências desvantajosas, como aumento da respiração, desenvolvimento

microbiano, infestação com insetos e condensação (Gwinner et al., 1997).

O tipo de manutenção a aplicar, sua periodicidade e intensidade ficam na

dependência de resultados observados ao longo do período de armazenamento,

das medidas de controle de qualidade obtidas em testes, onde fatores como

variação de umidade relativa e temperatura do ar, umidade e temperatura do

grão, bem como a avaliação do grau de desenvolvimento de microrganismos, de

insetos e de ácaros, presença de roedores e variação de acidez do óleo, entre

outros, devem ser considerados (Elias et al., 1996).

O peso seco dos grãos com casca, caracterizando sua massa específica

aparente, apresenta variações significativas durante o armazenamento, as quais

são influenciadas pelas características varietais, pelas condições de secagem,

pelo sistema e pelas condições ambientais de armazenamento (Rombaldi, 1988).

10

O teor de água do grão depende da umidade relativa do ar que o circunda.

No momento em que as pressões parciais do vapor da água contida na superfície

do grão e do vapor d’água do ar circundante se igualam, não há mais secagem,

mas o equilíbrio higroscópico. Alguns outros fatores influem nesta relação, como a

temperatura do ar, efeito da histerese e a composição química do grão; ou seja,

diferentes espécies não mantém o mesmo grau de umidade de equilíbrio sob as

mesmas umidades relativas do ar (Harrington, 1973; Lasseran, 1978; Carvalho,

1997; Elias, 1998).

Mesmo não tendo boa condutibilidade térmica, mas por serem organismos

vivos, com estruturas intra e intergranular porosa e composição química que lhes

confere higroscopicidade, os grãos de arroz estão em constantes trocas de calor

e de umidade com o ar ambiente. Assim, pelo sistema convencional de

armazenamento, os grãos são expostos aos efeitos das variações das

características psicrométricas do ar ambiente. O comportamento higroscópico dos

grãos de arroz, sorvendo e perdendo água para entrarem em equilíbrio com a

umidade do ar ambiente, é um dos fatores mais importantes na formação de

fissuras. A entrada de água nos grãos ocorre quando sua pressão de vapor for

menor do que a do ambiente a que estão submetidos. O nível de umidade a que o

grão pode ser seco, sem desenvolver fissuras quando da ocorrência de uma

sorção rápida, é denominado de umidade crítica (Elias et al., 1998).

A umidade de um grão se mantém em equilíbrio com o ar que o rodeia

(Hoseney, 1991). Temperatura do ar, umidade relativa e teor em água do produto

armazenado estão estreitamente ligados por uma relação de interdependência. O

teor em água do produto armazenado e a umidade relativa do ar ambiente no

armazém tentam encontrar um estado de equilíbrio. Dependendo da umidade

relativa prevalecente, o produto armazenado libera umidade à atmosfera

(secagem) ou absorve umidade da atmosfera (umedecimento) até alcançar um

estado de equilíbrio (Gwinner et al., 1997).

No armazenamento, além do metabolismo do próprio grão, há o de

organismos associados, principalmente fungos, cujos principais danos causados

são mudanças de coloração, desgaste de reservas nutritivas, alterações na

estrutura dos carboidratos, lipídeos, proteínas e vitaminas, produção de toxinas,

aquecimento, exalação de odores desagradáveis e presença dos próprios

microrganismos, com redução da capacidade germinativa e de vigor (Elias, 1998)

11

Os principais contaminantes fúngicos, com ocorrência em ecossistemas de

armazenamento de grãos, tendo em vista os potenciais de contaminação,

deterioração e desenvolvimento de toxinas, pertencem aos gêneros Aspergillus,

Fusarium e Penicillium (Hoseney, 1991; Gwinner, 1997; Elias,1998).

Os danos ocasionados por fungos são muitas vezes desconsiderados até

que alcancem proporções alarmantes. Os fungos não ocasionam só perdas

diretas, senão que podem ameaçar também a saúde do homem e dos animais

produzindo venenos, as chamadas micotoxinas, as quais contaminam os

alimentos e as forragens. (Hoseney, 1991; Gwinner et al., 1997).

A maioria das espécies de fungos se desenvolvem com umidade relativa

acima de 70%. Algumas espécies de Aspergillus, que são os mais resistentes

dentre os fungos de armazenamento, se desenvolvem com umidade relativa de

65% ou até menos. A 27ºC e conteúdo de umidade entre 12,5 e 13,5%, o arroz

está altamente suscetível a ter infestações com fungos (Elias et al., 1996).

2.3. Beneficiamento industrial

Segundo a legislação nacional (Brasil, 1988), arroz beneficiado é produto

maduro que após submetido a processo de beneficiamento acha-se desprovido

de sua casca. Comercialmente, é classificado em Grupos, Subgrupos, Classes e

Tipos. A classificação em Grupos está relacionada com a forma de apresentação

dos grãos: em casca ou beneficiado. Em Subgrupos, com a forma de preparo: em

casca ou natural e beneficiado integral, parboilizado, parboilizado integral ou

polido. Em Classes, de acordo com as dimensões dos grãos, classificam-se em:

longo fino, longo, médio, curto ou misturado. Os Tipos, expressos com números

de um a cinco, estão relacionados com os percentuais de grãos quebrados e de

defeitos, caracterizados como defeitos graves e gerais agregados (Brasil,1988).

As operações industriais ou de beneficiamento, a serem realizadas nos

grãos de arroz dependem das características intrínsecas do produto e da forma

de preparo industrial para cada subgrupo. Para a industrialização do arroz branco

polido, por exemplo, os grãos são submetidos às operações de limpeza,

descascamento, polimento e classificação. Umidades de beneficiamento entre 13

e 14% no processo convencional de obtenção de arroz branco polido permitem a

obtenção dos maiores rendimentos de grãos inteiros (Rombaldi, 1988; Nora,

1992; Dias, 1993; Elias, 1998).

12

O beneficiamento do arroz pode ser feito por processos como parboilização,

maceração ou convencional. O beneficiamento convencional é o mais aplicado no

Brasil, sendo que 80% do arroz consumido é branco polido, mas o consumo do

parboilizado cresceu de 4 a 5% para cerca de 20% nas últimas duas décadas

(Elias et al., 1998).

De acordo com o subgrupo branco polido de arroz beneficiado, os defeitos

gerais são constituídos pelo total de danificados, manchados, picados, amarelos,

rajados e gessados, enquanto os graves são representados por matérias

estranhas, impurezas, grãos mofados e ardidos (Brasil,1988).

No beneficiamento convencional, após a limpeza, os grãos são desprovidos

das glumelas, numa operação denominada de descascamento, realizada por

máquinas com rolos que giram em sentido contrário e com velocidades diferentes.

Os grãos esbramados podem ser brunidos ou comercializados como arroz

integral. Contudo, seu período de validade para o consumo é reduzido em relação

ao arroz polido devido à maior degradação de seus componentes lipídicos (Elias

et al., 1998).

O brunimento ou polimento é realizado por equipamentos constituídos de

duas partes principais. Uma externa, que possui uma parede perfurada com

colunas de borracha, espaçadas entre si, formando uma camisa sobre a parte

interna, constituída por cone de pedra giratório. A passagem do grão esbramado

pelo interior do brunidor promove uma abrasão em sua superfície, removendo as

camadas periféricas da cariopse (pericarpo, película da semente, nucela,

aleurona e parte do endosperma amiláceo), as quais originam o farelo. Na

indústria, o brunimento realiza-se pela passagem sucessiva dos grãos de arroz

por uma série de cones brunidores, até ser atingido o grau de polimento desejado,

diminuindo assim as quebras durante a operação (Elias et al., 1998).

A etapa final é a classificação, sendo executada por vários equipamentos

como peneiras e cilindros alveolados ou "trieurs", que fazem a separação dos

grãos por dimensões. A separação por diferenças de cor é realizada por

máquinas dotadas de células fotoelétricas, as quais acusam a passagem de grãos

de coloração fora do padrão estipulado, sendo os mesmos separados dos demais

por um jato de ar (Elias et al., 1998).

O rendimento de grãos inteiros no beneficiamento, comumente conhecido

por rendimento de engenho, é um dos parâmetros mais importantes para

13

determinar-se o valor de comercialização do arroz. O preço pago ao produtor

depende da qualidade física dos grãos, verificada após o beneficiamento, sendo

que, quanto maior a percentagem de grãos inteiros, maior é o preço pago pelo

arroz. A quebra ocorre, principalmente, durante os processos de descascamento

e de brunimento. A maioria dos grãos quebrados durante o beneficiamento já

apresenta fissuras anteriores ao processo (Elias et al., 1998).

2.4. Energia na secagem de grãos

Tecnicamente, é possível utilizar-se qualquer fonte de calor para aquecer o

ar de secagem de grãos, embora o uso de combustível predomine sobre o de

outras fontes. Eficiência técnica, eficiência econômica, efeitos sobre o meio

ambiente, conhecimento ou domínio tecnológico do produto e do processo são os

principais parâmetros considerados por produtores rurais, cooperativas agrícolas,

prestadores de serviços de secagem e agroindústrias na escolha da fonte térmica

a utilizar nos secadores de grãos (Elias,1999).

Inobstante sua importância, não há disponibilidade de dados de pesquisa

relacionando eficiência técnica, eficiência econômica, efeitos sobre o meio

ambiente e/ou operacionalidade que permitam ao usuário escolher a fonte térmica

com conhecimento ou domínio tecnológico sobre o produto e o processo

(Elias,1999).

A praticidade no uso, o poder calorífico, os efeitos na qualidade dos grãos, a

adequabilidade ao processo de secagem utilizado e a compatibilidade de seu uso

com a automatização operacional são as principais características que definem a

eficiência técnica, enquanto o custo, a disponibilidade e o rendimento operacional

são as principais características que definem a eficiência econômica de um

combustível (Elias,1999). Secagem à baixa temperatura é energeticamente

eficiente, já que somente requer a energia necessária para vencer a resistência

da massa de grãos (Hoseney, 1991).

A energia derivada da biomassa é uma alternativa nacional das mais

promissoras, não somente por ser de natureza renovável, mas principalmente

devido à privilegiada extensão territorial e posição geográfica com fatores

climáticos favoráveis à produção elevada desta fonte de energia (Castellan,

1986).

14

Nos anos 50 e 60, a grande maioria dos secadores agrícolas utilizavam

fornalhas à lenha e outros resíduos orgânicos, como a casca de arroz. Para

manter as fornalhas em funcionamento, os grandes produtores de grãos,

especialmente as cooperativas, implantavam grandes áreas de reflorestamento.

Com a crise mundial do petróleo, entretanto, o uso dos derivados do petróleo se

tornaram proibidos para o uso da secagem agrícola, no ano de 1981. Voltaram as

fornalhas à lenha que permanecem, em sua grande maioria, até a atualidade

(Weber, 1998).

Ações de ambientalistas associadas aos dispositivos das leis de proteção ao

ambiente têm trazido dificuldades no uso da lenha como combustível, seja pelo

constante combate aos desmatamentos, seja pela problemática típica associada

ao reflorestamento. Além disso, a combustão de algumas espécies florestais

transfere odores e sabores desagradáveis aos grãos, reduzindo seu valor ou

inviabilizando seu uso como alimento, a menos que sejam utilizados em

aquecimento por trocadores de calor, eliminando o fogo direto, num sistema de

baixa conversão térmica e muitas dificuldades operacionais (Elias,1999).

A casca de arroz, além de se constituir numa apreciável fonte de energia,

poderá transformar-se em matéria-prima para outros usos industriais. As

dificuldades em seu uso estão relacionadas principalmente com o sistema de

alimentação de combustível (AEAPEL, 1986; CIENTEC, 1986).

O emprego do excedente da casca do arroz como fonte de energia vem

crescendo nos últimos anos, porém, muito mais pelo interesse por parte de

empresas de fora do setor da industrialização do arroz do que por estas. Os

engenhos de arroz que a cedem economizam o custo de sua remoção que se

constitui numa vantagem muito pequena face ao seu alto poder calorífico

(CIENTEC, 1986).

A necessária proximidade entre indústria beneficiadora e local de instalação

dos secadores limita o uso de casca de arroz ou de outros resíduos agrícolas e/ou

agroindustriais quase exclusivamente às agroindústrias de cereais, tornando

muito restrito seu uso por produtores rurais. Também a casca e os outros

resíduos agrícolas e/ou agroindustriais se enquadram nas restrições de uso como

fogo direto, pelas mesmas razões apontadas para a lenha (Elias,1999).

Tanto a lenha como a casca de arroz ou os outros resíduos referidos, são

classificados entre os combustíveis geradores de materiais residuais poluentes,

15

como carvão e cinzas, além de não serem combustíveis que permitam

uniformidade de fluxo para automação de processo, uma necessidade cada vez

maior numa atividade cada vez mais competitiva (Elias,1999).

O modo mais prático e fácil de produzir energia da biomassa é através da

combustão da própria madeira ou de seus rejeitos. A madeira combustível tem a

vantagem de ser renovável, ter baixo teor de cinzas e quantidade ínfima de

enxofre. É volumosa e apresenta baixo poder calorífico comparada com outros

combustíveis (AEAPEL, 1986). O poder calorífico superior da madeira está em

torno de 4.700 a 5.000kcal/kg (AEAPEL, 1986).

O aspecto que diminui mais a eficiência da madeira como combustível é o

grau de umidade e, que pode atingir até 100% do peso da madeira seca. A

redução da umidade é desejável não somente para diminuir os custos de manejo

e transporte, mas, também, para aumentar o valor da madeira como combustível

(AEAPEL, 1986).

Outra alternativa seria a possibilidade de implantação de centrais de geração

de energia elétrica, a partir do aproveitamento do excedente de casca de arroz

nas cidades com concentração de indústrias beneficiadoras de arroz (AEAPEL,

1986). Em um sistema convencional de secagem de arroz em casca de 24%bu

para 13%bu, com capacidade do equipamento de 6ton.h-1, a parcela do custo de

secagem referente a lenha representa 40,67% (Dryeration, 1999).

Os combustíveis gasosos oferecem simplicidade no sistema, facilidade de

operação e excelente controle de temperatura, favorecendo em muito a

automatização da secagem (Weber, 1998).

O gás liqüefeito de petróleo (GLP), também adequado, está fora de uso pelo

seu elevado preço, entretanto o gás natural é altamente indicado e econômico

(Weber, 1998). O GLP se afigura como importante alternativa dentre os

combustíveis fluidos, mas lhe faltam tradição de utilização na secagem de grãos

entre os produtores e estudos de operacionalidade e viabilidade com vantagens

comparativas para que seu uso se amplie e se torne uma realidade desde o

segmento produtores até as agroindústrias. Em princípio, dentre os potenciais

usuários do GLP na secagem de grãos e derivados estão produtores rurais,

cooperativas agrícolas e prestadores de serviços, num primeiro momento,

vislumbrando-se a possibilidade de uso em operações específicas de

agroindústrias mais tecnificadas, como as de parboilização (Elias,1999).

16

Nos anos 60 e 70, passou-se a utilizar em larga escala as fornalhas a óleo,

tipo fuel-oil, que apresentavam vantagens sobre a lenha, especialmente no que

diz respeito ao manuseio, regulagem e manutenção estabilizada da temperatura,

aos estoques do combustível e preservavam as já poucas reservas florestais

(Weber, 1998).

Em condições bem definidas, podem ser utilizadas resistências elétricas para

o aquecimento do ar de secagem. Entretanto, lenha, casca de arroz ou outros

resíduos agrícolas e derivados fluidos de petróleo são os combustíveis mais

utilizados na secagem de grãos. A eletricidade, através do uso de resistências

elétricas, é uma tecnologia limpa do ponto de vista ambiental e que não transfere

materiais sensorialmente indesejáveis aos grãos. O custo, os riscos de cortes no

fornecimento exatamente nos momentos de maior necessidade, a exigência de

infraestrutura própria e a impossibilidade de o setor atender grande demanda, são

fatores que restringem o emprego generalizado de energia elétrica no

aquecimento do ar para secagem de grãos (Elias,1999).

Em um sistema convencional de secagem de arroz em casca de 24%bu para

13%bu, com capacidade do equipamento de 6ton.h-1, a parcela do custo de

secagem referente a energia elétrica para movimentação do grãos representa

45,41% (Dryeration, 1999).

17

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1. Material Experimental

Foram utilizadas amostras, em casca, de arroz (Orysa sativa L.) irrigado, do

cultivar BR-IRGA 410, safra 1998/99, produzidas na região sul do Rio Grande do

Sul, pelas empresas EMBRAPA e JOSAPAR.

A colheita foi realizada com colhedora automotriz, de ceifa e trilha, na

umidade próxima aos 20%, seguida de uma pré-limpeza no próprio local de

produção, em máquina industrial de ar e peneiras planas.

Ao chegarem no laboratório, antes da secagem, os grãos eram submetidos a

uma segunda operação de pré-limpeza, mais rigorosa, em modelo piloto de

máquina de ar e peneiras cilíndricas, reduzindo os teores de impurezas e/ou

matérias estranhas até valores menores do que 1%, para que esse parâmetro não

interferisse nos resultados das operações de secagem. Todas as operações de

pós-colheita foram executadas nos Laboratórios de Grãos, de Análise e de

Fitopatologia de Sementes da Faculdade de Agronomia “Eliseu Maciel”, da

Universidade Federal de Pelotas.

3.2. Métodos

No Laboratório de Grãos, as operações unitárias realizadas na matéria-prima

seguiram o roteiro constante do fluxograma apresentado na Figura 1.

18

FIGURA 1 – Fluxograma de operações.

3.2.1. Pré-limpeza

Conforme consta no item 3.1, o processo de separação das impurezas e/ou

matérias estranhas dos grãos, após a pré-limpeza industrial em máquinas de ar e

peneiras planas, nas próprias unidades de produção. No laboratório, era realizada

uma operação complementar em máquinas pilotos de ar e peneiras cilíndricas.

3.2.2. Secagens

Ao chegarem ao Laboratório de Grãos e após a pré-limpeza complementar,

o arroz era imediatamente submetido à secagem com ar forçado, em quatro

tratamentos: a) estacionária, com ar sem aquecimento; b) estacionária, com ar

aquecido a 40+10ºC; c) intermitente, com ar aquecido a temperatura constante de

90+10ºC; d) intermitente, com ar aquecido a temperaturas crescentes de

70+10ºC, 90+10ºC e 110+10ºC, todos em três repetições.

Colheita Umidade

~ 20%

Pré-limpeza

Secagem Estacionária

Secagem Intermitente

Temperatura Constante 90+10ºC

Temperaturas Crescentes

(70; 90; 110)+10ºC

Sem aquecimento (ar ambiente)

Aquecido 40+10ºC

19

3.2.2.1. Secagem estacionária

Foram utilizadas amostras de 51kg de arroz natural, com casca, em silos-

secadores estacionários de laboratório, modelo Vitória Piloto, com fundo em tela

plana perfurada e plenum, com injeção de ar por insuflação, através de

ventiladores axiais de baixíssimas pressão e vazão (da ordem de 62,7m3.h-1). A

vazão específica era da ordem de 13,44m3 de ar.min-1.m-3 de grão.

Cada silo tem capacidade de 0,40m3, com 920mm de diâmetro da base e

900mm de altura, dotado de redutor metálico opcional e removível, com 300mm

de diâmetro e 800mm de altura, que foi utilizado para adequar a resistência à

passagem do ar pela coluna de grãos. Na secagem com ar aquecido, o sistema

de aquecimento e o esquema do sistema elétrico eram semelhantes aos do

secador intermitente. As quatro resistências elétricas monofásicas e de 700W

cada uma, estavam instaladas na entrada do plenum. Também, eram

comandadas por termostato de acionamento automático com precisão +5ºC. Uma

resistência permanecia sempre ligada durante as secagens para evitar choque

térmico nos grãos a cada vez que o termostato desligasse as demais.

O consumo de energia era medido através de um medidor de potência,

instalado antes do termostato e dos ventiladores dos silos, com precisão de

+0,1W. A potência demandada por cada silo-secador foi determinada por

diferença, deixando-se apenas um dos silos sem aquecimento carregado e ligado

por oito horas consecutivas, determinando-se, assim o consumo do tratamento

sem aquecimento e, por diferença, o consumo ocorrido no tratamento com ar

aquecido.

No sistema estacionário, os grãos foram submetidos a secagem em duas

condições de temperatura: a) ar com aquecimento, em que foram submetidos à

passagem forçada de ar aquecido a 40+5ºC, até que a umidade fosse reduzida

para próximo de 13%; b) com ar não aquecido, em operação análoga a da com ar

aquecido, mas com as resistências desligadas.

Durante as secagens eram feitas medições em intervalos de uma hora no

tratamento com ar aquecido e de duas no com ar sem aquecimento. Em ambos

os casos, os pontos de amostragem correspondiam a três alturas na coluna de

grãos: P1 – inferior (a 10cm do fundo perfurado), P2 – intermediário (a 40cm do

fundo perfurado) e P3 – superior (a 70cm do fundo perfurado).

20

Eram medidas a energia consumida, as temperaturas de bulbo seco e de

bulbo úmido do ar ambiente, a temperatura de bulbo seco do ar de secagem, a

umidade e a temperatura da massa de grãos. Para as medições das temperaturas

do ar ambiente e do ar aquecido eram utilizados os mesmos psicrômetros e

termômetros das secagens intermitentes

3.2.2.2. Secagem intermitente

Foram utilizadas amostras de 51kg de arroz natural, com casca, num

secador intermitente de testes, modelo Vitória Piloto, com capacidade de 0,03m3

na câmara de secagem, de 0,11m3 na câmara de equalização e de 0,27m3.h-1 no

elevador.

O ar era aquecido pela passagem através de quatro resistências elétricas

monofásicas de 700W cada uma, instaladas na entrada de ar da câmara de

secagem, das quais três eram comandadas por termostato de acionamento

automático, com precisão de +5ºC. Uma das resistências permanecia sempre

ligada durante as secagens, para evitar choque térmico nos grãos a cada vez que

o termostato desligasse as demais. A movimentação mecânica do equipamento

ocorreu por contra-marcha, através de um conjunto de polias e correias acionado

por um único motor elétrico monofásico de 0,5cv para ventilador e elevador.

Os grãos foram submetidos à secagem com ar aquecido em duas condições

de temperatura: a) em temperatura constante, onde o termostato era regulado

para o ar atingir uma temperatura de 90+10ºC e permanecia nesta condição até

os grãos atingirem cerca de 13,5% de umidade. Após esta etapa da secagem, o

termostato era regulado para 35+10ºC, com os grãos recirculando nesta condição

por mais trinta minutos, quando a umidade atingia cerca de 13%; b) em

temperatura crescente, num manejo de temperatura em que, na primeira hora, o

termostato era regulado para o ar atingir uma temperatura máxima de 70ºC. Entre

a primeira e a segunda hora, o termostato era regulado para o ar atingir 90+10ºC.

Ao fim da segunda hora, o termostato era regulado para o ar atingir uma

temperatura de 110+10ºC e permanecia nesta condição até que a umidade dos

grãos baixasse até cerca de 13,5%. Semelhantemente ao ocorrido no tratamento

anterior, nesta etapa da secagem o termostato era regulado para o ar atingir uma

temperatura de 35+10ºC, permanecendo os grãos submetidos à esta condição

pelos mesmos 30 minutos, com a mesma finalidade. Em ambos os tratamentos,

21

os grãos permaneciam nas câmaras de aquecimento e de equalização por

intervalos alternados de aproximadamente vinte minutos.

Durante as secagens, a cada trinta minutos, eram medidas a energia

consumida, as temperaturas de bulbo seco e de bulbo úmido do ar ambiente, a

temperatura de bulbo seco do ar de secagem, a temperatura de bulbo seco do ar

de saída do secador, a umidade e a temperatura da massa de grãos. Para a

medição das temperaturas do ar ambiente era utilizado um psicrômetro Incoterm,

50+1ºC, instalado próximo ao secador intermitente. Para a medição das

temperaturas do ar de secagem e do ar de saída, eram utilizados termômetros

Incoterm de 150+1ºC.

3.2.3. Umidade Relativa do Ar

Sobre as fórmulas e considerações psicrométricas descritas por Pereira &

Queiróz (1986), foram aplicados relacionamentos, substituições e transformações

matemáticas, os quais permitiram elaborar três equações, em que as umidades

relativas do ar ambiente (URamb), do de secagem (URsec) e do de saída (URsai)

dos secadores puderam ser determinadas em função das temperaturas de bulbo

seco e de bulbo úmido. Esses procedimentos resultaram nas Equações 1, 2 e 3.

Equação 1 – Para determinação da Umidade Relativa do ar ambiente em função da temperatura de bulbo seco do ar ambiente (tbsamb) e da temperatura de bulbo úmido do ar ambiente (tbuamb);

Equação 2 – Para determinação da Umidade Relativa do ar de secagem em função da temperatura de bulbo seco do ar ambiente (tbsamb) e da temperatura de bulbo seco do ar de secagem (tbssec);

Equação 3 – Para determinação da Umidade Relativa do ar de saída do secador em função da temperatura de bulbo seco do ar ambiente (tbsamb) e da temperatura de bulbo seco do ar de saída (tbssai).

URamb = (10(9,1466 – (2316/(tbsamb +273))) – (760/755 x ((tbsamb – tbuamb)/2)) x 100

10(9,1466 – (2316/(tbsamb +273)))

URsec = (10(9,1466 – (2316/(tbsamb +273))) – (760/755 x ((tbsamb – tbuamb)/2)) x 100

10(9,1466 – (2316/(tbssec +273)))

URsai = (10(9,1466 – (2316/(tbsamb +273))) – (760/755 x ((tbsamb – tbuamb)/2)) x 100

10(9,1466 – (2316/(tbssai +273)))

22

3.2.4. Consumo de energia

O consumo de energia, tanto na secagem intermitente, quanto na secagem

estacionária, era medido através de medidores de potência com precisão de

0,1W, instalados antes dos termostatos, conforme mostra a Figura 2:

FIGURA 2 – Esquema das ligações elétricas dos secadores estacionários e intermitente 1) Caixa padrão monofásico, 220V; 2) Medidor de potência consumida; 3) Termostato; 4, 5, 6 e 7) Interruptores individuais; 8, 9, 10 e 11) Resistências elétricas 700W; 12) Motor (0,5cv para o secador intermitente e ventiladores axiais dos estacionários); Tomadas monofásicas 220V.

3.2.5. Determinação de umidade

As determinações de umidade, durante a secagem, foram realizadas em

determinador universal de umidade, com calibração pelo método oficial brasileiro

em estufa à 105+3ºC, com circulação natural de ar, durante vinte e quatro horas

(Brasil, 1992), o mesmo que foi utilizado na avaliação da umidade durante o

armazenamento.

3.2.6. Estabilização das amostras

Seguindo observações preliminares, após as secagens, durante todo o

experimento, as amostras eram depositadas em caixas de madeira cobertas com

saco de aniagem, onde permaneciam por, pelo menos, quatro horas, tempo

mínimo necessário para a redução dos gradientes de tensões e de umidade

resultantes da operação.

12

4 5 6 7

8 11 10 9

2

3

1

23

3.2.7. Armazenamento

As amostras, com 44kg em cada unidade experimental, foram armazenadas

em sacos de ráfia trançada, durante seis meses, no setor de armazenamento do

Laboratório de Grãos do DCTA, pelo sistema convencional, com monitoramento

constante da umidade e da temperatura dos grãos, da infestação de pragas e das

condições psicrométricas do ar, em controle técnico operacional, que além do

monitoramento consistia na aeração forçada toda vez que a temperatura da

massa de grãos ultrapassasse os 20ºC e realização de expurgo aos primeiros

sinais de infestação. Nos seis meses de armazenamento foram feitos dois

expurgos com pastilhas de fosfina Gastoxin na dose recomendada pela pesquisa,

não tendo ocorrido danos por pragas.

Para se verificar danos imediatos e latentes de cada método de secagem,

foram realizadas duas baterias de análises de parâmetros de qualidade, uma no

início do armazenamento (tempo zero) e outra após seis meses, nas quais foram

observadas umidade, incidência de fungos, germinação, vigor e desempenho

industrial.

3.2.8. Germinação

O teste padrão de germinação obedeceu basicamente o recomendado pelas

Regras de Análises de Sementes - RAS (Brasil, 1992), porém utilizando-se quatro

repetições de cinqüenta grãos, em germinador a 25ºC e contagens aos sete e aos

quatorze dias, sendo os resultados expressos em percentagem de plântulas

normais.

3.2.9. Teste de frio

O vigor foi avaliado pelo teste de frio, seguindo-se a metodologia sugerida

por Cícero e Vieira (1994), com a utilização de quatro repetições de cinqüenta

grãos, distribuídas em rolos de papel “germitest” sem solo, umedecido com água

destilada em proporção equivalente a 2,5 vezes o seu peso. Os rolos eram

embalados em sacos plásticos e mantidos em refrigerador à temperatura

constante de 10ºC, durante sete dias. Após esse período, os rolos eram retirados

dos sacos plásticos e transferidos para um germinador regulado à temperatura

constante de 25ºC. As contagens eram realizadas aos sete e aos quatorze dias,

sendo os resultados expressos em percentagem de plântulas normais.

24

3.2.10. Incidência fúngica

Para análise microbiológica de avaliação da sanidade, pela incidência

fúngica, foi seguido basicamente o teste de papel filtro ou “Blotter-test”,

metodologia descrita por Neegaard (1977), porém utilizando-se duas repetições

de cem sementes por amostra.

Cada amostra era distribuída em quatro caixas “gerbox”, com vinte e cinco

grãos cada, tendo papel mata-borrão umedecido como substrato e os recipientes

eram mantidos a 20+2ºC, por sete dias, em turnos alternados de doze horas de

escuro e doze horas de luz branca, com a utilização de lâmpada fluorescente,

com comprimento de onda entre 320 e 420nm.

Após a incubação, a detecção dos fungos, com a identificação dos gêneros,

era realizada com auxílio de microscópio estereoscópio, ou lupa, complementada

com microscópio ótico, quando necessário.

3.2.11. Beneficiamento industrial

Foram realizadas as operações de descascamento, polimento, separação de

quebrados e avaliação de defeitos, conforme as Normas de Identidade,

Qualidade, Embalagem e Apresentação do Arroz (Brasil, 1988).

Em todas as operações do beneficiamento, embora em nível laboratorial, se

buscou reproduzir as condições e situações mais próximas possíveis daquilo que

ocorre na cadeia agroindustrial do arroz. As operações de análise de

desempenho industrial de rendas e rendimentos, pelo processo de

beneficiamento convencional de arroz branco polido, seguiram o fluxograma

apresentado na Figura 3.

25

FIGURA 3 – Fluxograma do beneficiamento convencional do arroz polido.

AMOSTRA SECA E LIMPA

Análises Biológicas

Germinação Vigor Fungos

Descascamento

CASCAS ESBRAMADO

Polimento

GRÃOS POLIDOS FARELO

Classificação por dimensões

INTEIROS QUEBRADOS

Classificação por defeitos

GRÃOS INTEIROS SEM

DEFEITOS

TOTAL DE DEFEITOS

26

3.2.11.1. Descascamento e polimento

As amostras foram beneficiadas pelo processo convencional de arroz branco

polido, em engenho de provas Suzuki, previamente regulado para o cultivar e

operado de acordo com as recomendações prescritas no Manual de Operação

fornecido pelo fabricante.

Amostras de cento e cinco gramas eram preparadas, em triplicata para cada

tratamento, sendo então colocadas no funil de entrada do engenho. Com o

brunidor totalmente aberto, o equipamento era posto em funcionamento e,

simultaneamente, sendo aberto gradualmente o registro do funil, para permitir o

esvaziamento em, aproximadamente, trinta segundos. Os grãos eram, então,

descascados e permitido o seu livre escoamento para serem recolhidos na

tubulação de saída do engenho. Os “marinheiros”, assim denominados os grãos

que, após a passagem pelo descascador, não tivessem sua casca removida e

que representavam em média 5% do peso da amostra inicial, eram separados

manualmente, pesados e descontados do peso inicial da amostra, para efeito de

cálculos.

Para a operação de polimento ou brunimento era utilizada a metodologia

proposta por Santos Filho (1978), com adaptações. Testes preliminares definiram

em dois minutos e trinta segundos o tempo de polimento, sendo as distâncias

entre a pedra do polidor e os breques de borracha ajustadas experimentalmente

para o cultivar.

3.2.11.2. Separação de quebrados

Eram usados, com adaptações, os procedimentos oficiais estabelecidos em

“Normas de Identidade, Qualidade, Embalagem e Apresentação do Arroz”, do

Ministério da Agricultura, em “Roteiro e Critérios Para a Classificação do Arroz”

(Brasil, 1988).

A separação dos grãos quebrados, da quirera e dos inteiros, realizada no

trieur (cilindro alveolado) do engenho de provas, era complementada

manualmente, sempre que necessário, com o auxílio de paquímetro, pinça e lupa.

O cilindro foi escolhido de acordo com o comprimento mínimo dos grãos,

estabelecido pelos padrões da classe a que pertenciam, ou seja, para os da

classe “grãos longo-finos” (mínimo de 6mm de comprimento, máximo de 1,85mm

de espessura), como o BR-IRGA 410, é utilizado cilindro com diâmetro mínimo do

27

alvéolo é de 4,5mm. Testes operacionais preliminarmente determinaram a

inclinação da calha de recolhimento, o tempo de operação e a necessidade de

repasses ou não. Assim, o cilindro com alvéolos de 4,5mm de diâmetro foi

operado por um minuto e trinta segundos, com a calha de recolhimento inclinada

na posição intermediária e um repasse de trinta segundos no material coletado

pela calha.

As pesagens individualizadas de grãos esbramados, grãos polidos e grãos

inteiros, em balança técnica, com precisão de 0,01, permitiram as determinações

das respectivas percentagens a partir da amostra de 100 gramas de arroz com

casca.

3.2.11.3. Avaliação de defeitos

A avaliação de defeitos dos grãos de arroz era realizada de acordo com os

termos, conceitos e caracterização constantes da Portarias nº 269, de 17 de

novembro de 1988, do Ministério da Agricultura (Brasil, 1988).

Os grãos inteiros polidos, em todos os tratamentos, foram examinados para

identificação e quantificação de defeitos, com utilização de balança com precisão

de 0,01, mod. PL2000 Polimate, lupa com iluminação e pinça.

Os resultados foram agrupados em incidência de defeitos totais, sendo os

resultados expressos em percentuais relativos aos grãos inteiros da amostra.

3.3. Delineamento experimental

Todas as análises relativas ao desempenho da operação de secagem, nos

quatro tratamentos, foram feitas com base na Análise Temporal com Regressão

Polinomial, com gráficos de dispersão, onde o R2 da curva de tendência

corresponde ao percentual de fidelidade de aproximação da curva com utilização

do Microsoft Excel 7.0, operando no ambiente Windows 95.

Os resultados dos parâmetros de controle de qualidade foram submetidos à

análise da variância em parcelas subdivididas com delineamento experimental

inteiramente casualizado, cuja comparação de médias se deu através do Teste de

Tukey, a 5% de propabilidade, num esquema fatorial 4X2X3, com utilização do

ESTAT – Software para Análises Estatísticas, Versão 2.0, desenvolvido pelo Pólo

Computacional da FCAV/UNESP – Campus de Jaboticabal/SP.

28

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

As análises de germinação e vigor foram realizadas no Laboratório Didático

de Análise de Sementes “Prof. Flávio Farias Rocha”; as microbiológicas, no

Laboratório de Patologia das Sementes; de parâmetros operacionais de secagem,

fisico-químicas e de desempenho industrial de grãos, no Laboratório de Grãos,

respectivamente, dos Departamentos de Fitotecnia, de Fitossanidade e de

Ciência e Tecnologia Agroindustrial, todos da Faculdade de Agronomia “Eliseu

Maciel” da Universidade Federal de Pelotas.

4.1. Parâmetros Operacionais de Secagem 4.1.1. Secagem estacionária, com ar sem aquecime nto Na Figura 4 aparecem as curvas de tendência que representam as

condições psicrométricas do ar ambiente, ou ar de entrada no secador,

resultantes das médias dos valores obtidos entre as três repetições para a

secagem estacionária, com ar sem aquecimento, no qual a temperatura e a

umidade relativa do ar de secagem são as mesmas do ar ambiente.

29

Legenda: tbs (ºC) = temperatura de bulbo seco do ar ambiente, neste tratamento, também o ar de secagem; UR (%bu) = Umidade relativa do ar ambiente, neste tratamento, também, o ar de secagem;

FIGURA 4 – Condições psicrométricas do ar ambiente e do ar de secagem no decorrer da secagem estacionária com ar sem aquecimento.

Analisando-se os valores expressos na Figura 4, observa-se uma tendência

de simetria entre a curva de tendência dos valores da umidade relativa do ar

ambiente e a de tendência dos valores da temperatura do ar de entrada no

decorrer do tempo de operação

Legenda: TmX (ºC) = Temperatura média da massa de grãos; UestX (%bu) = Umidade média da massa de grãos em base úmida.

FIGURA 5 - Condições de temperatura e umidade do grão no decorrer da secagem estacionária, com ar sem aquecimento.

y = 7E-07x4 - 0,0002x3 + 0,0133x2 - 0,3548x + 20,52R2 = 0,4515

y = -2E-07x4 + 5E-05x3 - 0,0031x2 - 0,0491x + 22,701R2 = 0,9941

0

5

10

15

20

25

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110

Horas de secagem

Tm

X (

ºC);

UE

stX

(%

bu)

TmX UEstX Polinômio (TmX) Polinômio (UEstX)

y = -3E-07x4 - 1E-05x3 + 0,0078x2 - 0,4155x + 76,474R2 = 0,3636

y = 3E-07x4 - 5E-05x3 + 0,0024x2 - 0,0467x + 20,906R2 = 0,8379

15

25

35

45

55

65

75

85

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110

Horas de secagem

tbs

(ºC

); U

R (

%bu

)

tbs (ºC) UR (%) Polinômio (UR (%)) Polinômio (tbs (ºC))

30

Na Figura 5 aparecem as curvas de tendência que representam a

temperatura e umidade do grão no decorrer da secagem, resultantes das médias

dos valores obtidos entre as três repetições para a secagem estacionária com ar

sem aquecimento.

Analisando-se os comportamentos exibidos na Figura 5, observa-se que as

curvas obtidas pela análise de regressão polinomial revelam uma tendência de

simetria entre a curva dos valores da temperatura média da massa de grãos e a

dos valores da umidade da massa de grãos no decorrer do tempo.

Na Figura 6 aparecem as curvas de tendência que representam a demanda

de energia gasta para a insuflação do ar no sistema, resultantes das médias dos

valores obtidos entre as três repetições para a secagem estacionária com ar sem

aquecimento.

Legenda: kWhInsuf = Demanda de energia gasta na insuflação do ar de secagem.

FIGURA 6 – Demanda de energia para a insuflação do ar no decorrer da secagem estacionária com ar sem aquecimento.

Como neste tratamento não há aquecimento e nem movimentação dos grãos

durante a operação, pois a secagem utilizou ar na condição ambiente, em silo-

secador, num processo estacionário, 100% da energia demandada durante cada

operação se destinava apenas a acionar o ventilador para a insuflação de ar,

desconsiderando-se, neste estudo, as operações de carga e descarga.

y = -3E-09x4 + 4E-07x3 - 1E-05x2 - 0,0001x + 0,1219R2 = 0,6464

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

0,140

0,160

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110

Horas de secagem

Dem

anda

de

ener

gia

para

insu

flaçã

o(k

Wh)

kWh Insuf Polinômio (kWh Insuf)

31

4.1.2. Secagem estacionária com ar aquecido a 40 +5ºC

Na figura 7 aparecem as curvas de tendência que representam as condições

do ar ambiente e do ar de entrada no secador após o aquecimento, resultado das

médias dos valores obtidos entre as três repetições para a secagem estacionária

com ar aquecido a 40+5ºC.

Legenda: tbs (ºC) = temperatura de bulbo seco do ar ambiente; UR (%) = Umidade relativa do ar ambiente; te (ºC) = temperatura de bulbo seco do ar de entrada no secador (aquecido); URe (%) = Umidade relativa do ar de entrada no secador (aquecido)

FIGURA 7 – Condições do ar ambiente e do ar de aquecido no decorrer da secagem estacionária com ar aquecido a 40+5ºC.

Analisando-se os resultados da Figura 7, observa-se uma tendência de

simetria entre a curva de tendência dos valores da umidade relativa do ar

ambiente e a curva de tendência dos valores da temperatura do ar de entrada

(aquecido) no decorrer do tempo de operação. Também se verifica tendência de

paralelismo entre a curva de tendência dos valores da umidade relativa do ar

ambiente e os da curva de tendência dos valores da umidade relativa do ar

aquecido no decorrer do tempo.

y = -0,0002x4 + 0,0087x3 - 0,1343x2 + 0,8384x + 20,112R2 = 0,7321

y = 0,0016x4 - 0,0769x3 + 1,2413x2 - 7,8994x + 36,354R2 = 0,7842

y = -0,0012x4 + 0,0508x3 - 0,7557x2 + 4,5202x + 34,069R2 = 0,8526

y = -0,0014x4 + 0,0482x3 - 0,4486x2 + 0,8174x + 71,173R2 = 0,5088

15

25

35

45

55

65

75

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Horas de secagem

Var

iáve

is p

sicr

omét

ricas

tbs (ºC) UR (%) te (ºC)URe (%) Polinômio (tbs (ºC)) Polinômio (URe (%))Polinômio (te (ºC)) Polinômio (UR (%))

32

Na figura 8, aparecem as curvas de tendência que representam a

temperatura e a umidade do grão no decorrer da secagem, resultado das médias

dos valores obtidos entre as três repetições para o método de secagem

estacionária com ar aquecido a 40+5ºC.

Legenda: TmX (ºC) = Temperatura média da massa de grãos; UestX (%bu) = Umidade média da massa de grãos em base úmida

FIGURA 8 - Condições de temperatura e umidade do grão no decorrer da secagem estacionária com ar aquecido a 40+5ºC.

Analisando-se os comportamentos exibidos na Figura 8, observa-se, pela

análise de regressão polinomial, também, uma tendência de simetria entre a

curva de tendência dos valores da temperatura média da massa de grãos e a

curva de tendência dos valores da umidade da massa de grãos no decorrer do

tempo. Embora o experimento tenha sido realizado com aquecimento do ar

através de resistências elétricas, cuja unidade é o kWh (Weg, 1986; Provenza,

1990), estes valores foram convertidos para kcal, para facilitar a interpretação dos

resultados, permitindo uma maior flexibilidade para a conversão entre os diversos

tipos de fontes energéticas usuais para o aquecimento do ar de secagem como a

lenha, o gás liqüefeito de petróleo (GLP), a casca de arroz ou outras.

y = -0,0004x4 + 0,0136x3 - 0,119x2 + 0,4941x + 21,695R2 = 0,9866

y = 0,0002x4 - 0,0083x3 + 0,063x2 - 0,3138x + 22,88R2 = 0,9989

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Horas de secagem

Tm

X (

ºC);

UE

stX

(%

bu)

TmX UEstX Polinômio (TmX) Polinômio (UEstX)

33

Na figura 9 aparecem as curvas de tendência que representam a demanda

de energia gasta para o aquecimento do ar de entrada, resultado das médias dos

valores obtidos entre as três repetições para o método estacionário de secagem

de arroz com ar aquecido a 40+5ºC.

Legenda: kcal Aquec. = Demanda de energia gasta para o aquecimento do ar de secagem

FIGURA 9 – Demanda de energia gasta para o aquecimento do ar de entrada no decorrer da secagem estacionária com ar aquecido a 40+5ºC.

Analisando os dados da Figura 9, verifica-se que a demanda de energia para

aquecer o ar de secagem a 40+5ºC, durante vinte horas de operação, situa-se

entre 875 e 902kcal.h-1.

Na figura 10 aparecem as curvas de tendência que representam a demanda

de energia gasta para a insuflação do ar no sistema, resultado das médias dos

valores obtidos entre as três repetições para o método estacionário com ar

aquecido.

y = 0,1093x + 885,48

R2 = 0,013

800

820

840

860

880

900

920

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Horas de secagem

Dem

anda

de

ener

gia

gast

a no

aq

ueci

men

to d

o ar

(kc

al)

kcal Aquec. Linear (kcal Aquec.)

34

Legenda: kWhMov = Demanda de energia gasta na insuflação do ar de secagem

FIGURA 10 – Demanda de energia gasta para a insuflação do ar entre os grãos no decorrer da secagem estacionária com ar aquecido a 40+5ºC.

Analisando-se os dados da Figura 10, pode-se observar que a demanda de

energia gasta para a insuflação do ar entre os grãos no decorrer da secagem

estacionária com ar aquecido a 40+5ºC, durante vinte horas de operação, é de,

em média, 0,12kWh.h-1. Como o tipo de energia mais amplamente utilizado para a

insuflação do ar é a energia elétrica, através dos motores que transformam

energia elétrica em energia mecânica kWh (Weg,1986; Provenza, 1990),

acionando assim os ventiladores, a unidade foi mantida em kWh.

Na figura 11 aparece a participação da demanda energética para o

aquecimento do ar de secagem e a demanda energética para a insuflação de ar,

resultantes das médias dos valores obtidos entre três repetições para o método

estacionário com ar aquecido.

Analisando-se os valores expressos nos gráficos da Figura 11, verifica-se a

grande proporção do aquecimento do no consumo energético da operação de

secagem pelo estacionário com ar aquecido a 40+5ºC, chegando a nove vezes

mais do que a utilizada para movimentar o ventilador e insuflar o ar aquecido por

entre os grãos.

y = -2E-05x + 0,1201R2 = 0,0247

0,100

0,110

0,120

0,130

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Horas de secagem

Dem

anda

de

ener

gia

gast

a pa

ra a

in

sufla

ção

do a

r (k

Wh)

kWh Insuf Linear (kWh Insuf)

35

FIGURA 11 – Participação da demanda energética para o aquecimento do ar de secagem e a participação da demanda energética para a insuflação do ar na secagem estacionária com ar aquecido a 40+5ºC.

Como o aquecimento consome o eqüivalente a 90% do total de energia

gasta na operação, é neste aspecto que devemos concentrar os maiores esforços

para racionalização de gastos de consumo energético na secagem.

% Insuf.10%

% Aquec.90%

% Insuf.

% Aquec.

36

4.1.3. Secagem intermitente com ar a temperatura constante

Na figura 12 aparecem as curvas de tendência que representam as

condições do ar ambiente e do ar de entrada no secador após o aquecimento,

resultantes das médias dos valores obtidos entre as três repetições para a

secagem pelo método intermitente com temperatura constante do ar.

Legenda: tbs (ºC) = temperatura de bulbo seco do ar ambiente; UR (%) = Umidade relativa do ar ambiente; te (ºC) = temperatura de bulbo seco do ar de secagem (aquecido); URe (%) = Umidade relativa do ar de entrada de secagem (aquecido); ts (ºC) = temperatura de bulbo seco do ar de saída do secador; URs (%) = Umidade relativa do ar de saída do secador

FIGURA 12 – Condições dos ares ambiente, de secagem e de saída do secador durante a secagem intermitente com ar a temperatura constante de 90+10ºC.

Analisando-se os dados da Figura 12, verifica-se uma tendência de simetria

plana horizontal entre a curva de tendência dos valores da temperatura do ar de

entrada e a curva de tendência dos valores da umidade relativa do ar de saída no

decorrer do tempo. Também se observa tendência de paralelismo entre a curva

de tendência dos valores da umidade relativa do ar de entrada e a curva de

tendência dos valores da umidade relativa do ar de saída no decorrer do tempo.

Observa-se, ainda, que a simetria existe, também entre a curva de tendência dos

valores da temperatura do ar de entrada e a curva de tendência dos valores da

y = -0,3855x4 + 6,5201x3 - 37,349x2 + 81,491x + 34,545R2 = 0,8313

y = 0,0583x4 - 0,9821x3 + 5,2091x2 - 8,9618x + 74,622R2 = 0,5988 y = -0,0484x4 + 0,9273x3 - 6,6289x2 + 20,503x + 24,143

R2 = 0,9537

y = 0,0016x4 + 0,0034x3 - 0,2209x2 + 0,9444x + 18,011R2 = 0,5358

y = 0,1922x4 - 3,3863x3 + 20,632x2 - 50,217x + 55,39R2 = 0,9121

y = 0,3088x4 - 5,2989x3 + 30,775x2 - 68,448x + 47,444R2 = 0,798

-20,0

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0

Tempo de secagem (h)

Var

iáve

is p

sicr

omét

ricas

tbs (ºC) UR (%) te (ºC) URe (%)ts (ºC) URs (%) Polinômio (te (ºC)) Polinômio (UR (%))Polinômio (ts (ºC)) Polinômio (tbs (ºC)) Polinômio (URs (%)) Polinômio (URe (%))

37

umidade relativa do ar de entrada, quando as médias dos resultados das variáveis

são analisadas através de regressões com polinômios de quarto grau.

Na Figura 13 aparecem as curvas de tendência que representam a

temperatura e a umidade do grão no decorrer da secagem, resultantes das

médias dos valores obtidos entre as três repetições para o método de secagem

intermitente com temperatura constante do ar.

Legenda: TmX (ºC) = Temperatura média da massa de grãos; UestX (%bu) = Umidade média da massa de grãos em base úmida

FIGURA 13 - Condições de temperatura e umidade do grão durante a secagem intermitente com ar a temperatura constante de 90+ 10ºC.

Analisando-se os comportamentos exibidos na Figura 13, observa-se, pela

análise de regressão polinomial, à semelhança do ocorrido na secagem

estacionária com ar aquecido a temperatura constante de 40+5ºC (Figura 8),

também uma tendência de simetria plana horizontal entre a curva de tendência

dos valores da temperatura média da massa de grãos e a curva de tendência dos

valores da umidade da massa de grãos no decorrer do tempo.

Na figura 14 aparecem as curvas de tendência que representam a

demanda de energia gasta para o aquecimento do ar de entrada, resultantes das

médias dos valores obtidos entre as três repetições para o método de secagem

intermitente com temperatura constante do ar.

y = -0,0241x4 + 0,4931x3 - 3,7139x2 + 12,218x + 19,745R2 = 0,9346

y = 0,0002x4 + 0,005x3 + 0,043x2 - 1,7064x + 22,001R2 = 0,9815

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0

Horas de secagem

tmX

. (ºC

); U

estX

(%

)

tmX (ºC) UestX Polinômio (tmX (ºC)) Polinômio (UestX)

38

Legenda: kcal Aquec. = Demanda de energia gasta para o aquecimento do ar de secagem

FIGURA 14 – Demanda de energia gasta para o aquecimento do ar de entrada durante a secagem intermitente com ar a temperatura constante de 90+ 10ºC.

Embora o experimento tenha sido realizado com aquecimento do ar através

de resistências elétricas, cuja unidade é o kWh (Weg, 1986; Provenza, 1990),

estes valores foram convertidos para kcal, para facilitar a interpretação dos

resultados, permitindo uma maior flexibilidade para a conversão entre os diversos

tipos de fontes energéticas usuais para o aquecimento do ar de secagem como a

lenha, o gás liqüefeito de petróleo (GLP), a casca de arroz ou outras. Como o tipo

de energia mais amplamente utilizado para a insuflação do ar é a energia elétrica,

através dos motores que transformam energia elétrica em energia mecânica kWh

(Weg, 1986; Provenza, 1990) acionando assim os ventiladores, unidade em kWh

foi mantida.

Analisando-se valores da Figura 14, verifica-se que a energia gasta para a

movimentação do ar e dos grãos no sistema, foi a exigida por um motor único de

0,5cv. A cada 1cv corresponde 0,736kW e a unidade de medida usual para a

potência elétrica é o quilowatt-hora (kWh), que é à energia fornecida por uma

potência de 1kW funcionando durante uma hora e é a unidade que aparece, para

cobrança, nas contas de luz kWh (Weg, 1986; Provenza, 1990).

Como as leituras foram de trinta em trinta minutos, para cada intervalo entre

leituras, calcula-se uma demanda de energia pelo o consumo de energia para a

movimentação dos grãos e do ar de secagem no intervalo de trinta minutos

(ConsMov30 ) pela expressão a seguir:

y = -0,4652x4 + 14,155x3 - 147,26x2 + 536,77x + 171,06R2 = 0,5857

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0

Horas de secagem

Dem

enda

de

ener

gia

para

o

aque

cim

ento

do

ar (

kcal

)

kcalAquec Polinômio (kcalAquec)

39

ConsMov30 = 0,5 cv.h-1 x 0,736 kW.cv-1 x 0,5 h;

Na Figura 15 á mostrada a participação proporcional entre a demanda

energética para o aquecimento do ar de secagem e a demanda energética para a

movimentação do ar e dos grãos, resultantes das média dos valores obtidos entre

três repetições para o método de secagem intermitente com temperatura

constante do ar.

FIGURA 15 – Participação da demanda energética para o aquecimento do ar de secagem e para a participação da demanda energética para a movimentação do ar e dos grãos durante a secagem intermitente com ar a temperatura constante de 90+10ºC.

Observando-se os gráficos da Figura 15, verifica-se que a participação

proporcional do aquecimento do ar no consumo energético na secagem

intermitente com ar a temperatura constante de 90+10ºC, foi quase três vezes

maior do que a requerida pela movimentação do ar e dos grãos, numa proporção

bastante menor do que quando a secagem ocorre pelo método estacionário com

ar aquecido a 40+5ºC (Figura 11), que foi nove vezes maior do que a utilizada

para movimentar o ventilador e insuflar o ar aquecido por entre os grãos.

Essa diferença proporcional se acentua pelo fato de nos processos

estacionários apenas o ar se movimentar durante a secagem, enquanto no

intermitente, um processo convencional, grãos e ar se movimentam

simultaneamente, havendo recirculação dos grãos no conjunto elevador-secador,

enquanto no estacionário a massa de grãos permanece estática durante toda a

operação (Elias, et al, 1996)

ConsMov30 = 0,184kW

Movim.23%

Aquec.77%

Movim.

Aquec.

40

4.1.4. Secagem intermitente com ar a temperatura s crescentes

Na Figura 16 aparecem as curvas de tendência que representam as

condições do ar ambiente e do ar de entrada no secador após o aquecimento,

resultantes das médias dos valores obtidos entre as três repetições para o

método intermitente com temperaturas crescentes.

Legenda: tbs (ºC) = temperatura de bulbo seco do ar ambiente; UR (%) = Umidade relativa do ar ambiente; te (ºC) = temperatura de bulbo seco do ar de secagem (aquecido); URe (%) = Umidade relativa do ar de entrada de secagem (aquecido); ts (ºC) = temperatura de bulbo seco do ar de saída do secador; URs (%) = Umidade relativa do ar de saída do secador

FIGURA 16 – Condições do ar ambiente, na entrada e na saída do secador durante a secagem intermitente com ar a temperaturas crescentes.

Na Figura 17 são mostradas as curvas de tendência que representam a

temperatura e umidade do grão no decorrer da secagem, e na Figura 18 são

mostradas as que representam a demanda de energia gasta para o aquecimento

do ar de entrada, resultantes das médias dos valores obtidos entre três repetições

para a secagem intermitente com temperaturas crescentes.

y = -0,0078x4 + 1,4281x3 - 16,575x2 + 65,735x + 20,594R2 = 0,9722

y = -0,0801x4 + 0,7347x3 - 2,3257x2 + 2,4902x + 77,272R2 = 0,9069

y = 0,0466x4 + 0,0047x3 - 3,2183x2 + 15,141x + 21,453R2 = 0,9675

y = 0,3288x4 - 4,8193x3 + 25,029x2 - 56,439x + 72,458R2 = 0,9716

y = 0,0099x4 - 0,0875x3 + 0,2511x2 + 0,0112x + 20,377R2 = 0,9933

y = 1,7697x4 - 21,061x3 + 86,315x2 - 140,76x + 76,178R2 = 0,9534

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

Horas de secagem

Var

iáve

is p

sicr

omét

ricas

tbs (ºC) UR (%) te (ºC)URe (%) ts (ºC) URs (%)Polinômio (te (ºC)) Polinômio (UR (%)) Polinômio (ts (ºC))Polinômio (URs (%)) Polinômio (tbs (ºC)) Polinômio (URe (%))

41

Legenda: TmX (ºC) = Temperatura média da massa de grãos; UestX (%bu) = Umidade média da massa de grãos em base úmida

FIGURA 17 - Condições de temperatura e umidade do grão no decorrer da secagem intermitente com ar a temperaturas crescentes.

Legenda: kcal Aquec. = Demanda de energia gasta para o aquecimento do ar de secagem

FIGURA 18 – Demanda de energia gasta para o aquecimento do ar de entrada durante a secagem intermitente com ar a temperaturas crescentes.

y = -0,2603x4 + 2,6959x3 - 10,39x2 + 19,815x + 18,914R2 = 0,9412

y = -0,0348x4 + 0,3802x3 - 1,2955x2 - 0,5808x + 22,526R2 = 0,9983

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

Horas de secagem

tmX

(ºC

); U

estX

(%

bu)

tmX (ºC) UestX Polinômio (tmX (ºC)) Polinômio (UestX)

y = 1,8047x4 - 21,99x3 + 34,973x2 + 85,637x + 609R2 = 0,5528

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

Horas de secagem

Dem

anda

de

ener

gia

para

o

aque

cim

ento

do

ar (

kcal

)

kcalAquec Polinômio (kcalAquec)

42

Embora o experimento tenha sido realizado com aquecimento do ar através

de resistências elétricas, cuja unidade é o kWh, estes valores foram convertidos

para kcal, com o objetivo de facilitar a interpretação dos resultados, permitindo

uma maior flexibilidade para a conversão entre os diversos tipos de fontes

energéticas usuais para o aquecimento do ar de secagem como a lenha, o GLP, a

casca de arroz entre outras. Como o tipo de energia mais amplamente utilizado

para a insuflação do ar é a energia elétrica, através dos motores que transformam

energia elétrica em energia mecânica acionando assim os ventiladores,

mantivemos a unidade em kWh.

Analogamente ao que foi aplicado para o cálculo da energia consumida pelo

ventilador no método de secagem intermitente com ar a temperatura constante,

calcula-se a energia consumida pelo equipamento para a movimentação do ar de

grãos na secagem intermitente com ar a temperaturas crescentes pela expressão

a seguir:

ConsMov30 = 0,5cv.h-1 x 0,7355kW.cv-1 x 0,5h;

Sob determinadas condições e visando manter um certo nível de qualidade

de grão, o consumo de energia para a secagem em fluxo cruzado pode apontar

para 7000kJ.kg-1 de água removida (Pierce & Thompson, 1981).

FIGURA 19 – Participação da demanda energética para o aquecimento do ar de secagem e participação da demanda energética para a movimentação do ar e dos grãos na secagem intermitente com ar a temperaturas crescentes.

ConsMov30 = 0,184kW

Movim.23%

Aquec.77%

Movim.

Aquec.

43

Na Figura 19 aparecem as participações proporcionais entre a demanda

energética para o aquecimento do ar de secagem e a demanda energética para a

movimentação do ar e dos grãos, resultantes das médias dos valores obtidos

entre três repetições para o método de secagem intermitente com ar a

temperaturas crescentes.

Comparando-se os valores apresentados pelos método intermitentes de

secagem com ar a temperatura constante (Figura 15) e com temperaturas

crescentes (Figura 19), verifica-se que as proporções de demanda energética

para o aquecimento do ar de secagem e para a movimentação do ar e dos grãos

é a mesma, da ordem de 77%.

Como os tempos de secagem são diferentes nos dois métodos do sistema

intermitente (Tabela 1) e as proporções apresentadas nas Tabelas 15 e 19 são

por hora de operação, as proporções de gastos de energia entre aquecimento do

ar e movimentação no sistema não são as mesmas no final de cada operação,

cabendo ao usuário, em cada caso e dispondo dos custos de energia para

movimentação, geralmente a elétrica de acionamento de motores, e a de

aquecimento, geralmente originária de combustíveis sólidos ou fluidos, decidir-se

entre os métodos, também considerando os efeitos na qualidade do produto

(Tabelas 2 a 6).

Embora em proporção menor do que na secagem estacionária com ar

aquecido, em que eqüivale ao consumo de 90% do total de energia gasta na

operação, é na diminuição da energia requerida para o aquecimento do ar que

devemos concentrar os maiores esforços para racionalização de gastos na

secagem.

44

TABELA 1 – Avaliação do desempenho, eficiência e economia energética durante a secagem das amostras

Consumo total

Consumo para Movimentação

Consumo para Aquecimento

Umidade dos grãos (% b.u.)

Eficiência Energética total

Eficiência energética aquecim.

Amostra KWh kcal % kWh % kWh kcal UiX UfX ∆∆∆∆UX

Tempo de secagem

(h)

THSX (∆(∆(∆(∆UX/h)

kWh/ ∆∆∆∆UX kcal/ ∆∆∆∆UX kWh/ ∆∆∆∆UX kcal/ ∆∆∆∆UX

AESAX 6,03 5187,1 100% 6,03 0% 0,00 0,0 22,2 13,0 9,2 99,3 0,09 0,66 563,8 0,00 0,0 AE40X 21,49 18486,1 10% 2,15 90% 19,34 16637,5 23,0 13,2 9,8 18,7 0,52 2,19 1886,3 1,97 1697,7 AITCX 11,87 10210,8 23% 2,73 77% 9,14 7862,3 22,0 12,8 9,2 4,9 1,88 1,29 1109,9 0,99 854,6 AITVX 9,78 8412,9 23% 2,25 77% 7,53 6477,4 22,5 13,3 9,2 5,2 1,77 1,06 914,5 0,82 704,1

Legenda: AESAX = Método estacionário com ar sem aquecimento (ar nas condições ambientais) - média de três repetições; AE40X = Método estacionário com ar aquecido à 40+5ºC – média de três repetições; AITCX = Método intermitente à temperatura constante de 90+10ºC – média de três repetições; AITVX = Método intermitente com temperaturas variáveis crescentes (70; 90;110 +10ºC) - média de três repetições; 1kWh = 860,217kcal; Consumo total = Energia total consumida durante a secagem – média de três repetições; Consumo para movimentação = Energia consumida para a movimentação do ar e grãos durante a secagem da amostra – média de três repetições; Consumo para a aquecimento = Energia consumida para o aquecimento do ar de secagem – média de três repetições; UiX (%) = Umidade base úmida dos grãos da amostra no início da secagem – média de três repetições; UfX (%) = Umidade base úmida dos grãos da amostra no final da secagem – média de três repetições;

∆UX (%) = Pontos percentuais de umidade retirados dos grãos durante a secagem da amostra – média de três repetições; Tempo de secagem (h) = Tempo de secagem – média de três repetições; THSX = Taxa Horária de Secagem em pontos percentuais de redução de umidade dos grãos por hora – média de três repetições; Eficiência energética total = Quantidade de energia consumida para a realização das secagens por ponto percentual de umidade retirado dos grãos considerando movimentação e aquecimento; Eficiência energética aquecim. = Quantidade de energia consumida somente para o aquecimento do ar de secagem por ponto percentual de umidade retirado dos grãos.

45

Preocupações referentes a desenvolvimento de métodos e processos de

secagem que contemplem a eficiência operacional e a qualidade dos produtos

vêm sendo manifestadas por outros autores:

Pierce & Thompson (1981), baseados em simulações, já alertavam para a

necessidade de modificações em secadores convencionais de fluxo cruzado,

visando permitir a redução na utilização de energia e melhoria da qualidade dos

grãos, mantendo a capacidade de secagem, assim como, para a necessidade de

uma relação entre a utilização de energia e a qualidade do grão.

Zhang & Litchfield (1991) indicavam os processos de secagem com mais do

que uma temperatura durante a operação, por poderem ser melhores do que

aqueles que utilizam somente um único período de temperatura. Alertavam para a

necessidade de novos estudos sobre processos de secagem com múltiplas

temperaturas que pudessem ser aplicados em secadores comerciais para

aumentar a eficiência, reduzir o tempo final de secagem e melhorar a qualidade

do produto.

Rombaldi & Elias (1989) e Elias et al. (2000) indicam que secagem com

temperatura crescente para arroz resultam em maiores rendimentos e melhor

qualidade de produto do que o uso de temperatura constante, em valores

convencionais, quando os grãos se destinam à parboilização ou ao processo

convencional de beneficiamento industrial de arroz branco polido.

Os resultados constantes na Tabela 1 confirmam estas afirmativas.

46

4.2. Qualidade

Na Tabela 2 são apresentadas as percentagens médias de umidade em

grãos submetidos a secagem em dois métodos pelo sistema estacionário, em silo-

secador, com fluxo de ar da ordem de 13,44m3.min-1.m-3 de grãos e em dois

intermitentes, com manejo diferenciado da temperatura de secagem,

armazenados no sistema convencional, em casca, em sacaria de ráfia trançada,

com controle técnico operacional, durante seis meses, antes de serem

beneficiados pelos processos convencional de arroz branco polido. Na Tabela 3,

aparecem as médias mensais de temperatura e umidade relativa do ar, de abril a

outubro, no campus universitário da UFPel, local de armazenamento do arroz.

TABELA 2- Umidade (%) em arroz submetido a quatro métodos de secagem, armazenado durante seis meses pelo sistema convencional, em sacaria1

Meses de armazenamento Métodos de secagem

0 6

Estacionário, ar sem aquecimento2 A 14,86 a A 14,14 b

Estacionário, ar aquecido3 B 12,51 b B 13,13 a

Intermitente, temperatura crescente4 B 13,12 b A 14,05 a

Intermitente, temperatura constante5 A 13,78 b A 14,22 a 1Médias aritméticas simples, de três repetições, seguidas por letras minúsculas, na mesma linha, e maiúsculas na mesma coluna, para o mesmo parâmetro, diferem entre si a 5% (P<0,05) pelo Teste de Tukey 2Secagem estacionária, em silo secador, com ar não aquecido (ar ambiente), em fluxo de 13,44m3.min-1.m-3 3Secagem estacionária, em silo secador, com ar aquecido a 40+5ºC, em fluxo de 13,44m3.min-1.m-3

4Secagem intermitente, com ar em temperaturas crescentes, a 70+10ºC, na 1ª hora; 90+10ºC, na 2ª hora e 110+10ºC, da 3ª hora até a penúltima meia hora; 35+10ºC, na meia hora final da operação 5Secagem intermitente, com ar a 90+10ºC, durante toda a operação

Analisando-se os resultados da Tabela 2, verifica-se que a secagem

estacionária com ar não aquecido não se completou, tendo os grãos atingido, no

início do armazenamento, maiores percentuais de umidade do que os observados

nos grãos resultantes dos métodos que utilizaram ar aquecido, seja o estacionário

com ar a 40ºC, sejam os intermitentes com temperatura crescente ou constante.

Os resultados demonstram que alterando-se o método de secagem alteram-

se as interferências imediata e a latente no comportamento higroscópico dos

grãos, pelo menos nos primeiros seis meses de armazenamento. Quando a

secagem foi realizada com ar nas condições naturais, sem aquecimento, os grãos

ficaram com umidade acima da de equilíbrio higroscópico da região, continuando

a perder água entre o início e o sexto mês de armazenamento.

47

Já os que foram submetidos a secagens com ar aquecido atingiram valores

de umidade abaixo da de equilíbrio higroscópico da região, passando a sorver

água entre o início e o sexto mês de armazenamento. Para qualquer dos sistemas

e das condições de temperatura, observa-se um aumento no grau de umidade

nos seis meses de armazenamento, indicando que a temperatura a que os grãos

foram submetidos durante a secagem não tem interferência decisiva, imediata

nem latente, na sua higroscopicidade, pelo menos nas faixas testadas.

Grãos armazenados em um mesmo lote e sob as mesmas condições de

embalagem e de ambiente, tendem a entrar em equilíbrio higroscópico entre si.

Analisando-se os valores encontrados, observa-se uma tendência ao equilíbrio

hídrico em todos os tratamentos, cujas velocidades e intensidades dependem do

gradiente entre o grau de umidade com que os grãos saem do secador e o da

umidade em que entram em equilíbrio com o meio onde são armazenados. O

comportamento da umidade expressa o caráter dinâmico do equilíbrio

higroscópico, quando se observa que a umidade dos grãos tende a sofrer ligeiras

variações, ganhando ou perdendo água se estiver abaixo ou acima da umidade

de equilíbrio, mas acompanhando as condições ambientais regionais de

temperatura e umidade relativa (Tabela 2).

TABELA 3- Condições psicrométricas no ambiente de armazenamento dos grãos de arroz, de abril a outubro de 1999

Mês Temperatura média mensal Umidade relativa média mensal

Abril 18,6 78,9 Maio 14,2 81,3 Junho 10,2 86,5 Julho 11,2 88,2 Agosto 13,2 83,3 Setembro 14,3 82,1 Outubro 14,8 84,2

Fonte: Estação Agroclimatológica de Pelotas. Convênio UFPEL-EMBRAPA

Grãos são porosos, higroscópicos, maus condutores térmicos e são

armazenados vivos. Como tal, respiram. Através dos espaços intersticiais da

massa de grãos, durante o armazenamento, permanecem em constantes trocas

de calor e umidade com o ar ambiente, até o limite de obtenção do equilíbrio

higroscópico, num processo que se dá por sorção ou dessorção de umidade pelos

48

grãos, em função do diferencial de pressão de vapor de água e/ou de temperatura

entre esses e a atmosfera intersticial (Muir, 1973; Multon, 1984).

Os valores constantes das Tabelas 2 e 3 são compatíveis com os

encontrados por outros autores (Rombaldi, 1988; Elias, 1998) para arroz e outros

grãos (Forlin, 1991; Deliberali, 1998). A pequena amplitude de variação entre os

valores é devida ao manejo técnico operacional mantido no armazenamento,

com controle da temperatura e de infestações de insetos, empregando-se

aeração forçada sempre que a temperatura permanecesse por mais de três dias

acima de 20ºC e de expurgo, com fosfeto de alumínio, nos primeiros sinais de

aparecimento de pragas.

Na Tabela 4 são apresentadas as percentagens médias de rendimento de

inteiros e de defeitos totais em grãos submetidos a dois processos de secagem

estacionária e dois de intermitente, com manejos térmicos diferenciados,

beneficiados pelo processo convencional de arroz branco polido, resultantes de

análises realizadas no início e aos seis meses em que as amostras

permaneceram armazenadas em sacaria de ráfia trançada, em sistema

convencional de armazenamento, com controle técnico operacional.

TABELA 4- Grãos inteiros (%) e defeitos totais (%) em arroz submetido a quatro métodos de secagem e armazenado durante seis meses, pelo sistema convencional, em sacaria1

Parâmetro/meses de armazenamento

Grãos inteiros defeitos totais Métodos de secagem

0 6 0 6

Estacionário, ar sem aquecimento2 A 56,0 a A 53,5 a A 3,88 b A 6,11 a

Estacionário, ar aquecido3 A 54,5 a AB 51,0 b A 2,91 b AB 5,52 a

Intermitente, temperatura crescente4 A 55,0 a A 52,5 a A 3,25 b C 4,01 a

Intermitente, temperatura constante5 A 52,5 a B 49,0 b A 3,94 b B 4,95 a 1Médias aritméticas simples, de três repetições, seguidas por letras minúsculas, na mesma linha, e maiúsculas na mesma coluna, para o mesmo parâmetro, diferem entre si a 5% (P<0,05) pelo Teste de Tukey 2Secagem estacionária, em silo secador, com ar não aquecido (ar ambiente), em fluxo de 13,44m3.min-1.m-3 3Secagem estacionária, em silo secador, com ar aquecido a 40+5ºC, em fluxo de 13,44m3.min-1.m-3

4Secagem intermitente, com ar em temperaturas crescentes, a 70+10ºC, na 1ª hora; 90+10ºC, na 2ª hora e 110+10ºC, da 3ª hora até a penúltima meia hora; 35+10ºC, na meia hora final da operação 5Secagem intermitente, com ar a 90+10ºC, durante toda a operação

Os principais danos causados aos grãos de arroz durante a secagem com ar

aquecido são o trincamento, a formação da crosta periférica, a alteração de

coloração, a desestruturação do amido e a morte do próprio grão, que provoca,

49

reduções no rendimento industrial e no valor comercial, além de diminuir a

conservabilidade durante o armazenamento e dificultar as operações de preparo

para o consumo (Elias et al., 1996). O trincamento dos grãos de arroz é uma

conseqüência da secagem rápida, o qual ocorre devido à compressão das partes

externas não acompanhada pelas internas, que sofrem pressão de dentro para

fora devida à difusão da água na operação (Carvalho & Nakagawa, 1983;

Tetter,1987).

Não se verificam diferenças significativas influenciadas pelos métodos de

secagem, no que se refere ao rendimento industrial (Tabela 4), embora os

métodos intermitente com temperatura do ar crescente e o estacionário sem

aquecimento, apresentem uma tendência de maior rendimento industrial que os

métodos intermitente com temperatura do ar constante e o estacionário com ar

aquecido, se respectivamente comparados. O tempo de armazenamento

influencia significativamente no rendimento industrial dos grãos. Com exceção do

método estacionário com ar aquecido, em todos os demais observam-se

diferenças significativas, quanto a incidência de defeitos decorrentes do tempo de

armazenamento.

A secagem intermitente, com temperaturas crescentes do ar, provoca

menores reduções de conservabilidade e maior rendimento industrial do arroz, do

que aquela realizada com a temperatura constante do ar. As condições de

secagem a que os grãos foram submetidos influenciam, de maneira significativa,

as variações nos percentuais de grãos com defeitos de origem biológica. Assim,

grãos secados em condições mais drásticas têm aumentado a sua

susceptibilidade à incidência de defeitos durante a armazenagem (Rombaldi,

1988).

Na Tabela 5 são apresentadas as percentagens médias de germinação e

vigor em amostras de arroz submetidas a dois processos de secagem

estacionária e dois de intermitente, com manejos térmicos diferenciados,

resultantes de análises realizadas no início e aos seis meses em que as amostras

permaneceram armazenadas em sacaria de ráfia trançada, em sistema

convencional de armazenamento, com controle técnico operacional.

50

TABELA 5- Germinação (%) e vigor (%) em arroz submetido a quatro métodos de

secagem e armazenado durante seis meses pelo sistema convencional, em

sacaria1

Parâmetro/meses de armazenamento

Germinação Vigor Métodos de secagem

0 6 0 6

Estacionário, ar sem aquecimento2 A 90,0 a AB 83,5 b A 69,5 a B 47,5 b

Estacionário, ar aquecido3 A 89,5 a A 85,0 b A 68,0 a A 58,0 b

Intermitente, temperatura crescente4 A 91,0 a A 87,5 b A 70,0 a A 56,5 b

Intermitente, temperatura constante5 A 86,5 a B 81,0 b A 71,5 a B 50,5 b 1Médias aritméticas simples, de três repetições, seguidas por letras minúsculas, na mesma linha, e maiúsculas na mesma coluna, para o mesmo parâmetro, diferem entre si a 5% (P<0,05) pelo Teste de Tukey 2Secagem estacionária, em silo secador, com ar não aquecido (ar ambiente), em fluxo de 13,44m3.min-1.m-3 3Secagem estacionária, em silo secador, com ar aquecido a 40+5ºC, em fluxo de 13,44m3.min-1.m-3

4Secagem intermitente, com ar em temperaturas crescentes, a 70+10ºC, na 1ª hora; 90+10ºC, na 2ª hora e 110+10ºC, da 3ª hora até a penúltima meia hora; 35+10ºC, na meia hora final da operação 5Secagem intermitente, com ar a 90+10ºC, durante toda a operação

Analisando-se os resultados da Tabela 5, verifica-se que no início do

armazenamento não há diferenças significativas na germinação, mas que após

seis meses, as amostras secadas pelo processo intermitente com ar em

temperatura constante de 90ºC exibem o pior desempenho entre as quatro,

demonstrando que o efeito térmico apresenta mais danos latentes do que

imediatos à germinação. O tempo de armazenamento tem influência na

germinação e no vigor das amostras, havendo reduções significativas em ambos

os parâmetros, mas em diferentes intensidades, dependendo do método de

secagem. As maiores reduções aparecem nas amostras secadas no método

estacionário com ar sem aquecimento e no intermitente com ar em temperatura

constante. A lentidão de um e a drasticidade térmica de outro, respectivamente,

explicam os resultados.

Para a Association of Official Seed Analists - AOSA (1983), o significado de

vigor expressa as propriedades da semente que determinam o potencial para uma

emergência rápida e uniforme, assim como para o desenvolvimento de plântulas

normais sob ampla faixa de condições ambientais (Elias, 1998). O teste de frio

simula condições de solo frio e excessivamente úmido que ocorrem durante a

época de semeadura em algumas regiões, principalmente do sul do Brasil,

apresentando alta correlação com a emergência no campo (Cícero & Vieira,

1994). Em geral, o decréscimo da qualidade fisiológica das sementes é

potencializado pelo período de armazenamento, provocando uma diminuição

51

ainda maior de sua germinação e vigor, caracterizando o efeito latente, na

qualidade fisiológica das sementes (Andrade, 1997).

Os resultados indicam os métodos intermitente com temperatura do ar

crescente e estacionário com ar aquecido a 40ºC como sendo os de maior

eficiência quanto à manutenção do poder germinativo e do vigor (Tabela 5).

Na Tabela 6 são apresentadas as percentagens médias de incidência de

contaminação fúngica em amostras de arroz submetidas a dois processos de

secagem estacionária e dois de intermitente, com manejos térmicos

diferenciados, resultantes de análises realizadas no início e aos seis meses em

que as amostras permaneceram armazenadas em sacaria de ráfia trançada, em

sistema convencional de armazenamento, com controle técnico operacional.

TABELA 6- Contaminação por fungos de armazenamento (%) em arroz submetido a quatro métodos de secagem e armazenado durante seis meses pelo sistema convencional, em sacaria1

Meses de armazenamento Métodos de secagem

0 6

Estacionário, com ar sem aquecimento2 A 24,50 b A 39,00 a

Estacionário com ar aquecido3 B 5,50 b C 11,50 a

Intermitente com temperatura do ar crescente4 B 6,50 b C 13,00 a

Intermitente com temperatura do ar constante5 B 13,50 b B 27,50 a

1Médias aritméticas simples, de três repetições, seguidas por letras minúsculas, na mesma linha, e maiúsculas na mesma coluna, para o mesmo parâmetro, diferem entre si a 5% (P<0,05) pelo Teste de Tukey 2Secagem estacionária, em silo secador, com ar não aquecido (ar ambiente), em fluxo de 13,44m3.min-1.m-3 3Secagem estacionária, em silo secador, com ar aquecido a 40+5ºC, em fluxo de 13,44m3.min-1.m-3

4Secagem intermitente, com ar em temperaturas crescentes, a 70+10ºC, na 1ª hora; 90+10ºC, na 2ª hora e 110+10ºC, da 3ª hora até a penúltima meia hora; 35+10ºC, na meia hora final da operação 5Secagem intermitente, com ar a 90+10ºC, durante toda a operação

Analisando-se os resultados da Tabela 6, verifica-se que tanto o método de

secagem quanto o tempo de armazenamento apresentam influências na

contaminação por fungos, com diferenças significativas de incidência fúngica. A

contaminação aumenta do início até o sexto mês de armazenamento, em todos

os tratamentos. As amostras secadas pelo processo intermitente com ar em

temperatura constante de 90ºC exibem o pior desempenho entre as quatro,

demonstrando que o efeito térmico apresenta tanto danos imediatos como

latentes na predisposição das amostras para desenvolvimento microbiano,

havendo aumentos significativos na incidência fúngica em seis meses de

armazenamento em todas as amostras, mas em diferentes intensidades,

52

dependendo do método de secagem. Os maiores aumentos aparecem nas

amostras secadas com o método estacionário com ar sem aquecimento e com o

intermitente com ar em temperatura constante. São as mesma que mais sofrem

reduções no desempenho industrial (Tabela 4) e de qualidade biológica (Tabela

5). A lentidão de um e a drasticidade térmica de outro, respectivamente, explicam

os resultados.

Os fungos fazem parte das principais causas de deterioração dos grãos

armazenados, pois no primeiro estágio de germinação podem ser suficientes para

destruir a viabilidade de sementes e/ou comprometer a qualidade de grãos.

Danos qualitativos e aquecimento são sintomas típicos de ataque fúngicos,

apesar de sua ação invisível. É importante conhecer os prejuízos causados pelos

fungos, mas o mais importante, porém, é conhecer as condições para o seu

desenvolvimento. Umidade e temperatura elevados, aliadas a métodos

inadequados de secagem, armazenamento e/ou manuseio dos grãos são fatores

combinados que resultam em maior desenvolvimento fúngico, com maiores

perdas em grãos armazenados. (Elias et al., 1996)

Para um dado porte de secador, alta capacidade do secador parece ser

possível somente quando o secador está operando a alta temperatura do ar.

Infelizmente, estas altas temperaturas não conduzem a altos níveis de qualidade

do grão (Pierce & Thompson, 1981).

53

5. CONCLUSÕES

Nas condições em que o experimento foi executado, pode-se concluir que:

1) a secagem estacionária com ar não aquecido é a que consome menor

energia na secagem, mas é a que provoca mais danos latentes no arroz,

resultando em percentuais de grãos inteiros sem defeitos e vigor menores do que

os demais métodos testados, após seis meses de armazenamento convencional

das amostras;

2) a secagem intermitente com ar aquecido aplicando temperaturas

crescentes é a que melhor protege a qualidade dos grãos e é a que gasta menos

energia entre as testadas que utilizam ar aquecido;

3) a economicidade no consumo de energia na secagem de arroz decresce

na seguinte ordem: estacionária com ar não aquecido; intermitente com ar a

temperaturas crescentes; intermitente com ar à temperatura constante e

estacionária com ar aquecido, sendo as duas últimas eqüivalentes na

preservação da qualidade dos grãos.

54

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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