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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM

ENGENHARIA MECÂNICA

ESTUDO DE UM SECADOR SOLAR FABRICADO APARTIR DE SUCATA DE

TAMBOR DE POLIETILENO

TIAGO SOARES DA SILVA

Orientador: Prof. Dr. Luiz Guilherme Meira de Souza

NATAL/

2013

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ESTUDO DE UM SECADOR SOLAR FABRICADO APARTIR DE SUCATA DE

TAMBOR DE POLIETILENO

Dissertação submetida à


Como parte dos requisitos para a obtenção do grau de

MESTRE EM ENGENHARIA MECÂNICA


Orientador: Prof. Dr. Luiz Guilherme Meira de Souza

Natal, julho de 2013.

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ESTUDO DE UM SECADOR SOLAR FABRICADO APARTIR DE

SUCATA DE TAMBOR DE POLIETILENO


Esta dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de

MESTRE EM ENGENHARIA MECÃNICA

Sendo aprovada em sua forma final

Orientador: Luiz Guilherme Meira de Souza

BANCA EXAMINADORA

__________________________________________

Prof. Dr. Luiz Guilherme Meira de Souza – UFRN

__________________________________________

Prof. Dr. José Ubiragi de Lima Mendes – UFRN

_________________________________________

Prof. Dr. Roberto Silva de Souza – IFRN

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“Porque o SENHOR dá a sabedoria; da

sua boca é que vem o conhecimento e o

entendimento.”

Pv 2:6

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AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus e a Jesus Cristo acima de tudo pela vida que me concedeu e o ser que

me tornou.

A toda minha família pela total dedicação e carinho, pelo apoio, pelo incentivo.

A minha dama de tantos momentos, Danila Belarmino, que me acompanhou nesta

jornada me dando apoio, força e carinho sempre que necessitava. Minha noiva, companheira e

amiga, pelo incentivo, cumplicidade, compreensão, torcida...

Agradeço, de forma especial, ao meu orientador Professor Dr. Luiz Guilherme Meira

de Souza, pela oportunidade que me concedeu, por ter me acolhido, acreditado em meu

trabalho e me passado tanto conhecimento, ensinamentos que levarei para vida toda. Que

Nosso Senhor e Salvador, Jesus Cristo, lhe recompense.

Ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica – PPGEM/UFRN, por ter

dado condições de realizar este trabalho.

Ao secretário do PPGEM/UFRN, Luís, pelo apoio e amizade durante este período.

A todos os professores do departamento pelo conhecimento repassado, tornando

possível a conclusão deste trabalho.

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq, Brasil,

pelo apoio concedido.

Agradeço também em especial ao funcionário de laboratório, e amigo conselheiro,

Aldo Paulino, pelo companheirismo e atenção prestada nesta jornada.

Aos amigos que caminharam comigo, pessoas que veem ao meu lado desde tempos

atrás, durante a graduação, em especial Pedro Henrique e Flavio Anselmo, e continuaram

durante a Pós-Graduação.

Aos nobres amigos que fiz durante Pós-Graduação que tanto me ajudaram e me

apoiaram.

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RESUMO

A escassez de áreas de cultivo, redução da oferta de água para irrigação e falta de tecnologias

para conservação, faz o mundo globalizado enfrentar graves dificuldades na produção de

alimentos para sua população. A saída mais viável para tal dilema é a disseminação de

tecnologias, economicamente viáveis e disponíveis a toda população, para desidratação dos

alimentos perecíveis produzidos. Este trabalho apresenta um secador solar de exposição direta

para a produção de frutas secas, fabricado a partir de um tambor de polietileno reciclado, de

200 litros, usado para armazenamento de água ou lixo. O tambor foi seccionado ao meio, em

seu eixo longitudinal, e teve suas metades unidas formando uma estrutura tipo calha. Serão

descritos os processos da construção e montagem do secador solar proposto, que tem como

principal característica seu baixo custo, e foi idealizado para uso de pessoas com baixa renda,

para o processamento de frutas amplamente disponíveis em nossa região (manga, banana,

goiaba, caju, abacaxi, tomate e outros) em frutas secas e farinhas, contribuindo

significativamente para aumentar a vida útil desses alimentos. As nozes e farinhas podem ser

utilizadas para consumo próprio e para trabalhos de marketing e geração de renda. Foram

realizados testes para diagnosticar a viabilidade do uso de secador solar para os diversos tipos

de frutas tropicais. Foram também comparados parâmetros como tempos de secagem e

eficiência térmica, obtidos no protótipo com os encontrados na literatura especializada em

desidratação de alimentos. Os tempos de secagem obtidos no secador foram competitivos com

os obtidos em outros modelos de secadores desenvolvidos no LMHES.

Palavras-chave: energia solar, secador solar, tambor de polietileno, de baixo custo.

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ABSTRACT

The scarcity of farmland, reducing the supply of irrigation water and lack of technologies for

conservation, makes the globalized world facing serious difficulties in the production of food

for its population. The most viable outlet for this dilemma is the dissemination of

technologies, economically viable and available to the whole population, for dehydration of

perishable foods produced. This paper presents a solar dryer of direct exposure to the

production of dried fruit, made from recycled polyethylene drum of 200 liters, used for

storing water or trash. The drum was sectioned in half in its longitudinal axis and has its

halves together forming a trough-like structure. It describes the processes of construction and

assembly of solar dryer proposed, whose main characteristic its low cost, and was designed

for use by people with low income, for processing fruits widely available in our region

(mango, banana, guava, cashew, pineapple, tomato and others) in dried fruit and flour,

contributing significantly to increase the life of these foods. The nuts and flours can be used

for own consumption and for marketing jobs and income generation. Tests were conducted to

diagnose the feasibility of using solar dryer for the various types of tropical fruits. Were also

compared parameters such as drying times and thermal efficiency obtained with the prototype

found in the specialized literature in food dehydration. The drying times in the dryer were

obtained competitive with those obtained in other models of dryers LMHES developed.

Keywords: solar, solar dryer, drum polyethylene, low cost.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1

Figura 2.2

Figura 2.3

Figura 2.4

Figura 2.5

Figura 2.6

Figura 2.7

Figura 2.8

Figura 2.9

Figura 2.10

Figura 2.11

Figura 2.12

Figura 2.13

Figura 2.14

Figura 2.15

Figura 2.16

Figura 2.17

Figura 2.18

Figura 2.19

Figura 2.20

Figura 2.21

Figura 2.22

Figura 2.23

Figura 2.24

Figura 2.25

Figura 2.26

Figura 2.27

Figura 2.28

Figura 2.29

Figura 2.30

Figura 2.36

Figura 2.37

Efeito estufa no interior do secador solar

Classificação de secadores e modos de secagem solar

Curva de secagem de tomate em secador de exposição direta

Esquema de um secador solar por convecção natural

Secador solar por convecção natural.

Esquema de um secador solar por convecção forçada

Secador solar por convecção forçada e exposição direta

Esquema de um secador solar híbrido

Secador solar híbrido desenvolvida pela parceria IDER - Embrapa

Esquema de um secador solar de exposição direta

Secador solar de exposição direta

Esquema de um secador solar de exposição indireta

Secador solar de exposição indireta e convecção natural

Primeiro secador solar fabricado na UFRN

Bancada experimental para estudo do processo de secagem

Secadores solares de exposição direta e indireta testados

Sistema de secagem para grãos proposto

Sistema de secagem em convecção natural ou forçada

Secador solar em teste, frutas e farinhas produzidas

Alimentos em processo de secagem e farinhas

Secador solar fabricado em material compósito

Secador solar fabricado com garrafas PETS

Secador em material compósito a partir de sucata de luminária

Secador solar grande em material compósito

Secador solar fabricado a partir de uma luminária

Secador solar fabricado a partir de embalagens de Split

Secador solar fabricado a partir de uma geladeira

Secador fabricado a partir de uma canaleta para fios

Secador fabricado a partir de uma sucata de luminária dupla

Secador solar de sucata de luminária em teste

Modelos de desidratadores comercializados

Valores praticados para frutas desidratadas

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Figura 3.1

Figura 3.2

Figura 3.3

Figura 3.4

Figura 3.5

Figura 3.6

Figura 3.7

Figura 3.8

Figura 4.1

Figura 4.2

Figura 4.3

Figura 4.4

Figura 4.5

Figura 4.6

Figura 4.7

Figura 4.8

Figura 4.9

Figura 4.10

Figura 4.11

Figura 4.12

Figura 4.13

Figura 4.14

Figura 4.15

Figura 4.16

Figura 4.17

Figura 4.18

Figura 4.19

Figura 4.20

Figura 4.21

Figura 4.22

Figura 4.23

Figura 4.24

Figura 4.25

Figura 4.26

Tambor tampa fixa, 200 litros

Projeto do secador proposto

Sistema de secagem proposto em construção

Abacaxi

Banana

Mamão

Manga

Pimentão

Resultados do primeiro dia de secagem de abacaxi

Resultados do segundo dia de secagem de abacaxi

Resultados do terceiro dia de secagem de abacaxi

Porcentagem perdida em massa de água no abacaxi

Comportamento climático durante ensaio do abacaxi

Evolução do processo de secagem do abacaxi

Resultados do primeiro dia de secagem da banana

Resultados do segundo dia de secagem da banana

Porcentagem perdida em massa de água na banana

Comportamento climático durante ensaio da banana

Evolução do processo de secagem da banana

Resultados do primeiro dia de secagem do mamão

Resultados do segundo dia de secagem do mamão

Resultados do terceiro dia de secagem do mamão

Porcentagem perdida em massa de água no mamão

Comportamento climático durante ensaio do mamão

Evolução do processo de secagem do mamão

Resultados do primeiro dia de secagem da manga

Resultados do segundo dia de secagem da manga

Resultados do terceiro dia de secagem da manga

Porcentagem perdida em massa de água na manga

Comportamento climático durante ensaio da manga

Evolução do processo de secagem da manga

Resultados do primeiro dia de secagem do pimentão verde

Resultados do segundo dia de secagem do pimentão verde

Porcentagem perdida em massa de água no pimentão

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68

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70

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Figura 4.27

Figura 4.28

Figura 4.29

Figura 4.30

Figura 4.31

Figura 4.32

Figura 4.33

Figura 4.34

Figura 4.35

Figura 4.36

Comportamento climático durante ensaio do pimentão

Evolução do processo de secagem do pimentão

Medidor de Stress Térmico com função de Anemômetro

Rendimento térmico médio do processo

Rendimento médio do processo para cada 5 horas

Rendimento total do processo

Termômetro digital (A) e pirômetro óptico (B)

Temperaturas médias internas

Temperaturas médias externas

Porcentagens de energias no sistema.

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72

73

73

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74

75

76

76

77

11

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1

Tabela 3.1

Tabela 3.2

Tabela 3.3

Tabela 3.4

Tabela 3.5

Tabela 3.6

Tabela 3.7

Tabela 4.1

Tipos de secadores mais adequados à desidratação

Dimensões do secador proposto

Custos de fabricação

Informações nutricionais do abacaxi

Informações nutricionais da banana

Informações nutricionais do mamão

Informações nutricionais da manga

Informações nutricionais do pimentão

Resultados gerais do processo de secagem

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53

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55

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NOMENCLATURAS

LMHES = Laboratório de Máquinas Hidráulicas e Energia Solar

IBRAF = Instituto Brasileiro de Frutas

IDER = Instituto De Desenvolvimento Sustentável E Energias Renováveis

Pu = potência entregue pelo sistema (W)

A = área do secador (m²)

I = radiação solar global (W/m²)

ṁ = vazão mássica (kg/s)

ΔT = diferença de temperatura do fluido obtida no sistema (°C)

p = rendimento do processo (%)

t = rendimento térmico (%)

cte. = constante

Uentrada = umidade do ar na entrada (%)

Usaída = umidade do ar na saída (%)

minicial = massa inicial (g)

mfinal = massa final (g)

mágua = massa de água (g)

= potência incidente (W)

= energia absorvida (W)

= transmissividade do vidro da tampa do secador

= absortividade da placa

= potência útil (W)

= calor específico do fluido (J/kg.°C)

= energia absorvida (W)

= potência útil (W)

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SUMÁRIO

1

1.1

1.1.1

1.1.2

2

2.1

2.1.1

2.1.2

2.2

2.2.1

2.2.1.1

2.2.1.2

2.2.1.3

2.2.1.4

2.2.1.5

2.3

2.5

3

3.1

3.2

3.2.1

3.2.2

3.2.3

3.2.4

3.2.5

3.3

3.3.1

3.3.2

3.3.3

3.3.4

INTRODUÇÃO

OBJETIVOS

Objetivo Geral

Objetivos Específicos

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

SECADOR SOLAR

Classificação dos sistemas de secagem solar

Curva de secagem

TIPOS DE SECADORES

Tipos de secadores solares

Secador de convecção natural

Secador de convecção forçada

Secador híbrido

Secador de exposição direta

Secador de exposição indireta

ESTADO DA ARTE DOS SECADORES NO LMHES/UFRN

MERCADO DE DESIDRATADOS

MATERIAIS E MÉTODOS

CONSTRUÇÃO DO SECADOR

ALIMETOS ESCOLHIDOS

Abacaxi

Banana

Mamão

Manga

Pimentão

AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO

Cálculo de rendimento térmico

Eficiência do processo de secagem

Potência incidente

Energia absorvida

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3.3.5

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4

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4.2

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4.4

4.5

4.6

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5

5.1

5.2

Potência útil

Potência perdida

ANÁLISE DOS RESULTADOS

ABACAXI

BANANA

MAMÃO

MANGA

PIMENTÃO

CÁLCULO DE RENDIMENTO

PERDA DE TEMPERATURA NO SISTEMA

CONCLUSÕES E SUGESTÕES

CONCLUSÕES

SUGESTÕES

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

REFERÊNCIAS CONSULTADAS

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79

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79

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86

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1 INTRODUÇÃO

O grande desafio do mundo é produzir alimentos para uma população que já

ultrapassou os sete bilhões de habitantes, e não para de crescer (http://www.g1.com). Com

problemas como áreas agricultáveis diminuindo, oferta de água para irrigação escassa e

tecnologias de produção que já não conseguem dar mais saltos de produtividade, alguns

especialistas acreditam que a oferta de alimentos, nas próximas décadas, não suprirá a

demanda da população mundial.

O Brasil produz hoje 34 milhões de toneladas de frutas, numa área total de 2,2 milhões

de hectares. É o segundo maior produtor de frutas do mundo, atrás apenas da China. No ano

2000, o Brasil exportou US$169 milhões em frutas in natura, o equivalente a menos de 1% do

que o mercado mundial de frutas movimentou no ano passado

(http://www.ebah.com.br/content/ABAAABUFQAC/apostila-desidratacao-frutas-hortalicas).

Segundo o Instituto Brasileiro de Frutas (IBRAF), 53% da produção brasileira são

destinadas ao mercado de frutas processadas e 47% ao mercado de frutas frescas.

Atualmente, a produção brasileira está voltada para frutas tropicais, subtropicais e

temperadas, graças à extensão territorial, posição geográfica, solo e condições climáticas. São

aproximadamente 500 variedades de plantas produtoras de frutas comestíveis e 220 espécies

de frutíferas nativas, somente na Amazônia (http://www.ibraf.org.br). A produção frutífera é

grande, porém grande também são os desperdícios desses alimentos.

Embora ainda em quantidade quase insignificante, no Brasil os processos de

desidratação são encontrados com maior frequência na indústria de laticínios e na secagem de

grãos e sementes, onde geralmente são utilizados combustíveis fósseis, lenha e eletricidade

como fonte de calor. Esta insensata utilização de processos de desidratação vai de encontro ao

alto índice de perda de alimentos, principalmente na zona rural.

Apesar da indiscutível necessidade de se aumentar a produção de frutas e ampliar as

exportações, torna-se imprescindível reduzir as perdas que ocorrem em toda a cadeia

produtiva. Nos países emergentes as perdas são estimadas em 50% para alguns produtos. A

realidade brasileira não é diferente, desde o produtor até o consumidor, a magnitude das

perdas é considerável. Cerca de 30% da produção agrícola no Brasil é desperdiçada por falta

de processos adequados de conservação. Este fato evidencia a urgente necessidade de

processos simples e baratos, que possam oferecer caminhos para conservar estes alimentos

extremamente perecíveis (SOUZA, 2004).

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A desidratação desses produtos aparece no cenário internacional como uma forma

prática para contornar esse grave problema de desperdício.

Nos últimos dez anos, o surgimento de secadores dimensionados adequadamente para

a secagem de frutas e, principalmente, com custos mais acessíveis, fez crescer o mercado de

frutas desidratadas. O surgimento de outras frutas secas, além da banana, como a maçã, o

mamão, o abacaxi e a manga, embora em pequenas quantidades, evidencia o fato de que este

segmento está em constante desenvolvimento (COSTA, 2008).

Em regiões, ou comunidades rurais, onde seria inviável a aquisição de secadores

convencionais por parte dos pequenos produtores, faz-se necessário o uso de equipamentos

simples, e que utilizem energias alternativas, para o combate ao desperdício de alimentos que

poderiam ser aproveitados para amenizar os graves problemas sociais ligados à fome e à

miséria. Sendo assim, uso da energia solar é imprescindível, pelas suas características de ser

limpa e largamente disponível em todo o Brasil, principalmente no Nordeste, região com

maior índice de desigualdade social.

Vale ressaltar que, a utilização de energias renováveis ganha cada vez mais prestígio

no mundo desenvolvido em função do surgimento de políticas de substituição das fontes

originárias do petróleo por fontes não convencionais renováveis.

A desidratação solar se dá em sistemas que podem trabalhar em regime de convecção

natural ou forçada. Os frutos podem ser desidratados em secagem de exposição direta ou

indireta. A secagem é dita direta quando os frutos são expostos diretamente à ação dos raios

solares. Esse tipo de secagem apresenta a desvantagem de tornar o controle das propriedades

dos frutos mais difícil. Quando se deseja uma secagem mais controlada, opta-se pela secagem

de forma indireta, onde os frutos são postos em câmaras de secagem.

A perecibilidade de produtos hortifrutigranjeiros é um dos problemas de grande

relevância dentro das políticas de combate à fome, principalmente em regiões onde as

desigualdades sociais são mais acentuadas. Outro grave problema é o desperdício, produto da

falta de investimentos tecnológicos em medidas de combate ao prejuízo causado.

A alta perecibilidade, o desperdício desses alimentos e o atraso tecnológico

contribuem mais ainda com desigualdade social, colaborando com a deterioração da qualidade

de vida.

Com o intuito de combater esses fatores, o presente trabalho apresenta um secador

solar alternativo, de exposição direta, que pode trabalhar em regime de convecção natural ou

forçada, fabricado a partir da utilização de um tambor reciclado de polietileno. O secador foi

produzido dando prioridade a características como o baixo custo, fáceis processos de

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fabricação e montagem e utilização de uma fonte energética renovável, extremamente

disponível e ecologicamente correta.

O sistema proposto representa uma alternativa para a produção de alimentos

desidratados, propiciando a minimização da fome em comunidades rurais carentes e também

uma opção de geração de emprego e renda para essas comunidades, a partir da fabricação e

comercialização de farinhas das frutas secas.

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 Objetivo geral

Construir um secador solar alternativo de exposição direta a partir de sucata de tambor

de polietileno, utilizado para armazenamento de água ou lixo, e demonstrar sua eficiência no

processo de secagem de diferentes alimentos.

1.1.2 Objetivos específicos

a) projetar um secador solar de exposição direta de baixo custo para promover a

desidratação dos alimentos, visando massificar seu uso, principalmente por comunidades

carentes do estado do Rio Grande do Norte;

b) construir o secador solar de exposição direta;

c) instrumentar o protótipo produzido;

d) levantar o desempenho experimental do sistema construído;

e) demonstrar a eficiência do secador para promover a secagem dos alimentos

testados;

O estudo proposto está dividido em cinco capítulos, que têm as seguintes abordagens:

O capítulo 1 traz a apresentação do trabalho, apontando suas principais inovações e

seus objetivos gerais e específicos.

O capítulo 2 apresenta uma breve revisão bibliográfica acerca dos secadores solares e

dos processos de secagem.

18

O capítulo 3 apresenta a proposta em estudo, mostrando o sistema de secagem

construído, seus princípios de funcionamento, seus processos de fabricação e montagem e

também a metodologia experimental empregada.

No capítulo 4 são mostrados os resultados obtidos na utilização do sistema de

desidratação solar proposto.

No capítulo 5 são apresentadas as conclusões e sugestões para futuros trabalhos.

19

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A desidratação é uma das técnicas mais antigas de preservação de alimentos utilizadas

pelo homem.

Alimentos desidratados naturalmente têm sido utilizados pelo homem por centenas de

anos. O homem passou a utilizar a técnica de conservação de alimentos quando percebeu que

os alimentos do dia de fartura podiam ser utilizados em tempos de escassez. Ao colocar a

carne ao sol para secar, ele observou que surgia uma camada externa que protegia a parte

interna, permitindo a sua utilização por mais tempo. Assim estava criada a técnica de

conservação dos alimentos. Esse método antigo de conservação ainda hoje é usado e chegou

ao Brasil com os portugueses.

Na Segunda Guerra, com a introdução da tecnologia do processamento por

escaldamento antes da secagem, houve uma melhoria da qualidade dos alimentos

desidratados. Pesquisas contribuíram para se alcançar produtos secos com maior período de

conservação e de melhor qualidade quando reidratados. Um ponto importante para a

conservação dos alimentos desidratados foi o controle do teor de umidade final dos produtos

(COSTA, 2010).

A desidratação é o processo combinado de transferência de calor e massa no qual se

reduz a disponibilidade de água de um alimento, aumentando o tempo de vida útil do mesmo,

combatendo sua perecibilidade e seu desperdício. As principais razões para a desidratação das

frutas são: redução da sazonalidade, aumento do valor de mercado do produto, redução de sua

deterioração, melhoria do transporte e armazenamento (BARBOSA, 2011).

A desidratação ou secagem como meio de conservação de produtos agrícolas é um dos

processos comerciais mais utilizados, pois permite que eles conservem suas propriedades

biológicas e nutritivas (MADAMBA, 2007).

Existem diversos métodos de secagem. A escolha do processo se dá em função de

alguns parâmetros como a natureza do alimento, a forma e qualidade desejada, o valor

econômico e condições de operação (GASPARETO, 2005).

Em função da gama de métodos de secagem existentes, torna-se extremamente

complexa a classificação de todos. Sendo assim, os mais importantes estão descritos a seguir

(ALONSO, 1998):

a) secagem por convecção;

b) secagem por condução;

c) secagem por radiação;

20

d) secagem dielétrica;

e) secagem por liofilização.

Em todo o mundo, grande parte dos alimentos desidratados é obtida por exposição

direta ao sol, a céu aberto.

Alguns países, principalmente os Estados Unidos, possuem grandes indústrias de

desidratação de alimentos que usam, geralmente, gás natural ou óleo para a desidratação de

frutas, castanhas e verduras. A desidratação artificial é bem mais recente. Na desidratação

artificial, geralmente, a energia elétrica toma o lugar da exposição direta do alimento ao sol,

no campo (FIOREZE, 2004).

No caso do presente trabalho a desidratação será obtida por contato com ar quente.

Os fatores mais importantes a serem considerados nos processos de desidratação de

frutas são: pressão de vapor de água, temperatura do ar, velocidade do ar, velocidade de

difusão da água no produto, espessura e superfície disponíveis (COSTA, 2010).

A secagem solar pode ser obtida através de dois processos: a secagem de exposição

direta e a secagem de exposição indireta. No primeiro tipo de secagem, o alimento é exposto à

radiação solar e, por absorção de energia e em contato com um ar circulante, a umidade se

vaporiza na atmosfera. Neste caso, a circulação do ar pode ser natural ou forçada. No segundo

caso, a secagem é obtida através do uso de um aquecedor solar de ar, que fornece ar quente a

uma câmara de secagem separada. Neste caso, outra fonte de calor pode ser usada

conjuntamente com a energia solar na mesma unidade de secagem.

A desidratação de alimentos sólidos, como frutas e hortaliças, normalmente significa

remoção da umidade do sólido por evaporação, e tem por objetivo assegurar a conservação

das frutas por meio da redução do seu teor de água. Essa redução deve ser efetuada até um

ponto, onde a concentração de açúcares, ácidos, sais e outros componentes sejam

suficientemente elevados para reduzir a atividade de água e inibir, portanto, o

desenvolvimento de microrganismos.

Produtos com atividade de água entre 0,2 e 0,4 não sofrem reações degradativas e

crescimento microbiano (SOKHANSANJ E JAYAS, 2006; ARAÚJO, 2004). O processo

deve ainda conferir ao produto final características sensoriais próprias e preservar ao máximo

o seu valor nutricional.

A fruticultura é, hoje, um dos segmentos mais importantes da agricultura nacional

respondendo por 25% do valor da produção agrícola. Nos últimos anos, sua área cresceu a

uma taxa inédita na história, ampliando suas fronteiras em direção à região nordeste, onde

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condições de luminosidade, umidade relativa e temperatura, são muito mais favoráveis que na

região sul e sudeste onde até então eram desenvolvidas.

O consumo de frutas é crescente em todo o mundo, por uma série de fatores que levam

a modificações nos hábitos alimentares, como (COSTA, 2010):

a) maior cuidado com a saúde e aspectos nutritivos dos alimentos, com

sensibilidade crescente em relação a fatores ecológicos e dietéticos;

b) campanhas publicitárias sobre os benefícios de consumo de frutas e hortaliças;

c) envelhecimento da população, que amplia o conjunto consumidor de maior

idade (calcula-se que, nos EUA, o segmento populacional entre 55 e 66 anos consome quase

40% mais frutas e hortaliças que a média);

d) tendência a desprendimento dos horários e costumes, o que aumenta a

substituição das refeições por lanches rápidos;

e) procura por ganho de tempo e por alimentos individualizados de fácil preparo;

f) consumidor aberto a novidades, atraído por produtos novos e uma tendência à

busca de novos sabores.

As principais características dos legumes e hortaliças desidratadas de boa qualidade

são as seguintes (FIOREZE, 2004):

a) teor de umidade em torno de 5%, para minimizar a deterioração de cor, sabor e

odor, provocada pelas reações oxidativas, e impedir o desenvolvimento microbiano;

b) devem reidratar-se de maneira rápida e satisfatória, assumindo forma e

aparência original do produto antes da secagem;

c) devem cozinhar rapidamente em água fervente e quando prontos para servir

deverão ser tenros, retendo muito do seu odor e sabor originais;

d) quando embalados, deverão ser isentos de insetos, umidade e ar, em

embalagens hermeticamente fechadas e sob vácuo ou atmosfera de gás inerte;

Os produtos desidratados apresentam algumas vantagens, em relação ao produto in

natura, dentre elas (FIOREZE, 2004):

a) pesam somente cerca de 1/10 do peso original, no caso de raízes vegetais, e

1/15 ou menos, para o caso de folhas e tomates;

b) os legumes e hortaliças desidratadas não necessitam de refrigeração durante o

transporte ou armazenamento, como é o caso dos produtos frescos ou congelados;

c) compatibilidade com outros ingredientes nas misturas desidratadas, como

sopas, etc.;

22

d) o valor nutritivo dos legumes e hortaliças não é muito depreciado pela

desidratação.

A desidratação atualmente não é utilizada apenas com objetivo de conservação de

alimentos, mas também para elaboração de outros produtos a partir de suas farinhas, como por

exemplo, biscoitos, sorvetes, massas diversas entre outros (FIOREZE, 2004).

Muitos alimentos são desidratados por necessidade de conservação, em contrapartida

existem os produtos que passam pelo mesmo processo para adquirirem sabores mais

refinados, como o tomate, que após a desidratação é vendido por altos preços no mercado

(NAYAK, 2007).

2.1 SECADOR SOLAR

De acordo com Costa, 2010, o secador solar é um sistema em que o ar é aquecido pela

radiação e percorre, de forma natural ou forçada, por um sistema retirando a umidade do

material a qual se quer secar. O material pode ser colocado diretamente no coletor,

configurando a secagem direta, ou em uma câmara quando se tem a secagem indireta.

A desidratação dos alimentos se dá a partir do princípio do efeito estufa que ocorre no

interior do secador como pode ser observado na Fig. 2.1.

Figura 2.1 Efeito estufa no interior do secador solar.

O desenvolvimento de equipamentos que utiliza a radiação solar com eficiência e

baixo custo passou a ter importância maior nos dias atuais, pois se tornou uma alternativa para

produtores que não têm acesso aos secadores convencionais em função de seu elevado custo

de aquisição e operação (BARBOSA, 2011).

O LMHES (Laboratório de Máquinas Hidráulicas e Energia Solar) do Departamento

de Engenharia Mecânica da UFRN, além do presente secador, vem desenvolvendo sistemas

de desidratação com materiais alternativos como: compósitos, sucatas de calhas de lâmpadas

23

fluorescentes, garrafas PET, etc., com o objetivo de reduzir mais ainda seu custo para ser

repassado às comunidades rurais do interior.

2.1.1 Classificação dos sistemas de secagem solar

Os sistemas de secagem solar podem ser classificados de diversas formas. Uma

classificação de secadores solares e modos de secagem é mostrada na Fig. 2.2.

Figura 2.2 Classificação de secadores e modos de secagem solar.

2.1.2 Curva de secagem

Quando um alimento é desidratado, ele não perde água a uma velocidade constante ao

longo do processo. Com o progresso da secagem, em condições fixas, a taxa de remoção de

água diminui. Na prática, em condições normais de operação, o nível zero de umidade

dificilmente é alcançado (FIOREZE, 2004).

24

Durante a secagem são identificados dois períodos característicos: o período de taxa de

secagem constante ou quase constante e um período com taxa de secagem decrescente. O

gráfico da Fig. 2.3 exemplifica a curva da taxa de secagem expressa pela variação de umidade

do material, no caso, o tomate, em função do tempo de secagem.

Figura 2.3 Curva de secagem de tomate em secador de exposição direta.

Fonte: Neto, 2008.

Essas mudanças durante a desidratação podem, em grande parte, ser explicadas pelos

fenômenos de transferência de calor e massa. Um alimento cortado na forma de cubo, no

decorrer da secagem, perderá umidade por suas superfícies e desenvolverá, gradualmente,

uma espessa camada seca na superfície, com o restante da umidade aprisionada no centro. Do

centro para a superfície, um gradiente de umidade será estabelecido.

Em consequência, a camada externa seca formará uma barreira isolante contra a

transferência de calor para o interior da amostra. Além de ter a transferência de calor

diminuída, a água restante no centro do alimento tem uma distância maior a percorrer até

chegar à superfície, do que a umidade superficial no início da secagem. À medida que o

alimento seca e atinge a umidade de equilíbrio, não se tem mais secagem e a velocidade cai

para zero.

Essas não são as únicas mudanças do alimento que contribuem à forma de uma curva

de secagem típica, embora sejam os fatores principais. A forma precisa de uma curva de

secagem normal varia conforme o alimento, com os diferentes tipos de secadores e em

resposta às variações das condições de secagem, tais como a temperatura, a umidade, a

velocidade do ar, o sentido do ar, a espessura do alimento, entre outros fatores.

25

A secagem da maioria dos produtos alimentícios, geralmente apresenta período de

velocidade constante e de velocidade decrescente e a remoção da água abaixo de

aproximadamente 2%, sem danos ao produto, é extremamente difícil.

2.2 TIPOS DE SECADORES

No projeto dos equipamentos para desidratação de alimentos, busca-se obter a máxima

taxa de secagem com o menor dano ao produto e menor custo possível. A desidratação de

alimentos é, verdadeiramente, uma área em que os cientistas e os engenheiros de alimentos

devem trabalhar juntos, para alcançar aperfeiçoar os resultados.

Existem relações matemáticas entre cada uma das principais variáveis que governam o

processo de secagem e de transferência de calor e massa. Por causa das peculiaridades de cada

produto, as melhores condições de secagem para um produto, raramente são as mesmas para

outro.

Cálculos de engenharia baseados na modelagem matemática dos sistemas é um

caminho em direção à seleção adequada e ideal das condições de secagem, mas raramente são

suficientes para predizer exatamente o comportamento da secagem.

Isso porque os alimentos são altamente variáveis na sua composição inicial, nos totais

de água livre e ligada, no encolhimento e no modelo de migração de solutos e, mais

importante, nas mudanças de suas propriedades durante a operação de secagem (NETO,

2008).

Existem diversos métodos para desidratação de alimentos. O método de escolha

depende do tipo de alimento a ser desidratado, do nível de qualidade que se deseja obter e de

um custo que possa ser justificado.

Entre os métodos mais comuns de desidratação, podemos listar a secagem em

cilindros rotativos (“drum drying”), por atomização (“spray drying”), secagem a vácuo,

liofilização ou secagem pelo frio (“freeze drying”), cabines e túneis com circulação forçada

de ar quente, leito fluidizado, entre outros. Alguns desses métodos são apropriados para

alimentos líquidos ou pastosos e outros para alimentos em pedaços (FIOREZE, 2004).

A Tabela 2.1 apresenta um resumo com os tipos de secadores mais adequados para

desidratação de alimentos na forma líquida, pastosa e sólida ou em pedaços (NETO, 2008).

26

Tabela 2.1 Tipos de secadores mais adequados à desidratação.

Fonte: Meloni, 2003.

2.2.1 Tipos de secadores solares

Os secadores solares podem ser de três tipos: secador de convecção natural, secador de

convecção forçada e secador híbrido. Outra classificação, segundo Khalil (2007), é o secador

de exposição direta, em que a radiação fica diretamente sobre o produto a ser secado, e o

secador de exposição indireta, no qual são adicionadas bandejas em uma câmara de secagem

onde fica o produto a ser secado.

Podemos ter um secador de convecção natural com exposição direta ou indireta e

convecção forçada com exposição direta ou indireta. O que vai determinar a sua utilização são

os recursos disponíveis para a construção do secador.

2.2.1.1 Secador de convecção natural

É o secador em que o ar apresenta uma circulação espontânea em seu interior, ou seja,

o ar é aquecido na parte inferior do secador, e em função de sua densidade menor, sobe

arrastado pela corrente do ar atmosférico, promovendo a secagem do produto.

Um secador de exposição direta que funciona por convecção natural é representado na

Fig. 2.4.

27

Figura 2.4 Esquema de um secador solar por convecção natural.

Barbosa (2011) realizou testes com o sistema de secagem de exposição direta em

convecção natural, Fig. 2.5, para a secagem frutas e verduras, em sua Dissertação. Ele obteve

resultados satisfatórios, por exemplo, constatou a viabilidade do sistema para produzir a

secagem de uma grande variedade de produtos alimentícios, verificou também que o mesmo

mostrou-se eficiente, podendo produzir perda de massa compatível com o que aponta a

literatura especializada em desidratação de alimentos, como também os tempos de secagem

obtidos foram competitivos com os apontados pela literatura, dentre outros resultados que

apontam os secadores solares de baixo custo como uma alternativa promissora para questões

de desperdício de alimentos e desigualdades sociais nas comunidades rurais.

Figura 2.5 Secadores solares por convecção natural.

Fonte: Barbosa, 2011.

2.2.1.2 Secador de convecção forçada

É o sistema de secagem em que o ar é forçado a percorrer todo o coletor pela ação de

equipamentos auxiliares, como um ventilador ou uma bomba.

Na Figura 2.6 é representado o esquema de um secador de exposição direta e

convecção forçada.

28

Figura 2.6 Esquema de um secador solar por convecção forçada.

Um secador de convecção forçada e exposição indireta foi alvo de pesquisa em um

trabalho proposto por Machado (2011), onde o sistema, mostrado na Fig. 2.7, foi avaliado na

desidratação do pedúnculo de caju, que apresenta um grande potencial para obtenção de

produtos secos em função de seu alto índice de desperdício na atualidade, cerca de 94% de

toda sua produção.

Segundo o autor, o sistema apresentado produziu alimentos secos de boa qualidade. O

tempo total de secagem variou, em função da velocidade do ar de secagem e da espessura das

fatias de caju, de 10 a 16 horas.

Figura 2.7 Secador solar por convecção forçada e exposição indireta.

Fonte: Machado, 2011.

29

2.2.1.3 Secador híbrido

Neste tipo de secador, além da energia solar, como fonte de energia para a secagem do

produto, outras fontes energéticas são empregadas para realizar a desidratação dos produtos,

tais como: energia elétrica, biomassa, GLP, geotérmica, fotovoltaica.

O secador solar híbrido dispõe sempre de uma unidade auxiliar, que pode ser uma

unidade de armazenamento térmico, um sistema de bomba de calor ou um sistema de

aquecimento, com as fontes energéticas citadas no parágrafo anterior.

Como pode ser observado na Figura 2.8, uma resistência elétrica é utilizada para

aperfeiçoar o processo de desidratação em um secador de exposição indireta e convecção

forçada.

Figura 2.8 Esquema de um secador solar híbrido.

O Instituto Eco-Engenho, em parceria com o IDER (Instituto de Desenvolvimento

Sustentável e Energias Renováveis), desenvolveu um secador solar para desidratar vários

produtos, como frutas e verduras, entre outros. O equipamento permite obter produtos de

maior qualidade, pois, durante o processo de desidratação, eles estão protegidos da luz o que

colabora para maior conservação dos moemos. O sistema híbrido, Fig. 2.9, do equipamento

foi desenvolvido e aprimorado pelo IDER em parceria com a Embrapa Agroindústria

Tropical. Em função da dificuldade de manter a temperatura durante a noite e em períodos

chuvosos, foi adaptado um queimador a gás de baixo consumo (http://www.ider.org.br).

30

Figura 2.9 Secador solar híbrido desenvolvido pela parceria IDER-Embrapa.

Fonte: http://www.ider.org.br, 2011.

2.2.1.4 Secador de exposição direta

No secador de exposição direta, o sol incide diretamente sobre os alimentos a serem

desidratados. Os alimentos ficam protegidos por uma cobertura de plástico, vidro ou outro

material translúcido que permita a entrada dos raios solares. A circulação do ar é feita por

convecção evitando assim a condensação no seu interior. A cobertura cria um efeito estufa,

que aumenta a temperatura e promove a secagem dos alimentos, como também protege contra

insetos, poeiras, pássaros, etc.

Este tipo de sistema oferece vantagens como o fato de que são simples, apresentam

baixo custo, promovem secagem rápida, são necessários poucos materiais e pouca mão-de-

obra para a sua construção, porém a incidência direta dos raios solares provoca perda de

qualidade dos produtos. A Fig. 2.10 mostra o esquema de um secador de exposição direta.

Figura 2.10 Esquema de um secador solar de exposição direta.

31

Na Figura 2.11 é mostrado o secador de exposição direta apresentado por Winrock

(2003) em seu trabalho sobre secagem de bananas inteiras e sem casca. Neste caso, o processo

de secagem durou aproximadamente 34 horas.

Figura 2.11 Secador solar de exposição direta.

Fonte: Winrock, 2003.

2.2.1.5 Secador de exposição indireta

O secador de exposição indireta é constituído por um coletor que converte a energia

solar em calor e o conduz a uma câmara de secagem, onde os alimentos são colocados sem

exposição direta do sol. O interior deve ser pintado de preto tendo o cuidado para não utilizar

tinta tóxica. As paredes devem ser revestidas de material isolante para evitar perdas de

energia. Em alguns modelos o ar entra por orifícios na base do secador e sai por orifícios pela

parte superior das paredes.

Estes modelos de secadores normalmente são mais rápidos e mais eficientes, ou seja,

apresentam menor tempo de secagem, em contrapartida são mais difíceis de construir e

ligeiramente mais caros em relação aos de exposição direta. A Fig. 2.12 mostra o esquema de

um secador de exposição indireta.

Figura 2.12 Esquema de um secador solar de exposição indireta.

32

Em sua dissertação, Silva (2010), avaliou o desempenho de quatro desidratadores de

frutas à energia solar, ilustrados na Fig. 2.13, comparados com um secador convencional, à

energia elétrica. Cada secador solar continha uma cabine de secagem e um coletor solar plano,

confeccionado a partir de quatro materiais distintos, que utiliza massa de ar quente por

convecção natural para desidratação de produtos agrícolas dispostos nas cabines.

Figura 2.13 Secador solar de exposição indireta e convecção natural.

Fonte: Silva, 2010.

Silva, 2010, verificou que todos os secadores solar, providos com chapas metálicas no

interior de seus coletores, apresentaram eficiência térmica equivalente ao secador elétrico.

2.3 ESTADO DA ARTE DOS SECADORES SOLARES NO LMHES/UFRN

A secagem de alimentos é uma das linhas de pesquisa mais estudadas no LMHES da

UFRN, já tendo sido produzido e estudados diversos tipos de secadores e sistemas de

secagem nos últimos vinte e sete anos. A seguir são apresentados alguns desses estudos que se

constituem em um estado da arte de secadores solares

Souza, em 1986, construiu e ensaiou, para efeito de teste, um secador solar de

exposição direta em convecção natural para a secagem de frutas da região nordeste.

Apresentava em torno de 2,0m² de área e o material utilizado para sua fabricação foi madeirit

de 15mm. Foram testadas várias frutas para a obtenção de passas. Demonstrou-se a

viabilidade de utilização de tal protótipo. A Fig. 2.14 mostra o primeiro secador solar

fabricado na UFRN.

33

Figura 2.14 Primeiro secador solar fabricado na UFRN.

Fonte: Souza, 1986.

Duarte, em 1996, apresentou dissertação de mestrado, no PPGEM - UFRN, sobre o

estudo do fenômeno de secagem de partículas enfocando suas contrações e encolhimentos.

Abordou os efeitos do escoamento através de matriz porosa em silos, obteve campos de

velocidade no interior do leito compactado e analisou a sua influência sobre o transporte

convectivo na superfície da partícula. A Fig. 2.15 mostra a bancada experimental para estudo

do processo de secagem enfocando contrações e encolhimentos.

Figura 2.15 Bancada experimental para estudo do processo de secagem.

Fonte: Duarte, 1996.

34

Santos, em 1997, defendeu dissertação de mestrado, no PPGEM - UFRN, sobre as

viabilidades térmica e econômica de dois secadores solares, de exposição direta e indireta,

construídos em alvenaria com chapas absorvedoras metálicas. Demostrou-se a eficiência de

tais secadores para a secagem de frutas tropicais disponíveis largamente na região nordeste,

banana e abacaxi, obtendo-se melhores resultados para o secador de exposição direta. A Fig.

2.16 mostra os secadores solares testados.

Figura 2.16 Secadores solares de exposição direta e indireta testados.

Fonte: Santos, 1997.

Sena, em 1997, apresentou dissertação de mestrado, no PPGEM – UFRN, sobre a

secagem solar de sementes de algodão, utilizando um secador solar de exposição direta,

acoplado a um silo. O secador solar atuava como um pré-aquecedor do sistema de secagem.

Determinou-se também o menor nível de vazão capaz de promover a secagem das sementes -

redução do teor de umidade para 10% - em apenas um dia (máximo de nove horas) de

exposição ao sol. Diferentes tempos de secagem foram obtidos para as vazões de 1, 2 e 3

m3/min. O sistema mostrou-se mais eficiente para a vazão de 3 m

3/min. A Fig. 2.17 mostra o

pré-aquecedor e o sistema de secagem proposto.

35

Figura 2.17 Sistema de secagem para grãos proposto.

Fonte: Sena, 1997.

Neto, em 2008, apresentou dissertação de mestrado, no PPGEM - UFRN, sobre um

sistema de secagem solar para a produção de tomate seco, que pode ser utilizado em

convecção natural ou forçada, constituído por um pré-aquecedor (secador solar de exposição

direta), um exaustor e uma câmara de secagem. Provou-se que a secagem de tomate pode ser

operacionalizada de forma direta e indireta, em secagem natural e forçada, porém apresentou

maior viabilidade para a exposição direta em convecção natural. Para essa configuração de

trabalho mais eficiente, a desidratação do tomate, para uma umidade final de 20%, processou-

se em apenas nove horas. A Fig. 2.18 mostra o sistema de secagem em convecção natural ou

forçada para a secagem de tomate.

36

Figura 2.18 Sistema de secagem em convecção natural ou forçada.

Fonte: Neto, 2008.

Costa, em 2010, apresentou dissertação de mestrado, no PPGEM - UFRN, sobre um

sistema de secagem solar para a desidratação de alimentos utilizando um secador de

exposição direta que trabalhava em regime de circulação natural, onde desidratou caju. Após

seco, o caju foi transformado em farinha por meio de um moinho de faca, e posteriormente,

foi adicionada rapadura triturada para amenizar o sabor rançoso provocado pelo tanino. Foram

atestadas as viabilidades térmica e econômica do sistema de secagem solar proposto

enfocando o processo de produção da farinha e análises químicas para caracterizá-la. A Fig.

2.19 mostra o secador solar fabricado em teste e as farinhas produzidas a partir das frutas

secas.

Figura 2.19 Secador solar em teste, frutas e farinhas produzidas.

Fonte: Costa, 2010.

37

Barbosa, em 2011, apresentou dissertação de mestrado, no PPGEM - UFRN, sobre um

secador solar de exposição direta para a secagem de alimentos, construído a partir de uma

sucata de luminária. O secador de exposição direta trabalhava em regime de circulação

natural. Foram testados dez alimentos entre frutas, legumes e verduras. Foi também estudado

o processo de transformação de alguns dos alimentos secos em farinhas e demonstrado que os

tempos de secagem para os alimentos testados são competitivos e às vezes inferiores aos

apontados pela literatura solar para desidratação de alimentos. A Fig. 2.20 mostra os

alimentos em processo de secagem no secador e as farinhas produzidas a partir das frutas

secas.

Figura 2.20 Alimentos em processo de secagem e farinhas.

Fonte: Barbosa, 2011.

38

Souza et al. no Conem 2004, em Belém, apresentaram um secador solar de frutas, que

pode ser de exposição direta ou indireta, confeccionado em compósito de matriz cerâmica,

utilizando gesso e isopor e reforço estrutural de tela de aço. Foram levantadas curvas de

secagem para as frutas tropicais como caju, abacaxi, banana, manga e tomate e foram

demonstradas a eficiência térmica do secador proposto e sua competitividade com os

secadores solares convencionais disponíveis. Tal protótipo apresentava por objetivo maior a

contribuição social para o combate a perecibilidade de frutas tropicais disponíveis em grande

produção em nossa região, contribuindo para o combate a fome e a miséria nas populações

mais carentes. As frutas testadas apresentaram tempos de secagem competitivos com os

obtidos por secadores apontados pela literatura solar para desidratação de frutas. A Fig. 2.21

mostra o secador solar fabricado em material compósito.

Figura 2.21 Secador solar fabricado em material compósito. Fonte: Souza et al., 2004

Souza et al., em 2009, apresentaram no IX Congresso Iberoamericano de Engenharia

Mecânica, nas Ilhas Canárias na Espanha, um secador solar alternativo de baixo custo,

que utiliza garrafas PETS como unidades de aquecimento O secador trabalhava em

regime de convecção natural e apresentava área correspondente a 1,0 m². Destinava-se a

secagem de frutas tropicais disponíveis na região. Foram apresentados resultados de testes

realizados para a determinação do tempo de secagem de algumas frutas e uma análise

39

comparativa desses tempos em relação aos obtidos com os secadores convencionais. O

processo de secagem foi testado para abacaxi e tomate. As principais características

apresentadas pelo secador foram seus fáceis processos de fabricação e montagem e seu baixo

custo, que poderia contribuir para a socialização da tecnologia de secagem para comunidades

mais carentes. Outra contribuição importante desse protótipo foi a reciclagem de garrafas

PETS, de forma ambientalmente correta. A Fig. 2.22 mostra o secador solar fabricado com

garrafas PETS.

Figura 2.22 Secador solar fabricado com garrafas PETS.

Fonte: Souza et al., 2009.

Souza et al. em 2011 apresentaram no 21° COBEM, em Natal, um secador solar

construído a partir de um molde de sucata de luminária. A luminária foi recoberta com um

material compósito de baixa condutividade térmica, composto por EPS triturado, raspa de

pneu, cimento, gesso e água. A secagem foi operacionalizada para frutas largamente

disponíveis na região. Foram apresentados resultados do procedimento de secagem para as

frutas, demonstrando-se a eficiência de secagem para todos os produtos testados. Obtiveram-

se tempos de secagem competitivos com os obtidos com outros secadores solares citados pela

literatura solar para a desidratação de frutas. A Fig. 2.25 mostra o secador solar fabricado em

material compósito, a partir de um molde de sucata de luminária.

40

Figura 2.23 Secador em material compósito a partir de sucata de luminária


Souza et al. no VII Conem 2012, em São Luís, apresentaram um secador solar de

exposição direta para a secagem de alimentos fabricado em material compósito, constituído de

cimento, gesso, pneu triturado, EPS triturado e água. O secador de exposição direta trabalhava

em regime de circulação natural. Foram mostrados resultados de testes para a secagem de pera

e maçã que atestaram a viabilidade térmica e econômica do sistema alternativo de secagem

solar proposto. Foi também estudado o processo de saturação do ar circulante no interior do

secador, determinando-se, através da análise da massa de seis amostras colocadas no interior

do secador, a melhor relação geométrica entre as suas várias dimensões. A Fig. 2.23 mostra o

secador solar fabricado em material compósito e os produtos obtidos.

Figura 2.24 Secador solar grande em material compósito.


41

Souza et al. no VII Conem 2012, em São Luís, apresentaram um secador solar de

exposição direta para a secagem de alimentos, construído a partir de uma sucata de luminária.

O secador de exposição direta trabalhava em regime de circulação natural de ar. Foram

apresentados resultados de testes para a secagem de morango atestando a viabilidade térmica

e econômica do sistema alternativo de secagem solar proposto. O tempo de secagem para o

morango foi de 10 horas e não foi possível a comparação com outros secadores, pois não foi

encontrado, até então, na literatura, resultados correspondentes à secagem de morango. A Fig.

2.24 mostra o secador solar fabricado a partir de uma luminária.

Figura 2.25 Secador solar fabricado a partir de uma luminária.


Ribeiro apresentou TCC em 2012 sobre a secagem de peixe e camarão utilizando um

secador solar construído a partir da utilização de embalagens de condicionador de ar tipo split.

A principal vantagem deste secador foi a utilização da caixa térmica de isopor, largamente

disponível no mercado, de baixo custo e com uma estrutura já definida e construída, evitando-

se a confecção de molde para a obtenção da caixa. Foram apresentados resultados de testes

com o secador no processo de secagem de peixe e camarão, para posteriormente se obter a

farinha dos mesmos, que poderia ser utilizada como suplemento alimentar para comunidades

carentes. A Fig. 2.27 mostra o secador solar fabricado a partir de embalagens de

condicionador de ar tipo Split em teste.

42

Figura 2.26 Secador solar fabricado a partir de embalagens de Split.

Fonte: Ribeiro, 2012.

Sousa em 2012 apresentou TCC sobre um secador solar para a secagem de alimentos,

cuja principal característica era seu baixo custo por ser fabricado com material reciclado. O

secador consistia de uma sucata de geladeira de 150 cm de comprimento, 62 cm de largura e

51 cm de profundidade, uma armação de madeira unida a uma placa de alumínio, pintada de

preto fosco, medindo 133 cm de comprimento e 51 cm de largura que era a área para a

secagem de alimentos, e dois grandes vidros. O sistema funcionava como uma estufa e

produzia a desidratação dos alimentos. O alimento escolhido foi maçã, com tempo de

secagem correspondente a nove horas. O sistema solar de secagem demonstrou-se viável para

a secagem residencial de alimentos e o tempo de secagem obtido para o produto testado foi

satisfatório e próximo aos mostrados pela literatura de secagem. A Fig. 2.28 mostra o secador

solar fabricado a partir de uma sucata de geladeira em teste.

43

Figura 2.27 Secador solar fabricado a partir de uma geladeira.

Fonte: Sousa, 2012

Em 2012, Brito apresentou TCC sobre um secador solar de exposição direta para

secagem de alimentos, construído a partir de uma sucata de canaleta para fios elétricos,

revestida com placas de EPS. Foram apresentados resultados de testes para secagem de coco,

atestando a viabilidade térmica e econômica do sistema alternativo de secagem solar proposto.

A literatura solar de secagem de alimentos não apresentava, até então referência em relação à

secagem desse fruto, constituindo-se, portanto, esse estudo em algo inovador. O tempo de

secagem para o produto testado foi de 10 horas. Após seco, produziu-se farinha de coco

através da trituração em liquidificador comercial. A Fig. 2.29 mostra o secador solar fabricado

a partir de uma sucata de canaleta para fios elétricos, bem como o produto do processo de

secagem.

44

Figura 2.28 Secador fabricado a partir de uma canaleta para fios.

Fonte: Brito, 2012.

Silva em 2012 apresentou TCC sobre um secador solar de exposição direta, destinado

à produção de frutas secas, construído a partir de uma sucata de luminária. A sucata de

luminária constitui-se no recinto de secagem e foi recoberta no fundo e laterais com material

compósito formado por EPS triturado, cimento, gesso e água. Foram apresentados resultados

de testes que diagnosticaram a viabilidade de utilização do secador solar para a produção de

ameixa seca. O tempo de secagem da ameixa correspondeu a 10 horas. Os produtos secos

podem representar uma fonte de renda para comunidades carentes pelo significativo valor

agregado em relação aos produtos in natura; o processo de secagem por exposição direta

mostrou-se eficiente podendo produzir perda de massa compatível com o que aponta a

literatura especializada em desidratação de alimentos; o custo de fabricação de tal secador foi

muito baixo, permitindo assim sua construção por comunidades de baixa renda. A Fig. 2.30

mostra o secador solar fabricado a partir de uma sucata de luminária diferente das

anteriormente utilizadas.

45

Figura 2.29 Secador fabricado a partir de uma sucata de luminária dupla.

Fonte: Silva, 2012.

Almeida, em 2013, apresentou TCC sobre secagem de alho, cebola e uva, utilizando

um secador solar de exposição direta para a secagem de alimentos, construído a partir de uma

sucata de luminária. O secador de exposição direta trabalhava em regime de circulação natural

de ar. Após a secagem, o alho e acebola passaram por um processo de trituração para

obtenção de farinhas. Os tempos de secagem para o produtos testados foram 14 horas para o

alho, 11 para acebola e 14 para a uva. O secador proposto mostrou-se viável para produzir a

secagem dos alimentos testados a baixo custo e os tempos de secagem obtidos para os

alimentos foram condizentes com os apontados pela literatura solar para desidratação de

alimentos. A Fig. 2.26 mostra o secador solar fabricado a partir de uma sucata de luminária

desidratando os alimentos escolhidos.

Figura 2.30 Secador solar de sucata de luminária em teste.

Fonte: Almeida, 2013.

46

2.4 MERCADO DE DESIDRATADOS

Com o crescimento recente em torno da demanda por produtos naturais, o consumo

mundial de frutas desidratadas aumentou nos últimos anos. Industrialmente, os principais

produtos desidratados de frutas são farinhas, flocos, pó ou granulado e fruta seca ou passa.

Em um site especializado no comércio de desidratados, foi possível encontrar, à

venda, um secador solar denominado Mini Desidratador Solar Meloni e outro, elétrico,

denominado Pratic Dryer. As características dos mesmos estão descritas na Fig. 2.36.

Figura 2.31 Modelos de desidratadores comercializados

Fonte: http://www.meloni.com.br

O consumo de frutas secas é comum na Europa, nos Estados Unidos e em outros

países onde a produção de frutas só ocorre em parte do ano. Já no Brasil, o consumo ainda é

bastante incipiente, embora as indústrias procurem cada vez mais esse produtos, em pedaços,

flocos ou pó para uso em produção de recheios para bolos, doces, barras de cereais, iogurtes,

sucos, dentre outros; os consumidores ainda não os conhece.

O mercado brasileiro de frutas desidratadas ainda está concentrado nas classes sociais

de maior renda. A ausência de marcas, a escassez de oferta, a carência de marketing e o baixo

padrão de qualidade dificultam o desenvolvimento do mercado. Atualmente, é possível

encontrar no país, com frequência, apenas banana-passa e tomate seco, produzidos de maneira

artesanal ou industrializados em pequena escala. No entanto, há espaço e demanda para frutas

tropicais brasileiras, tais como mamão, abacaxi, caqui, maçã, morango, melão, manga, entre

outras, que hoje são importadas de outros países à preços muito elevados em relação ao

produto in natura.

47

O alimento desidratado sofre um aumento de até 20 vezes na receita quando

comparado à comercialização do mesmo in natura. Em sites de compras de alimentos

especiais, como light e diet, cereais, orgânicos, castanhas, frutas desidratadas, entre outros, foi

possível encontrar valores praticados no mercado atual desses alimentos, que são mostrados

na Fig. 2.36 (SANTOS, M. C. A., SILVA, T., 2010).

Figura 2.37 Valores praticados para frutas desidratadas

Fonte: http://www.emporiosabordaterra.com.br/frutas-secas.html?p=2

http://www.nutsonline.com.br/desidratados.html?p=2

48

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Neste capitulo serão enfocados os procedimentos metodológicos e os materiais

utilizados para o desenvolvimento do trabalho.

3.1 CONSTRUÇÃO DO SECADOR

O secador de exposição direta do sistema de secagem proposto foi construído a partir

de um tambor reciclado de polietileno, de 200 litros, Fig. 3.1, utilizado para armazenamento

de água e/ou lixo.

Figura 3.1 Tambor de tampa fixa, 200 litros.

A Tabela 3.1 apresenta as dimensões internas e externas do secador. A área interna do

secador onde os produtos serão postos a secar corresponde a 0,8m².

Tabela 3.1 Dimensões do secador proposto

EXTERNO (m) INTERNO (m)

Comprimento 1,80 1,76

Largura 0,61 0,45

Altura 0,32 0,30

49

Os processos de fabricação e montagem do secador alternativo de baixo custo

proposto apresentam-se descritos a seguir.

a) corte longitudinal do tambor em duas partes iguais;

b) ligação entre as duas partes utilizando parafusos;

c) abertura das duas extremidades dos tambores fixados para entrada e saída de

ar;

d) colocação de uma estrutura de fixação e sustentação dos tambores, utilizando

perfis de alumínio;

e) fixação de cantoneiras próximas das extremidades dos tambores para suporte

da estrutura que sustenta a tela onde os frutos ficarão depositados;

f) fabricação da armação onde ficará fixada a tela para colocação das frutas

utilizando madeira;

g) fixação da tela na armação utilizando pregos;

h) corte das estruturas de janelas e dos vidros nelas fixados nas dimensões do

secador;

i) fabricação da estrutura de sustentação do secador, utilizando sucata de perfis de

aço utilizados na fabricação de estantes metálicas, com inclinação correspondente a 15,5°;

j) colocação da tela nos suportes já fixados;

k) fixação das estruturas das janelas nos perfis de alumínio que envolviam o

secador;

l) colocação do secador na estrutura;

A Figura 3.2 mostra o desenho técnico referente ao projeto do secador proposto e a

Fig. 3.3, as etapas de construção do mesmo. Na Tab. 3.2 foi contabilizado o custo referente à

construção do protótipo.

50

Figura 3.2 Projeto do secador proposto.

Figura 3.3 Sistema de secagem proposto em construção.

Tabela 3.2 Custos de fabricação

Parte Origem Valor mercado (R$)

Tambor Sucata 55,00 und.

Estrutura metálica – base Sucata de estantes -------

Tampa de vidro Janelas velhas 60,00 /m²

Estrutura das tampas de vidro Janelas velhas -------

Tela de acomodação das frutas ------- 8,00 /m²

51

O sistema de secagem foi ensaiado para secagem direta de algumas frutas em regime

de convecção natural, sendo levantados dados de radiação solar global, umidade relativa do

ar, temperatura ambiente e massas inicial e final das amostras, localizadas próxima à entrada,

no meio e próxima à saída do secador, a cada hora.

Foram medidas também as massas, inicial e final, de cada carga de produto posto a

secar e o tempo de secagem de cada produto. Foram determinados os rendimentos do

processo de secagem para as amostras ensaiadas e para a carga total de cada produto. Serão

determinados os tempos de secagem para cada tipo de produto secado (COSTA, 2010).

Foram também avaliadas as temperaturas das superfícies externas do secador para o

diagnóstico do nível de perda térmica, uma vez que o secador construído não foi isolado

termicamente, priorizando-se a simplicidade de fabricação e o repasse tecnológico para

comunidades carentes. Tal iniciativa pode propiciar o uso do secador como forma de

aumentar o tempo de vida útil dos alimentos de grande perecibilidade e até de geração de

emprego e renda.

Os dados necessários para o estudo de eficiência térmica do secador foram coletados

de uma central meteorológica instalada no LMHES/UFRN.

3.2 ALIMENTOS ESCOLHIDOS

A massa total de alimento posto a secar foi definida priorizando alcançar a carga total

suportada pelo protótipo proposto, em termos de área ocupada, e os tempos de secagem

determinados de acordo coma a necessidade de cada fruta.

3.2.1 Abacaxi

Figura 3.4 Abacaxi

52

O abacaxi, Figura 3.4, de nome científico Ananas comosus, pertence à família das

bromélias e o fruto é, na verdade, uma frutescência: cada gominho é um fruto independente

que se juntou com os demais durante o processo de crescimento. Famoso em todo o mundo

pelo seu perfume delicioso, pelo seu sabor acre-doce e por seu grande valor nutritivo,

o abacaxi é uma fruta deliciosa, muito apreciada em todos os países tropicais. Sua polpa

saborosa é ligeiramente ácida, e muito refrescante. O abacaxi contém, principalmente,

potássio, além de magnésio e cálcio, como também as vitaminas A, B1 e C.

(http://www.informacaonutricional.blog.br/abacaxi-tabela-valor/)

A Tabela 3.3 apresenta as informações nutricionais do abacaxi.

Tabela 3.3 Informações nutricionais do abacaxi.

Fonte: Adaptada de Tabela Brasileira de Composição de Alimentos.

3.2.2 Banana

Figura 3.5 Banana

A Banana Pacovan, Figura 3.5 também conhecida por banana-chifre-de-boi, banana-

comprida ou banana-da-terra, é a maior das bananas conhecidas, chegando a pesar 500 g

cada fruta e a ter comprimento de 30 cm. É achatada num dos lados, tem casca amarelo-

escura, com grandes manchas pretas quando maduras, e polpa bem consistente, de textura

macia e compacta, sendo mais rica em amido do que açúcar, o que a torna ideal para cozinhar,

assar ou fritar. A banana é uma planta herbácea da família das Musáceas, originária da África,

rica em vitaminas A, C, fibras e potássio, e potencial redutora do stress.

(http://www.informacaonutricional.blog.br/banana-da-terra-tabela-valor)

A Tabela 3.4 apresenta as informações nutricionais da banana.

53

Tabela 3.4 Informações nutricionais da banana.


3.2.3 Mamão

Figura 3.6 Mamão

O mamão, Figura 3.6, é o fruto do mamoeiro, planta da família das Caricáceas, que

atinge, não raro, altura de mais de cinco metros, porém de caule fibroso e não lenhoso. Ele é

considerado umas das mais nutritivas frutas. Rico em vitaminas A, C e do complexo B, fonte

de sais minerais como cálcio, potássio e magnésio, ele possui também a papaína, uma enzima

especial que digere proteínas, auxilia na absorção de nutrientes e no bom funcionamento do

aparelho digestivo.

(http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/mamao/mamao.php)

A Tabela 3.5 apresenta as informações nutricionais do mamão.

Tabela 3.5 Informações nutricionais do mamão.


54

3.2.4 Manga

Figura 3.7 Manga

O pé de manga, ou mangueira como é conhecida, pertence à família das

Anacardiáceas e é cultivado em aproximadamente quinhentas variedades. Nativa da Índia,

trazida de Goa pelos colonizadores portugueses, a manga, Fig. 3.7, é altamente nutritiva, rica

em fibras, proteínas, sais minerais e vitaminas (A, B, C).

(http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/manga/manga-4.php)

A Tabela 3.6 apresenta as informações nutricionais da manga.

Tabela 3.6 Informações nutricionais da manga.


3.2.5 Pimentão

Figura 3.8 Pimentão

O termo pimentão refere-se a um grupo de cultivares da espécie Capsicum annuum.

Esta espécie de frutos pode ser encontrada em diferentes cores sendo as mais conhecidas

o pimentão verde, Fig. 3.8, o amarelo e o vermelho. Porém existem outras variedades bastante

55

exóticas, como o branco, roxo, azulado, preto e laranja. São pimentas, pouco pungentes,

também designadas de pimentas doces, nativas do México, América Central e do norte da

América do Sul. Devido à beleza de seus frutos, há quem os cultive como plantas

ornamentais. O pimentão é um alimento muito apreciado, sendo rico em vitaminas e sais

minerais.

(http://www.informacaonutricional.blog.br/pimentao-verde-cru-tabela-valor)

A Tabela 3.7 apresenta as informações nutricionais do pimentão.

Tabela 3.7 Informações nutricionais do pimentão.


3.3 AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO

Os parâmetros que definem ou caracterizam de forma mais adequada a eficiência

térmica de um secador solar são o rendimento térmico e potência.

Uma vez que ensaiado, com dados de rendimento térmico, nível de perda térmica

potência perdida, dentre outros parâmetros, será verificada a necessidade ou não de ser

adicionada uma camada termicamente isolante no protótipo construído.

3.3.1 Cálculo do rendimento térmico

A razão entre a potência entregue pelo sistema e a potência disponível ao mesmo

define, termodinamicamente, rendimento.

O rendimento térmico de um secador solar é expresso em função da potência útil, da

radiação solar, de sua área, da vazão, e do calor específico do fluido circulante, no caso, o ar.

Duffie e Beckman, em 1991, apresentaram a equação para o cálculo do rendimento de

um secador solar, para um determinado período de tempo:

Eq. (1)

56

Eq. (2)

Onde:

t = rendimento térmico (%)

Pu = potência entregue pelo sistema (W)

A = área do secador (m²)

I = radiação solar global (W/m²)

= vazão mássica (kg/s)

cp = calor específico do fluido (J/kg.°C)

ΔT = diferença de temperatura do fluido obtida no sistema (°C)

3.3.2 Eficiência do processo de secagem

A eficiência do processo de secagem pode ser avaliada através das umidades do ar no

processo de secagem ou das massas do produto a ser seco. A equação 3 apresenta os

parâmetros necessários a essas determinações. A massa de líquido é função do percentual de

umidade de cada produto in natura.

Eq. (3)

Onde:

p = rendimento do processo (%)

U = umidade do ar (%)

m = massa do produto (g)

3.3.3 Energia Incidente

A potência incidente ( pode ser calculada através da seguinte fórmula:

Eq. (4)

Onde:

: potência incidente (W)

: radiação solar global (W/m²)

57

: área de incidência (m²)

3.3.4 Energia absorvida

A energia absorvida ( pelo sistema pode ser encontrada com base no cálculo a

seguir.

Eq. (5)

Onde:

: energia absorvida (W)

: transmissividade do vidro da tampa do secador

: absortividade da placa

3.3.5 Potência Útil

Através da seguinte fórmula, pode ser determinada a potência útil ( ).

Eq. (6)

Onde:

: potência útil (W)

: vazão mássica (kg/s)

: calor específico do fluido (J/kg.°C)

∆T: diferença de temperatura entre entrada e saída do fluido (°C)

3.3.6 Potência Perdida

A potência perdida ( , ou dissipada pelo sistema, pode ser encontrada através do

seguinte cálculo:

Eq. (7)

Onde:

: energia absorvida (W)

: potência útil (W)

58

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS

Foram realizados testes com o sistema de secagem de exposição direta em convecção

natural para a secagem abacaxi, banana, mamão, manga e pimentão.

As frutas foram lavadas, descascadas, quando necessário, e cortadas homogeneamente.

Para cada ensaio são selecionadas três amostras de massas iguais para serem tomadas

como controle do processo. A amostra 1 é colocada próxima à entrada do secador, a amostra 2

no meio e a 3, próxima à saída do secador.

4.1 ABACAXI

O percentual de massa úmida do abacaxi corresponde a 86%, conforme foi verificado

na literatura. A massa total de abacaxi a secar foi de 3.126,0g. O ensaio durou 17 (dezessete)

horas que foram distribuídas em três dias da seguinte maneira: primeiro dia das 10h às 15h;

segundo dia das 09h às 15h; e o terceiro dia das 09h às 14h.

Nas Figuras 4.1, 4.2 e 4.3 são mostrados os resultados obtidos durante o processo de

secagem do abacaxi.

Figura 4.1 Resultados do primeiro dia de secagem de abacaxi

10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

M Am1(g) --- 52 45,8 40,6 35,4 32,4 30,4

M Am2(g) --- 52 45,1 40,1 35,3 32,1 30,3

M Am3(g) --- 52 46,6 41,6 36,6 33,4 30,9

0

10

20

30

40

50

60

Mas

sa (

g)

Desidratação de Abacaxi (dia 1)

59

Figura 4.2 Resultados do segundo dia de secagem de abacaxi

Figura 4.3 Resultados do terceiro dia de secagem de abacaxi

No que diz respeito ao rendimento do processo de secagem, que leva em consideração

as massas inicial e final da carga total do produto a secar, a equação abaixo apresenta o

cálculo relativo para a secagem do abacaxi, em relação à carga total ensaiada:

923,036,2688

8,6420,3126)(

água

finalinicial

m

mm

p

A eficiência do processo de secagem do abacaxi, em relação à carga total ensaiada,

correspondeu a 92%, o que representa uma eficiência do processo bastante significativa,

obtida no secador proposto.

As porcentagens em massa perdida por hora, em relação à massa média inicial das

amostras, podem ser averiguadas na Fig. 4.4.

09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

M Am1(g) 30,3 26,7 23,2 20,5 18,7 17,4 16

M Am2(g) 29,6 25,9 22,4 18,9 16,8 15,2 14

M Am3(g) 30 26,8 23 19,5 16,8 15 13

0

5

10

15

20

25

30

35

Mas

sa (

g)


09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00

M Am1(g) 16,4 14,4 13,3 12,8 12,3 11,9

M Am2(g) 14 12 10,9 10,3 9,8 9,6

M Am3(g) 13,7 11,9 11 10,5 9,9 10

02468

1012141618

Mas

sa (

g)


60

Figura 4.4 Porcentagem perdida em massa de água no abacaxi

A perda de massa para as três amostras foi superior a 75%, sendo a amostra 2 a que

mais sofreu redução de massa. Em relação à massa inicial, as amostras 1, 2 e 3 ficaram com

percentuais de 77,2%, 81,5% e 80,8%, respectivamente.

A massa de água final correspondeu a 10,0%, 5,2% e 6,1%, para as amostras 1, 2 e 3,

respectivamente, ficando bem abaixo do geralmente pretendido, que é em torno de 15 a 20%.

No que diz respeito à carga total de abacaxi, correspondente a 3.126,0g, a perda de

massa correspondeu a 79,4%, com massa de produto final de 642,8g e massa úmida residual

de 7,6%. A literatura de produtos desidratados aponta um percentual de massa úmida em

torno de 10 – 20%, no produto final desidratado.

A Figura 4.5 mostra o comportamento assumido pela temperatura ambiente, umidade

relativa do ar e radiação solar global, em valores médios, para cada dia de ensaio.

Figura 4.5 Comportamento climático durante ensaio do abacaxi

Na Figura 4.6 é mostrada a evolução do processo de secagem do abacaxi. A imagem A

mostra as amostras distribuídas no secador durante o primeiro dia de ensaio, a imagem B,

0,00 0,12

0,22 0,31 0,37 0,41 0,42 0,49 0,56 0,62 0,66 0,69 0,72 0,72 0,75 0,77 0,78 0,79 0,80

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Po

rce

nta

gem

Hora

Porcentagem perdida em massa


Dia 1 Dia 2 Dia 3

T Amb. (°C) 30,38 30,23 31,13

U(%) 62,67 63,43 62,17

Rad. Sol.(W/m2) 771,17 809,43 866,67

0

200

400

600

800

1000

Comportamento Climático

61

durante o segundo dia de ensaio e em C, ao final de todo o processo secagem e após o produto

ser acomodado em um recipiente de vidro.

Figura 4.6 Evolução do processo de secagem do abacaxi

4.2 BANANA

O percentual de massa úmida da banana, da variedade Pacovan, a qual foi utilizada no

ensaio, corresponde a 77%, conforme foi verificado na literatura. A massa total de banana a

secar foi de 2.020,5g. O ensaio durou 12 (doze) horas que foram distribuídas em dois dias da

seguinte maneira: das 09h às 15h no primeiro e no segundo dia.

Nas Figuras 4.7 e 4.8 são mostrados os resultados obtidos durante o processo de

secagem da banana.

Figura 4.7 Resultados do primeiro dia de secagem da banana

09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

M Am1(g) 26 24,2 21,9 19,7 17,6 16 15

M Am2(g) 26 24,8 22,6 20,5 18,5 16,8 15,8

M Am3(g) 26 26 24,3 21,8 19,7 17,9 16,7

0

5

10

15

20

25

30

Mas

sa (

g)

Desidratação de Banana (dia 1)

62

Figura 4.8 Resultados do segundo dia de secagem da banana



cálculo relativo para a secagem da banana, em relação à carga total ensaiada:

844,0785,1555

5,7075,2020)(

água

finalinicial

m

mm

p

A eficiência do processo de secagem da banana, em relação à carga total ensaiada,

correspondeu a 84%, o que representa uma eficiência satisfatória.



Figura 4.9 Porcentagem perdida em massa de água na banana

09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

M Am1(g) 15 13,2 11,1 11 10,7 10,2 10

M Am2(g) 16 14,1 12,7 11,8 11,1 10,8 10,4

M Am3(g) 17 14,9 13,4 12,4 11,8 11,3 11,2

02468

1012141618

Mas

sa (

g)

Desiddratação de Banana (dia 2)

0,00 0,04

0,12

0,21

0,28 0,35

0,39 0,38

0,46 0,52 0,55 0,57 0,59 0,59

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

Po

rce

nta

gem

Hora



63


mais sofreu redução de massa. Em relação à massa inicial, as amostras 1, 2 e 3 ficaram com

percentuais de 61,5%, 60% e 57%, respectivamente.

A massa de água final correspondeu a 20%, 22% e 26%, para as amostras 1, 2 e 3,

respectivamente, ficando próximo ao geralmente pretendido, que é de até 20%.

No que diz respeito à carga total de banana, correspondente a 2.020,5,0g, a perda de

massa correspondeu a 64,3%, com massa de produto final de 707,5g, com massa úmida

residual de 15%. A literatura de produtos desidratados aponta um percentual de massa úmida

em torno de 10 a 20%, no produto final desidratado.



Figura 4.10 Comportamento climático durante ensaio da banana

Na Figura 4.11 é mostrada a evolução do processo de secagem da banana. A imagem

A mostra as amostras antes de ir ao sol para secar, a imagem B, após o final do segundo dia

de ensaio e em C, ao final de todo o processo secagem, após o produto ser cortado em

pedaços menores e acomodado em um recipiente de vidro.

Figura 4.11 Evolução do processo de secagem da banana

Dia 1 Dia 2

T Amb. (°C) 29,67 29,4

U(%) 66,14 67,71

Rad. Sol.(W/m2) 824 795,86

0100200300400500600700800900


64

4.3 MAMÃO

O percentual de massa úmida do mamão, da variedade Formosa, a qual foi utilizada no

ensaio, corresponde a 87%, conforme foi verificado na literatura. A massa total de mamão a

secar foi de 3.274,2g. O ensaio durou 15 (quinze) horas que foram distribuídas em três dias da

seguinte maneira: primeiro dia das 10h às 15h; segundo dia das 09h às 15h; e o terceiro dia

das 09h às 13h.

Nas Figuras 4.12, 4.13 e 4.14 são mostrados os resultados obtidos durante o processo

de secagem do mamão.

Figura 4.12 Resultados do primeiro dia de secagem do mamão

Figura 4.13 Resultados do segundo dia de secagem do mamão

10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

M Am1(g) --- 36 31,4 28,1 25,5 23 21,7

M Am2(g) --- 36 32,5 29,4 26,3 24 22,1

M Am3(g) --- 36 32,9 29,9 27,1 25 23,4

05

10152025303540

Mas

sa (

g)

Desidratação de Mamão (dia 1)

09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

M Am1(g) 20,5 18,8 15,9 13,8 12 10 9,7

M Am2(g) 22 19,5 16,7 14,7 13 11 10,2

M Am3(g) 23,2 20,9 17,4 16,6 15 13 12,2

0

5

10

15

20

25

Mas

sa (

g)


65

Figura 4.14 Resultados do terceiro dia de secagem do mamão



cálculo relativo para a secagem do mamão, em relação à carga total ensaiada:

943,0554,2848

5,5862,3274)(

água

finalinicial

m

mm

p

A eficiência do processo de secagem do mamão, em relação à carga total ensaiada,


obtida no secador proposto.



Figura 4.15 Porcentagem perdida em massa de água no mamão

09:00 10:00 11:00 12:00 13:00

M Am1(g) 9,3 8 7,1 6,4 6

M Am2(g) 10,3 8 7,3 6,4 6

M Am3(g) 12 10 9 7,6 6,6

0

2

4

6

8

10

12

14

Mas

sa (

g)


0,00 0,10

0,19 0,27

0,33 0,38 0,39 0,45

0,54 0,58 0,63 0,69 0,70 0,71 0,76 0,78 0,81 0,83

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Po

rce

nta

gem

Hora



66

A perda de massa para as três amostras foi superior a 80%, sendo que as amostras 1 e

2 sofreram maior redução de massa. Em relação à massa inicial, as amostras 1, 2 e 3 ficaram

com percentuais de 83,3%, 83,3% e 81,5%, respectivamente.


respectivamente, ficando bem abaixo do geralmente pretendido, que é em torno de 15 a 20%.

No que diz respeito à carga total de mamão, correspondente a 3.274,2g, a perda de


de 5,6%. A literatura de produtos desidratados aponta um percentual de massa úmida de até

20%, no produto final desidratado.



Figura 4.16 Comportamento climático durante ensaio do mamão

Na Figura 4.17 é mostrada a evolução do processo de secagem do mamão. A imagem

A mostra as amostras distribuídas no secador durante o primeiro dia de ensaio, a imagem B,

durante o segundo dia de ensaio e em C, ao final de todo o processo secagem e após o produto

ser acomodado em um recipiente de vidro.

Figura 4.17 Evolução do processo de secagem do mamão

Dia 1 Dia 2 Dia 3

T Amb. (°C) 30,4 31,03 30,2

U(%) 65,17 64 68,4

Rad. Sol.(W/m2) 816,17 817,28 903,8

0100200300400500600700800900

1000


67

4.4 MANGA

O percentual de massa úmida da manga, da variedade Tommy, a qual foi utilizada no

ensaio, corresponde a 85%, conforme foi verificado na literatura. A massa total de manga a

secar foi de 2.547,0g. O ensaio durou 18 (dezoito) horas que foram distribuídas em três dias

da seguinte maneira: das 09h às 15h no primeiro, no segundo e no terceiro dia.

Nas Figuras 4.18, 4.19 e 4.20 são mostrados os resultados obtidos durante o processo

de secagem da manga.

Figura 4.18 Resultados do primeiro dia de secagem da manga

Figura 4.19 Resultados do segundo dia de secagem da manga

09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

M Am1(g) 32 28 27 25 22 21 20

M Am2(g) 30 28 25 23 21 20 18

M Am3(g) 27 24 22 20 18 16 15

0

5

10

15

20

25

30

35

Mas

as (

g)

Desidratação de Manga (dia 1)

09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

M Am1(g) 19,3 17 15,5 13,8 13 12,3 11,6

M Am2(g) 17,9 16 14,6 12,7 12 11,2 10,5

M Am3(g) 15 13 11,7 9,5 9 8,6 8,3

0

5

10

15

20

25

Mas

sa (

g)


68

Figura 4.20 Resultados do terceiro dia de secagem da manga



cálculo relativo para a secagem da manga, em relação à carga total ensaiada:

885,042,2190

5,6080,2547)(

água

finalinicial

m

mm

p

A eficiência do processo de secagem da manga, em relação à carga total ensaiada,

correspondeu a 88%, o que representa uma eficiência satisfatória do processo, obtida no

secador proposto.



Figura 4.21 Porcentagem perdida em massa de água na manga

09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

M Am1(g) 12 10,3 9,7 9 8,9 8,9 8,8

M Am2(g) 11 9,5 8,9 8,4 8,1 8 7,8

M Am3(g) 8 7 6,6 6,1 5,9 5,9 5,8

0

2

4

6

8

10

12

14

Mas

sa (

g)


0,00 0,11

0,18 0,24

0,32 0,37 0,41 0,42 0,49 0,54

0,60 0,62 0,64 0,66 0,66 0,70 0,72 0,74 0,75 0,75 0,75

0

0,2

0,4

0,6

0,8

Po

rce

nta

gem

Hora



69


sofreu maior redução de massa. Em relação à massa inicial, as amostras 1, 2 e 3 ficaram com

percentuais de 72,5%, 74,0% e 78,5%, respectivamente.


respectivamente, ficando abaixo do geralmente pretendido, que é em torno de 15 a 20%.

No que diz respeito à carga total de manga, correspondente a 2.547,0g, a perda de


de 10%. A literatura de produtos desidratados aponta um percentual de massa úmida em torno

de 10% a 20%, no produto final desidratado.



Figura 4.22 Comportamento climático durante ensaio da manga

Na Figura 4.23 é mostrada a evolução do processo de secagem da manga. A imagem

A mostra as amostras antes de ir ao sol para secar, a imagem B, após o final do segundo dia

de ensaio e em C, ao final de todo o processo secagem, após o produto ser cortado em fatias e

acomodado em um recipiente de vidro.

Figura 4.23 Evolução do processo de secagem da manga

Dia 1 Dia 2 Dia 3

T Amb. (°C) 28,88 29,11 29,3

U(%) 72,57 67,86 68,57

Rad. Sol.(W/m2) 747,43 771,71 768,14

0100200300400500600700800900


70

4.5 PIMENTÃO

O percentual de massa úmida do pimentão verde corresponde a 93%, conforme foi

verificado na literatura. A massa total de pimentão a secar foi de 1.368,0g. O ensaio durou 10

(dez) horas que foram distribuídas em dois dias da seguinte maneira: das 09h às 15h no

primeiro dia e das 09h às 13h no segundo.

Nas Figuras 4.24 e 4.25 são mostrados os resultados obtidos durante o processo de

secagem do pimentão.

Figura 4.24 Resultados do primeiro dia de secagem do pimentão verde

Figura 4.25 Resultados do segundo dia de secagem do pimentão verde

09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

M Am1(g) 5 4 3 2 1,7 1 0,8

M Am2(g) 5 4 4 3 2 1,6 1

M Am3(g) 5 4 3 2 1,4 1 0,7

0

1

2

3

4

5

6

Mas

sa (

g)

Desidratação de Pimentão (dia 1)

09:00 10:00 11:00 12:00 13:00

M Am1(g) 0,9 0,6 0,4 0,3 0,3

M Am2(g) 1,1 0,7 0,4 0,3 0,3

M Am3(g) 0,8 0,6 0,4 0,4 0,3

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Mas

sa (

g)

Desidratação de Pimentão (dia 2)

71



cálculo relativo para a secagem do pimentão, em relação à carga total ensaiada:

963,024,1272

1,1420,1368)(

água

finalinicial

m

mm

p

A eficiência do processo de secagem do pimentão, em relação à carga total ensaiada,


obtida no secador proposto. Isso é explicado também pelo baixo tempo de secagem necessário

para a obtenção do pimentão seco.



Figura 4.26 Porcentagem perdida em massa de água no pimentão

A perda de massa para as três amostras foi superior a 90%, ocorrendo uma redução de

massa uniforme entre as três amostras. Em relação à massa inicial, todas as amostras ficaram

com percentuais de 94%.

No que diz respeito à carga total de pimentão, correspondente a 1.368,0g, a perda de


de 3,6%. A literatura de produtos desidratados aponta um percentual de massa úmida de até

20%, no produto final desidratado.



0,00

0,20

0,33

0,53

0,66 0,76

0,83 0,81 0,87

0,92 0,93 0,94

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00

Po

rce

nta

gem

Hora



72

Figura 4.27 Comportamento climático durante ensaio do pimentão

Na Figura 4.28 é mostrada a evolução do processo de secagem do pimentão. Na

imagem A, mostrando o início do primeiro dia, verifica-se a grande área ocupada pelas fatias

de pimentão, enquanto que na B, é possível notar a grande redução das amostras, em função

da retirada de água. Ainda na imagem B é mostrado o pimentão seco, processado

(transformado em farinha) e acomodado em um recipiente de vidro.

Figura 4.28 Evolução do processo de secagem do pimentão

A Tabela 4.1 mostra de forma direta um resumo dos resultados gerais obtidos durante

todos os processos de secagem realizados.

Tabela 4.1. Resultados gerais do processo de secagem.

Produto Uinicial

(%)

Minicial

(g)

M final

(g)

Mperdida

(g)

Múmidai

(g)

Múmid

af (g) MUf/MUi

Mseca

final (g)

Tempo de

secagem

(h)

Abacaxi 86 3.126,0 642,8 2.483,2 2.688,4 205,2 0,076 437,6 17

Banana 77 2.020,5 707,5 1.313,0 1.555,6 242,8 0,15 464,9 12

Mamão 87 3.274,2 586,5 2.687,7 2.848,6 160,9 0,056 425,6 15

Manga 85 2.547,0 608,5 1.938,5 2.164,9 226,5 0,10 382,1 18

Pimentão 93 1.368,0 142,1 1.225,9 1272,2 46,3 0,036 95,8 10

Dia 1 Dia 2

T Amb. (°C) 30,36 31,38

U(%) 70,28 66

Rad. Sol.(W/m2) 574,14 793,2

0100200300400500600700800900


73

4.6 CÁLCULO DE RENDIMENTO

O cálculo do rendimento térmico do sistema foi aferido a partir da seguinte fórmula,

obtida através das expressões I e II, anteriormente mostradas:

T

t cte.

Onde cte é uma constante determinada por:

pcm

cte.

Para a determinação da eficiência térmica do secador solar proposto mediu-se a

velocidade do na saída do secador, e através desse parâmetro calculou-se a vazão de ar

circulante. Confeccionou-se um túnel para uma medida mais precisa da velocidade e para esta

medida utilizou-se um Medidor de Stress Térmico com função de Anemômetro, Fig. 4.29,

com faixa de leitura de 0 - 20m/s, resolução de 0,1m/s e precisão de ±4,0%.

Figura 4.29 Medidor de Stress Térmico com função de Anemômetro

Apesar do bom desempenho do secador proposto, o rendimento térmico médio para

cada ensaio foi relativamente baixo como pode ser visto na Fig. 4.30.

Figura 4.30 Rendimento térmico médio do processo

Abacaxi Banana Mamão Manga Pimentão

ηt (%) 9,65 11,77 3,83 5,52 9,52

0

2

4

6

8

10

12

14

ηt

(%)

Remdimento térmico médio

74

A eficiência do processo de secagem para cada variedade de fruta ensaiada, em relação

à massa da amostra 2, situada no meio do secador, pode ser verificada no gráfico da Fig. 4.31.

Este parâmetro foi aferido para cada 5 horas de ensaio, com o intuito de verificar o

desempenho do sistema proposto ao longo do processo de secagem, e comparar cada ensaio

entre si para verificar para qual fruta, levando em consideração suas características, o

protótipo apresenta melhor desempenho.

Figura 4.31 Rendimento médio do processo para cada 5 horas

O rendimento total do processo é mostrado na Fig. 4.32.

Figura 4.32 Rendimento total do processo


5 horas 48,5 46 44,4 39,2 73,1

10 horas 78,7 70,9 73,4 67,8 98,9

15 horas 91,9 91,6 82,7

0

20

40

60

80

100

120

η (

%)

Rendimento do processo


92,3 79,6 94,3 88,5 96,3

0

20

40

60

80

100

120

η (

%)

Rendimento total do processo

75

Para 5 horas de processo de secagem, o produto para o qual o secador proposto

apresentou melhor eficiência, ou seja, retirou uma porcentagem maior de massa úmida em um

determinado intervalo de tempo, foi aquele com maior percentual de massa úmida inicial, no

caso o pimentão, e a eficiência mais baixa, ou seja, retirou uma porcentagem menor de massa

úmida em um determinado período, foi apresentada durante a secagem da manga.

Para 10 horas de processo de secagem, permaneceu a relação mostrada anteriormente,

o secador mostrou-se mais eficiente durante a desidratação do pimentão e menos eficiente

durante a secagem da manga.

Para 15 horas completas de secagem, o processo mostrou-se mais eficiente para o

mamão e menos, para a manga, a desidratação da banana e do pimentão já havia sido

concluída.

A carga máxima testada no protótipo proposto correspondeu à 3.274,2g de produto

natural, que gerou 586,5g de produto seco. A carga máxima obtida de produto seco foi de

707,5g de banana.

4.7 PERDA DE TEMPERATURA NO SISTEMA

As temperaturas internas do secador, durante os ensaios, foram medidas utilizando um

termômetro digital, Fig. 4.33 (A), com termopares tipo K instalados em três pontos distintos

(entrada, meio e saída). Utilizando um pirômetro óptico, Fig. 4.33 (B), foi aferida a

temperatura externa em diversos pontos do sistema para analisar a perda de temperatura no

protótipo.

Figura 4.33 Termômetro digital (A) e pirômetro óptico (B)

Na Figura 4.34 são mostradas as temperaturas médias internas obtidas durante os

ensaios, em °C.

76

Figura 4.34 Temperaturas médias internas.

Na Figura 4.35 são mostradas as temperaturas médias, em °C, superior (A) e no

inferior (B).

Figura 4.35 Temperaturas médias externas.

Tendo em mãos os dados referente a radiação solar incidente no secador proposto, foi

calculada a potência incidente através da seguinte fórmula:

77

A energia absorvida pelo sistema foi aferida com base no cálculo a seguir.

A potência útil foi calculada através da seguinte expressão:

A potência dissipada, ou perdida pelo sistema, foi encontrada através do seguinte

cálculo:

Um gráfico foi construído a partir dos dados obtidos para as potências envolvidas no

processo de secagem.

Figura 4.36 Porcentagens de energias no sistema.

Como pode ser observado no gráfico da Fig. 4.36, a potência, de fato, utilizada durante

o processo de secagem ficou muito aquém das expectativas, apesar de o processo como um

todo ter se desenrolado satisfatoriamente. Levando em consideração a potência incidente no

100

59,5 50,96

8,54

0

20

40

60

80

100

120

PotênciaIncidente

Energia Absorvida Potência Perdida Potência Útil

Ene

rgia

s n

o s

iste

ma

(%)

78

secador como sendo 100%, a potência útil não chegou a alcançar um décimo da incidente, o

que se justifica em função da baixa vazão mássica obtida, inerente dos processos de

termossifão.

79

5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES

De acordo com os objetivos definidos, apresentam-se as conclusões e sugestões para

os próximos experimentos a serem desenvolvidos utilizando-se o secador solar proposto.

5.1 CONCLUSÕES

a) o secador proposto mostrou-se viável para produzir a secagem de todos os

produtos alimentícios experimentados;

b) o baixo custo do processo de secagem, a partir do secador proposto, torna a

técnica de desidratação de alimentos mais atrativa a população;

c) o processo de secagem por exposição direta mostrou-se eficiente, podendo

produzir perda de massa compatível com o que aponta a literatura especializada em

desidratação de alimentos;

d) o custo de fabricação do protótipo proposto é ínfimo, proporcionando uma

relação custo/benefício competitiva com os secadores convencionais disponíveis;

e) os processos de fabricação e montagem do secador proposto são simples,

podendo ser facilmente repassados tecnologicamente;

f) o secador proposto é viável para utilização em zona rural e urbana, para

combate aos desperdícios e perecibilidade;

g) o secador proposto pode ser uma alternativa para a geração de emprego e renda

para comunidades carentes;

h) os tempos de secagem obtidos para os produtos testados foram competitivos

com os apontados pela literatura solar para desidratação de alimentos;

i) o processo de trituração através de liquidificador residencial para

transformação dos produtos secos em farinhas, como foi realizado com o pimentão, é simples

e econômico;

5.2 SUGESTÕES

a) demonstrar a capacidade de secagem de outros gêneros alimentícios, tipo

peixes, camarão, carnes e outros, e avaliar a eficiência do secador solar proposto;

80

b) acrescentar ao sistema uma camada de isolamento térmico para reduzir as

trocas de calor com o ambiente, aumentando assim seu rendimentos térmico, uma vez que o

sistema mostrou um rendimento de processo bom, mas que pode ser maximizado se elevado o

térmico;

c) instalar no protótipo um sistema de exaustão para avaliação do aparelho em

regime de convecção forçada;

d) realizar uma análise nutricional dos produtos secos e das farinhas produzidas;

81

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