Modelagem da cinética de secagem da mandioca (Manihot esculenta Crantz) em leito fluidizado

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Alimentos

Autores

Oliveira Goes, R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL) ; Gleyson Pantoja Campos, E. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAPÁ) ; Jose Paixão Neto, M. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAPÁ) ; dos Santos Rocha, C. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAPÁ) ; Victor Lemos Smith, P. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAPÁ) ; Suany Ramos Inajosa, P. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAPÁ) ; Miranda do Nascimento, J. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAPÁ) ; Danilo de Almeida Costa, M. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAPÁ)

Resumo

A mandioca é uma das principais fontes alimentares do tropico úmido. A secagem é a operação unitária utilizada para remoção de umidade prologando o tempo utilização de alimentos. O processo de secagem em leito fluidizado fornecer altas taxas de transferência de massa e calor gerando maior eficiência na remoção de umidade. O presente trabalho tem como objetivo utilizar os modelos Henderson e Pabis modificado, Logarítmico, dois termos, Midilli e Page para descrever a cinética de secagem da mandioca em leito fluidizado e comparar a velocidade media de secagem em relação à estufa. A qual o modelo dois termos apresentou os melhores ajustes para a curva experimental.

Palavras chaves

MODELAGEM; CINÉTICA DE SECAGEM; MANDIOCA

Introdução

A mandioca (Manihot esculenta Crantz) é uma das fundamentais fontes alimentares do trópico úmido. Suas raízes são largamente utilizadas na indústria de farinha e fécula e para consumo “in natura” sob a forma de raiz fresca. Seu valor como alimento pode ser medida pelo alto consumo chega a 50,6kg/hab ano (Cardoso et al,1999), desta forma método para sua conservação e armazenamento são essências. A secagem é o processo de remoção de umidade para preservação de alimentos, devido a diminuição da atividade biológica. O processo de secagem em leito fluidizado é estabelecido em um fluido aquecido que escoa sobre o material granulado (Mccabe et al., 1993), adquirindo velocidade para suspender sem arrasta-las ,fornecendo altas taxas de transferências de massa e calor. O estudo das curvas de cinética de secagem fornece informações a respeito do comportamento para remoção de umidade, e a descrição matemática do fenômeno auxilia no estudo do processo e também em projetos de secadores (Albani et al.,2015). Objetivou-se neste trabalho ajustar modelos matemáticos aos dados experimentais da cinética de secagem da mandioca (Manihot esculenta Crantz) na temperatura de 90ºC em leito fluidizado.

Material e métodos

A mandioca utilizada na secagem é originária da região norte da Amazônia e foi selecionada em uma feira comercial no estado do Amapá. A secagem foi feita a 90ºC em estufa e leito fluidizado para comparar a velocidade de remoção de agua conforme a Equação 1 (FIGURA 1A). A mandioca foi ralada e peneirada para atingir a granulometria de 400 micrômetros, a velocidade do ar no leito foi de 2,5 m/s. Com a curva da cinética de secagem feita no leito fluidizado, podemos utilizar modelos matemáticos da literatura para representar. Os modelos escolhidos na literatura para representação dos dados de cinética de secagem foram o Henderson e Pabis modificado, Logarítmico, dois termos, Midilli e Page (Alvez, 2014; Mohapatra e Rao, 2005; Brooker et al.,1992). Para modelagem dos dados obtidos foi utilizado o software Scidavis, no qual foram inseridos os dados e testados os modelos, verificando-se quais melhor se ajustavam baseado nos parâmetros estatísticos R2, chi-quadrado (χ2), desvio médio padrão (se) e erro médio relativo (P).

Resultado e discussão

As amostras para secagem tinham 83,9 % (base úmida) e foram reduzidas a 35% (base úmida), próximo dos resultados de Ramos et al. (2000) que encontraram em seu trabalho, 82,77% (base úmida) de umidade no bagaço da mandioca. A secagem durou aproximadamente 13 horas na estufa e 3 horas no leito fluidizado para alcançarem o equilíbrio, isso mostra que precisamos de um tempo menor para secagem no leito comparado com a estufa. A TABELA 1A mostra a velocidade media da perda de água, a velocidade no leito fluidizado é superior, isso é devido ao fluxo de ar que gera uma transferência de massa e calor convectiva forçada, aumentando a remoção de água. (Gonçalves, 2011). Após regressão não linear dos dados experimentais obtidos no Scidavis, obtivemos os parâmetros estatísticos para análise dos ajustes dos modelos. Os quais estão representados na TABELA 1B com seus perspectivos R2, chi-quadrado (χ2),desvio médio padrão (se) e erro médio relativo parâmetros estatísticos utilizados para analisar os modelos. Quanto menor o chi-quadrado, erro médio relativo e desvio médio padrão, melhor é o ajuste do modelo sobre a curva. A FIGURA 1B mostra os modelos sobre a curva experimental da secagem feito no leito fluidizado. Assim, analisando os valores obtidos para os critérios estatísticos, verificamos que o modelo Dois Termos apresenta os melhores ajustes, possuindo os menores erros médios relativos, χ2 ,SE e maior R2. O modelo de Page apresenta os piores resultados, inferiores aos resultados para Page encontrado no trabalho de Castiglioni et al. nas faixas de 57ºC a 67ºC para mandioca . Para Mohapatra e Rao (2005), modelos com erro médio relativo inferiores a 10% consegue descrever o fenômeno de secagem, sendo assim todos os modelos testados podem representar a secagem da mandioca a 90ºC.

A-Velocidade média da perda de água após secagem . B-Os modelos ajustados à curva experimental em leito fluidizado.


A-Velocidade média de secagem. B-Parâmetros estatísticos dos modelos.

Conclusões

O modelo Dois Termos de regressão conseguiu descrever o fenômeno do comportamento da cinética de secagem da mandioca com melhor desempenho em relação aos demais modelos. O modelo Page teve o menor R2 para representação das cinéticas de secagem e maior erro médio relativo. A velocidade de secagem é maior no leito, isso ocorre devido ao fluxo de ar que gera uma transferência de massa e calor convectiva forçada, aumentando a remoção de água.

Agradecimentos

Referências

Albini, G.; Perazzini, H.; Freire,F.B.; Freire , J.T. Secagem de grãos de cevada em camada fina: cinética de secagem .Anais do XXXVI Congresso Brasileiro de Sistemas Particulados (ENEMP).2015.

Alvez, S. B. Estudo Teórico E Experimental Do Processo De Secagem Do Abacate (Persea Americana Mill.). Tese De Doutorado. Apresentada No Programa De Engenharia Mecânica ,, João Pessoa, 2014.

Brooker, D. B.; Bakker-Arkema, F.W.; Hall, C.W. Drying and storage of grains and oilseeds.Westport: The AVI Publishing Company, 450 p. ,(1992).

Cardoso, E.M.R.; Hühn, S.; Nascimento Junior, J.D.B. processo industrial para beneficiamento da macaxeira, Novos cadernos , NAEA vol. 2, nº 2 ,1999.

Castiglioni G. L., Silva F. A., Caliari M., Júnior M. S. S., Modelagem matemática do processo de secagem da massa fibrosa de mandioca, 2013.

Mccabe, W.L.; Smith, J.C.; Harriot T, P. Unit operations of chemical engineering. 5th ed. New York: McGraw-Hill, 1993.

Mohapatra, D.; Rao, P. S. A thin layer drying modelo fparboiled wheat. Journal of Food Engineering, v. 66, n. 4,p. 513-518, 2005.