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Universidade de Brasília - UnB
Faculdade UnB Gama - FGA
Engenharia de Energia
DESENVOLVIMENTO DE UM SECADOR
ROTATIVO PARA GRÃOS DE SORGO
Autora: Lívia de Sá Araújo
Orientador: Prof. Dr. Felix Martin Carbajal Gamarra
Coorientador: Prof. Dr. Marcelo Bento da Silva
Brasília, DF
2017
Lívia de Sá Araújo
DESENVOLVIMENTO DE UM SECADOR ROTATIVO
PARA GRÃOS DE SORGO
Monografia submetida ao curso de graduação
em Engenharia de Energia da Universidade
de Brasília, como requisito parcial para ob-
tenção do Título de Bacharel em Engenharia
de Energia .
Universidade de Brasília - UnB
Faculdade UnB Gama - FGA
Orientador: Prof. Dr. Felix Martin Carbajal Gamarra
Coorientador: Prof. Dr. Marcelo Bento da Silva
Brasília, DF
2017
Lívia de Sá Araújo
DESENVOLVIMENTO DE UM SECADOR ROTATIVO PARA GRÃOS DE
SORGO/ Lívia de Sá Araújo. – Brasília, DF, 2017-
84 p. : il. (algumas color.) ; 30 cm.
Orientador: Prof. Dr. Felix Martin Carbajal Gamarra
Coorientador: Prof. Dr. Marcelo Bento da Silva
Trabalho de Conclusão de Curso – Universidade de Brasília - UnB
Faculdade UnB Gama - FGA , 2017.
1. Secador rotativo. 2. Sorgo. I. Prof. Dr. Felix Martin Carbajal Gamarra . II.
Universidade de Brasília. III. Faculdade UnB Gama. IV. DESENVOLVIMENTO
DE UM SECADOR ROTATIVO PARA GRÃOS DE SORGO
CDU 02:141:005.6
Lívia de Sá Araújo
DESENVOLVIMENTO DE UM SECADOR ROTATIVO
PARA GRÃOS DE SORGO
Monografia submetida ao curso de graduação
em Engenharia de Energia da Universidade
de Brasília, como requisito parcial para ob-
tenção do Título de Bacharel em Engenharia
de Energia .
Trabalho aprovado. Brasília, DF, 06 de julho de 2017:
Prof. Dr. Felix Martin Carbajal
Gamarra
Orientador
Prof. Dr. Marcelo Bento da Silva
Coorientador
Prof. (Dr.): Rodrigo Andres Miranda
Cerda, UnB/ FGA
Convidado 1
Prof.a (Dra.): Sandra Maria da Luz,
UnB/ FGA
Convidado 2
Brasília, DF
2017
Esse trabalho é dedicado à minha família e meus amigos
que me acompanharam e me apoiaram em cada passo
dessa longa jornada.
Agradecimentos
Agradeço à toda minha família, em especial aos meus pais, Adailton e Maria de
Jesus, e minhas irmãs, Amanda Juliette, Jasmine Araújo e Hayla Cristina, pelo amor
incondicional e suporte durante toda a minha vida.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Felix Carbajal Martin Gamarra e meu coorientador
Prof. Dr. Marcelo Bento da Silva, por todo o incentivo e suporte acadêmico durante o
desenvolvimento desse trabalho.
Ao meu namorado, Joacy Teixeira Santana, e aos meus amigos, em especial, Lara
Beatriz, Stephanie Correia Costa, Taís Goulart, João Vitor Correia, Caio Rodrigo, Bruno
Marques Ivo, Yan Watanabe e Ana Paula Castro, por todo apoio emocional e acadêmico
durante todos esses anos de graduação.
À todas as empresas que doaram produtos para a construção da estrutura, em
especial a EMBRAPA - Milho e sorgo, pela doação dos grãos para os testes.
Ao meu professor e amigo Luiz Carlos Correia de Jesus, por ter me incentivado,
desde a adolescência, a descobrir a ciência e às engenharias.
À todos os professores, servidores e alunos que cruzaram meu caminho, durante
toda a minha jornada, e me ensinaram lições que eu levarei para à vida.
Resumo
A secagem é uma das etapas do pré-processamento dos produtos agrícolas que tem por
finalidade retirar o excesso de água contido no produto através de evaporação. Por meio
desse controle de umidade, a secagem é utilizada para maximizar a conservação de ali-
mentos. O grão de sorgo é a base alimentar de mais de 500 milhões de pessoas em mais
de 30 países. No Brasil, essa cultura tem apresentado grande expansão, principalmente
em plantios de sucessão a culturas de verão, com destaque para o Estados de Goiás, Mato
Grosso, Mato Grosso do Sul e região do Triângulo Mineiro, onde se concentram aproxima-
damente 85% do sorgo granífero (Sorghum bicolor (L.) Moench)) plantado no país. Com
tamanha importância comercial, verifica-se a necessidade de aprimoramento nas técnicas
de produção, colheita e secagem, de forma a garantir a qualidade do produto. Para mini-
mizar os danos durante o armazenamento e assegurar lotes de sementes com alto padrão
de qualidade, cuidados, principalmente relacionadas à secagem, devem ser tomados. Para
a realização da secagem de grãos, tem-se no mercado uma diversidade de equipamentos
disponíveis. Apesar disso, devido a necessidade de intervalos de temperatura e umidade
relativa específicos para uma boa secagem do grão de sorgo, o desenvolvimento de um
secador que melhor cumpra esse papel torna-se necessário. Com base nisso, este trabalho
apresenta o dimensionamento e construção de um equipamento de secagem do modelo
rotativo para o estudo da secagem de grãos de sorgo. Para a validação do funcionamento
do equipamento, foram realizados testes em diferentes condições de operação que atestam
o funcionamento do aparelho, bem como estudam a influência da temperatura do ar de
secagem e da rotação do tambor na velocidade de secagem dos grãos.
Palavras-chaves: Construção. Dimensionamento. Secador rotativo. Secagem.
Abstract
Drying is one of the steps in agricultural products pre-processing, the purpose of it is to
remove excessive water contained in the grain by evaporation. By means of this humidity
control, drying is used to maximize food preservation. Sorghum grain is the basic alimen-
tation source for more than 500 million people in more than 30 countries. In Brazil, this
culture has shown great expansion, mainly in plantations after the summer cultures, es-
pecially in the states of Goiás, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul and Triângulo Mineiro
region, where 85% of the Sorghum bicolor (L.) Moench planted in the country are lo-
cated. With such commercial importance, there is a need to improve the techniques of
production, harvesting and drying, in order to guarantee the quality of the product. When
dealing with procedures such as drying, some care should be taken to minimize the dam-
ages during storage and ensure seed lots with high quality. For the accomplishment of
the drying of the grains, there are a diversity of available equipments at the market.
Nevertheless, due to the need for specific temperature and relative humidity ranges, for
a good drying of the Sorghum grain, the development of a dryer that fits best this need
becomes necessary. Based on this, this work presents the design and construction of a
drying equipment of the rotary model for the study of sorghum grain production. The
validation of the equipment’s operation was made by performing tests which were carried
out in different operation conditions. Thus, the operation of the apparatus was attested,
as well as the influence of drying air temperature and drum rotation on the drying speed
of the grains.
Key-words: Construction. Dimensioning. Drying. Rotary Dryer. Sorghum.
Lista de ilustrações
Figura 1 – Carta psicométrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figura 2 – Representação da movimentação da água durante a secagem. . . . . . . 20
Figura 3 – Representação da movimentação da água de um produto no período de
razão constante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Figura 4 – Representação da movimentação da água durante o primeiro período
de razão decrescente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Figura 5 – Movimentação da água durante o segundo período de razão decrescente. 22
Figura 6 – Representação da movimentação da água durante o terceiro período de
razão decrescente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figura 7 – Histerese das isotermas de sorção. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Figura 8 – Isotermas de adsorção e desorção dos grãos de sorgo à 90F e comparação
com isotermas obtidas por Fenton (1941) e Haynes (1961). . . . . . . . 24
Figura 9 – Retenção de umidade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figura 10 – Curvas teóricas de secagem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Figura 11 – Potenciais mecanismos de transferência de calor durantea secagem. . . 33
Figura 12 – Secagem por condução. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Figura 13 – Secagem por convecção. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Figura 14 – Secagem por radiação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Figura 15 – Classificação dos secadores segundo o método de operação. . . . . . . . 37
Figura 16 – Classificação dos secadores segundo a forma física. . . . . . . . . . . . . 38
Figura 17 – Planta de Sorgo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Figura 18 – Grãos de Sorgo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Figura 19 – Produção de sorgo nos maiores produtores mundiais entre 2013 e 2017. 41
Figura 20 – Estados Produtores de Sorgo no ano de 2001. . . . . . . . . . . . . . . 42
Figura 21 – Distribuição de Área Plantada com Sorgo no Brasil – Média das Safras
2004 à 2006. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Figura 22 – Sorgo BRS658. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Figura 23 – Insetos encontrados nas amostras de sorgo. . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Figura 24 – Agitação e peneiração dos grãos de sorgo para retirada de impurezas
das amostras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Figura 25 – Amostra de 50g de grão de sorgo BRS658 utilizada para testes de va-
lidação do equipamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Figura 26 – Diagrama esquemático de um secador rotativo. . . . . . . . . . . . . . 49
Figura 27 – Desenho das vistas frontal, superior, lateral e isométrica com as res-
pectivas cotas (em milímetros) do secador rotativo para grãos de sorgo
desenvolvido nesse projeto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Figura 28 – Vistas de corte e detalhe do secador rotativo para grãos de sorgo de-
senvolvido nesse projeto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Figura 29 – Tambor com pás em alumínio instaladas em seu interior. . . . . . . . . 53
Figura 30 – Disco em madeira, rolamento e presilhas de pressão instalados na tampa
do tambor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Figura 31 – Furo na superfície do tambor e funil adaptado para entrada de grãos. . 54
Figura 32 – Eixo perfurado do secador rotativo para grãos com um rolamento e o
sensor de temperatura e umidade instalados. . . . . . . . . . . . . . . . 55
Figura 33 – Modelo de estante modular utilizado como estrutura do secador rota-
tivo para grãos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Figura 34 – Modelo de transmissão utilizado no projeto. . . . . . . . . . . . . . . . 59
Figura 35 – Transmissão instalada no projeto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Figura 36 – Circuito típico de um dimmer utilizado para controle de velocidade de
um motor monofásico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Figura 37 – Dimmer utilizado para controle da velocidade angular do tambor. . . . 61
Figura 38 – Modelo de secador de cabelos utilizado como fonte de ar quente do
secador rotativo para grãos de sorgo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Figura 39 – Sistema de fornecimento de ar de secagem do secador rotativo para os
grãos de sorgo composto por base e secador de cabelos de 1300W. . . . 62
Figura 40 – Placa arduino UNO utilizada para controle dos dados de umidade e
temperatura do secador rotativo para grãos de sorgo durante as secagens. 63
Figura 41 – Modelo de sensor DHT22 utilizado para controle de umidade e tempe-
ratura no projeto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Figura 42 – Utilização do software PLX-DAQ em associação a placa arduino para
aquisição de dados de temperatura e produção das curvas de tempera-
tura e umidade da amostra de número 2 - CO3 - Secagem sem rotação
do tambor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Figura 43 – Desenho 3D do secador rotativo para grãos (à esquerda) e secador ro-
tativo para grãos (à direita). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Figura 44 – Curvas de secagem de 50g de grãos de sorgo BRS658 no secador rotativo
com velocidade angular nula (à esquerda) e velocidade angular diferente
de zero (à direita) - CO1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Figura 45 – Curvas de secagem de 50g de grãos de sorgo BRS658 no secador rotativo
com velocidade angular nula (à esquerda) e velocidade angular diferente
de zero (à direita) - CO2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Figura 46 – Curvas de secagem de 50g de grãos de sorgo BRS658 no secador rotativo
com velocidade angular nula (à esquerda) e velocidade angular diferente
de zero (à direita) - CO3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Figura 47 – Valores de temperatura ambiente medidos do dia 05/06/17 à 09/06/17
na cidade de Brasília-DF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Figura 48 – Valores de Umidade relativa do ar medidos do dia 05/06/17 à 09/06/17
na cidade de Brasília-DF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Figura 49 – Ilustração do fenômeno de cascateamento de grãos desejado (à es-
querda) e imobilização dos grãos contra a parede do tambor (à direita). 76
Lista de tabelas
Tabela 1 – Sistemas de secagem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Tabela 2 – Critérios para a classificação de secadores. . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Tabela 3 – Métodos de transporte na secagem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Tabela 4 – Sistemas de secagem existentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Tabela 5 – Produção Mundial de Sorgo. Rank dos dez maiores países produtores
e consumidores de sorgo no mundo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Tabela 6 – Vantagens e desvantagens do secador de fluxos concorrentes. . . . . . . 49
Tabela 7 – Características elétricas do ventilador de mesa ARNO Versátile (Apa-
relho completo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Tabela 8 – Massa inicial e final das amostras utilizadas para os testes na condição
de operação 1 (CO1). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Tabela 9 – Massa inicial e final das amostras utilizadas para os testes na condição
de operação 2 (CO2). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Tabela 10 – Massa inicial e final das amostras utilizadas para os testes na condição
de operação 3 (CO3). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Tabela 11 – Comparativo entre as condições meteorológicas e as condições iniciais
de umidade e temperatura no interior do tambor para os experimentos
na CO1 (Ensaios realizados nos dias 05/06/17 e 06/06/17). . . . . . . 72
Tabela 12 – Comparativo entre as condições meteorológicas e as condições iniciais
de umidade e temperatura no interior do tambor para os experimentos
na CO2 (Ensaios realizados no dia 06/06/17). . . . . . . . . . . . . . . 72
Tabela 13 – Comparativo entre as condições meteorológicas e as condições iniciais
de umidade e temperatura no interior do tambor para os experimentos
na CO3 - (Ensaios realizados entre os dias 06/06/17 e 09/06/17). . . . 72
Tabela 14 – Valores médios obtidos para a análise de dados dos experimentos da
condição de operação 1 (CO1). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Tabela 15 – Valores médios obtidos para a análise de dados dos experimentos nas
condição de operação 2 e 3 (CO2 e CO3). . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Tabela 16 – Taxa média de variação de umidade para as condições de operação 2 e
3 (CO2 e CO3). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Sumário
1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.1 Aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.1 Objetivo geral . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.2 Objetivos específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3 Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.4 Organização do trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 MARCO TEÓRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1 Introdução a psicometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2 Carta psicométrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3 Princípios gerais da secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4 Relação entre umidade e sólido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.5 Transferência de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.5.1 Condução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.5.2 Convecção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.5.3 Radiação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.6 Transferência de massa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.7 Fenômenos de transporte aplicados à secagem . . . . . . . . . . . . . 27
2.7.1 Período de secagem à taxa constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.7.2 Período de secagem decrescente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.8 Taxa de secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.8.1 Fatores que influenciam a taxa de secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.8.1.1 Condições de processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.8.1.2 Natureza do grão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.9 Sistemas de secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.9.1 Secagem natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.9.2 Secagem artificial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.10 Métodos de secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.10.1 Secagem por condução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.10.2 Secagem por convecção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.10.3 Radiação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.11 Equipamentos de secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.12 Tipos de secador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.13 Sistema de secagem para grãos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.13.1 Silos de secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.13.2 Secador móvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.13.3 Secador de torre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.14 A cultura do sorgo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.15 Interesse comercial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.16 Secagem e tolerância a dessecação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.17 Dormência em sementes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3 MATERIAIS E MÉTODOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.1 Materiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.1.1 Proliferação de pragas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.1.2 Preparo das amostras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.2 Métodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.1 Método de secagem selecionado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.2 Equipamento selecionado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.2.1 Secador rotativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.2.3 Variáveis do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.2.4 Condições de operação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.2.5 Montagem do secador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.2.5.1 Dimensionamento e desenho esquemático do protótipo . . . . . . . . . . . . . 51
3.2.5.2 Montagem do equipamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.2.5.3 Construção do tambor rotativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2.5.4 Construção do eixo fixo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.2.5.5 Escolha da estrutura do equipamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.2.5.6 Escolha do motor do sistema mecânico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.2.5.6.1 Quantidade de massa no cesto de secagem (m) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.2.5.6.2 Cálculo do torque necessário para rotacionar o tambor . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.2.5.6.3 Potência mínima necessária para ativação do tambor . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.2.5.6.4 Teste de adequação do motor disponível . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.2.5.7 Escolha do sistema de transmissão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.2.5.8 Instalação do circuito eletrônico de potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.2.5.9 Construção do sistema de fornecimento de ar de secagem . . . . . . . . . . . . 61
3.2.5.10 Desenvolvimento do sistema de coleta de dados de secagem . . . . . . . . . . 62
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.1 Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.1.1 Secador rotativo para grãos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.1.2 Testes de verificação do aparelho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.1.2.1 Massa inicial e final das amostras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.1.2.2 Condição de operação 1 (CO1) - Ar de secagem à temperatura ambiente . . . . 68
4.1.2.3 Condição de operação 2 (CO2)- Ar de secagem no intervalo de temperatura médio 69
4.1.2.4 Condição de operação 3 (CO3)- Ar de secagem no intervalo de temperatura máximo 70
4.2 Discussão dos resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.2.1 Variação das condições de umidade relativa do ar e temperatura ambiente
no período dos testes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.2.2 Análise de resultados dos testes de validação . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.2.2.1 Condição de operação 1 (CO1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.2.2.2 Condições de operação 2 e 3 (CO2 e CO3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.2.3 Erros de medição apresentados na figura 45 . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2.4 Imobilização dos grãos na parede interior do tambor . . . . . . . . . . . . . 76
5 CONCLUSÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
15
1 INTRODUÇÃO
1.1 Aspectos gerais
Em termos globais, sorgo é a base alimentar de mais de 500 milhões de pessoas
em mais de 30 países, sendo superado em termos de quantidade de alimento consumido
apenas por arroz, trigo, milho e batata. Apesar de tamanho potencial, a cultura de sorgo
produz muito menos do que seu potencial oferece (EMBRAPA, 2007).
A cultura do sorgo, no Brasil, apresentou avanço significativo a partir da década
de 70. Atualmente, a cultura tem apresentado grande expansão (20% ao ano, a partir de
1995), principalmente, em plantios de sucessão a culturas de verão, com destaque para o
Estados de Goiás, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul e região do Triângulo Mineiro, onde
se concentram aproximadamente 85% do sorgo granífero plantado no país. (EMBRAPA,
2007).
Em vista disso, observa-se uma significativa importância no aumento do nível de
qualidade dos grãos produzidos, para que estes satisfaçam as exigências do mercado em
expansão. Para isto há necessidade de aprimoramento nas técnicas de produção, colheita
e secagem, garantindo assim a sustentabilidade do sistema (SILVA, 2014).De acordo com Oliveira et al. (2011a), para minimizar os danos durante o arma-
zenamento e assegurar lotes de sementes com alto padrão de qualidade, muitos são os
cuidados que devem ser tomados em todas as fases de produção, destacando-se cuidados
relacionados à fase de secagem.
Em sementes de sorgo (Sorghum vulgare), a secagem a temperaturas de 46 oC a 48
oC pode induzir dormência secundária, devido a alterações físicas ocorridas no tegumento
da semente, provocadas pela secagem excessiva, de modo a restringir as trocas gasosas
durante a embebição (NUTILE; WOODSTOCK, 1967).
Considerando a importância sócio-econômica dos grãos de sorgo para o país e vista
a dificuldade em controlar os parâmetros de secagem de forma a garantir a qualidade
dos grãos, observa-se a necessidade de contribuir com dados técnicos-científicos a partir
do desenvolvimento de um secador protótipo que garante uma redução de umidade no
produto de forma a satisfazer o padrão de qualidade exigido no mercado.
Capítulo 1. INTRODUÇÃO 16
1.2 Objetivo
1.2.1 Objetivo geral
Dimensionar, desenhar e construir um secador rotativo a nível de protótipo para
o estudo da secagem de grãos de sorgo;
1.2.2 Objetivos específicos
∙ Demonstrar o funcionamento do secador desenvolvido por meio de testes de secagem
de grãos de sorgo;
∙ Estudar a influência da temperatura do ar de secagem na velocidade de secagem de
grãos de sorgo;
∙ Estudar a influência da rotação do tambor na velocidade de secagem de grãos de
sorgo.
1.3 Justificativa
As motivações técnico-científicas desse Trabalho de Conclusão de Curso 2 (TCC-
2) são descritas a seguir:
∙ Importância socioeconômica dos grãos de sorgo na Região Centro-Oeste e no Brasil;
∙ Escassa informação técnico-científica na literatura e pouca exploração científica do
processo de secagem na produção dos grãos de sorgo;
∙ Possibilidade de incremento ao valor agregado dos grãos de sorgo da Região Centro-
Oeste, através da secagem.
1.4 Organização do trabalho
Para melhor entendimento, este documento é dividido em 5 partes principais:
Introdução, Marco teórico, Materiais e métodos, Resultados e discussão e Conclusão.
A primeira parte (introdução), aborda os aspectos introdutórios do texto, onde são
descritos dados gerais do grão de sorgo. Apresenta também os objetivos e a justificativa
de realização desse trabalho.
A segunda parte (marco teórico), aborda os fundamentos teóricos necessários para
entendimento do projeto, com tópicos que, individualmente, expõem temas essenciais da
pesquisa.
Capítulo 1. INTRODUÇÃO 17
A terceira parte (materiais e métodos), descreve os materiais e métodos que pos-
sibilitaram o desenvolvimento desse trabalho.
A quarta parte (resultados e discussão), apresenta o desenho tridimensional da
estrutura, a imagem do protótipo pronto e os resultados obtidos durante os testes de vali-
dação do equipamento de secagem, juntamente a análise desses resultados e dos fenômenos
observados.
Por fim, a quinta parte apresenta a conclusão, onde são apresentadas as conside-
rações finais a cerca do projeto.
18
2 MARCO TEÓRICO
2.1 Introdução a psicometria
Psicometria é definida como o estudo das misturas de gás e vapor de um líquido. A
mistura gasosa de maior importância na indústria alimentícia é o ar. Sua utilização está
em várias operações industriais como o armazenamento, secagem e várias outras (PARK
et al., 2007a).
Em um processo de secagem a psicometria de interesse é a mistura ar – vapor de
água, por isso algumas propriedades dessa mistura serão melhor descritas nos tópico a
seguir.
∙ Temperatura de Bulbo Seco e de bulbo úmido
A temperatura de bulbo seco é a temperatura medida de forma usual, já a tempera-
tura de bulbo úmido é a temperatura medida com um termômetro comum envolto
por um tecido de algodão embebido em água destilada (PARK et al., 2007b).
∙ Temperatura de Orvalho
A temperatura de orvalho é a temperatura em que o ar úmido se torna saturado,
ou seja, quando o vapor d’água começa a condensar com pressão e razão de mistura
constantes (PARK et al., 2007b).
∙ Pressão de vapor
O vapor de água, como qualquer gás componente da atmosfera, exerce uma pressão
dependente da concentração de vapor em todas as direções. Para cada valor de
temperatura, a quantidade de vapor que pode existir em determinado volume da
atmosfera é diferente. Quando essa quantidade de vapor chega ao seu limite para
uma determinada temperatura, diz-se que que o ar encontra-se saturado e a pressão
de vapor nesse instante é nomeada como pressão de saturação. Se a quantidade de
vapor presente na atmosfera não for suficiente para saturar o ar, a pressão de vapor
é chamada de pressão parcial de vapor (PARK et al., 2007b).
∙ Umidade Absoluta e Umidade Relativa
A umidade absoluta é a relação entre a massa de vapor d’água existente e o volume
ocupado pelo ar úmido. A umidade relativa do ar é a razão entre a pressão parcial
de vapor exercida pelas moléculas de água presentes no ar e a pressão de saturação,
na mesma temperatura (PARK et al., 2007a; PARK et al., 2007b).
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 19
∙ Volume Específico
O volume específico é o volume por unidade de massa de ar seco. Esse parâmetro é
muito importante no dimensionamento de sistemas de secagem, pois influencia na
determinação da potência requerida pelo ventilador (PARK et al., 2007b).
2.2 Carta psicométrica
A carta psicrométrica ( figura 1 ) é o modo mais simples e rápido para a caracte-
rização de determinada massa de ar. Conhecendo-se a temperatura do ponto de orvalho
e a temperatura de bulbo seco, fazendo-se uso desta carta, é possível obter-se a umidade
relativa (PARK et al., 2007b).
Figura 1 – Carta psicométrica.
Fonte: Stoecker e Jones (1985)
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 20
2.3 Princípios gerais da secagem
Goneli et al. (2014) definiu secagem como uma das etapas do pré-processamento
dos produtos agrícolas que tem por finalidade retirar o excesso de água contido no grão por
meio de evaporação. A remoção de água dos produtos agrícolas consiste em um complexo
processo, envolvendo a transferência simultânea de calor e massa entre o ar de secagem e
o produto a ser seco, na qual o aumento da temperatura provoca o aumento da pressão
parcial de vapor no produto, provocando a redução no teor de água do mesmo.
A remoção da água deve ser feita em um nível tal que o produto fique em equilíbrio
com o ar do ambiente onde será armazenado e deve ser feita de modo a preservar a
aparência, as qualidades nutritivas e a viabilidade como semente (PARK et al., 2007b).
A secagem é uma operação crítica dentro da sequência do processamento dos grãos
e quando realizada de forma inadequada pode causar a deterioração dos grãos, aumentar
a susceptibilidade a trincas e reduzir a qualidade de no processo de moagem. Equivalente
a várias outras técnicas (filtração, centrifugação, prensagem, evaporação, liofilização, etc),
o resultado geral da secagem é a separação parcial entre o líquido (geralmente a água)
e a matriz sólida. No caso dos produtos agrícolas a matriz sólida é um alimento con-
tendo proporções variáveis de: carboidratos, proteínas, lipídios e minerais. (BROOKER;
BAKKER-ARKEMA; HALL, 1992; LASSERAN, 1981).
De acordo com Park et al. (2007b), durante a secagem a retirada da umidade é
obtida pela movimentação da água decorrente de uma diferença de pressão de vapor de
água entre a superfície do produto a ser secado e o ar que o envolve, como mostrado na
figura 2. A condição para que um produto seja submetido ao processo de secagem é que a
pressão de vapor sobre a superfície do produto (Pg) seja maior do que a pressão do vapor
d’água no ar de secagem (Par). Visto isso, as seguintes observações são pertinentes:
∙ Se Pg > Par : ocorrerá secagem do produto;
∙ Se Pg < Par : ocorrerá umedecimento do produto;
∙ Se Pg = Par : ocorre o equilíbrio higroscópio.
Figura 2 – Representação da movimentação da água durante a secagem.
Fonte: Park et al. (2007b)
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 21
Existem varias hipóteses para a movimentação da água durantea secagem. Perry
e Chilton (1973) citam a teoria capilar, que modela o escoamento baseado num leito
composto por esferas não porosas, onde os espaços entre elas, formam os interstícios e os
poros. Entretanto, Park et al. (2007b) afirmam que a teoria mais aceita é a do movimento
capilar (ou teoria do gargalo). Segundo esta, o processo de secagem que ocorre no interior
do produto pode ser dividido em dois grandes períodos, um denominado período da taxa
de secagem constante e outro de período de taxa decrescente. Para uma descrição dos
princípios de secagem mais detalhada, pode-se dividir esses dois períodos em quatro,
como apresentado a seguir:
1) Período de razão constante: No início da secagem, quando o produto se en-
contra completamente úmido, a água escoa na fase liquida sob um gradiente hidráulico
e, em condições naturais, a temperatura do produto se iguala à temperatura de bulbo
úmido. Com a retirada da umidade, pode ocorrer um decréscimo no diâmetro dos po-
ros e capilares e, consequentemente, decréscimo de volume do produto aproximadamente
igual ao volume da água evaporada. A energia utilizada para a secagem nesse período e
praticamente igual à necessária para evaporação da água em uma superfície livre. Com
exceção dos cafés (cerejas e verdes) recém saídos do lavador, este período não é observável
em produtos agrícolas, como grãos, porque, ao serem colhidos, este período já ocorreu
no campo, estando portanto a secagem no período de razão decrescente. Este período é
representado pela figura 3, a seguir.
Figura 3 – Representação da movimentação da água de um produto no período de razão
constante.
Fonte: Park et al. (2007b)
2) Primeiro período de razão decrescente: À medida que a secagem continua, a
água deixa de comportar-se como água livre e o conteúdo de umidade decresce. Neste
período, a água na fase líquida faz a ligação entre as partículas sólidas, formando as pontes
líquidas. Apesar de poder ocorrer escoamento de água na fase de vapor, o escoamento é
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 22
predominantemente capilar (figura 4). A temperatura do produto atinge valores superiores
à temperatura de bulbo úmido.
Figura 4 – Representação da movimentação da água durante o primeiro período de razão
decrescente.
Fonte: Park et al. (2007b)
3) Segundo período de razão decrescente: A água existente nos gargalos dos poros
pode migrar, arrastando-se ao longo das paredes capilares ou evaporando e condensando,
sucessivamente, entre as pontes liquidas. A pressão parcial de vapor decresce e a contração
de volume do produto pode continuar em menor intensidade (figura 5).
Figura 5 – Movimentação da água durante o segundo período de razão decrescente.
Fonte: Park et al. (2007b)
4) Terceiro período de razão decrescente: a secagem ocorre no interior do produto.
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 23
O conteúdo de umidade de equilíbrio é atingido quando a quantidade de água evaporada
se iguala a quantidade condensada (figura 6).
Figura 6 – Representação da movimentação da água durante o terceiro período de razão
decrescente.
Fonte: Park et al. (2007b)
É importante ressaltar que a secagem não remove toda a umidade do sólido, esta
ocorre até certo limite que é nomeado de umidade de equilíbrio. Este valor varia em
função da umidade relativa do ar, e o comportamento de cada sólido varia de material
para material (ZEMPULSKI; ZEMPULSKI, 2007).
2.4 Relação entre umidade e sólido
Uma antiga técnica utilizada para maximizar a conservação de alimentos é o con-
trole da umidade presente no mesmo. As considerações básicas de secagem de materiais
biológicos são aquelas que demonstram como a umidade e o sólido se relacionam. Dentre
as considerações a respeito das propriedades, a mais importante delas é a atividade de
água (PARK et al., 2007a; GUILBERT; MORIN, 1986).
O grau de disponibilidade da água contida no alimento pode ser expresso como
atividade de água (Aw) que se define como a relação entre a fugacidade da água no
alimento (f) e a fugacidade da água pura numa mesma temperatura (𝑓0) (HONORATO,
2006; GUILBERT; MORIN, 1986)
𝐴𝑤 = 𝑓
𝑓0
(2.1)
Comumente conhecidas como isotermas de sorção, as atividades de água são as
curvas de equilíbrio, compostas pelas umidades de equilíbrio do material correspondentes
às umidades relativas para uma dada temperatura. Na determinação do teor final de água
necessário para a estabilização do alimento, o conhecimento dessas curvas é indispensável
(PARK et al., 2007a).
Dependendo da determinação da umidade do produto a ser feita, segundo o pro-
cesso de umidificação, essas curvas podem ser de adsoção ou dessorção, sendo que ambas
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 24
não coincidem. A diferença entre essas isotermas, como mostrado na figura 7, é nomeada
como o fenômeno de histerese.
Figura 7 – Histerese das isotermas de sorção.
Fonte: Park e Nogueira (1992)
Para os grãos de sorgo, Dunstan, Chung e Hodges (1973) apresentaram as curvas
de desorção e adsorção mostradas na figura 8:
Figura 8 – Isotermas de adsorção e desorção dos grãos de sorgo à 90F e comparação com
isotermas obtidas por Fenton (1941) e Haynes (1961).
Fonte: Dunstan, Chung e Hodges (1973)
A diferença entre a quantidade de umidade inicial e quantidade de umidade de
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 25
equilíbrio do produto representa a força motriz para a secagem. A figura 9, mostra a
retenção de umidade em função do conteúdo de umidade versus atividade de água.
Figura 9 – Retenção de umidade.
Fonte: Park e Nogueira (1992)
2.5 Transferência de calor
A análise de transferência de calor é feita a partir das equações de conservação de
massa e energia, da segunda lei de termodinâmica e de três leis fenomenológicas que des-
crevem as taxas de transferência de energia em condução, convecção e radiação. Essas leis
fenomenológicas são as expressões matemáticas dos modelos que descrevem os processos
de transferência de calor (STOECKER; JONES, 1985).
2.5.1 Condução
Condução é a transferência de energia das partículas mais energéticas de uma
substância para partículas vizinhas menos energéticas, podendo ocorrer em sólidos, líqui-
dos ou gases. Em líquidos e gases, a condução é um resultados das colisões e difusões
das moléculas em seus movimentos aleatórios. Nos sólidos, a condução justifica-se pela
combinação das vibrações das moléculas em rede, com a energia sendo transportada por
elétrons livres (ÇENGEL; GHAJAR, 2012).
De acordo com ÇENGEL e GHAJAR (2012), a taxa de condução de calor é função
da geometria, da espessura, do tipo de material e da diferença de temperatura que o meio
esta exposto. Esta pode ser expressa pela equação 2.2, a seguir:
�̇�𝑐𝑜𝑛𝑑 = 𝑘𝐴
𝑇1 − 𝑇2
Δ𝑥 (2.2)
Onde:
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 26
∙ k é a condutividade térmica do material (W/m.K);
∙ A é a área (m2);
∙ 𝑇1 e 𝑇2 são as temperaturas (K);
∙ Δ𝑥 é a espessura do material (m).
2.5.2 Convecção
A convecção é o modo de transferência de energia entre a superfície sólida e a
líquida ou gás adjacente, que está em movimento e envolve a combinação de condução
e movimento de um fluido. Sendo assim, quanto maior a velocidade do movimento do
fluido, maior será a transferência de calor por convecção (ÇENGEL; GHAJAR, 2012).
Nomeia-se convecção livre a situação em que o movimento do fluido é causado
por forças de flutuação induzidas por diferenças de densidades originadas da diferença
de temperatura no fluido. Já a convecção forçada é o tipo de convecção em que o fluido
é forçado a fluir sobre a superfície por aparelhos externos, como um ventilador ou uma
bomba (ÇENGEL; GHAJAR, 2012).
ÇENGEL e GHAJAR (2012) afirmam que apesar da complexidade em estabelecer
a taxa de transferência de calor por convecção, visto a quantidade de fenômenos que
o compõe, sabe-se que essa taxa é proporcional a diferença de temperatura e pode ser
expressa pela lei de Newton do resfriamento. A equação 2.3, que representa esse fenômeno,
é apresentada a seguir:
�̇�𝑐𝑜𝑛𝑣 = ℎ𝐴𝑠(𝑇𝑠 − 𝑇∞) (2.3)
Onde:
∙ h é o coeficiente de transferência de calor convectivo (W.m−2.K−1);∙ 𝐴𝑠 é a área superficial do sólido (m2);
∙ 𝑇𝑠 e 𝑇∞ são as temperaturas na superfície e no infinito, respectivamente (K).
2.5.3 Radiação
A Radiação térmica é a energia emitida, por meio de ondas eletromagnéticas, pelos
corpos com temperatura superior ao zero absoluto, resultado das mudanças nas configura-
ções eletrônicas de moléculas ou átomos. Uma das características peculiares dessa forma
de transferência de calor é o fato dela não exigir a presença de um meio de propagação,
diferente da condução e convecção (ÇENGEL; GHAJAR, 2012).
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 27
ÇENGEL e GHAJAR (2012) afirmam que a taxa máxima de radiação que pode ser
emitida de uma superfície é expressa pela lei de Stefan-Bolztmann da radiação térmica,
expressa pela equação 2.4, a seguir:
�̇�𝑟𝑎𝑑 = 𝜀𝜎𝐴𝑠(𝑇 4𝑠 − 𝑇 4𝑐𝑖𝑟𝑐) (2.4)
Onde:
∙ 𝜀 é a emissividade da superfície;
∙ 𝜎 é a constante de Stefan-Bolztmann (𝑊/𝑚2.𝑄4);
∙ 𝐴𝑠 é a área superficial do sólido (m−2);
∙ 𝑇𝑠 e 𝑇𝑐𝑖𝑟𝑐 são as temperaturas na superfície e a temperatura do meio circulante (K).
2.6 Transferência de massa
A transferência de massa pode ser entendida como o movimento de um componente
específico (A, B. . . ) num sistema de vários componentes. Existindo regiões com diferentes
concentrações, ocorrerá transferência de massa no sentido das zonas onde a concentração
desse componente é mais baixa. Essa transferência pode ocorrer pelo mecanismo da difusão
molecular ou da convecção (NOBRE, 2011).
A transferência de vapor de água da superfície molhada para uma corrente de ar
em movimento é análoga à transferência de calor por convecção, porém um coeficiente de
transferência de massa é utilizado. O fluxo de umidade é proporcional à força motriz, que
é a diferença na pressão de vapor na superfície e a pressão de vapor da água no ar que
circunda a superfície. Ao mesmo tempo em que a água é removida da superfície, a água
difunde-se do interior de um sólido para a superfície. Esta última é uma forma geral de
difusão, que é análoga à transferência de calor por condução. As equações diferenciais para
condução também se aplicam à difusão, com a difusividade mássica sendo o equivalente
da difusividade térmica (HELDMAN; HARTEL, 1997).
2.7 Fenômenos de transporte aplicados à secagem
Os fenômenos de transporte envolvidos na secagem de alimentos são de alta com-
plexidade. Dentre os diversos mecanismos de migração que compõe o processo é possível
destacar:
1. Difusão do líquido: Este processo ocorre quando existe um gradiente de umidade
entre o interior e a superfície do produto.
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 28
2. Difusão do vapor: A difusão de vapor ocorre quando se há um gradiente de pressão
parcial.
3. Escoamento capilar: O escoamento capilar ocorre principalmente em produtos po-
rosos. As forças de tensão superficial podem induzir a migração da umidade através
da estrutura interna do produto.
4. Escoamento devido ao gradiente de pressão: O escoamento devido ao gradiente de
pressão entre o ar de secagem e a estrutura interna do sólido.
5. Escoamento devido ao gradiente de temperatura: Esse ocorre quando existe dife-
rença entre a temperatura do interior do produto e a temperatura da superfície do
alimento.
É importante ressaltar que a difusão é considerada o principal mecanismo de mi-
gração interna da umidade no grão, porém os outros mecanismos citados podem ocorrer
simultaneamente durante o processo de secagem (HELDMAN; HARTEL, 1997; GEAN-
KOPLIS, 1993).
2.7.1 Período de secagem à taxa constante
De acordo com Geankoplis (1993), no primeiro grande período de secagem nomeado
de período de taxa constante de secagem, a superfície do produto que esta sendo seco
permanece saturada durante a secagem, devido à taxa de movimento da umidade no
interior do sólido. Destaca-se a transferência de massa do vapor de água, a transferência
de calor através dos sólidos do produto e a transferência de calor na fase gasosa como
principais fenômenos de transferência desse período.
Em vista disso, no balanço de calor e massa do período, Geankoplis (1993) assume
que para um mesmo ar de secagem tem-se transferência de calor por convecção entre a
superfície do sólido e o ar de secagem (equação 2.5) e transferência de massa da superfície
para o mesmo ar de secagem (equação 2.6).
�̇�𝑐𝑜𝑛𝑣 = ℎ𝐴𝑠(𝑇𝑠 − 𝑇∞) (2.5)
𝑁𝑎 = 𝐾𝑦.(𝑌𝑠 − 𝑦)
𝑃𝑀𝑎𝑟
𝑃𝑀𝐻2𝑂
(2.6)
Onde:
∙ 𝑁𝑎 é o fluxo de vapor de água (kgmol.m−2.s−1);
∙ 𝑌𝑠 é a umidade do ar na superfície do sólido ;
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 29
∙ Y umidade do ar;
∙ 𝐾𝑦 é o coeficiente de transferência de massa (m2.s−1);
∙ 𝑃𝑀𝑎𝑟 é a massa molar do ar (kg.kgmol−1) ;
∙ 𝑃𝑀𝐻2𝑂: Massa molar de água (kg.kgmol−1).
Para expressar o calor necessário para vaporizar a água na superfície do grão
durante a secagem na etapa de taxa constante, tem-se a equação 2.7, mostrada a seguir:
𝑄𝑐𝑜𝑛𝑣 = 𝑁𝑎.𝑃𝑀𝐻2𝑂.𝜆𝑊 .𝐴𝑠 (2.7)
Em que 𝜆𝑊 é o calor latente à temperatura 𝑇𝑊 (J.kg−1).
Por fim, tem-se a taxa de secagem, apresentada por Heldman e Hartel (1997) na
fase constante e expressa pelas equações 2.8 e 2.9, a seguir:
𝑅𝑐 = 𝐾𝑦.𝑃𝑀𝐻2𝑂.(𝑌𝑊 − 𝑦) (2.8)
𝑅𝑐 = ℎ𝑐
(𝑇 − 𝑇𝑊 )
𝜆𝑊
= 𝑞
𝜆𝑊 .𝐴
(2.9)
Na qual, 𝑌𝑊 é a umidade na temperatura 𝑇𝑊 .
2.7.2 Período de secagem decrescente
Para descrever o segundo grande período da secagem, nomeado período de taxa
decrescente, torna-se necessário o uso da segunda lei de Fick. Esta lei relaciona a umidade
do material com o tempo, através de um parâmetro de processo que descreve a velocidade
com que a água se difunde do interior até a superfície do material, a difusividade efetiva
(Deff) (OLIVEIRA; OLIVEIRA; PARK, 2006).
Em vista disso, tem-se a seguir a equação 2.10, uma aplicação da lei de Fick na
equação de balanço de conservação de massa.
𝜕𝑋
𝜕𝑡
= 𝐷𝑒𝑓𝑓 .𝑓. ▽2 .𝑋 (2.10)
Heldman e Hartel (1997) apresentam uma dependência funcional da difusividade
efetiva com a temperatura, expressa por uma equação do tipo Arhenius. Esta relação
é expressa pela equação da difusividade efetiva de umidade, apresentada a seguir, na
equação 2.11:
𝐷𝑒𝑓𝑓 = 𝐷0.𝑒𝑥𝑝
−𝐸𝑎
𝑅𝐺𝑇
(2.11)
Onde:
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 30
∙ 𝐷0 é constante;
∙ 𝐸𝑎 é a energia de ativação (cal.gmol−1);
∙ T é a temperatura do ar (K);
∙ 𝑅𝐺 é a constante universal dos gases (cal.gmol−1.K−1).
2.8 Taxa de secagem
A taxa de secagem é função da diminuição da umidade em função do tempo. O
processo de secagem é demonstrado com curvas típicas de secagem que são resultados
da evolução da transferência de calor e massa no material quando colocado em contato
com ar quente. Na figura 10, pode-se observar, para um experimento que considera as
propriedades do ar constantes, as seguintes curvas:
∙ Curva de evolução do conteúdo de umidade no material (X) em vermelho ;
∙ Curva da evolução de temperatura do produto (T) em verde;
∙ Curva da velocidade de secagem ou taxa de secagem (dX/dT) em azul.
Figura 10 – Curvas teóricas de secagem.
Fonte: PARK, YADO e BROD (2001)
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 31
2.8.1 Fatores que influenciam a taxa de secagem
Diversos fatores influenciam a taxa de secagem, porém destacam-se as condições de
processo e as características específicas do alimento que será seco (HELDMAN; HARTEL,
1997).
2.8.1.1 Condições de processo
As condições de processo que influenciam a taxa de secagem são:
∙ Temperatura
Durante a secagem a temperatura aumenta a transferência de calor e o gradiente
de umidade, facilitando a secagem. É importante ressaltar que o aumento da tem-
peratura deve ser controlado, pois o uso de altas temperaturas pode causar altera-
ções físicas e químicas indesejadas, danificando o alimento (HELDMAN; HARTEL,
1997).
∙ Umidade Relativa
Sendo o gradiente de umidade o parâmetro responsável pela transferência de massa
na superfície do produto, a umidade relativa é um parâmetro muito importante e
que deve ser controlado (GEANKOPLIS, 1993).
∙ Velocidade do ar de secagem
A velocidade do ar de secagem altera a taxa de secagem,pois o aumento desta
aumenta a taxa de transferência de massa por convecção, favorecendo a secagem
(GEANKOPLIS, 1993).
2.8.1.2 Natureza do grão
A velocidade de secagem depende também das características de secagem do grão
individualmente. Os fatores que influenciam a taxa de secagem relacionados as caracte-
rísticas individuais do grão são:
∙ Área superficial
Em geral, para os grãos pequenos a velocidade de secagem é maior que para os grãos
de grandes dimensões.
∙ Orientação do constituinte
De acordo com Geankoplis (1993), a orientação dos constituintes do produto afeta
a movimentação de umidade do interior para a superfície, alterando assim a taxa
de secagem.
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 32
∙ Estrutura celular
Na maioria dos alimentos, a umidade encontra-se no interior de suas células. Em
vista disso, Heldman e Hartel (1997) consideram a estrutura celular do alimento um
fator que influencia a taxa de secagem.
∙ Concentração dos solutos
O tipo e concentração dos solutos no interior do alimento podem dificultar a mo-
vimentação da umidade durante a secagem. Por isso este é também um fator que
afeta a taxa de secagem (GEANKOPLIS, 1993).
2.9 Sistemas de secagem
Devido à inexistência de uma tabela oficial que descrevesse todos os sistemas de
secagem, (PARK et al., 2007b) propuseram a tabela 2.9:
Tabela 1 – Sistemas de secagem.
Fonte: Park et al. (2007b)
2.9.1 Secagem natural
A secagem natural consiste em expor a matéria-prima por longos períodos à ra-
diação solar e sob condições climáticas de temperaturas relativamente altas, ventos com
intensidade moderada e baixas umidades relativas (CORNEJO, 2003).
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 33
Este método é amplamente utilizado em regiões tropicais subdesenvolvidas e/ou
em desenvolvimento, devido as condições climáticas permitirem sua utilização, seu baixo
custo e o desconhecimento de outras técnicas mais eficientes. Embora alcance um teor
de umidade adequado para o armazenamento, este é um método muito lento e, quando
utilizado, favorece a ocorrência de perdas de produto devido a contaminações de insetos
e microrganismos no produto (CORNEJO, 2003).
2.9.2 Secagem artificial
A secagem artificial é um processo de remoção de umidade, que implica no uso
de equipamentos e condicionamento do ar de secagem pelo controle da temperatura,
umidade relativa e velocidade do ar de secagem. Na secagem artificial, as condições do
ar de secagem, não dependem das condições climáticas, o que favorece a obtenção de um
produto de qualidade superior, e um menor tempo de processamento (CORNEJO, 2003).
Para uma secagem adequada de cada tipo de produto, devido a grande variedade
de opções, é necessário uma análise detalhada antes de selecionar o equipamento que será
utilizado (CORNEJO, 2003).
2.10 Métodos de secagem
Existe uma grande quantidade de métodos existentes para realizar o fornecimento
de calor para o material. A seguir, tem-se a descrição de três dos mais importantes (figura
11), de acordo com os dados fornecidos por (STRUMILLO, 1986; KEEY, 1978).
Figura 11 – Potenciais mecanismos de transferência de calor durante a secagem.
Fonte: Adaptado de Heldman e Hartel (1997)
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 34
2.10.1 Secagem por condução
Na secagem por condução o calor é fornecido ao material úmido por contato de
superfícies aquecidas, que suportam ou confinam o material, como mostrado na figura 12.
Figura 12 – Secagem por condução.
Fonte:(PARK et al., 2007a)
2.10.2 Secagem por convecção
Neste método, o calor sensível é transferido para o material por convecção. O ar
pré aquecido, utilizado como agente de secagem, passa sobre ou através do sólido e produz
a evaporação de umidade para fora do aparelho de secagem. A secagem por convecção
tem como condições de secagem os parâmetros temperatura e umidade do ar aquecido.Tal
processo é visto na figura 13.
Figura 13 – Secagem por convecção.
Fonte:(PARK et al., 2007a)
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 35
2.10.3 Radiação
Na secagem por radiação, figura 14, o transporte de umidade e a difusão de va-
por do sólido seguem as mesmas leis que a secagem por condução e convecção. Porém,
para utilização desse método faz-se necessário a escolha de aparelhos que sejam fonte
eletromagnética.
Figura 14 – Secagem por radiação.
Fonte:Park et al. (2007a).
2.11 Equipamentos de secagem
O secador de grãos é um equipamento destinado à secagem de produtos que uti-
liza como fluido de secagem ar aquecido ou ar à temperatura ambiente. Devido à grande
variedade de tipos de produtos que devem ser secos por diferentes métodos, existe tam-
bém uma variedade de projeto de secadores. Para atender essa demanda, atualmente no
mercado são disponibilizados diversos tipos de secadores, cada um atendendo a diferentes
necessidades de processos e produtos (PARK et al., 2007a).
A aplicação dos princípios de secagem ao projeto de equipamentos adequados exige
um cuidadoso estudo minucioso das diversas variáveis envolvidas no processo. Dentre
estas, cita-se:
∙ Difícil previsão da curva de velocidade de secagem;
∙ Variação das condições de secagem ao longo do secador;
∙ Diferença entre a área da transferência térmica e a área da transferência de massa;
∙ Configuração do escoamento do gás;
∙ Efeito das variáveis de operação e da escolha do equipamento relativamente às con-
dições do produto seco.
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 36
Em vista disso, projetar um equipamento que atenda perfeitamente todos os re-
quisitos desejados torna-se um resultado difícil de obter-se, pois muitos fenômenos físico-
químicos podem ser complexos e de difícil previsão. Outro fator que deve ser levado em
conta quanto deseja-se obter as condições desejadas para o produto é o fator econômico
dos custos de processamento (ZEMPULSKI; ZEMPULSKI, 2007).
Tais razões justificam uma escolha de secador baseada em ensaios preliminares,
nos quais o material é seco em condições que se assemelham às da produção, por meio de
secadores na escala de planta piloto (ZEMPULSKI; ZEMPULSKI, 2007).
2.12 Tipos de secador
Diversos são os critérios para se classificar os secadores. A seguir, é apresentada
na tabela 2, a divisão de Strumillo (1986) que demonstra critérios para a classificação de
secadores.
Tabela 2 – Critérios para a classificação de secadores.
Critério para a classificação Exemplo do tipo do secador
Pressão no secador Atmosférica ou vácuo
Método de operação Contínua ou em batelada
Método de suprir o calor Convecção, contato, infravermelho,dielétrico e sublimação
Tipo do agente de secagem Ar quente, vapor superaquecido,líquidos aquecidos e gases rejeitados
Direção do fluxo de calor e sólidos Co-corrente, contracorrente e fluxo cruzado
Método do fluxo do agente de secagem Livre ou forçado
Método do carregamento da umidade
Com agente externo de secagem,
com gás inerte,
com absorção química da umidade.
Forma do material úmido
Líquidos, granulares,
pós, pastas,
folhas, camadas finas, lama
Tipo do fluxo do
material (condição hidrodinâmica) Regime estacionário, transiente ou disperso
Escala de operação De 10 kg/h até 100 ton/h
Construção do secador
Bandejas, túnel, esteira,
tambor rotatório,
leito fluidizado e muitos outros
Fonte: Strumillo (1986), Apud Park et al. (2007a).
Outra possibilidade é a divisão dos secadores segundo o meio de transporte. Nessa
divisão, tem-se a proposta de um tipo de secador para cada método e material típico a ser
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 37
seco. Na tabela 3, tem-se a divisão feita por Keey (1978) que divide os secadores segundo
o meio de transporte.
Tabela 3 – Métodos de transporte na secagem.
Método Secador típico Material típico
Material estático Secador de bandeja Grande variedadede materiais
Material que cai por gravidade Secador rotatório Grânulos em queda livre
Material carregado em lâminas Secador de roscatransportadora Materiais úmidos, pastas
Material transportado
em carrinhos Secador túnel
Grande variedade
de materiais
Material carregado sobre rolos Secadores decilindro aquecido Teias finas, folhas e placas
Material carregadoem esteira Secador de esteira Grande variedade demateriais rígidos
Material vibrado em esteiras Secador de esteira vibratória Grânulos em queda livre
Material suspenso no ar Secador de leito fluidizado Grânulos
Material atirado através do ar Spray Dryer Soluções, materiais viscosose pastas finas
Fonte: Keey (1978), Apud Park et al. (2007a).
Nonhebel e Moss (1971) também classificam os secadores segundo o método de
operação (como mostrado na figura 15) e segundo a forma física (como mostrado na
figura 16).
Figura 15 – Classificação dos secadores segundo o método de operação.
Fonte:Nonhebel e Moss (1971), Apud Park et al. (2007a).
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 38
Figura 16 – Classificação dos secadores segundo a forma física.
Fonte: Nonhebel e Moss (1971), Apud Park et al. (2007a)
Em que:
1. Pastas, pré-moldados, dura, granulares, fibrosos e folhas;
2. Líquidos, lama, pastas e granulares;
3. Pastas, pré-moldado, dura, granulares, fibrosos e folhas;
4. Pré-moldado, granulares e fibrosos; 5. Pré-moldado, granulares e fibrosos;
6. Lama e pastas;
7. Líquidos, lama, pastas e folhas;
8. Dura, granulares e fibrosos;
9. Líquidos, lama e pastas;
10. Pastas, pré-moldado, dura, granulares e fibrosos;
11. Pastas, pré-moldado, dura, granulares e fibrosos;
12. Granulares e fibrosos;
13. Pastas, pré-moldado, dura e folhas;
14. Pastas, pré-moldado, dura, granulares, fibrosos e folhas;
15. Pré-moldado, granulares e fibrosos.
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 39
2.13 Sistema de secagem para grãos
Weber (1995) apresenta a tabela 4, a seguir, com os sistemas de secagem existentes.
Tabela 4 – Sistemas de secagem existentes.
Classificação Sistema de secagem
Quanto ao tipo de fabricação Móveis ou fixos (silos secadores, de torre)
Quanto ao sistema de carga Intermitente ou contínuos
Quanto à ventilação Insuflação de ar ou aspiração de ar
Quanto ao fluxo de ar Concorrente, contracorrente, cruzado ou misto
Quanto à torre de secagem Calhas paralelas, calhas cruzadas,de colunas e comcâmara descanso
Quanto ao sistema de descarga
Descarga de bandeja mecânica,
descarga pneumática,descarga de
eclusas rotativas
Quanto ao combustível Líquido, sólido ou gasoso
Ar da fornalha Direto e indireto
Grau de automatização Secagem com controle manuale secagem automatizada
Fonte: Weber (1995)
Baseado nesse quadro, Park et al. (2007a) conclui que somente três tipos de siste-
mas de secagem são convenientes para a secagem de grãos, variando a forma construtiva
e de dispositivos utilizados em seu interior. Estes são descritos a seguir:
2.13.1 Silos de secagem
Este sistema, que pode ser encontrado também como secador móvel, seca por carga
pequenos volumes de grãos. Silos secadores ainda são muito utilizado por cooperativas
estaduais para secagem de sementes e tem como característica uma adaptação que facilita
seu deslocamento (PARK et al., 2007a).
2.13.2 Secador móvel
Este secador tem por característica sua construção sobre rodas. Podendo ter como
combustível liquido ou gás, torna-se versátil. Tendo um controle da descarga, esse aparelho
permite a secagem dos grãos até o grau de umidade desejado (PARK et al., 2007a).
2.13.3 Secador de torre
Secadores de torre são secadores verticais, estáticos, que operam de forma inter-
mitente ou contínua, com os grãos em movimento. Atualmente, são os mais utilizados
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 40
comercialmente, tanto pela faixa de capacidade em que opera, quanto pelas suas caracte-
rísticas técnicas (PARK et al., 2007a).
2.14 A cultura do sorgo
A moderna planta de sorgo (Sorghum bicolor L. Moench), apresentada na figura
17, é um produto da intervenção do homem, que domesticou a espécie e, ao longo de
gerações, vem transformando-a para satisfazer as necessidades humanas. Sorgo é uma
fábrica de energia, de enorme utilidade em regiões muito quentes e muito secas, onde o
homem não consegue boas produtividades de grãos (EMBRAPA, 2007).
Figura 17 – Planta de Sorgo.
Fonte: Nutripasto
O sorgo é cultivado para a produção de grãos (sorgo granífero) e forragens na forma
de pastejo direto, corte verde (sorgo forrageiro) e conservado na forma de feno e silagem.
O grão (figura 18) pode ser substituto do milho na alimentação de animais ruminantes
e não ruminantes. Em muitos países da África e da Ásia os grãos de sorgo constituem
o alimento básico de suas populações, sendo usado em diferentes formas. Nos Estados
Unidos, os grãos de sorgo são usados essencialmente para fabricação de rações. No Brasil
o sorgo destina-se principalmente à alimentação animal (POMPEU, 2003).
Figura 18 – Grãos de Sorgo.
Fonte: Organicauthority
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 41
A tabela 5 apresenta um Rank dos dez maiores produtores e consumidores de sorgo
no mundo, bem como os valores de produção e consumo para o Brasil e para o mundo.
Tabela 5 – Produção Mundial de Sorgo. Rank dos dez maiores países produtores e con-
sumidores de sorgo no mundo.
Produção de Sorgo (2006) Consumo de Sorgo (2005)
Países Quantidade (ton) Países Quantidade (1000 ton)
Nigéria 9.866.000 Índia 6370,18
Índia 7.240.000 Nigéria 5739,88
Estados Unidos
da América 7.050.000 Sudão 2857,7
México 5.486.884 Etiópia 1769,5
Sudão 5.203.000 Burkina Faso 1238,96
China 2.489.500 China 858,96
Argentina 2.327.865 República Unidada Tanzania 629,22
Etiópia 2.313.041 Camarões 572,98
Burkina Faso 1553830 Niger 444,67
Brasil 1.556.016 Chade 391,92
Outros 12.812.364 Outros 34486
Mundo 57.898.500 Mundo 55359,97
Fonte: FAO, 2007
Na figura 19, a seguir, observa-se uma mudança, nos últimos anos, na ordem dos
maiores produtores de sorgo do mundo.
Figura 19 – Produção de sorgo nos maiores produtores mundiais entre 2013 e 2017.
Fonte: USDA, 2016
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 42
O Brasil possui extensas áreas aptas ao cultivo do sorgo nas regiões Nordeste,
Centro-Oeste, Sudeste e Sul, como mostrado na figura 20. Face à adaptabilidade desta
cultura e às suas características, como grande amplitude de épocas de plantio, resistência
à seca, possibilidade de mecanização das operações de plantio e colheita, e aproveitamento
da palhada na alimentação animal, através de pastejo direto, pode-se considerar que o
sorgo é a cultura que possui uma das maiores condições favoráveis à sua expansão em
diversas regiões do país (VIANA; BORGONOVI; FREIRE, 1986).
Figura 20 – Estados Produtores de Sorgo no ano de 2001.
Fonte: Guilherme Mezzena / Grupo Pró sorgo
Na figura 21, está representada a distribuição da produção de sorgo granífero no
Brasil na safra 2005/06. Observa-se que o estado de Goiás tem a maior participação na
produção, sendo seguido por São Paulo, por Mato Grosso e Minas Gerais no rank dos
maiores produtores desta safra, embora no rank de produção a disputa pela segunda
posição acontece entre os estados de São Paulo e Mato Grosso. Na realidade, os estados
de Goiás, Mato Grosso, São Paulo e Minas Gerais tem sido responsáveis por mais de 80%
da área plantada com sorgo e mais de 70% da produção nacional (EMBRAPA, 2007).
Figura 21 – Distribuição de Área Plantada com Sorgo no Brasil – Média das Safras 2004
à 2006.
Fonte: IBGE, 2007
Dos quatro tipos de sorgo - granífero, forrageiro, vassoura, sacarino – o -granífero é
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 43
o que ocupa a maior área cultivada. No Brasil, o sorgo granífero é considerado um produto
de demanda intermediária, uma vez que constitui basicamente um ingrediente para rações
utilizadas na alimentação de aves, suinos e bovinos. Por outro lado, grande parte do sorgo
produzido na África e lia Ásia é destinado à alimentação humana, constituindo a base da
dieta alimentar de milhões de pessoas (VIANA; BORGONOVI; FREIRE, 1986).
2.15 Interesse comercial
O sorgo é o quinto cereal mais produzido no mundo, ficando atrás do milho (Zea
mays L., trigo (Triticum aestivum L.), arroz (Oryza sativa L.) e cevada (Secale cereale
L.). Aproximadamente 90% da área cultivada encontra-se nos países em desenvolvimento
da Ásia e África (FAOSTAT, 2011).
O grão de sorgo é alimento básico da população de vários países da África e Ásia,porém no Brasil seu uso é mais restrito, mesmo na alimentação animal. O grão é fonte
energética essencial e substitui o milho em muitos países de clima tropical. O sorgo é
reconhecido pela capacidade de sobreviver ainda que com limitada disponibilidade de
água. Assim, regiões com precipitações pluviométricas médias anuais acima de 450 mm
já podem ser consideradas aptas a exploração. (PITOMBEIRA, 2001).
O Brasil ocupa o décimo lugar em produção a nível mundial com 857.000 t de
grãos. Dados do IBGE (2001) mostram os estados de Goiás, Mato Grosso do Sul, Mato
Grosso e Rio Grande do Sul como os principais produtores. (FAOSTAT, 2011).
2.16 Secagem e tolerância a dessecação
Sementes podem ser classificadas em dois grupos distintos com relação ao com-
portamento no armazenamento. No primeiro estão as ortodoxas, que se mantém viáveis
após dessecação até um grau de umidade em torno de 5% e podem ser armazenadas sob
baixas temperaturas por um longo período. No segundo grupo têm-se as recalcitrantes,
ou sementes sensíveis à dessecação, que não sobrevivem com baixos níveis de umidade, o
que impede o seu armazenamento por longo prazo (ROBERTS, 1973).
Sementes ortodoxas, como o sorgo e o milho, passam por uma redução natural do
teor de água em seu processo de desenvolvimento possibilitando assim sua conservação e
armazenamento em várias condições ambientais. Tal dessecação é de suma importância
para a germinação e síntese de enzimas essenciais a germinação, por isso essa redução de
teor de humidade deve ocorrer seja de forma natural ou, caso necessário, artificialmente
(BEWLEY, 1979; KERMODE; BEWLEY, 1989).
De acordo com Kermode (1997), a síntese de determinadas proteínas na fase final
de maturação do grão de sorgo, conhecida como LEA (late embriogenesis abundant) é uma
Capítulo 2. MARCO TEÓRICO 44
das diversas mudanças bioquímicas que ocorrem nas células das sementes. A detecção e
o acúmulo dessas proteínas, nas fases finais de desenvolvimento das sementes tem relação
direta com a aquisição de tolerância a dessecação, em várias espécies.
Essas proteínas são de fundamental importância para sementes ortodoxas, por pos-
suírem papel importante na proteção de estruturas citoplasmáticas das sementes durante
a desidratação. Ao fim da maturação, o acúmulo de açucares como a sacarose, estaqui-
ose e rafinone que também auxiliam no processo de proteção contra efeitos negativos da
desidratação são favorecidos pela secagem (FILHO, 2005).
Freitas (2004) verificou alterações no perfil das proteínas resistentes ao calor em
sementes de milho, para diferentes estados de maturação. Para sementes que não foram
submetidas a secagem foi observado menor intensidade do aparecimento de bandas, já
para as sementes expostas a secagem este nível de aparecimento de bandas foi maior.
Outra conclusão obtida por esse autor foi o fato da secagem induzir o aparecimento de
bandas dessa proteína para sementes de milho com alto teor de água.
Visto que uma secagem incorreta pode causar danos a membrana da semente,
reduzindo seu potencial de armazenabilidade, além de uma possível indução de dormência
em sementes de sorgo, verifica-se a necessidade de um alto controle do processo de secagem
artificial (SILVA, 2014).
2.17 Dormência em sementes
Quando todos os fatores ambientais são favoráveis a germinação e, ainda assim, as
sementes não germinam, essas são consideradas dormentes (SILVA, 2014).
A dormência é uma característica determinada por fatores genéticos, mas sua
indução advém da influência do ambiente durante a maturação. De acordo com a espécie
avaliada e dependendo do mecanismo endógeno , é possível que um mesmo fator do
ambiente apresente efeitos variáveis (FILHO, 2005).
Segundo Oliveira et al. (2011b), para minimizar-se os danos durante o armazena-
mento e garantir o alto padrão de qualidade dos lotes de semente, a secagem deve ser
controlada. Em sementes de sorgo (Sorghum Vulgare), a dormência secundária pode ser
induzida, secando-as à temperatura de 46 ∘C – 48 ∘C e reduzindo sua umidade para cerca
de 7%, devido a alterações físicas ocorridas no tegumento da semente, provocadas pela
secagem excessiva, de modo a restringir as trocas gasosas durante a embebição (NUTILE;
WOODSTOCK, 1967).
45
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Materiais
A biomassa escolhida como material a ser seco é o Sorgo BRS 658: híbrido de sorgo
silageiro.
O sorgo BRS658 (figura 22) é um híbrido forrageiro desenvolvido pela Embrapa
Milho e Sorgo para atender a crescente demanda dos produtores por maior eficiência e
melhor qualidade na alimentação de bovinos (EMBRAPA, 2016).
Figura 22 – Sorgo BRS658.
Fonte: EMBRAPA (2016)
Tal escolha justifica-se pela possibilidade de obtenção das amostras dessa espécie
de grão para as pesquisas. Outra motivação para o uso é a importância do fomento de
espécies desenvolvidas em território nacional.
3.1.1 Proliferação de pragas
Waquil, Cruz e Viana (1986) afirmam que dentre os vários aspectos a avaliar na
cultura do sorgo, a ocorrência de pragas deve ter atenção do produtor. Do plantio a
colheita, um grande número de espécies de insetos pode estar associado à cultura do grão.
Capítulo 3. MATERIAIS E MÉTODOS 46
De acordo com EMATER-MG (2012), as pragas subterrâneas, como: larva-arame,
bicho-bolo, pão-de-galinha e corós, causam prejuízos na fase inicial e devem ser controladas
por meio do tratamento de sementes. Caso ocorra a proliferação de pragas o sorgo pode
adquirir doenças provocadas por bactérias, fungos ou vírus. Algumas das doenças causadas
por fungos e bactérias são listadas a seguir:
∙ Doenças causadas por bactérias: risca bacteriana e estria bacteriana.
∙ Doenças causadas por fungos: helmintosporiose, podridão-docolmo e pedúnculo, an-
tracnose do colmo, podridão-seca-do-colmo e doença açucarada do sorgo.
Como previsto na literatura supracitada, foi detectado nas amostras do sorgo uti-
lizado para os experimentos, diversos insetos, apresentados na figura 23 a seguir:
Figura 23 – Insetos encontrados nas amostras de sorgo.
Fonte:Autoral (2017)
3.1.2 Preparo das amostras
Devido o acúmulo de impurezas, em especial terra, bem como a presença de insetos
em meio aos grãos, foi necessário a realização de um pré-tratamento durante o preparo
das amostras.
Para a retirada das partículas sólidas de terra diferentes dos grãos de sorgo, foram
utilizados os processos de agitação e, posteriormente, tamisação. Tamisação é uma opera-
ção mecânica que, através das malhas de um tecido apropriado, separa partículas sólidas
com diferentes dimensões. Os tecidos utilizados no processo de tamisação atuam como
uma rede, que permite a passagem apenas das partículas cujas dimensões são inferiores à
Capítulo 3. MATERIAIS E MÉTODOS 47
abertura das respectivas malhas. Já as partículas de tamanho superior ficam retidas na
superfície da peneira (PRISTA; ALVES; MORGADO, 1990).
A agitação e peneiração das amostras é apresentada na figura 24, a seguir.
Figura 24 – Agitação e peneiração dos grãos de sorgo para retirada de impurezas das
amostras.
Fonte:Autoral (2017)
Já para a retirada dos insetos, o método utilizado foi o de catação, retirando os
insetos manualmente.
Por fim, com o auxílio de uma balança digital de cozinha, foram pesadas amostras
de 50g de massa cada uma. A figura 25, apresenta esse procedimento.
Figura 25 – Amostra de 50g de grão de sorgo BRS658 utilizada para testes de validação
do equipamento.
Fonte:Autoral (2017)
Capítulo 3. MATERIAIS E MÉTODOS 48
3.2 Métodos
3.2.1 Método de secagem selecionado
O método de secagem selecionado para o desenvolvimento desse protótipo foi a
secagem convectiva. Justifica-se essa escolha pelo fato de que o método convectivo utiliza-
se de um ar de secagem que circula no interior do tambor, estando em contato direto com
a superfície dos grãos. Dessa forma, otimiza-se o processo de secagem, visto que têm-se
um aumento e uniformização da transferência de calor.
3.2.2 Equipamento selecionado
A seleção do tipo de secador é uma das fases mais difíceis e pobremente abordadasna tecnologia de secagem, devido a dificuldade na sua definição quantitativa e na grande
variedade de modelos disponíveis. Entende-se que para cada produto existem diversos
secadores que podem ser escolhidos, por isso é necessário selecionar, em um tamanho
e custo adequados, um aparelho que alcance a quantidade de umidade necessária, num
tempo aceitável, mantendo um produto de qualidade e respeitando a segurança e os fatores
ambientais (HONORATO, 2006), Apud (KEMP; BAHU, 1995).
McNeill e Montross (2003) afirmam que na secagem de grãos de sorgo, os sistemas
de secagem de milho podem ser utilizados, porém é necessário maiores tempos de exposição
quando comparados aos utilizados para o milho, visto que sementes menores oferecem
maior resistência ao fluxo de ar, o que resulta em menores taxas de fluxo de ar para um
mesmo volume de grãos.
Costa et al. (2006) desenvolveu uma série de experimentos com secadores rotativos
em grãos de milho obtendo uma boa secagem e provando a possibilidade de utilização desse
tipo de aparelho de secagem para o milho e, teoricamente, para o sorgo.
De acordo com Coelho et al. (2002), no Brasil, o sorgo costuma ser plantado como
segunda safra após o cultivo da soja, portanto a capacidade de secar ambos os produtos foi
tomada como critério de seleção. Os secadores rotativos com distribuição radial do fluxo de
ar existentes no mercado foram projetados para a secagem do café. Porém, comerciantes
de secadores rotativos como a empresa APPO (2016), garantem a utilização para outros
grãos como a soja e o milho.
Vista a falta de material bibliográfico que ateste a eficiência da secagem de grãos
de sorgo com secadores rotativos, escolheu-se esse modelo como objeto de estudo a ser
desenvolvido e otimizado.
Capítulo 3. MATERIAIS E MÉTODOS 49
3.2.2.1 Secador rotativo
O secador rotativo utilizado industrialmente é constituído por um cilindro horizon-
tal ou ligeiramente inclinado que gira em torno de seu eixo longitudinal com velocidade
angular de 2 rpm (duas rotações por minuto). O produto úmido é carregado pela parte
mais elevada do secador, através de um transportador, e descarregado na parte mais
baixa pela ação da gravidade. O fluxo de ar de secagem é injetado numa câmara situada
no centro do cilindro e atravessa radialmente a massa do produto (SILVA, 1995).
Um diagrama esquemático de um secador rotativo é apresentado na figura 26 a
seguir:
Figura 26 – Diagrama esquemático de um secador rotativo.
Fonte: Adaptado de Silva et al. (2012)
As vantagens e desvantagens deste modelo de secador são apresentadas na tabela
6, a seguir:
Tabela 6 – Vantagens e desvantagens do secador de fluxos concorrentes.
Vantagens Desvantagens
Funciona como máguina pré-limpeza Baixa eficiência energética
Secagem uniforme Alta incidência de danos mecânicos
Alto custo de investimento
Fonte: Adaptada de Silva (1995)
3.2.3 Variáveis do processo
Dentre as diversas variáveis de processo que influenciam a secagem, foram elenca-
das 4 que serão estudadas neste trabalho. Tais variáveis são listadas a seguir:
∙ Umidade relativa do ar;
Capítulo 3. MATERIAIS E MÉTODOS 50
∙ Temperatura;
∙ Tempo;
∙ Rotação do tambor.
Justifica-se essa escolha de parâmetros vista a necessidade de um intervalo de
temperatura e umidade relativa otimizados, de forma a evitar a deterioração do produto
final. Além disso, deseja-se efetuar a secagem no menor intervalo de tempo possível,
visando o aumento de produtividade, porém sem imprimir um ar de secagem prejudicial a
qualidade dos grãos. Por fim, sendo o equipamento um secador rotativo, deseja-se observar
a influência da rotação na velocidade da secagem.
3.2.4 Condições de operação
Para validar o funcionamento do equipamento desenvolvidos, 3 condições de ope-
ração para os testes de secagem foram estabelecidas. Essas condições são apresentadas a
seguir:
∙ CO1 - Condição de operação inicial
A primeira condição de operação tem como característica a temperatura do ar de
secagem no mesmo valor da temperatura ambiente.
∙ CO2 - Condição de operação média
A segunda condição de operação tem como característica um ar de secagem que
atinge temperaturas maiores que a temperatura ambiente usada na CO1.
∙ CO3 - Condição de operação final
A terceira, e última, condição de operação, tem como característica principal um ar
de secagem que atinge temperaturas maiores que as temperaturas observadas nas
outras condições de operação. Uma outra característica dessa condição de operação
é que, além de atingir valores maiores de temperatura, os valores que também são
obtidos na CO2, nessa condição são alcançados mais rapidamente, aquecendo o
interior do tambor em um menor intervalo de tempo.
3.2.5 Montagem do secador
A modelagem e construção do protótipo de secador rotativo para grãos de sorgo
dividiu-se em 2 etapas principais. São elas:
1. Dimensionamento e desenho esquemático do protótipo;
Capítulo 3. MATERIAIS E MÉTODOS 51
2. Montagem do equipamento.
Tais etapas serão detalhadas nos itens seguintes.
3.2.5.1 Dimensionamento e desenho esquemático do protótipo
Por meio do software de desenhos tridimensionais CATIA versão V5R20, foram
desenvolvidos os desenhos de cada componente da estrutura do secador rotativo para
grãos. A ilustração do protótipo em vista isométrica, bem como as vistas frontal, superior
e lateral são apresentadas na figura 27, a seguir:
Figura 27 – Desenho das vistas frontal, superior, lateral e isométrica com as respectivas
cotas (em milímetros) do secador rotativo para grãos de sorgo desenvolvido
nesse projeto.
Fonte: Autoral (2017)
Em seguida, foram produzidas as vistas de corte e a vista de detalhe do equipa-
mento. Nessas vistas é possível visualizar a parte interna do cilindro rotativo que compõe
o secador. Destaca-se nessa figura as perfurações feitas no eixo fixo do tambor, respon-
sáveis pela introdução do ar de secagem advindo da fonte de ar de secagem exterior ao
tambor. Destaca-se também a gaiola de proteção do sensor de umidade e temperatura,
Capítulo 3. MATERIAIS E MÉTODOS 52
que evita o choque dos grãos com o sensor durante a rotação do tambor. Tais vistas são
apresentadas na figura 28, a seguir:
Figura 28 – Vistas de corte e detalhe do secador rotativo para grãos de sorgo desenvolvido
nesse projeto.
Fonte: Autoral (2017)
3.2.5.2 Montagem do equipamento
A montagem do equipamento foi dividida em 8 etapas principais. São elas:
1. Construção do tambor rotativo;
2. Construção do eixo fixo;
3. Escolha da estrutura do equipamento;
4. Escolha do motor do sistema mecânico;
5. Escolha do sistema de transmissão ;
6. Instalação do circuito eletrônico de potência;
Capítulo 3. MATERIAIS E MÉTODOS 53
7. Construção do sistema de fornecimento de ar de secagem;
8. Desenvolvimento do sistema de coleta de dados de secagem.
O detalhamento dessas etapas será apresentado nos tópicos a seguir.
3.2.5.3 Construção do tambor rotativo
Decidiu-se por utilizar como tambor rotativo um barril de chopp Heineken com
5l de volume. Tal escolha justifica-se pelo fato que esse tambor é em material metálico
e possui um esmalte interno específico para conservação de alimentos em temperaturas
diferentes da temperatura ambiente. Além disso, possuindo 17,82 cm de diâmetro e 24,5
cm de comprimento, o tambor adequasse a proposta de desenvolvimento de um protótipo
leve e pequeno de secador rotativo.
Após a escolha do tambor, foram instaladas pás metálicas em seu interior, com o
objetivo de produzir o cascateamento dos grãos de sorgo durante a rotação do aparelho.
Essas pás são de alumínio e possuem, aproximadamente, 10 cm de comprimento e 1 cm de
altura. As pás foram instaladas em sentido longitudinal, ou seja, orientadas no sentido do
comprimento do tambor. A imagem 29 apresenta o tambor que compõe o secador rotativo
para grãos desenvolvido nesse projeto.
Figura 29 – Tambor com pás em alumínio instaladas em seu interior.
Fonte: Autoral (2017)
Posteriormente, foram instalados discos em madeira com rolamentos concêntricos
na tampa e no fundo do tambor, com