aula 2 - Secagem de Grãos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
CAMPUS DE RIO PARANAÍBA
SECAGEM DE GRÃOS
UFV/CRP – SECAGEM DE GRÃOS
UFV/CRP – SECAGEM DE GRÃOS
A ultima etapa do desenvolvimento dos produtos agrícolas é
o ponto de maturidade fisiológica, no qual é máximo o peso
de matéria seca dos grãos, a partir deste ponto as reservas
dos grãos são usadas para atender a sua demanda por
nutrientes. Partindo deste principio esta seria a época ideal
para a colheita, porém a umidade por ser elevada dificulta o
procedimento de colheita. Quando os grãos estão muito
úmidos apresentam baixa resistência mecânica, e quando
estão muitos secos apresentam baixa elasticidade, e ambos
os casos acarretam perdas qualitativa do cereal. Portanto, o
ponto ideal de colheita varia de produto para produto.
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Todos os processos aplicados aos grãos após a sua
maturidade fisiológica devem ser cuidadosamente planejados
e executados para que o grão mantenha a qualidade
adquirida e com isto mantenha o máximo de valor nutricional
agregado.
Para que a colheita seja realizada com sucesso, os grãos
devem estar com umidade entre 16 e 25%, e
necessariamente devem passar por um processo de secagem
para reduzir a sua umidade, até a faixa de armazenamento,
variando de 12 a 14%.
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Operações unitárias em Unidades Armazenadoras
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Moega
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Limpeza
Na etapa de limpeza são retiradas as impurezas presentes no
produto: palhas, vagens, matérias estranhas, poeira de grãos
e de terra provenientes do campo de colheita.
Importância da limpeza:
•Secagem: mais uniforme, diminuição do risco de incêndio,
aumenta capacidade de secagem
•Armazenamento:
passagem de ar na aeração não é obstruída,
material mais uniforme na armazenagem,
menos suscetível ao ataque de insetos.
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Limpeza
Pode ser dividida em 3 formas:
•Pré-limpeza
•Limpeza
•Classificação
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Pré-limpeza
•Operação preliminar 
•Feita com os grãos úmidos
•Eliminar folhas, ramos, torrões, poeira
•Reduz para 4% o teor final de impurezas
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Limpeza
•Operação terminal
•Separa impurezas remanescentes da pré-limpeza
•Reduz para 1% o teor de impurezas final da massa.
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Classificação
Realizada com o grão limpo.
Classificação de acordo com os parâmetros:
•Comprimento
•Forma
•Espessura
•Largura
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Classificação dos equipamentos de limpeza
Quanto ao princípio de funcionamento
Insuflação ou Aspiração de ar: Flutuação dos corpos na
corrente de ar (velocidade terminal)
– Arraste dos corpos mais leves
Peneiramento dos grãos: Corpos são colocados sobre tela ou
chapa perfurada, e por movimento vibratório ou oscilatório,
existe a separação entre impurezas e grãos.
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Máquinas de peneiras
Crivo circular Crivo retangular
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Máquinas de peneiras
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Jogo de peneiras:
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Máquinas de ar-peneira
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Limpeza
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Princípios de funcionamento das máquinas de limpeza:
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Separação das impurezas por tamanho e massa
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Secagem
Etapa do processamento
que tem por finalidade
retirar parte da água da
semente que é disponível
às atividades biológicas das
sementes, insetos e
microrganismos.
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Princípios Gerais da Secagem
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 nos grãos de milho e soja e reduzir
a qualidade de no processo de moagem de trigo e no
beneficiamento de arroz.
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 contendo
proporções variáveis de: carboidratos, proteínas, lipídios e
minerais.
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A secagem de grãos envolve dois processos fundamentais
quando o produto é colocado em contato com o ar quente:
(1) a transferência de calor do ar para o produto pelo efeito
da diferença de temperatura existente entre eles
(2) a transferência de massa para o ar pela diferença de
pressão parcial de vapor de água existente entre o ar e a
superfície do produto.
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As condições externas e os mecanismos internos do
movimento de umidade dos grãos durante a secagem são
muito importantes. O movimento de água do interior do
material até a superfície é analisado pelos mecanismos de
transferência de massa, que indicarão a dificuldade de
secagem dos materiais. Durante a secagem, para que haja a
evaporação de água da superfície do material ao ambiente, a
água deve ser transportada do interior do sólido até a
superfície
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Os parâmetros que influenciam a taxa de secagem, com
utilização de ar forçado, são principalmente, a temperatura e
a umidade relativa do ambiente, temperatura e fluxo do ar de
secagem, umidade inicial, final e de equilíbrio do produto, a
temperatura e velocidade do produto no secador, bem como
a variedade e a história do produto do plantio até a colheita.
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Equilíbrio Higroscópico
Capacidade de ceder ou absorver umidade de acordo com a
baixa ou alta umidade relativa do ar contido no espaço
intersticial da massa de grãos.
Os grãos mantém equilíbrio de sua umidade com a umidade
relativa do ar, a uma dada temperatura.
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Equilíbrio Higroscópico
• IMPORTÂNCIA
– Saber se o grão ganhará ou perderá umidade segundo as
condições de umidade relativa do ar e temperatura.
– Umidade do produto quando em equilíbrio = equilíbrio
higroscópico
– É a umidade que se observa após a exposição de um grão
por um período prolongado a uma condição ambiental.
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• Isotermas de equilíbrio: relação entre a umidade de
determinado produto e a correspondente umidade de
equilíbrio para uma dada temperatura
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Valores da Ue são diferentes para quando os grãos ganham
água (adsorção) e quando perdem umidade (dessorção).
Velocidade de adsorção de água pelo grão é mais lenta que a
de dessorção.
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Umidade de equilíbrio
UR = umidade relativa
T= temperatura absoluta (K)
Ue= umidade de equilíbrio (Bs)
C e n= constantes do material
n
e )U(CTeUR1 
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No ponto de equilíbrio, a pressão de vapor d'água dentro do
grão é igual à pressão de vapor d'água contido no ar.
Quando o grão e o ar, que o envolve, apresentam diferentes
pressões de vapor, a umidade se movimenta da substância
com maior pressão de vapor para aquela que possui menor
pressão até atingir um ponto de equilíbrio (fim do transporte
de umidade)
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Umidade relativa do ar
Em que
Pv = pressão parcial do vapor d’água no ar a T (°C) - Pa
Pvs = Pressão do vapor saturado a T(°C); 
Ø= umidade relativa do ar
VS
V
P
P

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Se:
• Pv grão < Pv ar = o grão sorve umidade do ar
(umedecimento)
• Pv grão > Pv ar = o grão cede umidade para o ar (secagem)
• Pv grão = Pv ar = equilíbrio higroscópico
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• Umidade de equilíbrio depende:
– Umidade relativa do ar
– Temperatura
– Condições físicas dos grãos
– Direção na qual ocorre a transferência de massa entre o
grão e o ambiente.
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Ex:
Soja
Temperatura oC UR % Ue % bs
20 70 14,225 70 14,1
30 70 13,9
35 70 13,8
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Processo de secagem se baseia no princípio de mudança da
UR
Ex: Soja
Temperatura oC UR % Ue % bu Ue % bs
20 70 14,2 16,6
25 52 10,6 11,8
30 40 8,4 9,2
35 30 6,7 7,2
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Determinação da Ue
• Existem dois métodos para a obtenção experimental do teor 
de umidade de equilíbrio.
• Método Estático ou Dinâmico
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Método Estático
Necessita de vários dias para que a umidade do produto
entre em equilíbrio com o ambiente. Pode-se usar soluções
salinas saturadas ou soluções ácidas, a diferentes
concentrações, para manter a umidade relativa desejada sob
determinada temperatura.
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Método Dinâmico
Consiste em forçar o ar, com umidade relativa e temperatura
controladas, a passar pela amostra, ou vice-versa. Chega-se
mais rapidamente ao valor da Ue. A velocidade com que o
equilíbrio é atingido vai depender da quantidade de trocas a
serem feitas para um produto em particular.
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Secagem
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Condição para que ocorra a secagem:
A pressão de vapor da água na semente tem que ser maior
que a pressão de vapor da água no ar de Secagem
PvH20 (grão) > PvH20 (ar)
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Métodos de Secagem
Se considerarmos que o ar empregado na secagem de um
produto é o ar ambiente, movimentado artificialmente,
podemos distinguir dois métodos de secagem:
Secagem Natural
Secagem Artificial
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Secagem Natural:
Consiste na exposição do produto úmido ao sol ou a sombra
em um ambiente relativamente seco a fim de que a água seja
removida por evaporação. O produto pode ser disposto em
terreiros de cimento, (como a secagem de café em terreiro),
ou sobre tabuleiros, sendo o produto revolvido
constantemente.
Exige baixo custo de implantação e mão-de-obra não
especializada, porém a sua utilização está condicionada as
condições climáticas da época de colheita.
Este método não se aplica ao processamento de grandes
volumes de grãos devido ao baixo rendimento e a vinculação
do controle do processo a fatores climáticos.
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Secagem Natural:
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Secagem Artificial:
A secagem artificial tem por finalidade mudar as condições do ar
de secagem, para que este retire do produto o máximo de água
possível, mantendo as características qualitativas deste produto.
No caso o ar é aquecido, e o produto úmido é submetido, em um
secador a ação de uma corrente deste ar, aonde serão feitas as
transferências de calor e massa.
A secagem artificial permite reduzir rapidamente o teor de
umidade dos produtos recém-colhidos, evitar alterações
metabólicas e minimizar a ação de fungos e insetos. Apesar de
seu custo elevado a secagem artificial de grãos é amplamente
adotada por razões de produtividade agrícola, ou de
disponibilidade de mão-de-obra.
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Secagem Artificial:
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Secagem Artificial:
A alternativa para a secagem natural no campo ou terreiro é a
utilização de técnicas de secagem artificial. A secagem artificial
pode ser executada em baixas e/ou altas temperaturas.
A secagem a baixas temperaturas é considerada aquela
executada com ar natural ou levemente aquecido (1 a 10°C),
acima da temperatura ambiente.
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Secagem Artificial:
Dentre os processos de secagem artificial, a secagem a altas
temperaturas é o mais rápido e menos dependente das
condições atmosféricas, devido as altas temperaturas e ao fluxo
de ar empregado. Permite reduzir rapidamente a umidade dos
produtos agrícolas colhidos com umidades acima de 20%, e
permite condições adequadas para preservação das qualidades
nutricionais, fisiológicas e organolépticas por longos períodos de
armazenagem. Pode-se caracterizar secagem a altas
temperaturas quando o ar de secagem for aquecido a dez ou
mais graus Celsius acima da temperatura ambiente, podendo
variar de 50 a 300°C.
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Secagem a baixa temperatura:
Sistema de secagem recomendado para pequenas e médias
propriedades agrícolas
A secagem à baixa temperatura normalmente é realizada em 
silos secadores, sendo normalmente utilizada para secagem 
de sementes
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Secagem a baixa temperatura:
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Secagem a baixa temperatura:
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Secagem a baixa temperatura:
Secagem com ar natural: Processo de secagem dependente
das condições climáticas da região
Secagem com ar aquecido: Processo de secagem com
aquecimento do ar ambiente até 40ºC.
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Secagem com ar natural:
O teor de água final do produto é igual ao teor de água de
equilíbrio do produto com as condições climáticas médias do
ar de secagem na região.
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Exemplo de secagem em Maringá: Tmédia = 24ºC e UR = 70%
Tabela de teor de umidade de equilíbrio do milho
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Secagem com ar aquecido:
O teor de umidade final do produto é igual ao teor de
umidade de recomendado para a sua conservação.
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Secagem com ar aquecido:
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Secagem com ar aquecido:
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Secagem com ar aquecido:
Tabela de teor de umidade de equilíbrio do milho
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Fontes de aquecimento do ar de secagem:
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Secagem em alta temperatura
É o processo de secagem mais
rápido e independente das
condições climáticas, sendo que
o ar de secagem tem o seu
potencial aumentado a medida
que se eleva a temperatura.
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Secagem em alta temperatura
Secadores de leito fixo
A camada de grãos nestes secadores permanece estática durante
a secagem. O modelo representado na Figura dispõe de fornalha
a lenha, ventilador e câmara de secagem. O tempo de secagem
por carga é estimado em 5 horas. O fluxo de ar empregado varia
de 1 a 10 m3/min.m2 de área da câmara de secagem. A
temperatura do ar de secagem varia de 40 a 55oC.
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Secagem em alta temperatura
Secadores de leito fixo
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Secagem em alta temperatura
Secadores de leito fixo
Pelo fato do produto permanecer estático é recomendado o
revolvimento a cada três horas. Assim, a secagem do produto
dar-se-á uniformemente. Alguns fabricantes comercializam estes
secadores com sistemas mecânicos para o revolvimento. Assim é
dispensada a interrupção do processo de secagem.
O secador de leito fixo tem sido empregado na secagem de milho
em espiga, feijão em ramas, café e arroz. O formato da câmara de
secagem pode ser variado e esta pode ter o fundo inclinado para
propiciar a descarga por gravidade.
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Secagem em alta temperatura
Secadores de Fluxos Cruzados
Conforme a denominação, os fluxos de grãos e ar de secagem
cruzam sob um ângulo de 90o na câmara de secagem. Este tipo de
secador é o mais difundido mundialmente, devido à facilidade de
construção. Na Figura apresenta um secador com duas câmaras de
secagem. Na primeira, a superior, há um ventilador axial e na
segunda dois. Junto aos ventiladores existem os queimadores de
gás. Ocorre inversão de lado das colunas de grãos da primeira para
segunda câmara de secagem. Isto é feito para homogeneizar o
teor de umidade na massa de grãos. Pois, o produto que se
encontra mais próximo à entrada do ar de secagem, torna-lo mais
seco e aquecido.
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Secagem em alta temperatura
Secadores de Fluxos Cruzados
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Secagem em alta temperatura
Secador de Fluxos ContracorrentesNestes secadores os fluxos de grãos e ar de secagem ocorrem em
sentidos contrários. Sendo que o fluxo de grãos ocorre no sentido
da gravidade e o fluxo de ar em sentido ascendente. Na Figura
está esquematizada a configuração típica que conta com um silo
dotado de: fundo perfurado, sistema de aquecimento, ventilador
e sistema de movimentação de grãos. Em seu funcionamento, a
frente de secagem permanece sempre junto ao fundo. À medida
que ocorre a secagem, a camada de grãos seca é transportada
para silos armazenadores ou então, é depositada na parte
superior da massa de grãos.
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Secagem em alta temperatura
Secador de Fluxos Contracorrentes
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Secagem em alta temperatura
Secador de Fluxos Concorrentes
São secadores em que os fluxos de ar de secagem e grãos têm o
mesmo sentido de deslocamento. As configurações comerciais
possuem (a) grandes alturas (b) vários estágios de secagem e
descanso e (c) circuitos de reaproveitamento do ar de secagem.
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Secagem em alta temperatura
Secador de fluxos mistos ou secador do tipo Cascata
Este é o modelo de secador mais utilizado pelas unidades
armazenadoras brasileiras, disponibilizado com capacidades
horárias de secagem de 15 a 250 t/horas.Estruturalmente, esses
secadores possuem uma torre central montada pela
superposição vertical de caixa dutos. Uma caixa duto é formada
por dutos montados emuma fileira horizontal. O nome cascata é
definido devido à característica do movimento da massa de grãos
por entre os dutos.
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Secagem em alta temperatura
Secador de fluxos mistos ou secador do tipo Cascata
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Secagem em alta temperatura
Secador de fluxos mistos ou secador do tipo Cascata
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Secagem em alta temperatura
Secador de fluxos mistos ou secador do tipo Cascata
2/3 da altura da torre correspondem à câmara de secagem. Pelo
lado esquerdo entra o ar de secagem com temperaturas entre 80
a 100oC. E do lado direito é procedida a sucção do ar exausto,
que geralmente possui temperatura entorno de 7oC acima da
temperatura ambiente.
O 1/3 inferior da altura da torre é destinado à câmara de
resfriamento. Cujo objetivo é retirar calor da massa de grãos,
deixando-a com temperatura próxima a ideal para a
armazenagem.
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Secagem combinada
Consiste em utilizar secagem em alta temperatura enquanto o
produto tem alto teor de umidade e transferir o produto para
um sistema de baixa temperatura cuja secagem será
complementada
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Secagem combinada
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Estimativa do tempo de secagem:
O tempo estimado de secagem pode ser obtido utilizando:
• Gráfico psicrométrico
• Balanço de calor e massa
• Modelos de simulação
Modelo de Hukill
Modelo de Thompson
Modelo de Michigan
Modelo de Morey
Etc...