Cap 2 Propriedades físicas 2017 I

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Propriedades Físicas de 
Produtos Armazenados. 
Aplicação. 
Profa Roberta Jimenez de Almeida Rigueira 
Departamento de Engenharia Agrícola e Meio Ambiente 
INTRODUÇÃO 
Uma noção sobre: 
Estrutura 
 
Composição e 
 
Propriedades físicas 
 
Estudo sobre secagem e 
armazenagem de grãos 
2 
3 
ESTRUTURA E FUNÇÕES DOS 
GRÃOS E SEMENTES 
 As sementes das Angiospermas 
 
Monocotiledôneas - milho, arroz, trigo. 
Dicotiledôneas - soja, feijão, café. 
 
são formadas basicamente: 
 tegumento e embrião (cotilédone e 
eixo embrionário), e 
 Endosperma (às vezes ausente). 
 
 Do ponto de vista funcional, as sementes são 
compostas de: 
 uma cobertura protetora 
(tegumento), 
 um tecido meristemático 
(eixo embrionário), e 
 um tecido de reserva 
(endospermático, cotiledonar ou 
perispermático). 
4 
ESTRUTURA E FUNÇÕES DOS 
GRÃOS E SEMENTES 
 Cobertura 
protetora 
 
 Consiste na 
estrutura externa 
que delimita a 
semente. 
 
5 
ESTRUTURA E FUNÇÕES DOS 
GRÃOS E SEMENTES 
 Pode ser composta apenas pelo tegumento e, 
algumas vezes, também pelo pericarpo. 
 Cobertura protetora 
 Funções: 
a) manter unidas as partes internas da semente; 
b) proteger as partes internas contra choques e 
abrasões; 
c) servir como barreira à entrada de microrganismos; 
d) regular a velocidade de reidratação, 
e) regular a velocidade das trocas gasosas; e 
f) regular a germinação. 
 
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ESTRUTURA E FUNÇÕES DOS 
GRÃOS E SEMENTES 
7 
ESTRUTURA E FUNÇÕES DOS 
GRÃOS E SEMENTES 
Estrutura do fruto do cafeeiro 
 Tecido meristemático 
 
O eixo embrionário é a parte vital da 
semente, pois apresenta a capacidade de se 
desenvolver graças ao tecido meristemático 
presente em suas duas extremidades. 
 
 
 
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ESTRUTURA E FUNÇÕES DOS 
GRÃOS E SEMENTES 
 Nas dicotiledôneas, o embrião maduro é 
constituído pelo eixo embrionário e por duas 
estruturas foliares, os cotilédones. 
 
 A parte do eixo situada abaixo da inserção 
dos cotilédones é denominada hipocótilo, 
enquanto a porção terminal inferior dá origem 
ao primórdio da raiz ou radícula. 
 
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ESTRUTURA E FUNÇÕES DOS 
GRÃOS E SEMENTES 
 Este primórdio é representado pelo 
meristema apical da raiz e é revestido pela 
coifa. 
 
 A parte do eixo acima do nó cotiledonar é 
formada pelo epicótilo e pela plúmula, 
sendo estas, por sua vez, constituída pela 
gema apical e pelos primórdios foliares. 
 
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ESTRUTURA E FUNÇÕES DOS 
GRÃOS E SEMENTES 
 Nas monocotiledôneas há certa dificuldade 
de interpretação da morfologia do eixo 
embrionário. 
 
 Quando observado no interior de um grão, o 
embrião apresenta-se justaposto ao 
endosperma por meio de um cotilédone 
maciço, denominado escutelo. 
 
11 
ESTRUTURA E FUNÇÕES DOS 
GRÃOS E SEMENTES 
12 
ESTRUTURA E FUNÇÕES DOS 
GRÃOS E SEMENTES 
 Tecido de 
reserva 
 
 O tecido de 
reserva das 
sementes pode 
ser constituído por 
endosperma, 
cotilédones e, em 
alguns casos, pelo 
perisperma. 
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ESTRUTURA E FUNÇÕES DOS 
GRÃOS E SEMENTES 
 Localização das reservas – endosperma, 
cotilédones, perisperma. 
As principais substâncias armazenadas pelas 
sementes são carboidratos, lipídeos e 
proteínas. 
Amido  amilácea. 
Lipídeos  oleaginosas. 
Proteínas  protéicas. 
 
 
14 
ESTRUTURA E FUNÇÕES DOS 
GRÃOS E SEMENTES 
15 
ESTRUTURA E FUNÇÕES DOS 
GRÃOS E SEMENTES 
Espécie Carboidratos (%) Lipídeos (%) Proteínas (%) 
Algodão 15 33 39 
Amendoim 12 48 30 
Arroz 65 2 16 
Feijão 57 1 23 
Milho 64 5 10 
Soja 25 18 38 
Trigo 70 2 11 
Girassol 19 26 18 
Sorgo 72 4 10 
Mamona 0 64 18 
 Composição aproximada das sementes de algumas espécies de 
interesse econômico. 
 O conhecimento das características físicas 
dos produtos agrícolas e seus princípios tem 
grande importância para: 
a construção e operação de 
equipamentos de secagem e 
armazenagem, 
adaptação de equipamentos já 
existentes, visando obter maior 
rendimento nas operações de 
processamento. 
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PROPRIEDADES FÍSICAS DOS 
GRÃOS 
 Ângulo de repouso, 
 Massa específica granular, 
 Porosidade, 
 Velocidade terminal, 
 Tamanho e forma dos grãos, 
 Propriedades térmicas, 
 Propriedades dielétricas, e 
 Condutividade elétrica. 
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PROPRIEDADES FÍSICAS DOS 
GRÃOS 
 Ângulo máximo do talude formado pelos 
grãos em relação à horizontal. 
 
 É altamente influenciado pelo teor de 
umidade, pelo tamanho, forma e constituição 
externa do grão. 
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ÂNGULO DE REPOUSO 
 Aplicação: 
1. Capacidade estática dos silos; 
2. Capacidade de correias transportadoras; 
3. Dimensionamento de moegas, dutos e 
rampas de descarga de grãos. 
 
19 
ÂNGULO DE REPOUSO 
20 
ÂNGULO DE REPOUSO 
Ângulo máximo do talude formado pelos grãos em relação à horizontal. 
21 
ÂNGULO DE REPOUSO 
 Determinação do ângulo de repouso: 
1. Um tambor provido de uma abertura no 
fundo, sobre o qual se eleva uma plataforma 
circular de raio conhecido. 
2. Com uma abertura gradual do registro forma-
se um cone de grãos sobre a plataforma. 
3. O ângulo de repouso pode ser calculado 
pelo arco-tangente do quociente do dobro da 
altura do cone pelo diâmetro da plataforma. 
22 
ÂNGULO DE REPOUSO 
(Esquema básico de um determinador do ângulo de repouso) 
Ângulo de repouso = arc tg (2h/d) 
23 
ÂNGULO DE REPOUSO 
24 
ÂNGULO DE REPOUSO 
(Esquema básico de um determinador do ângulo de repouso) 
Ângulo de repouso = arc tg (2h/d) 
25 
ÂNGULO DE REPOUSO 
Ângulo máximo do talude formado pelos grãos em relação à horizontal. 
26 
ÂNGULO DE REPOUSO 
Material audiovisual 
 
 Ângulo de repouso 
 https://www.youtube.com/watch?v=fw6a-23S8BA 
 
 Massa específica 
 https://www.youtube.com/watch?v=A-thWFr0hgc 
 
 Porosidade e velocidade terminal 
 https://www.youtube.com/watch?v=rH334N_tGfg 
 
 
27 
 
 Também conhecida como peso hectolitro 
(PH) ou densidade granular, pode ser 
definida como a razão entre a massa e o 
volume de determinada quantidade de 
produto. 
 
 PH = massa /volume 
 
28 
MASSA ESPECÍFICA GRANULAR 
 Aplicação: 
1. Comercialização, 
2. Dimensionamento de silos, 
3. Dimensionamento de secadores, 
4. Dimensionamento de depósitos, 
5. Dimensionamento de sistemas de transportes, 
6. Determinar teores de umidade, e 
7. Determinar danos causados por insetos e 
pragas nos grãos armazenados. 
 
29 
MASSA ESPECÍFICA GRANULAR 
30 
MASSA ESPECÍFICA GRANULAR 
(Balança de Peso Hectolitro) 
31 
MASSA ESPECÍFICA GRANULAR 
(Balança de Peso Hectolitro) 
32 
MASSA ESPECÍFICA GRANULAR 
(Balança de Peso Hectolitro) 
33 
POROSIDADE 
 É a relação entre o volume ocupado pelo ar 
existente na massa granular e o volume total 
ocupado por esta massa. 
 
 Aplicação: 
1. Dimensionamento dos ventiladores, 
2. Dimensionamento dos sistemas de 
secagem e aeração, e 
3. Na potência dos motores. 
 
34 
POROSIDADE 
Quando se aplica volume de ar com pressão conhecida na câmara 1, 
estando as válvulas 2 e 3 fechadas, ao abrir a válvula 2 a pressão é dividida 
para o recipiente 1 e 2, logo a diferença de pressão indica a porosidade. 
A porosidade será dada por = 100 (P1 – P2)/P2 
35 
 A partir do momento em que um corpo em 
queda livre alcança a velocidade constante,a 
força do campo gravitacional é anulada, em 
termos, pelo efeito resultante da força de 
arraste, ou seja, sua aceleração é nula. 
 
 
velocidade terminal. 
 
VELOCIDADE TERMINAL 
36 
 A velocidade terminal define a velocidade que 
se pode impor ao ar para que ele não arraste 
os grãos durante sua passagem em 
determinado processo. 
 
VELOCIDADE TERMINAL 
37 
 Aplicação: 
1. Dimensionamento de sistemas de 
separação e limpeza, 
2. Transportadores pneumáticos, 
3. Secagem, 
4. Resfriamento, 
5. Classificação por peso, etc. 
VELOCIDADE TERMINAL 
38 
A velocidade do ar que 
matem os grãos flutuando 
é conhecida como 
velocidade terminal 
VELOCIDADE TERMINAL 
(Equipamento para avaliação da velocidade terminal) 
homogeneizador 
39 
 Em geral, utilizam-se três eixos para a 
caracterização do tamanho dos grãos: 
C – comprimento; 
L – largura; 
E – espessura. 
 
 No caso de grãos esféricos utiliza-se apenas o 
diâmetro (D). 
 
TAMANHO E FORMA DOS GRÃOS 
40 
 Eixos para a caracterização da forma e do 
tamanho dos grãos. 
TAMANHO E FORMA DOS GRÃOS 
E – espessura; L – largura; C – comprimento; D – diâmetro. 
41 
 Os grãos apresentam-se nas formas esférica 
(soja), achatada (arroz) ou irregular (feijão). 
 
 A forma pode ser descrita ou caracterizada por 
meio do cálculo da circularidade e 
esfericidade dos grãos. 
 
TAMANHO E FORMA DOS GRÃOS 
42 
TAMANHO E FORMA DOS GRÃOS 
 Circularidade é a medida da agudeza dos 
cantos de um sólido. 
 
 Pode ser expressa como sendo a razão entre 
a maior área projetada do objeto em posição 
natural de repouso com a área do menor 
círculo circunscrito. 
 
 
43 
TAMANHO E FORMA DOS GRÃOS 
 
 
 
A circularidade (C) será: 
 C = Ap/Ac 
 
Ap - Maior área projetada do objeto em posição natural 
de repouso; 
Ac - Área do menor círculo circunscrito. 
44 
TAMANHO E FORMA DOS GRÃOS 
 Esfericidade pode ser realizado a partir da 
relação do diâmetro do maior círculo inscrito 
com o diâmetro do menor círculo circunscrito 
na projeção do objeto em posição natural de 
repouso. 
 
 
 
 
45 
TAMANHO E FORMA DOS GRÃOS 
A esfericidade (E) será calculada como: 
E= di/dc’ 
E - esfericidade; 
di - diâmetro do maior círculo inscrito; 
dc'- diâmetro do menor círculo circunscrito. 
 
 
 
46 
 
 Aplicação: 
1. Dimensionamento do tamanho e da forma 
dos furos das peneiras dos sistemas de 
separação e limpeza de grãos. 
TAMANHO E FORMA DOS GRÃOS 
PROPRIEDADES TÉRMICAS 
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PROPRIEDADES TÉRMICAS 
48 
PROPRIEDADES TÉRMICAS 
49 
PROPRIEDADES TÉRMICAS 
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PROPRIEDADES TÉRMICAS 
As propriedades térmicas 
compreendem: 
1. Condutividade térmica 
2. Difusividade térmica 
3. Calor específico 
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Condutividade térmica 
 Taxa de calor que flui por condução a uma 
superfície e por unidade de tempo, quando é 
estabelecido um gradiente de temperatura 
entre esta superfície e outra paralela. 
 
 Esta propriedade é variável em função do 
produto, teor de água e temperatura. 
52 
 Métodos de determinação 
1. Estacionário 
2. Transiente 
 
1. Estacionário 
 Consiste na solução da equação de calor 
para um para um regime estacionário em 
placas paralelas, cilíndricas ou esferas 
concêntricas contendo a amostra em 
estudo. 
53 
Condutividade térmica 
2. Método transiente 
 Consiste em introduzir na amostra uma fonte 
linear de energia e medir o incremento de 
temperatura no ponto médio desta fonte. 
 
 
54 
Condutividade térmica 
 Aplicação: 
1. Desenvolvimento de cálculos de 
transferência de calor envolvidos e projetos 
de refrigeração e armazenamento de 
alimentos. 
 
55 
Condutividade térmica 
Difusividade térmica 
 A difusividade térmica mede a capacidade do 
material de conduzir a energia térmica em 
relação à sua capacidade de armazená-la. 
 
 Aplicação: 
1. Monitoramento de temperatura em 
processos de secagem, aeração e 
resfriamento de grãos. 
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Calor específico 
 O calor específico de um corpo é definido 
como a razão entre a capacidade térmica e a 
massa deste corpo. 
 
 Capacidade térmica – razão entre o calor 
fornecido ao corpo e a correspondente 
variação de temperatura. 
57 
 Determinação do calor específico: 
1. Pela relação entre a condutividade 
térmica, e a massa específica e a 
difusividade térmica; 
2. Processo de misturas; 
3. Calorímetros; e 
4. Bombas calorimétricas. 
58 
Calor específico 
 
 Calorímetro – é um aparelho usado para 
medir a quantidade de calor que é liberado 
ou absorvido numa transformação física ou 
química. 
 
59 
Calor específico 
PROPRIEDADES TÉRMICAS 
60 
 
 Bomba calorimétrica – é um aparelho 
utilizado para desencadear uma reação 
química, por meio de eletricidade a fim de 
medir o calor de combustão das substâncias. 
61 
Calor específico 
62 
Calor específico 
Bomba calorimétrica 
63 
Calor específico 
64 
 Aplicação: 
1. Desenvolvimento de cálculos de 
transferência de calor envolvidos e projetos 
de refrigeração e armazenamento de 
alimentos. 
 
Calor específico 
PROPRIEDADES DIELÉTRICAS 
 Os condensadores são constituídos de duas 
placas metálicas paralelas e separadas por 
um material isolante chamado de dielétrico, 
capazes de armazenar cargas elétricas. 
 
 Ao conectar estas placas a uma fonte 
elétrica, uma das placas adquire carga 
positiva e a outra, negativa, originado uma 
diferença de potencial. 
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 As propriedades de maior interesse são: 
1. Constante dielétrica, ’; 
2. Constante dielétrica de perda ’’. 
 
 Aplicação: 
1. Processos de aquecimento dielétrico e 
micro-ondas. 
 
66 
PROPRIEDADES DIELÉTRICAS 
CONDUTIVIDADE ELÉTRICA 
 Quando uma corrente elétrica flui através de 
um condutor, há uma relação direta entre a 
diferença de potencial do condutor e a 
intensidade da corrente. 
 
 Razão entre a voltagem e a corrente = k 
 
 
Resistência do condutor 
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CONDUTIVIDADE ELÉTRICA 
 Com base neste princípio vários modelos de 
determinadores de umidade, para grãos e 
sementes, foram projetados e ainda são 
utilizados no comércio, indústria e 
conservação de alimentos. 
 
 
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Medidor Universal 
(Método da resistência elétrica) 
69 
 Princípio de funcionamento: 
A resistência elétrica depende da pressão 
exercida pelos eletrodos sobre a amostra de 
grãos. 
Quanto maior a pressão exercida sobre os 
grãos, menor será a resistência elétrica que 
poderá influenciar o valor correto da 
umidade. 
70 
Medidor Universal 
(Método da resistência elétrica) 
GEHAKA 
(Método dielétrico) 
71 
Princípio de 
funcionamento 
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GEHAKA 
(Método dielétrico) 
 
 Princípio de funcionamento 
Mede a resistência oferecida ao material à 
passagem de corrente elétrica, sendo mais 
preciso para grãos com baixo teor de água. 
73 
GEHAKA 
(Método dielétrico) 
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CONDUTIVIDADE ELÉTRICA 
Condutivímetro de 
bancada 
 Aplicação: 
1. Monitoramento da qualidade dos 
grãos; 
2. Integridade da membrana celular; e, 
3. Estudo sobre o potencial elétrico dos 
grãos em função da sua constituição. 
 
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CONDUTIVIDADE ELÉTRICA 
 Ângulo de repouso, 
 Massa específica granular, 
 Porosidade, 
 Velocidade terminal, Tamanho e forma dos grãos, 
 Propriedades térmicas, 
 Propriedades dielétricas, e 
 Condutividade elétrica. 
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PROPRIEDADES FÍSICAS DOS 
GRÃOS 
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 
 CORREA, P. C.; SILVA, J. S. Estrutura, Composição e 
Propriedades dos Grãos. In: Silva, J. S. Secagem e 
armazenagem de produtos agrícolas. Viçosa: Editora 
Aprenda Fácil, 2008, 2 ed. p.19-36. 
 
 
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