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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA ENG 670 – PROPRIEDADES FÍSICAS DE PRODUTOS AGRÍCOLAS TEOR DE UMIDADE DE GRÃOS E SEMENTES AUTORES: Paulo Cesar Corrêa André Luís Duarte Goneli UFV - 2005 - i - AUTORES: PAULO CESAR CORRÊA Engenheiro Agrônomo, D.s. Professor Adjunto da Universidade Federal de Viçosa Tel.: (31)3899-2030 Email: copace@ufv.br ANDRÉ LUÍS DUARTE GONELI Engenheiro Agrônomo, M.s. Doutorando em Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa Tel.: (31)3899-2030 Email: andregoneli@vicosa.ufv.br - ii - ÍNDICE 1 – Introdução 1 2 – Composição dos grãos e sementes 1 3 – Cálculo do teor de umidade 3 4 – Transformação de base 4 5 – Cálculo dos constituintes durante a secagem 4 6 – Porcentagem de quebra 8 7 – Cálculo da massa de água 10 8 – Cálculo da massa total após a secagem 10 9 – Método da regra de três para o cálculo das massas 11 10 – Variação de cada constituinte durante a secagem 13 11 – Referências bibliográficas 14 ENG 670 – Propriedades físicas dos produtos agrícolas Teor de umidade - 1 - 1 – INTRODUÇÃO: O conhecimento do teor de umidade dos grãos é o principal parâmetro de avaliação quando se deseja obter um armazenamento seguro. Ele se refere à quantidade de água que o grão ou semente contém. Essa quantidade de água, quando se faz referência ao armazenamento destes grãos ou sementes, deve ser tal que possa reduzir ao máximo o processo de respiração, o qual consome as reservas nutritivas dos mesmos, além de inibir o desenvolvimento de insetos e microrganismos. O teor de umidade e a temperatura do ar ambiente são os principais fatores que afetam o desenvolvimento de microrganismos, sendo de fundamental importância o seu conhecimento e controle para uma melhor preservação da qualidade dos grãos durante o armazenamento. O conteúdo de água existente nos produtos de origem vegetal exerce grande influência sobre suas propriedades físicas, principalmente durante o manuseio, processamento e armazenagem destes produtos. Além do armazenamento, o conhecimento do teor de umidade dos grãos também é de extrema importância em outras etapas do processo produtivo, como por exemplo, durante a colheita dos grãos, processamento, transporte e comercialização dos grãos e sementes. 2 – COMPOSIÇÃO DOS GRÃOS E SEMENTES: Os grãos e sementes são materiais higroscópicos e contêm água no estado líquido, em contato íntimo com a estrutura celular, e por matéria seca, constituindo sua massa total. A água se encontra sob duas formas básicas nos grãos e sementes: Água livre, que é aquela facilmente removida dos grãos e sementes pelo processo de secagem, e a Água de constituição, na qual suas moléculas estão ligadas quimicamente à matéria seca, fazendo parte da estrutura celular. Sua retirada do produto é difícil e, quando isto ocorre, também são retiradas outras substâncias, ocorrendo a oxidação deste material. A outra parte constituinte dos grãos e sementes é a matéria seca. No caso das sementes a matéria seca é o tecido de reserva, que para as monocotiledôneas é o endosperma e para as dicotiledôneas é o próprio cotilédone. Tanto para os grãos, como para as sementes, frutos, hortaliças e alimentos em geral, qualquer um dos componentes podem ser designados ou medidos em relação a massa total (água + matéria seca), fornecendo resultados em base úmida, quanto em relação apenas a matéria seca, fornecendo resultados em base seca. ENG 670 – Propriedades físicas dos produtos agrícolas Teor de umidade - 2 - Na figura 1 encontra-se uma figura que contém um esquema da constituição dos grãos e sementes. Também se encontra na figura 1 a descrição dos constituintes da matéria seca. MASSA TOTAL ‘ Figura 1 – Esquema da constituição dos grãos e sementes ALIMENTO ÁGUA MATÉRIA SECA ORGÂNICA INORGÂNICA - Glucídeos - Lipídeos - Proteínas - Vitaminas - Macro elementos - Micro elementos H2O MATÉRIA SECA ENG 670 – Propriedades físicas dos produtos agrícolas Teor de umidade - 3 - 3 – CÁLCULO DOTEOR DE UMIDADE: MASSA TOTAL: é a massa de todos os constituintes de um produto. mt mc ms= + onde: mt = massa total mc = massa do constituinte; ms = massa de matéria seca O teor de umidade pode ser expresso de duas formas: BASE SECA: Quando a massa de determinado constituinte de um produto é expressa em função da massa de matéria seca deste mesmo produto. * constituinte matéria seca mc mcC ms mt ma = = = − onde: ma = massa de água BASE ÚMIDA: Quando a massa de determinado constituinte de um produto é expressa em função da massa total deste produto. constituinte massa total mc mcC mt ma ms = = = + Teor de umidade em base úmida: É a massa de água do produto em função da massa total deste produto. = = + ma maU mt ma ms Teor de umidade em base seca: É a massa de água do produto em função da massa de matéria seca deste produto. ENG 670 – Propriedades físicas dos produtos agrícolas Teor de umidade - 4 - * ma maU ms mt ma = = − 4 - TRANSFORMAÇÃO DE BASE: → Teor de umidade em base seca para base úmida: * ma maU ms mt ma = = − Dividindo-se o numerador e o denominador por mt, teremos: * 1 ma ma Umt mtU mt ma mt ma U mt mt mt = = =− −− → Teor de umidade em base úmida para base seca: ma maU mt ma ms = = + Dividindo-se o numerador e o denominador por ms, teremos: * * 1 ma ma Ums msU ma ms ma ms U ms ms ms = = =+ +− 5 – CÁLCULO DOS CONSTITUINTES DURANTE A SECAGEM: Para o cálculo da massa de água (ma), massa de matéria seca (ms) e da massa total (mt) de um determinado produto serão utilizados três métodos: Do balanço de massa, do método da ASAE e do método básico. Para tanto, será usado o mesmo exemplo: ENG 670 – Propriedades físicas dos produtos agrícolas Teor de umidade - 5 - EXEMPLO: 50 Toneladas de milho serão secas de 22% para 12% B (100%) A 50 (22%) C (12%) Método do balanço de massa Balanço de massa total: = +A B C C A B= − 50B C= − Balanço de água: (0,12) 50 (0,22) (1,00)C B× = × − × (0,12) 50 (0,22) (50 ) (1,00)C C× = × − − × 44,32C ton= 50 44,32 5,68B ton= − = → mae (massa de água a ser evaporada) Balanço de matéria seca: =A Cms ms → 50 (50 0,22)Ams = − × ( 0,12)= − ×Cms C C 50 (50 0,22) ( 0,12)− × = − ×C C 44,32=C ton 5,68=B ton 50=A ton Método da ASAE: Base úmida: ma mt msU U mt mt ms mt mt −= = ∴ × = − − × =mt U mt ms ENG 670 – Propriedades físicasdos produtos agrícolas Teor de umidade - 6 - (1 ) 1 = × − = − ms mt U msmt U Base seca: * *maU ma U ms ms = ∴ = × mt ma ms= + *mt U ms ms= + * * (1 ) 1 = × + = + mt ms U mtms U Base úmida: 100 0,22 11 50 mai maiUi mai ton mti = × ∴ = ∴ = 50 11 39mti mai ms ms ms ton= + ∴ = + ∴ = 39 50 1 1 0,22 msmti ton Ui = = =− − 39 44,32 1 1 0,12 msmtf ton Uf = = =− − 50 44,32 5,68mae mti mtf ton= − = − = Base seca: * 0, 22100 100 28,21% 1 1 0,22 UUi U = × = × =− − * 0,12100 100 13,64% 1 1 0,12 UUf U = × = × =− − *(1 )mt ms U= + ENG 670 – Propriedades físicas dos produtos agrícolas Teor de umidade - 7 - *(1 ) 39 (1 0,2821) 50mti ms Ui ton= + = × + = *(1 ) 39 (1 0,1364) 44,32mtf ms Uf ton= + = × + = 50 44,32 5,68mae mti mtf ton= − = − = Método básico Base úmida: 100 0,22 11 50 mai maiUi mai ton mti = × ∴ = ∴ = 50 11 39mti mai ms ms ms ton= + ∴ = + ∴ = 100 0,12 0,12 ( )maf mafUf maf maf ms mtf maf ms = × ∴ = ∴ = × ++ 0,12 ( ) 0,12 ( 39) 5,32maf maf ms maf maf maf ton= × + ∴ = × + ∴ = 5,32 39 44,32mtf maf ms mtf ton= + ∴ = + = 11 5,32 5,68mae mai maf mae ton= − ∴ = − = Base seca: * 100 0,2821 0,2821mai maiUi mai ms ms ms = × ∴ = ∴ = × 50 0, 2821 39mti mai ms ms ms ms ton= + ∴ = × + ∴ = 0, 2821 0,2821 39 11mai ms ton= × = × = * 100 0,1364 5,32 39 maf mafUf maf ton ms = × ∴ = ∴ = 5,32 39 44,32mtf maf ms mtf ton= + ∴ = + = 11 5,32 5,68mae mai maf mae ton= − ∴ = − = ENG 670 – Propriedades físicas dos produtos agrícolas Teor de umidade - 8 - 6 - PORCENTAGEM DE QUEBRA: A porcentagem de quebra é a redução da massa do lote de grãos ou sementes devido a remoção de água durante o processo de secagem. O cálculo da porcentagem de quebra pode ser feita em base seca e em base úmida. Base seca: 100 mti mae PQ → → Mae mti mtf= − 100 100 100mti mtf mai ms maf ms mai mafPQ mti mai ms mai ms − + − − −= × = × = ×+ + Dividindo o numerador e o denominador por ms, teremos: 100 mai maf ms msPQ mai ms ms ms − = × + * * * * * * 100 1 100 100 −= ×+ −= ×+ Ui UfPQ Ui Ui UfPQ Ui Quebra = Quantidade de água a ser evaporada pelo processo de secagem (mae) 100 PQQ mt= × * * * 28, 21 13,64100 100 11,36% 100 100 28, 21 Ui UfPQ Ui − −= × = × =+ + 11,36450 5,68 ( ) 100 100 PQQ mt ton mae= × = × = ENG 670 – Propriedades físicas dos produtos agrícolas Teor de umidade - 9 - Base úmida: * 1 UU U = − 100mai mafPQ mai ms −= ×+ maU U ma U ms ma ma ms = ∴ × + × =+ 1 ×= − U msma U 1 1 1 1100 100 1 1 1 Ui ms Uf ms Ui Uf Ui Uf Ui UfPQ Ui ms Uims Ui Ui × ×− −− − − −= × = ×× + +− − (1 ) (1 ) (1 ) (1 ) 100 1001 1 1 × − − × − − × − + ×− × −= × = ×+ − − − Ui Uf Uf Ui Ui Ui Uf Uf Ui UfUi UfPQ Ui Ui Uf Ui 100 1 100 100 −= ×− −= ×− Ui UfPQ Uf Ui UfPQ Uf 22 12 100 11,36% 100 12 PQ −= × =− Quebra: 11,36450 5,68 ( ) 100 100 PQQ mt ton mae= × = × = 50 5,68 44,32mtf mti Q ton= − = − = ENG 670 – Propriedades físicas dos produtos agrícolas Teor de umidade - 10 - 7 - CÁLCULO DA MASSA DE ÁGUA: Base úmida: ( )maU ma U ma ms ma U ma U ms ma ms = ∴ = × + ∴ − × = ×+ 1 ×= − U msma U 0,22 39 11 1 1 0,22 Ui msmai ton Ui × ×= = =− − 0,12 39 5,32 1 1 0,12 Uf msmaf ton Uf × ×= = =− − 44,32mtf maf ms ton= + = Base seca: * *maU ma U ms ms = ∴ = × * 0, 2821 39 11mai Ui ms ton= × = × = * 0,1364 39 5,32maf Uf ms ton= × = × = 44,32mtf maf ms ton= + = 8 – CÁLCULO DA MASSA TOTAL APÓS A SECAGEM: Base úmida: mtf mti Q= − 1 100 100 PQ PQmtf mti mti mti⎛ ⎞ ⎛ ⎞= − × = −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 11 1 1 Ui Uf Uf Ui Ufmtf mti mti Uf Uf ⎛ ⎞ ⎛ ⎞− − − += − =⎜ ⎟ ⎜ ⎟− −⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ENG 670 – Propriedades físicas dos produtos agrícolas Teor de umidade - 11 - 1 1 ⎛ ⎞−= ⎜ ⎟−⎝ ⎠ Uimtf mti Uf 1 0,2250 44,32 1 0,12 mtf ton−⎛ ⎞= =⎜ ⎟−⎝ ⎠ Base seca: 1 100 100 PQ PQmtf mti mti mti⎛ ⎞ ⎛ ⎞= − × = −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ * * * * * * * 11 1 1 Ui Uf Ui Ui Ufmtf mti mti Ui Ui ⎛ ⎞ ⎛ ⎞− + − += − =⎜ ⎟ ⎜ ⎟+ +⎝ ⎠ ⎝ ⎠ * * 1 1 ⎛ ⎞+= ⎜ ⎟+⎝ ⎠ Ufmtf mti Ui * * 1 1 0,136450 44,32 1 1 0, 2821 Ufmtf mti ton Ui ⎛ ⎞+ +⎛ ⎞= = =⎜ ⎟ ⎜ ⎟+ +⎝ ⎠⎝ ⎠ 9 - MÉTODO DA REGRA DE TRÊS PARA O CÁLCULO DAS MASSAS Base úmida: ma ms mt 22 100-22 100 mai ms 50 Inicial 12 100-12 100 maf 39 mtf Final 50 22 11 100 mai ton×= = ENG 670 – Propriedades físicas dos produtos agrícolas Teor de umidade - 12 - 50 (100 22) 39 100 ms ton× −= = 12 39 5,32 100 12 maf ton×= =− 39 100 44,32 100 12 mtf ton×= =− Base seca: * 0, 22100 100 28,21% 1 1 0,22 UUi U = × = × =− − * 0,12100 100 13,64% 1 1 0,12 UUf U = × = × =− − ma ms mt 28,21 100 100+28,21 mai ms 50 Inicial 13,64 100 100+13,64 maf 39 mtf Final 50 28,21 11 100 28,21 mai ton×= =+ 50 100 39 100 28,21 ms ton×= =+ 39 13,64 5,32 100 maf ton×= = 39 (100 13,64) 44,32 100 mtf ton× += = ENG 670 – Propriedades físicas dos produtos agrícolas Teor de umidade - 13 - 10 – VARIAÇÃO DE CADA CONSTITUINTE DURANTE A SECAGEM * constituinte constituinte= = ÷− m m C mt ms mt ma constituinte * 1 = = −− m Cmt iC mt ma Ui mt mt * * (1 ) (1 ) 1 1 = ∴ = × − ∴ = × −− − CC iC C C U C U U Ui *C não varia durante a secagem, o que varia é o teor de umidade. ENG 670 – Propriedades físicas dos produtos agrícolas Teor de umidade - 14 - 11 – REFERÊNCIAS BILBIOGRÁFICAS BROOKER, D. B., BAKKER-ARKEMA, F. W., HALL, C. W. Drying and storage of grains and oilseeds. Westport: AVI, 1992. 450p. HALL, C.W. Drying and storage of agricultural crops. Westport: AVI, 1980. 381p. LEWIS, M.J. Propriedades físicas de los alimentos y de los sistemas de procesados. Zaragoza: Editorial Acribia S.A., 1993. 494p. MOHSENIN, N.N. Physical properties of plant and animal materials. New York: Gordon and Breach Science, 1986. 734p. WEBER, E.A. Armazenagem agrícola. Porto Alegre: Gráfica e Editora La Salle, 1995. 395p.
