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12/03/19 1 Tecnologia de Secagem e Armazenagem de Grãos (ZEA 1059) Aula 3: Propriedades Físicas dos Grãos Profa. Fernanda M. Vanin Universidade de São Paulo Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos Curso: Engenharia de Biossistemas Princípios de Conservação Propriedades Físicas dos Grãos Introdução: fundamentos da conservação e preservação de grãos Métodos de conservação de grãos (introdução) Exemplos Propriedades Físicas dos Grãos 1) Teor de Umidade 2) Massa Específica 3) Ângulo de Repouso 4) Porosidade Outras... Introdução: fundamentos da conservação e preservação de grãos Métodos de conservação de grãos (introdução) Exemplos Propriedades Físicas dos Grãos 1) Teor de Umidade 2) Massa Específica 3) Ângulo de repouso 4) Porosidade Outras..... Princípios de Conservação Propriedades Físicas dos Grãos Teor de Umidade (ou água) “Teor de umidade é a relação percentual entre a quantidade de água e a quantidade total de produto” • É uma das determinações mais utilizadas em alimentos. • Importância Econômica Estabilidade e qualidade dos grãos mt = mms + mH2O Teor de Umidade (ou água) • Exemplo 1 – Uma carga de 32 toneladas apresenta teor de umidade de 13g de água/ 100g de produto. Calcular a massa de água e de matéria seca da carga. Massa específica (ou densidade) • É a relação quantidade de massa em um dado volume. A unidade utilizada pode ser kg/m3 ou t/m3 Figura – Balança para determinação do peso hectolítrico (PH). (Fonte: Silva et al., 2008) 12/03/19 2 Grãos Umidade (%b.u.) Massa Específica Granular Grãos Umidade (%b.u.) Massa Específica Granular Cevada1 7,9 585,0 Arroz1 12,0 586,0 10,8 593,0 14,0 588,0 13,3 593,0 16,0 605,0 16,6 577,0 18,0 615,0 19,5 569,0 Trigo1 7,3 790,0 Milho1 7,3 753,0 11,0 790,0 13,0 737,0 14,1 756,0 16,2 721,0 17,1 727,0 19,5 689,0 19,3 703,0 24,9 656,0 Milho 12,5 769,2 Sorgo1 6,8 753,0 BR 2012 13,9 762,5 12,0 753,0 14,8 757,8 14,3 753,0 16,7 749,8 18,6 737,0 18,1 737,3 22,1 721,0 20,3 714,2 Milho-‐Pipoca3 10,2 783,1 23,5 696,0 11,5 772,0 25,9 679.8 11,7 769,0 27,4 669,8 14,2 764,9 (1) BROOKER et al., 1974;; (2) FRANCESCHINI et al., (1995);; (3) RUFFATO et al., 1999;; TABELA - Massa específica granular, em kg.m-3, de algumas espécies de grãos Porosidade • Os grãos armazenados apresentam como uma massa porosa, constituída pelos grãos e o espaço interticial, também denominado de intergranular • Porosidade é a relação percentual entre o volume intergranular e o volume total da amostra. Fluxo de ar – massa de grãos Dimensionamento ventiladores Grão Umidade (%b.u.) Porosidade (%) Grão Umidade (%b.u.) Porosidade (%) Arroz1 12,0 59,6 Milho 13,4 40,1 14,0 59,3 Milho BR 2012 14,9 39,6 16,0 57,9 16,8 40,5 18,0 56,9 19,4 42,7 Sorgo1 14,3 42,0 22,7 48,7 18,6 43,0 25,4 50,9 22,1 45,5 26,9 51,3 Milho-‐ pipoca3 10,2 41,8 28,4 51,7 11,5 42,1 Canola4 6,5 38,4 12,4 42,2 6,7 38,9 14,4 42,3 Trigo duro4 9,8 42,6 19,4 43,8 Trigo mole4 9,8 39,6 TABELA - Porosidade, em %, de algumas espécies de grãos (1) BROOKER et al., 1974;; (2) FRANCESCHINI et al., (1995);; (3) RUFFATO et al., 1999;; (4) ASAE STANDARDS, 1998. Ângulo de Repouso Figura – Representação esquemática do ângulo de repouso. (Fonte : Silva et al, 2008;; Centreinar, 2012). Aplicações � dimensionamento instalações de armazenagem, � definição de altura de elevadores e inclinação de dutos, � dimensionamento de transportadores. Produto Umidade (%b.u.) Ângulo de repouso (o) Produto Umidade (%b.u.) Ângulo de repouso (o) Arroz 12-‐16 36,0 Milho 7,5 34,0 Soja 12-‐16 30,0 13,0 34,9 Cevada 7,9 29,0 16,2 35,1 10,7 30,5 19,5 39,0 13,3 31,0 23,1 43,5 16,2 32,2 19,5 33,0 Trigo 7,3 29,6 23,1 33,8 11,0 29,3 14,1 31,0 17,1 35,6 19,3 41,0 TABELA - Ângulo de repouso ou de talude natural (em graus), de algumas espécies de grãos Fonte: BROOKER et al., 1974. Ângulo de Repouso • Velocidade Terminal • Tamanho e Forma dos Grãos • Condutividade Térmica • Difusividade Térmica • Calor Específico • Resistência Elétrica • Propriedades Dielétricas Outras propriedades 12/03/19 3 Principal Característica dos grãos • Higroscopicidade – capacidade dos grãos de ganhar ou perder umidade para o ambiente; Dependendo das condições do produto e dor ar 1- PVgrão > PVar = secagem do produto; 2- PVgrão < PVar = umidecimento do produto; 3- PVgrão = PVar = equilibrio higroscopico PVgrão – Pressão de vapor do grão PVar – Pressão de vapor do ambiente. •EQUILIBRIO HIGROSCOPICO Portanto os grãos em contato com um ambiente onde a umidade relativa oscila, ganharão ou perderão umidade Os grãos mantêm equilíbrio de sua umidade com determinada umidade relativa do ar, a uma dada temperatura Secar o mais Rápido Possível UMIDADE % Temp. 15 16 18 20 22 24 26 28 30 7 650 385 150 64 42 28 21 17 14 13 360 215 86 36 24 16 12 10 8 15 270 165 65 28 18 12 9 7 6 18 200 125 49 21 14 9 7 5 4 21 152 93 37 16 10 7 5 4 3 26 84 53 17 9 5 4 3 2 2 Exemplo: Grão colhido com umidade de 24% e temperatura de 26°C Tempo de Armazenagem para Milho (dias) Secar o mais Rápido Possível Grão colhido com umidade de 24% e temperatura de 26°C Tempo de armazenagem é de 4 dias A massa ou parte da massa de grãos permanecer nestas condições por 2 dias, terá usado 50% do tempo de armazenagem (3 dias + 75 %...) Se em seguida, os grãos forem secos até 16% e resfriados até 13°C, o tempo de armazenagem esperado é de ..... Secar o mais Rápido Possível UMIDADE % Temp. 15 16 18 20 22 24 26 28 30 7 650 385 150 64 42 28 21 17 14 13 360 215 86 36 24 16 12 10 8 15 270 165 65 28 18 12 9 7 6 18 200 125 49 21 14 9 7 5 4 21 152 93 37 16 10 7 5 4 3 26 84 53 17 9 5 4 3 2 2 Exemplo: Grão colhido com umidade de 24% e temperatura de 26°C + 16% umidade e resfriados até 13°C Tempo de Armazenagem para Milho (dias) ....o tempo restante será 50 % de 215 dias = 107 dias. Tempo de armazenamento (dias) • Exemplo: Soja umidade Temp. 14 16 18 20 22 7 175 95 40 19 9 10 134 65 23 12 7 13 100 40 15 9 4 18 76 27 11 7 3 21 41 14 6 3 2 26 25 8 2 1 0 12/03/19 4 Focando : Água presente em grãos Profa. Fernanda M. Vanin Universidade de São Paulo Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos Curso: Engenharia de Biossistemas Composição Química Componente (%) Umidade 11-14 Proteína 9-16 Gordura 1,8-2,5 Cinzas 1,6-2,0 Carboidrato 69-76 Grãos de Trigo Figura Mt= Magua + Mms Determinação de Umidade A umidade é expressa em percentagem, em função do peso úmido (base úmida) ou peso seco (base seca) “Teor de umidade é a relação percentual entre a quantidade de água e a quantidade total de produto” Perdas – Matéria Seca Obs. 1: O teor de umidade do produto pode alterar durante a secagem, aeração e armazenagem Obs. 2: A quantidade de matéria seca NÃO deve alterar durante secagem, aeração e armazenagem Perda de matéria seca ocorrer devido (“Quebra Técnica”): • infestação de insetos e roedores; • ação de fungos e bactérias; • perdas nas máquinasde pré-limpeza e limpeza; • esfacelamento dos grãos; e • respiração dos grãos. Determinação de Umidade Determinação de Umidade Exemplo 1 - Uma amostra de milho tem teor de umidade de 14g de água/ 100g de produto úmido. Qual teor de umidade desta amostra expresso em base seca? Exemplo 2 – Uma carga de 50 toneladas apresenta teor de umidade de 11g de água/ 100g de produto. Calcular a massa de água e de matéria seca da carga. Exemplo 3 – Determine a massa de água que será removida de um lote de 32 toneladas de milho com teor de umidade inicial de 27% e que será secada até 13% de umidade. Determinação de Umidade Métodos Diretos – retiram água do produto Þ Estufa Þ Destilação Þ Reação Química (Karl Fisher) Þ Infravermelho Þ Microondas Métodos Indiretos - propriedades que variam c/ umidade Þ Elétricos (Resistência, Capacitância, NIR, NMR) Þ Umidade Relativa 12/03/19 5 Determinação de Umidade Métodos Diretos – retiram água do produto Þ Estufa Métodos Diretos – retiram água do produto Þ Destilação Determinação de Umidade Métodos Diretos – retiram água do produto Þ Destilação Determinação de Umidade Métodos Indiretos - propriedades que variam c/ umidade Þ Elétricos (Resistência, Capacitância, NIR, NMR) Determinação de Umidade Métodos Indiretos - propriedades que variam c/ umidade Þ Elétricos (Resistência, Capacitância, NIR, NMR) Determinação de Umidade Métodos Indiretos - propriedades que variam c/ umidade Þ Dielétricos Determinação de Umidade Por capacitância: medem a constante dielétrica do grão colocado entre as as duas placas de um capacitor. 12/03/19 6 • Métodos Diretos – bons para pesquisas usados como padrão destruição do produto (moído) tempo longo de operação secagem incompleta oxidação do material • Métodos Indiretos - rapidez de operação facilidade de manuseio leitura direta (base úmida) necessidade de calibração Determinação de Umidade Exemplo aplicativo : Amostragem: coleta de amostras preparação da amostra para análise metodologia laboratorial apropriada retirada de amostras representativas do lote Amostragem: coleta de amostras Amostragem: coleta de amostras Amostragem: coleta de amostras Amostragem de cargas em sacaria: - Amostras de 10% dos sacos escolhidos ao acaso, 30g/ saco. 12/03/19 7 Cálculos de quebras: impurezas, umidade e técnica Cálculos de quebras: Quebra de impurezas Cálculos de quebras: Quebra de Umidade Perdas – Matéria Seca Obs. 1: O teor de umidade do produto pode alterar durante a secagem, aeração e armazenagem Obs. 2: A quantidade de matéria seca NÃO DEVERIA alterar durante secagem, aeração e armazenagem Perda de matéria seca ocorrer devido (“Quebra Técnica”): • infestação de insetos e roedores; • ação de fungos e bactérias; • perdas nas máquinas de pré-limpeza e limpeza; • esfacelamento dos grãos; e • respiração dos grãos. Exemplo aplicativo: Suponha que uma unidade armazenadora recebeu 25.300 kg de milho a granel com 26 % de umidade e 4% de impurezas. Pede-se calcular a quantidade de produto que será armazenado. Considere como condições de armazenagem teor de água 13% e de impureza 1%. Bibliografia • BAILEY, S.W. & BANKS, H.J. A review of recent studies of the effect of controlled atmospheres on stored product pests. In: 101-118. • SHEJBAL, J. (ed.). Controlled atmosphere storage of grains. Amsterdam, Elsevier, 1980. p.101-118. • BRANDÃO, F.B., Manual do Armazenista, UFV, 1968. • BROOKER, D.B., BAKKER-ARKEMA, F.W., HALL, C.H. Drying and storage of grains and oilseeds. Westport: AVI, 1992. 450 p. • KENT, N.L. Tecnología de los cereales. Zaragoza: Acribia, 1971. • HOSENEY, R.C. Principles of cereal science and technology. St. Paul: AACC, 1986. • PUZZI, D., Manual de Armazenamento de Grãos, Ed. Ceres, 1977. • ROSSI, S.J., ROA, G., Secagem e Armazenamento de Produtos Agropecuários com o Uso de Energia Solar e Ar Natural, ACESP, 1980. • SILVA, J.S. et al. Secagem e Armazenamento de produtos agrícolas. Viçosa: Aprenda Fácil, 2008. 12/03/19 8 Cronograma • 14/03: Visita técnica • Realizar uma visita à uma instalação de beneficiamento de grãos, buscando conhecer o local e os objetivos daquela instalação (produto processado, para qual finalidade, quantidade....), verificar o fluxograma de processo dos grãos, e ainda identificar possíveis falhas dentro da empresa. • VAZTA da cidade de Leme (priscila@vaztaleme.com.br). • Fábrica de ração aqui da Universidade. • Lembrando que vocês deverão entrar em contato com a fábrica de ração (ou empresa de preferência) para agendar a visita com antecedência. • Neste dia, 14/03, vocês estarão dispensados da aula para realizarem esta atividade da disciplina. • 30/05: Estudo de Caso • Neste dia vocês deverão fazer uma apresentação da visita técnica realizada, apresentando os pontos acima descritos, e ainda fazendo perguntas para o restante da sala responder. A apresentação deve ter duração de 20 à 30 minutos.
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