ZEA_1059_Aula3 (1)

Prévia do material em texto

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.