Secagem de Produtos agricolas

Secagem de Produtos Agrícolas

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UNIRV

ROBERTA MARQUES FRANCO

27.11.2020

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SECAGEM DE PRODUTOS AGRÍCOLAS

1. Introdução

A secagem de produtos agrícolas é definida como o processo de transferência de calor e de massa entre o produto e o ar de secagem. O objetivo principal é a conservação das qualidades nutricionais e organolépticas desenvolvidas durante a fase de campo preservadas por longos períodos. A maioria dos produtos agrícolas é colhida no ponto de maturação fisiológica ou depois deste, quando apresentam teor de água elevada. Por isso, a atividade metabólica do produto tem prosseguimento, além de ser propícia ao desenvolvimento de fungos e insetos, conduzindo à deterioração rápida. Através da remoção rápida da umidade pela secagem, natural ou artificial, torna-se possível a conservação de produtos agrícolas durante o armazenamento.
A secagem também é importante em relação à produção e comercialização de produtos agrícolas, tendo como vantagens:

a) Antecipa a colheita, reduzindo perdas de campo (intempéries, ação de pássaros, insetos);
b) Propicia o planejamento da colheita e o emprego mais eficiente de maquinário e de mão- de- obra; c) Melhores preços do produto na entressafra;
d) Permite armazenamento por períodos mais longos, sem o perigo de deterioração do produto;
e) O poder germinativo é mantido por longos períodos;
f) Impede o desenvolvimento de microrganismos e insetos;
g) Permite a formação de estoques reguladores de mercado;
h) Valorização de preço, com a oferta de produtos de qualidade elevada, no caso de grãos, quanto às características organolépticas e nutricionais, e quanto às sementes pela alta porcentagem de germinação.

2. Relação água - sólido

Os produtos submetidos à secagem são classificados quanto à sua afinidade à água em higroscópicos e hidrofóbicos. Os higroscópicos apresentam maior capacidade de absorver água, como os grãos com maior teor de amido (arroz, milho), e os hidrofóbicos têm comportamento oposto, como grãos de soja e amendoim, ricos em óleo. Estes são mais fáceis de secar em função das propriedades físico-químicas e termodinâmicas das ligações de água nas estruturas sólidas dos grãos.
A água se encontra na estrutura dos grãos de diferentes formas:
· água de adsorção - encontra-se adsorvida na superfície sólida da matéria seca;
· água de absorção - está retida por forças capilares nos interstícios do material sólido;
· água de constituição - quimicamente ligada às moléculas do grão, sendo parte integrante da estrutura celular.

3. Processo e parâmetros de secagem

Durante a secagem, a retirada da umidade é obtida pela movimentação da água, decorrente de uma diferença de pressão de vapor d`água entre a superfície do produto a ser secado e o ar que o envolve (Figura 1). A condição para que um produto seja submetido a um processo de secagem é que a pressão de vapor sobre a superfície do produto (Pg) seja maior do que a pressão do vapor d`água no ar de secagem (Par).

Se Pg > Par : ocorrerá secagem do produto; Se Pg < Par : ocorrerá umedecimento do produto; Se Pg = Par : ocorrerá o equilíbrio higroscópico.

Figura 1 - Esquema de movimentação da água durante a secagem

A secagem pode ser realizada por três meios de transferência de calor:
1) Por condução, através da superfície sólida;
2) Por convecção, com a passagem de fluxo de ar aquecido; 3) Por radiação.

Na secagem de grãos, a transferência de calor por convecção é o meio mais empregado.
A secagem promove a evaporação de água da superfície do produto para o ambiente e, para tanto, a água deve ser transportada do interior para a superfície.
A eficiência da secagem está relacionada com a qualidade do produto final. No caso de grãos é desejável que, ao final do processo, deve-se ter:
· teor de água uniforme e apropriado às condições de armazenamento;
· baixa porcentagem de grãos quebrados e danificados;
· baixa susceptibilidade à quebra;
· redução da incidência de fungos e insetos; e
· conservação das características nutricionais (teor de amido, óleo, proteínas).
• processo de secagem, baseado na transferência de calor e de massa, pode ser dividido em três fases:

c
b
a
0
1
2
bulbo úmido,
C
g.H2O/g.ms

Tempo de secagem

Figura 2 - Curva típica de secagem

A curva “a” representa a redução do teor de água do produto ao longo da secagem.
A curva “b” representa a taxa de secagem do produto, ou seja, a variação do teor de água do produto por período de tempo (cinética de secagem).
A curva “c” representa a variação da temperatura do produto ao longo do período de secagem.
O período “0” representa o início da secagem, com a elevação gradual da temperatura do produto e da pressão de vapor de água. Essas elevações tem prosseguimento até o ponto em que a transferência de calor equivale à transferência de massa (água).
No período “1”, a taxa de secagem é constante. A água evaporada é água livre. A transferência de massa e transferência de calor é equivalente e, portanto, a velocidade de secagem é constante. Enquanto houver quantidade de água na superfície do produto suficiente para acompanhar a evaporação, a taxa de secagem será constante.
No período “2”, a taxa de secagem é decrescente. A quantidade de água presente na superfície do produto é menor, reduzindo a transferência de massa. A transferência de calor não é compensada pela transferência de massa; o fator limitante nessa fase é a redução da migração de umidade do interior para a superfície do produto. A temperatura do produto aumenta, atingindo a temperatura do ar de secagem. Quando o produto atinge o ponto de umidade de equilíbrio em relação ao ar de secagem, o processo é encerrado.
Existem várias hipóteses para a movimentação da água durante a secagem, e a mais aceita é a do movimento capilar (gargalo). Neste caso, o processo de secagem que ocorre no interior do produto pode ser dividido em dois períodos, um denominado período de razão constante e outro de período de razão decrescente, que por sua vez, pode ser caracterizado por mais três períodos, como apresentado segundo Silva et al. (2001):
a) Período de razão constante: quando o produto se encontra completamente úmido, no início da secagem a água escoa, na fase líquida, sob um gradiente hidráulico (Figura 3) e, em condições naturais, à temperatura do produto se iguala a temperatura de bulbo molhado. Com a redução da umidade, ocorre decréscimo no diâmetro dos poros e capilares e, conseqüentemente, decréscimo de volume do produto aproximadamente igual ao volume de água evaporada. A energia utilizada para a secagem nesse período é praticamente igual à necessária para evaporação da água livre. Com exceção dos cafés (cerejas e verdes) recém saídos do lavador, este período não é observado em produtos agrícolas, como grãos e cereais, porque ao serem colhidos, este período já ocorreu no campo, estando, portanto, a secagem no período de razão decrescente.

Figura 3 - Representação da movimentação de água no interior dos grãos no período de razão constante.

b) Primeiro período de razão decrescente: à medida que a secagem prossegue e tenha passado
pelo ponto de umidade crítica, grau de umidade em que a água deixa de comportar-se como água livre, o teor de água decresce e a água na fase líquida faz a ligação entre as partículas sólidas (produto), formando as pontes líquidas. Apesar de poder ocorrer escoamento de água na fase de vapor, o escoamento é predominantemente capilar (Figura 4). A temperatura do produto atinge valores superiores à temperatura de bulbo molhado.

Figura 4 - Movimentação de água durante o primeiro período de razão decrescente.

c) Segundo período de razão decrescente: a água existente nos gargalos dos poros pode migrar, arrastando-se ao longo
das paredes capilares ou evaporando e condensando, sucessivamente, entre as pontes líquidas (Figura 5). A pressão parcial de vapor decresce e a contração volumétrica do produto continua, porém em menor intensidade.

Figura 5 - Movimentação de água durante o segundo período de razão decrescente.

d) Terceiro período de razão decrescente: a secagem ocorre no interior do produto. O teor de água de equilíbrio é atingido quando a quantidade de água evaporada se iguala à quantidade condensada (Figura 6).

Figura 6 - Movimentação de água durante o terceiro período de razão decrescente.

3.1. Parâmetros de secagem
a) Temperatura (T): Tem efeito significativo sobre a qualidade do grão. Temperatura elevada há incremento da temperatura do grão, provocando danos físicos (quebras e trincas), descoloração do produto e redução do teor de amido, óleo e proteína. Para determinar a temperatura do ar de secagem devem ser considerados os seguintes fatores:
1. O uso final do grão;
2. Teor de água inicial do produto; e
3. O tipo de produto (Tabela 1).
Os grãos com umidade elevada devem ser secos sob baixas temperaturas (40 a 60oC) para que seja possível a migração de umidade do interior para a superfície. Caso contrário, a incidência de quebras e o trincamento dos grãos são elevados. O emprego de temperaturas elevadas provoca secagem rápida e intensa da superfície do grão, ocasionando endurecimento superficial, que impede a evaporação contida no seu interior. A qualidade de produtos como o arroz, é dependente da temperatura de secagem empregada. O produto é suscetível a trincamento comprometendo a qualidade final e seu valor para comercialização.

Tabela 1. Temperaturas de secagem máximas na massa de grãos para alguns produtos segundo sua utilização final.
Produto e destino
temperatura (oC)

Sementes
44
Milho
Amido
55

alimentação animal
82
Arroz em casca
até 20% de umidade
> 20 % de umidade
44
40

Semente
44
Sorgo
Amido
60

alimentação animal
82
Feijão
Semente alimentação animal
38
45
Soja
Semente
Indústria
38
48

Com relação ao processo de secagem, devem ser consideradas duas temperatura: - temperatura da massa de grãos; e
- temperatura do ar de secagem.
Apesar da grande preocupação com a temperatura do ar de secagem em sistemas de altas temperaturas, a temperatura atingida pelos grãos ou sementes é mais importante para a preservação de danos. Assim, quando se conhece o tipo de secador, a temperatura do ar de secagem torna-se um indicador do processo.
Em vários tipos de secadores,a temperatura dos grãos durante a secagem não atinge a temperatura do ar aquecido que é insuflado através da massa de grãos, pois parte do calor é absorvida pelos grãos para evaporar a água contida no produto (calor latente) e parte é usada para aumentar a temperatura dos grãos (calor sensível). Assim, a possibilidade de utilização de determinadas temperaturas na secagem dos diversos produtos agrícolas dependerá do sistema de secagem, tipo de secador, tempo de exposição do produto a essas temperaturas, método de resfriamento (lento ou rápido), além da presença ou não de câmaras de descanso no secadores, da espessura da camada, do fluxo de grãos e do teor de água inicial, dentre outros.

b) Umidade relativa (UR): para efetuar a secagem é necessário que a umidade relativa do ar de secagem seja inferior àquela em que o grão está em equilíbrio. O conhecimento das curvas de umidade de equilíbrio dos produtos fornece parâmetros para definição e controle do processo de secagem. A redução da umidade relativa é feita pelo aquecimento do ar ou submetendo o fluxo de ar a uma passagem por produto dessecante promovendo sua desumidificação.

c) Fluxo do ar de secagem: durante a secagem é recomendado o controle do fluxo de ar para que haja uma distribuição uniforme pela massa de grãos, visando à uniformidade do processo e à qualidade do produto final quanto ao teor de água e condições físicas.

d) Umidade final e inicial (Uf e Ui): o teor de água inicial do produto é fator determinante para a seleção da temperatura de secagem. Uso de temperaturas baixas em grãos muito úmidos (início da secagem) pode ocorrer migração de umidade. Sob temperaturas elevadas, a superfície do grão é seca rapidamente e a água contida em seu interior não é retirada. O produto final apresentará umidade desuniforme além de alta incidência de rachaduras e quebra de grãos, o que reduz seu potencial de conservação durante o armazenamento e seu valor comercial.
Para sementes, as temperaturas da massa de grão durante a secagem são relacionadas com o teor de água inicial:
Ui > 18% - T recomendada de 32o C
Ui entre 10 e 18% - T = 38oC
Ui < 10% - T = 43oC
Para sementes de hortaliças e ornamentais, é recomendada a secagem a 35oC, no máximo, e 45oC como limite para qualquer espécie.

e) Umidade de equilíbrio (Ue): a umidade contida nos grãos tende a entrar em equilíbrio com a UR do ar para uma mesma temperatura. Os grãos com teores elevados de óleo apresentam menor umidade de equilíbrio quando submetidos a uma mesma umidade relativa do ar ambiente, quando comparados ao teor de umidade de equilíbrio de grãos amiláceos submetidos à mesma condição.

4. Métodos de secagem

Distinguem-se dois métodos de secagem:

4.1. Secagem natural: caracteriza-se pela seca do produto em seu próprio campo de cultivo, sem qualquer interferência do homem (secagem na planta). É um método muito utilizado em países em desenvolvimento devido às condições climáticas favoráveis e aos baixos investimentos para realizá-la. O início do processo de secagem ocorre logo após a maturação fisiológica do produto, quando este apresenta elevado teor de água. A movimentação do ar é feita pela ação do vento e a energia para evaporação de umidade provém do potencial de secagem do ar e da incidência direta da energia solar. Embora, com o passar do tempo, alcance um teor de água adequado para armazenamento, o produto fica sujeito ao ataque de pragas, ao tombamento de plantas e às intempéries, que contribuem para aumentar as perdas. O campo ficará ocupado por mais tempo e com o produto seco dificultando o emprego da colheita mecânica.

4.2. Secagem artificial: consiste na utilização de processos manuais ou mecânicos na secagem, podendo utilizar ventilação natural, ventilação forçada (por meio de ventiladores) e convecção natural.

4.2.1. Ventilação natural: consiste na exposição do produto úmido ao sol ou à sombra em um ambiente relativamente seco, a fim de que parte da água seja removida por evaporação. A principal vantagem é o baixo custo de instalação, por ter uma fonte natural de aquecimento, mas o processo é lento e dependente das condições climáticas nas diversas épocas do ano e regiões, exige mão-de-obra exclusiva para revolvimento do produto e o rendimento quali-quantitativo é variável segundo épocas do ano, regiões e espécies.
Secagem em terreiro: é a técnica em que o produto é distribuído em uma camada de espessura geralmente inferior a 5 cm, que pode ser de concreto, asfalto, alvenaria ou de terra batida. Como as trocas de energia e umidade entre o ar e o produto ficam restritas quase exclusivamente à superfície da camada de produto, há necessidade de revolver o produto periodicamente. A ventilação natural, a temperatura e a umidade relativa do ar são fatores fundamentais à velocidade de secagem do produto. As principais vantagens são: a simplicidade de construção e operação, o baixo custo inicial e a versatilidade, pois a maioria dos produtos agrícolas pode ser secada em terreiros. As principais restrições, além das já citadas no item 4.2.1., consistem em baixa capacidade de secagem por unidade de área e necessidade de área plana para construção do terreiro. Assim, o uso do terreiro fica restrito, em propriedades com menor volume de produção, ou fazendas produtoras de café, onde o terreiro é muitas vezes indispensável.

Figura 7 - Exemplo de um terreiro pavimentado em concreto
para a secagem de café.

4.2.2. Ventilação forçada: consiste em submeter o produto úmido, em um secador, à ação de uma corrente de ar aquecido. Esse aquecimento é feito por fonte de energia calorífica (derivados de petróleo, lenha, subprodutos de serraria e restos de culturas comestíveis). Como desvantagem, o processo é dispendioso em energia calorífica ou mecânica. Para a vaporização de 1 kg de água exige gasto teórico de 600 kcal ou 2500 J. A vantagem é que permite reduzir rapidamente o teor de água dos produtos recém-colhidos, evitando alterações metabólicas e minimizando a ação de fungos e insetos. Apesar de seu custo elevado, é amplamente adotada por razões de produtividade agrícola ou de disponibilidade de mão-de-obra.
Esse sistema é subdividido em dois grupos: secagem em baixas temperaturas e secagem em altas temperaturas. Existem também sistemas combinados, como exemplo, seca-aeração, onde o produto é secado em altas temperaturas e depois é resfriado em silos especialmente construídos para essa finalidade.

4.2.2.1. Sistemas de secagem em baixas temperaturas: promove o aquecimento do ar ambiente até 10ºC, tendo-se as seguintes considerações:
· É um método artificial de secagem em que se utiliza ar natural ou levemente aquecido. Geralmente, é realizado em silos de armazenamento (silos “secadores-armazenadores”). O piso desse silo deve ser todo de chapa metálica com, no mínimo, 10% de área perfurada para promover a distribuição uniforme do ar; e o ventilador deve fornecer uma quantidade de ar suficiente para realizar a secagem de toda a massa, sem que ocorra deterioração;

Figura 8 – Silo para secagem com ar natural ou com baixas temperaturas ilustrando a frente de secagem.

· Na secagem com ar natural, o ar é aquecido apenas pela energia devida a seu atrito com as pás do ventilador, o que promove o aumento em sua temperatura de 1 a 2o C e diminuição de sua UR. Nesse método, a secagem deve se iniciar tão logo houver alguns centímetros de grãos cobrindo o piso perfurado. O ventilador deve funcionar continuamente, até que a zona de secagem atravesse toda a massa de grãos; - É um processo lento, podendo demorar uma semana e, em determinados casos, até um mês, devido à pequena quantidade de ar que se utiliza pôr unidade de massa de grãos a ser secada, e à pequena capacidade que o ar natural ou levemente aquecido tem de remover a água dos grãos;
· O potencial de secagem (capacidade do ar para evaporar a umidade do produto), determina o teor de Uf atingido pelos grãos. Uma região com baixa UR média tem maior potencial de secagem do que regiões com alta UR, obtendo-se, portanto, menor teor de Uf;
· A suplementação de energia para aquecimento do ar ocorre por queima de combustíveis, ou de resistências elétricas, ou de coletores solares, tem sido usada, mas isso deve estar condicionado ao potencial de secagem da região e à Uf desejada. Na maioria dos casos, o potencial de secagem do ar natural e o aquecimento provocado pelo ventilador são suficientes para proporcionar o teor de Uf recomendado para um armazenamento seguro. O uso indevido de fonte suplementar de energia pode provocar problemas de supersecagem, principalmente nas camadas inferiores. É importante lembrar que a supersecagem causa prejuízo ao usuário, que deixará de vender o produto com a máxima quantidade de água permitida e ainda pagará pela energia gasta na supersecagem;
· Esse sistema, devidamente projetado e manejado, constitui-se num método econômico e tecnicamente eficiente. A nível de fazenda, é interessante usá-lo, pois necessita de investimento inicial menor do que a altas temperaturas;
· Há um limite, a partir do qual, os custos desses sistemas passam a ser superiores aos de altas temperaturas, uma vez que, quanto maior a quantidade de grãos, maior deverá ser o número de silos para realizar a secagem;
· Grandes produtores de sementes têm optado por essa secagem devido à qualidade final do produto ser melhor do que a obtida em secadores que utilizam ar em temperaturas elevadas; a perda de umidade é lenta e o produto não sofre choques térmicos, o que reduz a ocorrência de tensões internas nos grãos, que poderiam provocar perda de qualidade. Além disso, nesse sistema o produto sofre menos movimentação, reduzindo danos mecânicos;
· Uma das limitações desse sistema diz respeito ao teor de Ui. Sabe-se que, quanto maior a umidade (U) de um produto, mais acelerada é sua deterioração. Daí a necessidade de uma maior quantidade de ar, pôr unidade de massa ou de volume do produto, para realizar a secagem mais rápida devido ao maior risco de deterioração e pelo maior volume de água a ser retirado dos grãos. Outro fator a ser considerado é a temperatura média do ar, pois o processo também se acelera com o aumento da temperatura.

Como ocorre a secagem no silo:

A secagem começa na parte inferior do silo e vai progredindo até atingir a superior. Pelas Figuras 8 e 9, pode-se distinguir três faixas distintas de umidade no silo durante o período de secagem:

1a faixa: formada pelos grãos secos, o produto já atingiu o equilíbrio higroscópio com o ar;
2a faixa: chamada frente de secagem, realmente está havendo a transferência de umidade do produto para o ar;
3a faixa: formada pelos grãos úmidos, com U próximo à Ui., pois o ar passa por essa camada com sua capacidade de secagem esgotada. A T dessa camada geralmente é inferior à T do ar na entrada do silo, uma vez que o ar é resfriado pela evaporação na frente de secagem.

Ventilador Grãos úmidos

Frente de secagem
Grãos secos
**********************
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Figura 9 - Esquema de um silo secador em baixas temperaturas

Como é feito o carregamento do silo:

Para efetuar o enchimento dos silos para secagem em baixas temperaturas, há duas formas:

a) Enchimento em uma etapa:
· O silo é carregado num intervalo de tempo muito menor que o tempo de secagem previsto (no máximo 3 dias) ;
· O recebimento do produto não fica condicionado ao andamento da secagem do material já existente no silo. Entretanto, as camadas superiores ficarão, durante quase toda a secagem, com teor de U próximo ao inicial. Assim, a escolha do ventilador terá de ser feita com muito cuidado, pois ele deverá fornecer uma vazão que faça a frente de secagem alcançar as camadas superiores sem a ocorrência de deterioração.

b) Enchimento por camadas:
· O carregamento do silo é condicionado ao teor de água dos grãos que já estão dentro do silo. Uma nova camada só será acondicionada se o ventilador for capaz de secar a quantidade de produto existente dentro do silo que ainda não foi atingida pela frente de secagem mais a quantidade de produto dessa nova camada, sem que o produto se deteriore;
· O produto permanece por menor período de tempo dentro do silo em condições de elevado teor de água. A vazão fornecida pelo ventilador é maior no início da secagem, devido à menor quantidade de produto no silo, e isso e benéfico para a secagem em baixas temperaturas, uma vez que, no início da safra, geralmente, o produto é recebido mais úmido, necessitando, portanto, de maior vazão de ar para secagem;
· A vazão de ar necessária na secagem por camadas é inferior à necessária no enchimento em uma etapa.
Em ambos os carregamentos, é necessário que a superfície da massa de grãos seja mantida nivelada para garantir uma melhor uniformidade na distribuição do ar pelo produto.

Funcionamento do ventilador durante a secagem:

O ideal é manter o ventilador constantemente ligado até que não exista nenhum grão dentro do silo com teor de água superior ao recomendado para armazenamento. Mas existem situações em que se torna necessário modificar esse procedimento. Isto ocorre, por exemplo, quando não se dispõe de uma fonte suplementar de energia, e as condições ambientais não são totalmente favoráveis para a secagem com ar natural. Assim,
· Quando houver no silo produto com U > 16% : é recomendável ventilador ligado continuamente. Se o ventilador ficar
desligado, a liberação de energia, devido à respiração dos grãos e à atividade dos fungos, provocará aquecimento da massa de grãos, acelerando o processo de deterioração. Com UR elevada, à noite, o ventilador mantém a massa de grãos resfriada. O produto não sofrerá reumedecimento, pois o ventilador provoca o aquecimento de 1 a 2o C, reduzindo a UR do ar em 5 a 10 pontos percentuais, quando se trata de ar com elevada UR.
· Quando não houver produto com U > 16%:
Em regiões com UR < 75% : o ventilador deverá permanecer ligado continuamente até o final da secagem, porque, se for ligado só durante o dia, poderá ocorrer supersecagem das camadas inferiores. Em regiões mais úmidas, UR > 75% : o ventilador deverá permanecer ligado somente nas horas de UR mais baixas, que geralmente correspondem ao período diurno.

Efeitos do aumento da vazão de ar e da T do ar :
Há duas maneiras de reduzir o tempo de duração da secagem em baixas temperaturas: a) aumentando a vazão do ar; e
b) aumentando a T de secagem.
Aquecimento do ar: só é recomendado para regiões com poder de secagem (PS) do ar natural insuficiente para que seja atingido o teor de Uf desejado. Esse aquecimento não aumenta a velocidade de deslocamento da frente de secagem, sendo interessante apenas durante os períodos de alta umidade relativa do ar, uma vez que não haverá a estagnação do deslocamento da frente de secagem.
Aumento da vazão do ar: tem maior influência sobre o tempo de secagem. A velocidade de deslocamento da frente de secagem é diretamente proporcional à vazão de ar utilizada por unidade de massa ou de volume do produto a ser secado. Entretanto, para locais que apresentam alta UR do ar, o aumento da vazão não é suficiente para o sucesso da secagem, pois essa variável não tem influência no PS do ar.

Projetos de sistemas de secagem em baixas temperaturas:
Os seguintes fatores devem ser levados em consideração para determinação do número e das dimensões do silo para realizar a secagem de uma dada quantidade de produto:
· fluxo de ar necessário para secagem, em função das condições climáticas do local, teor de Ui, tipo de produto e a forma que será utilizada para encher os silos;
· para dimensionar o ventilador, deve-se levar em conta a resistência à passagem do ar que o produto a ser secado oferece;
· por tentativas, determinam-se então o número, as dimensões dos silos e as potências dos ventiladores, que tornem segura a operação do sistema de secagem (mínimo risco de deterioração do produto) e cujo custo seja mínimo.

4.2.2.2. Sistemas de secagem em altas temperaturas: promove o aquecimento do ar ambiente acima de 10ºC, método mais rápido e menos dependente das condições climáticas locais. Trabalha-se, geralmente, com temperaturas de secagem e fluxos de ar bem mais elevados, diminuindo o tempo de secagem. O fluxo de ar utilizado depende do tipo de secador e varia de 10 a 100 m3 / min.ton. Essa massa de ar tem o potencial de retenção de água aumentado à medida que sua temperatura é elevada, aumentando, conseqüentemente, o potencial de secagem desse ar. Daí, a maior rapidez desses processos de secagem, em comparação com outros. Esses sistemas são muito usados em fazendas de países desenvolvidos, indústrias de transformação, unidades armazenadoras, coletoras e intermediárias do mundo inteiro. Como em outros sistemas, os seguintes parâmetros podem influenciar a taxa de secagem :
· T e UR do ar ambiente;
· temperatura e fluxo de ar de secagem;
· Ui do produto;
· fluxo do produto no secador e outros.
Esses parâmetros influenciam diretamente a taxa de secagem como um conjunto de fatores interdependentes e seu manejo correto permite um dimensionamento adequado às condições específicas de secagem.

Classificação dos secadores:

Nos sistemas de secagem com altas temperaturas, os secadores podem ser classificados, quanto ao fluxo de produto, em:

a) Secadores de leito fixo ou de camada fixa: nesse sistema, o produto permanece num compartimento de fundo perfurado por onde passa o ar de secagem, insuflado por um ventilador. Além do ventilador, o secador é constituído por uma câmara para distribuição uniforme do ar (plenum), por uma câmara de secagem e por uma fonte de aquecimento do ar.

Figura 10 – Secador em camada fixa horizontal.

Normalmente a secagem é feita em silos metálicos cilíndricos, providos de piso perfurado. Entretanto, para diminuir o custo inicial de implantação desse sistema, o silo metálico está sendo substituído por uma construção em alvenaria, o que o torna acessível a grande parte de agricultores.
Outro aspecto interessante desse secador é sua versatilidade, podendo secar grãos e sementes em geral, como milho em espiga, feijão em rama, raspa de mandioca, feno e outros.
O ar de secagem movimenta-se da camada inferior para a superior da massa de grãos. A troca de umidade que ocorre entre os grãos e o ar acontece em uma região denominada zona de secagem. Essa zona move-se no sentido da camada inferior para a superior da massa, conforme ocorrer o prosseguimento da secagem. Isso dá origem à formação de um gradiente de umidade na massa de grãos, onde o produto próximo ao piso perfurado atinge teor de água inferior ao da camada superior. Esse gradiente não pode ser elevado, pois compromete a qualidade final do produto. Assim, o produto a ser secado é geralmente revolvido manualmente a cada 3 horas de secagem.
Os fatores que determinam esse gradiente na camada de grãos são: o fluxo de ar, a espessura da camada e a T de secagem. Ele será mais elevado quanto menor for o fluxo de are quanto maior for a T de secagem e a espessura da camada. Esses fatores também influenciam o consumo de energia e o tempo de secagem do produto, portanto, deve-se procurar a combinação mais adequada desses itens.
A altura do lote pode variar, mas, normalmente, deve situar-se entre 0,4 e 0,6 m. Acima dessa faixa poderá acarretar problemas como alto gradiente de umidade. A T de secagem, geralmente, está na faixa de 40 a 60oC e o fluxo de ar empregado é em torno de 10 m3 / min por m2 de piso do secador. A operação do secador de camada fixa é simples, embora exija alguns cuidados. A movimentação do produto em intervalos de tempo pré-determinados é uma operação importante para evitar a desuniformidade na umidade final do produto.

Vantagens:
· menor custo operacional;
· baixo investimento inicial;
· o armazenamento poderá ser feito no próprio silo secador, quando se utiliza o silo convencional adaptado.
Desvantagens:
· alto gradiente de umidade ao longo da camada de grãos;
· baixa capacidade de processamento, devido à pequena espessura da camada de grãos.

b) Secadores de fluxos cruzados: são hoje os mais usados em todo o mundo, por serem de simples construção e operação, e por apresentarem menor custo inicial do que outros tipos de secadores.
São dotados de uma câmara de repouso na parte superior do secador, trazendo como benefício um melhor aproveitamento da energia consumida na secagem e a possibilidade de obtenção de produto final de melhor qualidade. No convencional, o produto úmido é colocado em uma moega superior e por gravidade vai descendo pelo secador, onde é secado até um determinado teor de água, resfriado e descarregado na parte inferior. A secagem e o resfriamento são realizados por meio de fluxo de ar perpendicular ao fluxo de grãos. Este, é regulado por um mecanismo localizado no final da coluna de secagem.
A desvantagem desse sistema é a formação de gradientes de T e U ao longo da espessura da massa de grãos. Surgem, porque, os grãos mais próximos do ar de entrada secam e se aquecem mais do que os grãos mais próximos do ar de exaustão. As vantagens são, a alta capacidade de secagem, a facilidade de manuseio e operação e, como já foi dito, o baixo custo inicial.
Para reduzir as desvantagens, várias modificações têm sido feitas no seu projeto, visando, principalmente, reduzir os gradientes de teor de U e melhorar a eficiência energética de secagem. Estudos utilizando
a reversão do fluxo de ar nesse secador, realizado por meio de simulação matemática, permitiram concluir que a utilização dessa técnica pode reduzir em cerca de 60% o gradiente de teor de U do produto na saída do secador. O reaproveitamento de parte do ar de exaustão constitui melhoria para esses secadores : o ar saturado do 1o estágio de secagem, é expelido para o ambiente. O ar que sai dos estágios de secagem subseqüentes é misturado com o ar que passa pela zona de resfriamento e é dirigido para a fonte de aquecimento para ser reutilizado. Essa técnica pode propiciar economia de energia de até 50%. A quantidade de ar de exaustão que pode ser reaproveitado depende das características de projeto do secador, do teor de Ui e do fluxo de grãos.

Grão seco Grão úmido

Ar de
secagem
Ar úmido

Figura 11 - Esquema de funcionamento de um secador de fluxos cruzados (transversais)

c) Secadores de fluxos concorrentes (paralelos): nesse sistema, ar e produto fluem no mesmo sentido. O ar mais quente encontra o grão mais úmido e a alta taxa de evaporação causa rápido resfriamento desse ar. Isso possibilita o uso de temperaturas mais elevadas que as utilizadas em secadores de fluxos cruzados, o que os tornam energicamente mais eficientes.
Todos os grãos recebem o mesmo tratamento, obtendo produto final homogêneo, no que diz respeito à T e U. Além disso, o contínuo decréscimo da T do grão atenua a tensão a que é submetido durante a secagem, diminuindo os danos mecânicos no subsequente beneficiamento.
Na configuração básica, só apresenta um estágio de secagem, mas a capacidade de secagem diminui drasticamente quando é necessário remover mais de 10 pontos percentuais de U, b.u.. Além disso, em razão da menor velocidade, o produto fica sujeito a temperaturas mais elevadas e a condições de secagem relativamente severas. Esses secadores podem ser constituídos de múltiplos estágios, permitindo o uso de velocidades mais elevadas do produto no secador e, consequentemente, a utilização de temperaturas mais elevadas, entre 148 e 260oC. As vantagens sobre os de único estágio são : maior capacidade, melhor qualidade do produto, maior flexibilidade para adaptação a vários produtos e melhor eficiência térmica.
As vantagens desse sistema são: melhor qualidade final do produto, maior capacidade de secagem, alta eficiência energética e baixo custo de instalação quando é utilizado apenas um estágio. As desvantagens são: alto custo de construção, quando se opera com mais de um estágio e o maior risco de incêndios devido à utilização de altas temperaturas.

Grão úmido Ar de secagem
Grão seco Ar úmido
Figura 12 - Esquema de funcionamento de um secador de fluxos concorrentes (paralelos)

d) Secadores de fluxos contracorrentes: nesse sistema, o ar aquecido é forçado a passar pela massa de grãos em sentido contrário ao do fluxo de grãos. À medida que o produto vai descendo pela coluna de secagem, sua T vai sendo aumentada gradualmente, atingindo o valor máximo no final da coluna de secagem, que coincide com o ponto de entrada do ar aquecido. Isso significa que, no final do processo de secagem, o produto apresenta elevada quantidade de energia armazenada na forma de calor sensível e, para que isso não venha significar uma baixa eficiência no aproveitamento de energia, é interessante o uso desse secador trabalhando em sistema de seca-aeração, pois assim a energia interna do produto pode ser melhor aproveitada.
Uma das maneiras de se realizar a secagem em fluxos contracorrentes, é a partir da utilização de silos secadores dotados de um parafuso sem - fim, que gira lentamente sobre o piso perfurado, removendo os grãos parcialmente secos, que são transferidos para outro silo para serem resfriados.
As vantagens são: não há perda de energia para executar a secagem com umidade inferior à desejada, pois eles são retirados do secador antes que se atinja o teor de Ue ; comparado com o sistema de secagem de lotes em silos, o tempo de exposição do produto às condições do ar de secagem é menor ; e, como não se obtém produto super- seco, os danos mecânicos ocorridos durante o transporte subsequente são reduzidos. E a desvantagem é o maior custo de manutenção, quando se utiliza um sistema com silo.
Grão úmido Ar úmido secagem

Grão seco Ar de secagem
Figura 13 - Esquema de funcionamento de um secador de fluxos contracorrentes.

Figura 14 – Temperaturas do ar de secagem e do produto em função da profundidade em secador de fluxos contracorrentes.

e) Secadores em cascata ou de fluxos mistos: são constituídos por uma série de calhas invertidas em formas de V, dispostas em linhas alternadas dentro da estrutura do secador. O produto move-se para baixo e entre as calhas, sob a ação da gravidade. O ar de secagem entra numa linha de calhas e sai nas outras imediatamente adjacentes, superiores ou inferiores. Com isso, ao descer pelo secador, o produto ora move-se concorrente ao ar, ora em sentido contracorrente e ora é atravessado em fluxos cruzados. Assim, a secagem processa-se em mais de um sistema de movimento entre o produto e o ar de secagem. Esses secadores utilizam fluxos de ar menores que aqueles empregados em outros tipos de secadores contínuos.

Figura 15 – Secador de fluxos mistos ou em cascata com calhas alternadas transversalmente.

f) Secadores por convecção: esses secadores podem ser uma alternativa para solucionar os problemas de secagem do pequeno produtor, pois dispensam o uso de ventiladores e podem ser construídos com materiais regionais e mão-de-obra pouco especializada. Estes secadores utilizam trocadores de calor entre o ar de exaustão e o ar de secagem. O movimento do ar que atravessa a massa de produto é devido aos gradientes de pressão, produzidos pela diferença de temperatura e umidade entre o ar de secagem e o ar ambiente.
As vantagens são: dispensa o uso de ventiladores; baixo custo inicial e mão-de-obra pouco especializada. As desvantagens são: baixa eficiência térmica; a desuniformidade de T e fluxo de ar.

Figura 16 – Esquema de um secador por convecção natural.

Classificação dos secadores quanto à operação:

Quanto à operação os secadores podem ser contínuos e intermitentes. Nos contínuos, os grãos ficam constantemente sob a ação do calor até que seu teor de água atinja um valor desejado. Dessa forma, há um fluxo constante de produto no interior do secador e, simultaneamente, há grãos úmidos entrando, grãos em fase de secagem e grãos secos sendo descarregados. A secagem ocorre, geralmente, em duas etapas bem definidas. Na primeira etapa, a massa de grãos é atravessada por um fluxo de ar quente, que tem por finalidade a secagem propriamente dita e, na segunda, o produto é atravessado por um fluxo de ar com temperatura ambiente, que tem como finalidade resfriá-lo.
No caso da secagem de sementes em geral, torna-se difícil operar os secadores contínuos, uma vez que a temperatura do ar de secagem deve ser menor do que aquela utilizada para grãos. Nos secadores intermitentes, o produto passa várias vezes pelo interior do secador antes de completar a secagem. Assim, o grão sofre a ação do calor, durante pequenos intervalos de tempo intercalados por períodos de repouso, ou seja, a massa de grãos não entra em contato com o ar aquecido durante esse período.
Nesses secadores, a quantidade de água removida por unidade de tempo de secagem, é consideravelmente maior do que quando a secagem é contínua. O rendimento da secagem aumenta porque o ar quente encontra a periferia dos grãos com teor de água mais elevado, em virtude da migração desta do centro para a periferia, durante o descanso do produto.

Seca-aeração: é um processo em que o produto é secado, utilizando um secador em altas temperaturas, até um teor de U superior em 1 a 3 pontos percentuais ao teor ideal para armazenamento, sem sofrer resfriamento na sua passagem pelo secador. O produto é, então, transferido para um silo, onde permanece em repouso por um período de 4 a 6 horas,
sendo resfriado, a seguir, com a utilização do sistema de aeração do próprio silo, que deve ser projetado para realizar essa etapa num período de 12 a 16 horas. Durante o processo de secagem em altas temperaturas, desenvolve-se no interior dos grãos um gradiente de teor de água, sendo que a parte interna permanece mais úmida que a parte superficial.
Durante o período de repouso do processo de seca-aeração, o teor de U no interior dos grãos se uniformiza, tornando possível a retirada de 1 a 3 pontos percentuais de umidade no processo de resfriamento. Quando se faz o resfriamento no próprio secador, não se consegue retirar a mesma quantidade de umidade, uma vez que se efetua o resfriamento logo após a secagem, num intervalo de tempo muito curto, sem o aproveitamento da energia armazenada no grão na forma de calor sensível. Por isso, o consumo de energia é menor quando se utiliza o processo de seca-aeração e as tensões internas são minimizadas. Assim, os grãos estão menos sujeitos a quebras e danos durante as operações subseqüentes à secagem.
Apresenta, em relação à secagem em altas temperaturas com resfriamento no próprio secador, as seguintes vantagens: redução do consumo de energia, produto final de melhor qualidade e aumento da capacidade de secagem do secador. Geralmente, conseguem-se economia de 20 a 40% de energia e aumento da capacidade de secagem de 50 a 75%, com a utilização de seca-aeração. O aumento real de capacidade do secador e economia de energia dependem do teor de Ui, das condições climáticas do local e da característica da unidade armazenadora, onde o sistema é implantado.

Figura 17 – Esquema de um sistema combinado seca-aeração.

5. Fornalhas
As fornalhas são responsáveis pelo aquecimento do ar de secagem e podem ser construídas com diferentes materiais. Recomenda-se, no entanto, o material mais comum ou facilmente encontrado nas proximidades da propriedade agrícola, pois, com este procedimento, o custo da construção ou adaptação ficará bastante reduzido.
As fornalhas para o aquecimento do ar podem ser de dois tipos:
· tipo aquecimento direto: os gases de combustão são misturados com o ar ambiente e succionados pelo ventilador, sendo injetados diretamente na massa de grãos.

Figura 18 – Fornalha a lenha com fogo direto e fluxo de ar descendente.

Reservatório de
carvão
Tampa
hermética
Figura 19 – Fornalha de fogo direto a carvão (granulação média) vegetal.

Figura 20 – Esquema de funcionamento da fornalha de fogo direto.

O ciclone tem a função de impedir a injeção de partículas (cinzas e fagulhas) na câmara de secagem e evitar possíveis incêndios.
No caso da fornalha a lenha, a queima de lenha úmida, embora possível, produz lacrimejamento acentuado, possui baixo rendimento e pode contaminar o produto. Durante o carregamento e a operação de secagem, com a fornalha a lenha, devem-se colocar as toras horizontalmente.
A fornalha a carvão, nunca deve trabalhar com a tampa superior aberta ou com vazamentos, pois pode gerar incêndio. Uma carga completa pode ser suficiente para até 12 horas de funcionamento.
A fornalha a carvão apresenta como vantagens sobre as demais a queima contínua do combustível e a manutenção constante da temperatura do ar de secagem, sem a interferência do operador. Estas características permitem à fornalha operar automaticamente, o que dispensa a presença constante do operador, permitindo-lhe exercer outra atividade paralela durante o seu funcionamento. O carvão, combustível utilizado para aquecimento do ar de secagem, tem como vantagem ser uma fonte limpa de energia, que gera calor livre de fumaça e de contaminantes durante a secagem.

· tipo aquecimento indireto: neste caso, os gases de combustão não entram em contato com o produto que está sendo secado. Existem os trocadores de calor e chaminés que tornam as fornalhas com aquecimento indireto termicamente menos eficientes e mais caras. Por outro lado, o fato de não haver contato dos gases de combustão com o material evita que o produto receba adquira gosto ou odor de fumaça.

Figura 21 – Esquema de funcionamento da fornalha de fogo indireto.

Figura 22 – Fornalha de fogo indireto.