Determinação das curvas de secagem em frutos de cajá

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Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, n.1, p.65-68, 2003
ISSN: 1517-8595
63
DETERMINAÇÃO DAS CURVAS DE SECAGEM EM FRUTOS DE CAJÁ
Josivanda Palmeira Gomes de Gouveia1, Francisco de Assis Cardoso Almeida1,
Eliana da Silva Farias2, Manassés Mesquita da Silva2,
Maria da Conceição Veloso Chaves2, Lígia Sampaio Reis2
RESUMO
Esta pesquisa objetivou estudar, experimentalmente, a cinética de secagem do cajá (Spondias
lutea L.), em um secador de leito fixo, utilizando temperaturas de 50, 60, 70 e 80 ºC e
velocidade do ar de secagem de 1,0 e 1,5 m s-1. Foram utilizados frutos no estágio maduro
proveniente do comércio local. De acordo com a análise dos dados, a cinética de secagem do
cajá ocorreu no período de taxa decrescente sendo fortemente influenciada pela temperatura em
relação à velocidade do ar do processo. As equações polinomiais encontradas ajustam-se
eficientemente para valores dentro da faixa de temperatura e velocidade do ar estudada.
Palavras chave: Spondias lutea L, secagem, leito fixo.
DETERMINATION OF THE DRYING CURVES IN CAJÁ FRUITS
ABSTRACT
The Spondias lutea L. is a plant from anacardiaceous family, which is native from Tropical
America. It’s openly disseminated nearly throughout the Brazilian territory. This search had the
objective of studying, experimentally, the drying kinetic of cajá, with using temperatures of 50,
60, 70 and 80 ºC, and the drying air speed of 1.0 and 1.5 m s-1. According to the analysis of
results that were got, the cajá drying kinetic took place in the decreasing rate and it was strongly
influenced by the temperature in relation to air speed of the process. The polynomial equations,
which were found, adjust themselves efficiently to values inside the studied temperature and
speed values.
Keywords: Spondias lutea L., drying, fixed bed
INTRODUÇÃO
A cajazeira (Spondias lutea L.) é nativa da
América Tropical, comum em estado silvestre
ou subespontâneo nas matas de terra firme ou
várzea na Amazônia. Atualmente, esta espécie,
é explorada na forma de extrativismo e em
plantios espontâneos. A procura pelos frutos da
cajazeira deve-se principalmente às boas carac-
terísticas para a industrialização, aliadas ao
aroma e sabor agradáveis. É utilizada na
fabricação de sorvetes, geléias, polpas
congeladas, produção de bebidas alcoólicas e
consumo in natura, despertando interesse não
apenas para o mercado regional, mas também
para outros locais do país, onde a fruta é
escassa.
_________________
Protocolo 150 de 09 / 09 / 2003
1
Professor da UFCG/CCT/DEAg. E-mail: [email protected]
2
Engenharia Agrícola, CCT/UFCG, PB. E-mail: [email protected]
64
Devido às potencialidades apresentadas
pelo fruto da cajazeira, pode-se afirmar que se
trata de recurso fitogenético importante para a
região Nordeste do Brasil, onde as condições
edafoclimáticas favorecem o seu cultivo e
produção, podendo-se afirmar que a cajazeira é,
sem dúvida, uma espécie frutífera promissora,
por causa das excelentes qualidades organolépticas do fruto. Apesar dos conhecimentos
adquiridos com relação às qualidades
organolépticas, medicinais e industriais dessa
frutífera, não existem plantios sistematizados
no país (Lozano, 1986; Gomes, 1990; Silva et
al., 1995).
Como a maioria das frutas, grande parte
da colheita do cajá é desperdiçada, porque é
comercializada in natura. É um fruto perecível
havendo a necessidade de um processo que
possibilite sua armazenagem e comercialização
por um longo período de tempo. Um dos
procedimentos mais importantes para a
conservação de alimentos por diminuição de
sua atividade de água é a secagem,
considerando que a maioria dos frutos frescos
são constituídos por mais de 80% de água. O
processo de secagem implica em uma
considerável
redução
de
volume
e
indiretamente redução de custos em transportes
e manipulação do produto além de prover um
efetivo método de prolongamento de sua vida
útil (Brasileiro, 1999).
Conforme Prado et al. (2000) a evolução
das transferências simultâneas de calor e de
massa, no curso da operação de secagem, faz
com que esta seja dividida, esquematicamente,
em três períodos de secagem: período 0 ou
período de se entrar em regime operacional;
período 1 ou período de secagem à taxa
constante; e período 2 ou de secagem à taxa
decrescente.
Segundo Villar (1999), as curvas de
secagem à taxa decrescente podem ser
côncavas, convexas ou aproximar-se de uma
linha reta; podem apresentar um ponto de
inflexão, quando ocorre uma mudança na
forma física do material, como por exemplo,
quando se produz contração e ruptura, e
quando se forma uma película na superfície do
material parcialmente seco.
Conforme Almeida et al. (2002), os
produtos são muito diferenciados entre si,
devido a sua forma, estrutura e suas dimensões,
além de as condições de secagem serem muito
diversas, conforme as propriedades do ar de
secagem e a forma como se faz o contato ar–
produto. Uma vez que o produto é colocado em
Gouveia et al.
contato com o ar quente, ocorre uma
transferência de calor do ar ao produto sob o
efeito da diferença de temperatura existente
entre eles. Simultaneamente, a diferença de
pressão parcial de vapor existente entre o ar e a
superfície do produto determina uma
transferência de massa para o ar. Esta última se
faz na forma de vapor de água, uma parte do
calor que chega ao produto é utilizada para
vaporizar a água.
A taxa de secagem pode ser acelerada
com o aumento da temperatura do ar de
secagem e, ou, com o aumento do fluxo de ar
que passa pelo produto por unidade de tempo.
A quantidade de ar utilizada para a secagem
depende de vários fatores. Entre eles: a
umidade inicial do produto e a espessura da
camada.
Alsina et al. (1997), quando estudaram o
efeito da temperatura do ar de secagem entre
60 e 80 ºC e velocidade do ar de secagem,
variando entre 0,7 e 1,5 m s-1, sobre a cinética
de secagem da acerola em monocamada,
comprovaram que a velocidade do ar exerce
pouca influência na taxa de secagem, mas um
considerável aumento da temperatura do ar de
secagem.
Yoshida e Menegalli (2000) secaram
milho superdoce a uma temperatura de 50 ºC e
velocidade do ar de 1,28 e 0,75 m s-1,
concluindo que a taxa de secagem tem um
pequeno aumento, quando se trabalha com
valores de velocidade maiores. Então, pode-se
considerar que a velocidade do ar tem um
pequeno efeito sob as curvas de secagem.
Gouveia (1999) obteve curvas de
secagem de gengibre em três diferentes níveis
de velocidade do ar (1,0, 1,5 e 2,0 m s-1) com
diferentes temperaturas (35, 50 e 65 ºC) e
concluiu que, para um mesmo tempo de
processo, quanto maior for a temperatura do ar,
maior a perda de umidade do produto,
concordando com estudos de Prado et al. (2000)
e Yoshida e Menegalli (2000). Estes mesmos
autores, quando fixaram a temperatura e
variaram a velocidade do ar, verificaram que a
velocidade do ar tem um pequeno efeito sobre
as curvas de secagem, quando comparada a
temperatura, a qual exerce maior influência do
que a velocidade do ar de secagem
MATERIAL E MÉTODOS
O trabalho foi conduzido no Laboratório
de Transferência em Meios Porosos e Sistemas
Particulados do Departamento de Engenharia
Química da Universidade Federal de Campina
Grande, PB. Foram utilizados frutos de cajá
(Spondias lutea L.) no estágio maduro,
provenientes do comércio local.
A secagem do cajá foi realizada,
utilizando-se um secador de leito fixo. As
curvas foram determinadas para quatro níveis
de temperatura (50, 60, 70 e 80 C) e duas
velocidades do ar de secagem (1,0 e 1,5 m s-1).
Antes do início de cada secagem, foram
retiradas
amostras
do
produto
para
determinação do teor de umidade inicial,
utilizando o método descrito pela AOAC
(1992), onde cinco amostras de cajá foram
levadas à estufa a uma temperatura de 100 C
por 3 h. Todas as medidas de massa foram
feitas em balança com precisão de leitura de
0,0001 g.
As amostras foram colocadas em uma
cesta de material metálico em tela de arame de
malha fina. Após o equipamento ser ligado, foi
determinada a velocidade do ar, através de um
anemômetro colocado na parte superior da
câmara de secagem, bem como ajuste das
temperaturas a ser trabalhada. O conjunto foi
pesado e colocado na câmara de secagem para
início do processo.
As leituras em relação à perda de peso de
cada amostra foram realizadas em intervalos
regulares de 30 e 60 min, onde as amostras
eram retiradas da câmara de secagem, pesadas e
recolocadas rapidamente no secador. A perda
de peso foi acompanhada até atingir peso
constante. Em seguida, foram colocadas em
recipientes de alumínio e levadas à estufa de
circulação forçada de ar a uma temperatura de
60 C por 24 h para posterior determinação de
matéria seca.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Estudou-se a cinética de secagem em
camada fina, analisando-se a influência das
variáveis operacionais, como: temperatura e
velocidade do ar de secagem. As curvas da
cinética de secagem estão apresentadas na
forma de adimensional do conteúdo de
umidade, (X-Xe)/(X0-Xe) em função do tempo
(Figura 1).
Gouveia et al.
65
A representação gráfica das curvas de
secagem é de comportamento similar, isto é, o
processo de secagem ocorre no período de taxa
decrescente para as condições estudadas, não
apresentando período à taxa constante, o que
pode ter ocorrido pela natureza da umidade,
uma vez que, mesmo havendo umidade
superficial livre, a água pode estar na forma de
suspensão de células e de solução (açúcares e
outras moléculas), apresentando uma pressão de
vapor inferior à da água pura. A ausência de
período, a taxa constante também foi observada
por diversos autores (Gabas, 1995; Gouveia et
al., 1997; Araújo et al., 2001; Almeida et al.,
2002). Observa-se ainda, que o tempo de
secagem, depende da temperatura. Todas as
curvas para cada critério em particular,
representaram curvas características de
adimensional de umidade similar, variando
amplamente com os valores absolutos da
temperatura.
As
curvas
de
secagem
apresentaram-se de forma bem definida, ou
seja, sem flutuações nos pontos, indicando uma
condição de homogeneidade no secador.
Verificou-se que a perda do conteúdo de
umidade é mais rápida no início do processo de
secagem. Com relação à temperatura tem-se
que quanto mais elevada, maior é a taxa de
secagem.
Mediante os resultados da Figura 1,
verificou-se que a variação da velocidade do ar
de secagem sofreu pequena influência. Este
efeito sugere que a resistência externa não
influencia nas condições de operações
utilizadas e que o controle de secagem depende
da difusão interna do cajá. Esta constatação está
de acordo com o fato de não ter sido observado
período de secagem a taxa constante.
Comportamento similar foi observado por
Villar (1999) e Brasileiro (1999), ambos
estudando secagem de acerola, respectivamente.
Embora não sendo significativa a influência
desta variável, na cinética de secagem, nota-se
que quando se trabalhou com a temperatura de
50 ºC e velocidade de 1,5 m s-1, a secagem
ocorreu de forma mais lenta. Deste modo, podese considerar, como uma variável de menor
importância no processo.
66
Gouveia et al.
1,0
80 ºC V ar=1,0 m s
70 ºC V ar=1,0 m s
60 ºC V ar=1,0 m s
0,8
50 ºC V ar=1,0 m s
80 ºC V ar=1,5 m s
70 ºC V ar=1,5 m s
(x-xe)/(x0-xe)
60 ºC V ar=1,5 m s
0,6
50 ºC V ar=1,5 m s
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
0,4
0,2
0,0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Tempo (h)
Figura 1. Cinética de secagem do cajá para quatro temperaturas e duas velocidades do ar de secagem
Analisando-se ainda as curvas de
secagem da Figura 1, observou-se que a cinética
de secagem foi fortemente influenciada pela
temperatura, a aplicação de temperatura mais
elevada reduz significativamente o tempo
necessário para secar o cajá, ou seja, para um
mesmo tempo de processo, quanto maior for a
temperatura do ar, maior é a taxa de secagem.
Nota-se que a perda do conteúdo de umidade é
bem rápida, no início do processo de secagem,
cuja estabilização para a temperatura mais baixa
(50 ºC) ocorre num período de tempo de,
aproximadamente, 38 h e 30 min, e para a
temperatura mais alta (80 ºC) a partir de
aproximadamente 9 h e 30 min, indicando que a
temperatura é a variável de maior influência no
processo. Moura et al. (2001) também
encontraram resultados semelhantes ao
afirmarem que o tempo gasto para secar caju
em temperaturas mais baixas (35 e 40 ºC) foi o
dobro do tempo utilizado em temperatura mais
elevada (65 ºC) que foi de 6 h.
A fim de se encontrar uma equação de
ajuste para as curvas de secagem do cajá foram
feitos ajustes (Tabelas 1 e 2), a partir de
equações polinomiais.
Observa-se que os coeficientes ajustados
para cada temperatura correspondem a
coeficientes de regressão (R2), entre 95,81% e
99,89%, e erro médio relativo (E), entre 0,88%
e 0,98%. Contudo, todas as equações podem ser
usadas como modelo de ajuste das curvas de
secagem de cajá por apresentarem valores de R2
superiores a 95%. Por serem de natureza
empírica, essas equações só podem ser
utilizadas para predizer dados de secagem para
as condições de temperaturas e velocidades do
ar de secagem estudadas.
Gouveia et al.
Tabela 1. Equações da cinética de secagem do cajá para a velocidade do ar de 1,0 m s
Temperatura (ºC)
67
-1
Equação polinomial
Var = 1,0 m.s-1
R2 (%)
E (%)
50
Y = 8.10– 8x2 – 0,001x + 0,95
99,88
0,94
60
Y = 5.10– 7x2 – 0,001x+ 0,99
99,64
0,97
70
Y = 1.10– 6x2 – 0,002x + 0,99
99,73
0,98
80
Y = 4.10– 6x2 – 0,004x + 0,92
95,81
0,90
Tabela 2. Equações da cinética de secagem do cajá para a velocidade do ar de 1,5 m s-1
Temperatura (ºC)
Equação polinomial
Var = 1,5 m.s
-1
R2 (%)
E (%)
50
Y = 5.10– 8x2 – 0,001x + 0,96
99,89
0,95
60
Y = 6.10– 7x2 – 0,002x+ 0,97
99,83
0,96
70
Y = 3.10– 6x2 – 0,003x + 0,90
98,71
0,89
80
Y = 4.10– 6x2 – 0,004x + 0,88
95,17
0,88
CONCLUSÕES
1. A cinética de secagem do cajá ocorre
no do período de secagem a taxa
decrescente.
2. A velocidade do ar tem um pequeno
efeito sob as curvas de secagem.
3. A
temperatura
é
fortemente
influenciada na cinética de secagem
4. As equações polinomiais encontradas
são ajustadas eficientemente para
valores dentro da faixa de temperatura e
velocidade do ar estudada.
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