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UFES - Universidade Federal do Espírito Santo
CCA - Centro de Ciências Agrárias - ERU - Departamento de Engenharia Rural
ENG O5212 Tecnologia de Produtos de Origem Animal I – I/2008 – Prof. Luis César – Website: http://www.agais.com/tpoa1
3.2.7 Secagem e desidratação
Secagem e desidratação são processos termodinâmicos por meio do quais é possível
reduzir o teor de umidade de materiais biológicos. O que possibilita a conservação.
Normalmente, a secagem é realizada até ser atingido um nível de teor de umidade possibilita
a conservação, enquanto que a desidratação configura pela remoção quase que total da
água livre do material biológico.
Para a perfeita conservação, o teor de umidade do produto deve ser reduzido a níveis
que: (a) inviabilize o desenvolvimento de agentes responsáveis pela degeneração - fungos e
bactérias, (b) reduza a taxa de respiração, e (c) bloqueie a ocorrência de reações enzimáticas
e químicas que propiciam a autodegeneração e transformações.
a) Fundamentos do processo de secagem
O ar atmosférico é constituído de uma mistura de gases e vapor d’água. A porção
referente aos gases é definida como ar seco cuja composição é apresentada na Tabela 4. A
mistura ar seco e vapor d’água forma o ar úmido, ou melhor, o ar atmosférico.
Tabela 4 – Composição do ar seco
Substância
Nitrogênio
Oxigênio
Argônio
Dióxido de carbono
Outros gases
Fórmula
N2
O2
Ar
CO2
-
Percentagem em volume (%)
78,01
21,00
0,93
0,03
0.03
Fonte ASHARE (1977) citado por PEREIRA e QUEIROZ (1986)
A quantidade de vapor d’água presente na mistura pode variar de zero até a uma
situação denominada condição de saturação do ar. Este estado é definido como a condição
em que o ar pode suportar a máxima quantidade de vapor d’água. Com base nesta
característica do ar úmido é definida a propriedade umidade relativa.
Cada componente do ar exerce um valor pressão parcial que no somatório
corresponde à pressão atmosférica. Deste modo, para cada estado do ar a quantidade de
vapor presente exerce o que é denominada pressão de vapor. Assim a propriedade umidade
relativa corresponde à razão percentual entre a pressão de vapor no estádio atual e de
saturação. Desde modo, o valor de umidade relativa pode varia de 0 a 100%. Quanto mais
seco o ar menor é a umidade relativa. Conseqüentemente, maior será o potencial de
secagem do ar.
A temperatura é um fator que altamente influencia a o potencial de secagem do ar.
Pois, dada uma massa de ar, à medida que a temperatura é aumentada, há decréscimo da
umidade relativa.
.
Os materiais biológicos possuem a propriedade de serem higroscópios. O que
significa que entre estes e o ar são estabelecidos fluxos de vapor de água. O sentido e
intensidade destes fluxos irão depender do gradiente imposto pela diferença dos valores da
pressão de vapor na superfície do material biológico (Pvmb) e do ar (Pvar). Desta forma,
dependendo das condições do produto e do ar podem ser estabelecidas umas das três
situações.
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Caso,
1) Se Pvmb > Pvar, ocorre secagem do produto;
2) Se Pvmb < Pvar, ocorre umedecimento do produto; e
3) Se Pvmb = Pvar, ocorre Equilíbrio Higroscópio - não há fluxo.
No processo de secagem, geralmente, o ar é utilizado como meio de transporte de
calor e massa, ocorrendo os seguintes passos: (i) o ar cede calor para o material biológico, o
que promove a migração da água contida nestes para a superfície, e então (ii) a massa de
água é carreada pelo fluxo de ar (Figura 6). Sobre a superfície dos materiais biológicos é
formado um microclima, em que uma das propriedades é da pressão de vapor na superfície
do material biológico (Pvmb)
.
Pvmb
Ar Exausto
Ar de
secagem
Umidade
Calor
Pvar(1)
Pvar(2)
Vapor
de Água
Figura 6 – Demonstração do processo de secagem
Quando a umidade do produto migra para superfície, ocorre na área do microclima
sobre o material biológico o aumento da pressão de vapor Pvmb. E esta, tomando valor
superior ao do ar de secagem, faz com que seja estabelecido um gradiente de pressão em
que a direção do fluxo será produto ar. O que caracteriza o processo de secagem.
Desta forma, quando o ar de secagem recebe o fluxo de umidade proveniente do
produto a sua pressão de vapor aumentada (Pvar2) e passa ser denominado ar de exaustão
ou ar exausto. Neste caso a umidade relativa do ar aumenta
Importante – (1) quanto mais eficiente é o processo de secagem maior é a umidade relativa do ar de
exaustão. O ideal é que a umidade relativa seja o mais próximo de 100%. (2) Durante o processo de
secagem as transferências de calor e massa acontecem simultaneamente.
Desta forma, o ar de secagem deve possuir: (i) quantidade de calor a ceder para os
grãos, e (ii) condições de reter e transladar a massa de água na forma de vapor proveniente
do material. Estas características definem o potencial de secagem do ar.
É importante afirmar que o potencial de secagem do ar não deve ser demasiado, pois
assim, o processo de secagem será realizado em curto período de tempo. Fato que poderá
alterar as características organolépticas do material biológico.
O aumento do potencial de secagem do ar, por meio do aumento de temperatura,
pode ser realizado: (i) naturalmente por meio da radiação solar, ou (ii) artificialmente com o
uso de equipamentos de queima de combustível (fornalhas) ou aquecedores elétricos.
Na Figura 7 é apresentado um modelo secador que utiliza a energia solar para
aquecer o ar de secagem. Este foi idealizado por pesquisadores da Appalachian State
University, sendo aplicado à secagem de peixes, carnes e frutas. O secador possui um
coletor solar que possibilita aquecer o ar a temperaturas de até 80 oC . O material a ser seco
é colocado em bandejas.
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Figura 7 – Secador de bandejas com aquecimento do ar por radiação solar
b) Secadores agroindústrias
Devido à existência de vários tipos de produtos que em seus processamentos
requerem cuidados específicos, faz com que existam uma variedade de tipos de secadores.
Para o estudo didático destes autores classificam os secadores em: (i) os adiabáticos, e (ii)
os com transferência de calor por superfície sólida.
Os secadores adiabáticos são os que empregam o ar como veículo de transmissão de
calor e carreador da umidade proveniente do material. Nesta categoria tem-se: (i) secador de
cabine, (ii) secador de túnel, (ii) fornos secadores, (iv) atomizador, e (v) secador com leito
fluidificado.
i) secador de cabine ou armário (Figura 8) – os alimentos são colocados em bandejas ou
prateleiras, que estão dispostas dentro da câmara de secagem. O ar de secagem é insuflado
por meio de um ventilador. Este tipo de secador é empregado por pequenas agroindústrias,
ou são utilizados em pesquisas como unidades protótipos para o estabelecimento de
parâmetros de secagem. No Brasil estes secadores têm sido empregados para secagem de
plantas medicinais.
ii) secador de túnel (Figura 9) – consiste em um túnel que opera como uma câmara de
secagem, por onde trafegam vagonetes com bandejas que contém o material a ser seco. O
ar de secagem pode ser introduzido em sentido contrário ou a favor ao do fluxo dos
vagonetes. Temperatura do ar de secagem, sentido do fluxo de ar, e velocidade de
deslocamento dos vagonetes, são parâmetros definidos para cada tipo de produto a ser seco.
iii) secador tipo forno (Figura 10) – são estruturas utilizados em alguns países na secagem de
malte, maçã e batata. A câmara de secagem é colocada sobre uma fonte de geração de
calor. O ar em contato com esta fonte é aquecido, então entra em movimento por ação da
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convecção natural transpassando assim a câmara de secagem. Caso seja necessário pode
ser utilizado um ventilador.
Ar Exausto
Bandejas com produto
Telas
Aquecedores
Ar de Secagem
Ventilador
Ar Ambiente
Figura 8 – Desenho esquemático de um secador de cabine (CAMARGO et. al., 1989)
Aquecedores
Ar Exauto
Sentido dos vagonetes
Ventilador
E
S
Ar de
Secagem
Ar
Ambiente
Figura 9 – Secador de túnel em contracorrente (CAMARGO et. al., 1989)
Ar exausto
Produto
Ar de secagem
Fonte de aquecimento
Figura 10 – Secador tipo forno.
iv) Secador por aspersão ou atomizador – a secagem por atomização, pulverização ou spraydrying pode ser utilizado na secagem de pastas ou líquidos. O processo consiste na
atomização do produto em um compartimento onde é aplicado o fluxo de ar aquecido.
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Normalmente a água do produto é evaporada rapidamente de maneira que as partículas têm
contato com altas temperaturas por um curto espaço de tempo. O que preserva as
qualidades dos produtos. Este tipo de secagem é aplicado na produção de leite em pó e café
solúvel, como também, em indústrias farmacêuticas.
A secagem por atomização é realizada em quatro fases: (i) atomização do produto, (ii)
contato do produto atomizado com o ar quente, (iii) evaporação da água, e (iv) separação do
produto em pó do ar de exaustão. Na Figura 11 é apresentado o desenho esquemático de
um atomizador.
Saída do ar
Ar
aquecido
Câmara de
Secagem
Ciclone
Ciclone
Pó
Pó
Produto
Figura 11 – Desenho esquemático de um atomizador
v) Secador com transferência de calor por superfície – Os secadores com transferência de
calor por superfície sólida, ou também denominado secadores por contacto têm por principal
modelo o secador de tambor, Figura 12.
Tambor aquecido
Tambor aquecido
Raspador
Produto úmido
Câmara de
vácuo
Raspador
Produto úmido
Produto seco
Produto seco
Figura 12 – Diagramas de secadores de tambor
Neste tipo de secador o calor é transferido ao produto por meio de uma superfície
metálica, que é o tambor. Este é aquecido por meio de vapor e acionado por um motor
elétrico. O material a ser seco, geralmente uma solução contendo água e soluto, é distribuído
na superfície externa do tambor tomando a forma de uma película. Esta recebe o calor pelo
processo de condução promovendo assim a evaporação da água. Isto ocorre durante o
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movimento giratório tambor. O produto seco é removido do tambor por meio de um raspador.
O tambor pode funcionar em ambiente aberto ou a vácuo.
vi) Secador de leito fluidificado (Figura 13) – este é um sistema de secagem contínuo, em que
o material é introduzido dentro da câmara de secagem, por onde o produto é forçado a fluir:
(i) por gravidade sobre uma chapa perfurada, ou (ii) pela a ação de um transportador que
permite a passagem de ar. Este tipo de secador pode ser utilizado na secagem de produtos
como ervilhas, amendoim, cogumelos, frutas e hortaliças em pedaços.
(Modelo – Dupla passagem)
(Modelo – Com reaproveitamento de ar)
1 – Alimentador de produto
2 – Registro do fluxo de produto
3 – Fluxo de produto seco
5 – Ar de secagem
6 – Ar ambiente
7 – Ar de exaustão
8 – Sistema de reaproveitamento de ar
9 – Sistema direcionador do ar de
exaustão
Figura 13 – Secador de leito fluidificado
3.2.8 Liofilização
Nas últimas décadas com o desenvolvimento de eficientes bombas de vácuo,
sistemas de refrigeração e tipos de vidros, fez com que surgisse novos métodos de
processamento de alimentos. Um destes foi à liofilização.
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Liofilização ou criosecagem (freeze-drying) fundamenta em promover a desidratação
de produtos por meio do processo de sublimação. Ou seja, o produto previamente congelado
é exposto a baixa pressão (<= 4,7 mm Hg), o que faz a água em estado sólido passar para
o estado gasoso. Veja a representaçã do ponto triplo na Figura 14.
Pressão
ão
Fus
Líquido
Sólido
Su
blim
çã
iza
por
Va
o
o
açã
Gás
Temperatura
Figura 14 – Representação do ponto triplo
O equipamento, Figura 15, possui uma câmara de secagem, onde é colocado o
produto disposto em bandejas. Nesta câmara o produto ligeiramente é ligeiramente aquecido
para favorecer o processo de sublimação. Na câmara de condensação, o vapor d’água
proveniente do produto é condensado.
Vapor
Câmara de
condensação
Produto
Câmara de
secagem
Bomba de vácuo
Compressor
Produto
Figura 15 – Representação esquemática e foto de um liofilizador
Pelo fato do processo ser realizado à baixa temperatura e na ausência de ar
atmosférico, as propriedades químicas e/ou organoléticas do material são praticamente
inalteradas. No Brasil o processo tem sido mais aplicado na área de farmácia.

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