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Volume 4 - Número 1, janeiro -junho 2002
Universidade Federal de Campina Grande
Centro de Ciências e Tecnologia
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais
Brazilian Journal Agro-industrial Products
ISSN 1517-8595 Campina Grande, PB v.4, n.1, p.1-100, 2002
UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA
ÁREA DE ARMAZENAMENTO E PROCESSAMENTO DE
PRODUTOS AGRÍCOLAS
EDITOR
Mario Eduardo R. M. Cavalcanti Mata
EDITOR ASSISTENTE
Francisco de Assis Cardoso Almeida
CORPO EDITORIAL
Alexandre José de Melo Queiroz - DEAg/UFCG/Paraíba
Carlos Alberto Gasparetto - FEA/UNICAMP/São Paulo
Evandro de Castro Melo - DEA/UFV/Minas Gerais
Francisco de Assis Santos e Silva - DEAg/UFCG/Paraíba
José Helvécio Martins - DEA/UFV/Minas Gerais
Jose Manuel Pita Villamil - DB/UPM/Espanha
Josivanda Palmeira G. de Gouveia - DEAg/UFCG/Paraíba
Leda Rita D'antonino Faroni - DEA/UFV/Minas Gerais
Maria Elita Martins Duarte - DEAg/UFCG/Paraíba
INFORMAÇÕES GERAIS
A Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais é publicada
semestralmente, podendo editar números especiais caso exista
essa necessidade. A Revista tem por objetivo divulgar trabalhos
técnicos científicos, técnicos, notas prévias e textos didáticos,
originais e inéditos, escritos em português, espanhol e inglês, nas
áreas do conhecimento em: Propriedades Físicas dos Materiais
Biológicos; Armazenamento e Secagem de Produtos Agrícolas;
Automação e Controle de Processos Agroindustriais;
Processamento de Produtos Agropecuários; Embalagens;
Qualidade e Higienização de Alimentos; Refrigeração e
Congelamento de Produtos Agrícolas e Processados, além do
Desenvolvimento de Novos Equipamentos e de Produtos
Alimentícios. Os artigos publicados na Revista estão indexados
no AGRIS AGROBASE e no CAB ABSTRACT.
INFORMACIONES GENERALES
Lincoln de Camargo Neves Filho - FEA/UNICAMP/São Paulo
Odilon Reny Ribeiro Ferreira da Silva - EMBRAPA/Paraíba
Rogério dos Santos Serôdio - CEPLAC/Bahia
Rossana Maria Feitosa de Figueirêdo
Sandra Maria Couto - DEA/UFV/Minas Gerais
Satoshi Tobinaga - FEA/UNICAMP/São Paulo
Silvio Luis Honório - FEAGRI/UNICAMP/São Paulo
Tetuo Hara - CENTREINAR/Minas Gerais
Vicente de Paula Queiroga - EMBRAPA/Paraíba
Vivaldo Silveira Junior - FEA/UNICAMP/São Paulo
REVISÃO DE TEXTOS
Português: Marli de Lima Assis
José Salgado de Assis
Inglês: Ápio Cláudio de Lima Assis
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Renato Fonseca Aragão
Os assuntos, dados e conceitos emitidos por esta Revista, são da
exclusiva responsabilidade dos respectivos autores. A eventual
citação de produtos marcas comerciais não significa
recomendação de utilização por parte da Revista.
REVISTA BRASILEIRA DE PRODUTOS AGROINDUSTRIAIS
PUBLICAÇÃO SEMESTRAL
Av Aprígio Veloso, 882 - Caixa Postal 10.087
La Revista Brasileña de Productos Agroindustriales tiene una
edición semestral, pudiendo editar números especiales caso exista
esta necesidad. La Revista tiene por objetivo hacer una divulgación
de los trabajos científicos, técnicos, notas previas y textos
didácticos, originales e inéditos, escritos en portugués, español o
ingles, en las áreas de conocimiento en: Propiedades Físicas de los
Materiales Biológicos; Almacenamiento y Secado de Productos
Agrícolas; Automación y Control de los Procesos
Agroindustriales; Procesamiento de los Productos Agro-pecuarios;
Embalajes; Calidad y Higienización de los Alimentos;
Refrigeración y Congelamiento de los Productos Agrícolas y
Procesados, así como también el Desarrollo de nuevos Equipos y
de nuevos Productos Alimentares. Los artículos publicados en la
Revista están indexados en AGRIS AGROBASE y en el CAB
ABSTRACT.
GENERAL INFORMATION
The Brazilian Journal of Agro-industrial Products will have a has
a semestral edition, but it can have special numbers if this is
necessary. The purpose of the Journal is to spread Scientific and
technical works, previous notes and didactic, original and
unpublished works, written in Portuguese, Spanish and English
about Physical Proprieties of Biological Materials; Storage and
Drying of Agricultural Products; Automation and Control of
Agro-industrial Processes; Processing of Vegetal and Animal
Products; Packing; Quality and Healthily of Foods;
Refrigeration and Freezing of Agricultural Products already
processed besides the Development of New Equipment
FICHA CATALOGRÁFICA
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais/ Brazilian Journal
Agro-Insustrial Products v.4, n.1, (2002). Campina Grande:
Universidade Federal de Campina Grande, Centro de Ciências e
Tecnologia, 2002.
Campina Grande, Volume 4, Número 1, janeiro-junho, 2002.
Semestral
ISSN 1517-8595
ISSN 1517-8595
Tiragem 500 exemplares.
CAPA: Criogenia, Laboratório
Site da RBPA http://www.deag.ufcg.edu.br/rbpa.
1. Engenharia Agroindustrial-Períodicos. 2. Agroindústria. 3. Produtos
Agroindustriais. 4. Engenharia de Alimentos. 5. Engenharia Agrícola.
CDD 631.116
NÚMERO 4 VOLUME 1 JANEIRO-JUNHO 2002 ISSN 1517-8595
Conteúdo
Artigos Científicos
PROPRIEDADES FÍSICAS DE PRODUTOS AGRÍCOLAS (Agricultural products physical properties)
Valéria S. Ribeiro, Marília C. Sobral, Marcello M. Ameida, Gabriel F. Silva ............................................................
ESTUDO COMPARATIVO DA CRIOARMAZENAGEM DE SEMENTE DE PAU-FERRO (Caesalpinia
ferrea Mart.) COM AS TéCNICAS CONVENCIONAIS DE ARMAZENAGEM (Comparative study of
cryostorage of wood-iron seed (Caesalpinia ferrea Mart.) with the conventional techniques of storage)
Sheila Nadjane Batista Lacerda, Mario Eduardo R. M. Cavalcanti Mata, Maria Elita D. Braga, Francisco de
Assis Santos e Silva .......................................................................................................................................................
EQUILÍBRIO HIGROSCÓPICO E ATIVIDADE DE ÁGUA PARA OVO INTEGRAL PROCESSADO EM
“SPRAY DRYER” (Equilibrium moisture content and water activity for integral egg processed in "Spray
Dryer")
Paulo Cesar Corrêa, Paulo Cesar Afonso Júnior, Paulo César Stringheta,Janayna Bhering Cardoso......................
QUALIDADE E VIDA ÚTIL PÓS-COLHEITA DO MELÃO 'GOLD MINE' PRODUZIDO NA ÉPOCA DAS
CHUVAS (Quality and shelf life of 'Gold Mine' melon cultivated in the rainfall growing season)
Janilson Kleber Menezes Mota, Josivan Barbosa Menezes, Glauber Henrique de Sousa Nunes, Railene Hérica
Carlos Rocha .................................................................................................................................................................
VIDA ÚTIL PÓS-COLHEITA DE MELANCIA SUBMETIDA A DIFERENTES TEMPERATURAS DE
ARMAZENAMENTO (Postharvest shelf-life of watermelon submitted to different storage temperatures)
Ana Luiza Xavier Carlos, Josivan Barbosa Menezes , Railene Hérica Carlos Rocha, Glauber Henrique de Sousa
Nunes, Geomar Galdino da Silva ..................................................................................................................................
COMPORTAMENTO REOLÓGICO DA POLPA DE CUPUAÇU (Theobroma grandiflorum Schum.)
PENEIRADA (Rheological behaviour of cupuaçu pulp (Theobroma grandiflorum Schum.) sieved)
Maria Fábia Pereira Cabral, Alexandre José de Melo Queiroz, Rossana Maria Feitosa de Figueirêdo. ..................
MASS DIFFUSION INSIDE PROLATE SPHEROIDAL SOLIDS: AN ANALYTICAL SOLUTION (Difusão
de massa no interior de sólidos esferoidais prolatos: uma solução analítica)
Vital Araújo Barbosa de Oliveira, Antonio Gilson Barbosa de Lima ..........................................................................
CONGELAMENTO DE CARNE A TEMPERATURAS CRIOGÊNICAS: ALTERAÇÕES DE ALGUMAS
CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS (Freezing of meat to cryogenic temperatures: Alterations of some
physical-chemical characteristics)
Antônio Fernandes Monteiro Filho, Maria Elita Duarte Braga, Mário Eduardo Rangel Moreira Cavalcanti Mata .
PROGRAMA PARA ESTIMATIVA DAS PROPRIEDADES PSICROMÉTRICAS DO AR. (Program for
estimate of psychrometrics properties of the air)
Marcos Fábio de Jesus, Gabriel Francisco da Silva ..................................................................................................
Página
1
7
15
23
29
37
41
51
63
VERSÃO DO PROGRAMA COMPUTACIONAL ASSISTAT PARA O SISTEMA OPERACIONAL
WINDOWS (The version of assistat program for windows system)
Francisco de Assis Santos e Silva, Carlos Alberto Vieira de Azevedo .........................................................................
71
Review
POROSIDADE INTERGRANULAR DE PRODUTOS AGRÍCOLAS (Intergranular porosity of agricultural
products)
Mario Eduardo R. M. Cavalcanti Mata, Maria Elita Duarte Braga ..........................................................................
81
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.4, n.1, p.1-6, 2002
ISSN: 1517-8595
1
PROPRIEDADES FÍSICAS DE PRODUTOS AGRÍCOLAS
Valéria S. Ribeiro1, Marília C. Sobral1, Marcello M. Ameida2, Gabriel F. Silva3
RESUMO
O estudo das propriedades físicas de produtos agrícolas tem sido um fator de suma importância
para a conservação deles em unidades de armazenamentos e para o desenvolvimento de projetos
de máquinas e equipamentos agroindustriais. Entretanto os dados disponíveis, na literatura, para
estes produtos, nem sempre são encontrados, devido a vários fatores: variedades dos grãos e
sementes, clima, fertilidade do solo, práticas agrícolas empregadas. As propriedades estimadas e
os respectivos métodos são: capacidade calorífica, pelo método das misturas calorimétricas;
porosidade, pelo método do picnômetro de comparação a ar, entre outras propriedades como a
densidade e diâmetro. Os produtos agrícolas estudados forão: feijão carioquinha, arroz
comercial, milho, amendoim, urucum, café, acerola, caju, mangaba, uva, seriguela e umbu.
Comparando com alguns dados da literatura, os resultados encontrados mostraram que os
métodos usados foram eficazes na obtenção destas propriedades.
Palavras-chave: produtos agrícolas, propriedades físicas, frutas, cereais
.
AGRICULTURAL PRODUCTS PHYSICAL PROPERTIES
ABSTRACT
The study of the agricultural products physical properties has been a factor of utmost
importance for their conservation of them in storage units of and for the development of
machines and agri-industrial equipment. However, the available literature data for these
agricultural products are not always found due to several factors such as: varieties of grains and
seeds, climate, ground fertility, agricultural practices and other factors. Some estimated
properties
and
the
respective
methods
for
measuring
them
have
b
een carried on as: measurement of the calorific capacity by the calorimetric mixtures method;
porosity by the air comparison pycnometer method, among other properties, like the density and
the diameter. The studied agricultural products were: carioquinha beans, commercial rice,
maize, peanut, annatto, coffee grains, Indian cherry, cashew pulp, mangaba fruit, grape,
seriguela fruit, umbu fruit. Comparing the results to some literature data, it is seen that the used
methods have been efficient to the determination of the mentioned properties above.
Keywords: agricultural products, physic properties, fruits, cereals.
Prorocolo 41 2001 de 12/02/2001
1
Alunos de Iniciação Científica
2
Professor do DQ/CCT/UEP
3
Professor do DEQ/CCET/UFS, DEQ/CCET/UFS, Cidade Universitária, Jd. Rosa Elze, São Cristóvão-SE, CEP: 49.100.000,
Fax: (79)212.6684, Email: [email protected].
2
Propriedades físicas de produtos agrícolas
INTRODUÇÃO
O conhecimento das propriedades físicas
é essencial no que se refere às pesquisas com
produtos alimentícios: prediz a velocidade de
secagem para alimentos de variada composição
e formas geométricas, quando submetidos a
diferentes condições de secagem, aquecimento
e resfriamento.
Estas informações, também, são de
fundamental importância para um ótimo
dimensionamento de equipamentos que
envolvem transferência de calor e massa e
aparelhos de desidratação e esterilização e para
otimizar um processo térmico.
Entretanto, uma das grandes limitações
para o desempenho destas atividades citadas
acima reside no fato da grande falta de
informação que se tem das propriedades
térmicas de produtos agrícolas e alimentícios.
O calor específico é uma propriedade
definida como a quantidade de energia
necessária para elevar, de um grau de
temperatura, uma unidade de massa de uma
substância.
Suas
unidades
comumente
utilizadas são: cal/g.oC.
O calor específico de uma substância
multiplicada por sua massa nos fornece a
capacidade calorífica desta substância. A
capacidade calorífica, também, é definida como
sendo o poder que um produto tem de
armazenar energia. As unidades mais usadas
são: cal/oC BTU/ oF e J/oC.
Muitas
operações
industriais
caracterizam-se por uma fase fluida, escoando
através de uma fase sólida particulada. Pode-se
exemplificar, citando a filtração, a transferência
de massa em colunas de recheio, as reações
químicas, utilizando-se catalisadores sólidos, a
secagem de produtos em leito de jorro. Esta
fase sólida pode existir como um leito
estacionário,
um
leito
fluidizado
ou
constituindo uma fumaça.
Como não tratamos de partículas
isoladas, mas da fase sólida constituída por um
conjunto delas, uma das características mais
importantes, além de caracterizar a própria
partícula, é conhecer a fração do volume de
leito não ocupada por material sólido, ou seja, a
fração de vazios desta fase sólida, que é
denominada de porosidade. Porosidade,
portanto, é uma grandeza adimensional.
A porosidade influencia a queda de
pressão no escoamento através da fase, a
resistividade da fase, a condutividade térmica
real, a área superficial reativa e, na realidade,
Ribeiro et al.
influencia em qualquer propriedade inerente ao
conjunto da fase.
Muitos trabalhos mostram que a
porosidade de um leito estático depende do
tamanho da partícula e da distribuição de
tamanhos, da forma e da rugosidade superficial
da partícula, do método de empilhamento das
partículas, da dimensão do contentor.
A forma da partícula é uma variável
muito mais importante na determinação da
porosidade do que a rugosidade superficial,
embora as duas atuem no mesmo sentido.
Quanto mais baixa a esfericidade da partícula,
mais aberto será o leito. As partículas agrupamse umas com as outras e acomodam-se com as
partes salientes contrapondo-se, o que impede
um agrupamento compacto.
Em relação à dependência do modo de
empilhamento com a porosidade, em uso desta
propriedade na realização de projeto, admite-se
o agrupamento denso para se fazerem as
previsões sobre a queda de pressão e a maior
parte de outros parâmetros, entretanto é mais
seguro admitir o agrupamento menos denso
para prever a condutividade térmica real.
Leitos de porosidade mais baixa são
obtidos quando é usada uma mistura de
partículas finas e grossas, comparando-se com
leitos de partículas uniformes. Este fato é
devido às partículas finas deslizarem entre as
grandes e preencherem os interstícios.
O tamanho da partícula e o tamanho do
vaso estão inter-relacionados na influência que
exercem sobre a porosidade. A presença de
paredes do vaso interrompe a distribuição dos
contatos entre as partículas e provoca uma
maior fração de vazios junto à parede. Na
prática, a relação entre o diâmetro da partícula e
o diâmetro do vaso é tão próxima de zero que o
efeito da parede pode se considerar desprezível,
mas, apesar deste fato, a porosidade grande do
leito junto às paredes deve ser levada em
consideração mesmo neste caso. Como prova
disto é o uso de redistribuidores de líquidos em
colunas de recheio a fim de evitar a canalização
do líquido em direção às paredes da coluna
onde a porosidade é maior.
A transição do leito fixa para o leito
fluidizado; é caracterizada por uma expansão
deste leito. Ao se expandir, onde o leito se
assemelha a um líquido fervente, a porosidade
se torna maior. No ponto mínimo de
fluidização, onde a queda de pressão, devida ao
escoamento, se equilibra com o peso do leito, a
porosidade é ligeiramente maior que a existente
num leito compacto.
MATERIAIS E MÉTODOS
Produtos utilizados:
Determinação do calor específico: as
frutas utilizadas (mangaba, acerola, uva tipo
Itália, seriguela, umbu e caju ) foram obtidas
em mercados e feiras do nosso estado.
Ribeiro et al.
3
com dimensões 35cm x 21cm, Na base
superior, é feita a comunicação entre os dois
cilindros onde existe uma válvula para abrir e
fechar a passagem de ar. Em um dos cilindros
existe um orifício, utilizado para a entrada de ar
e uma saída que está ligada a um manômetro de
mercúrio. A Figura 2 mostra este equipamento.
Equipamentos:
O calorímetro foi construído no
Laboratório de Fenômenos de Transportes do
DEQ/UFS, como mostra a Figura 1, com a
utilização dos seguintes materiais:
- 2 caps de PVC (100 mm)
- Tubo de PVC (100 mm)
- Vidro de garrafa térmica (capacidade de 1
litro)
- Lã de vidro
- Rolha de borracha
O picnômetro de comparação a ar foi
construído pela Oficina Mecânica do
CCET/UFS o aparelho é composto por dois
cilindros de igual volume, cujas dimensões são
19,9 cm de altura e 10,42 cm de diâmetro, com
suporte inferior e superior retangular de ferro
Figura 1. Calorímetro
Figura 2. Picnômetro de comparação a ar
Determinação do calor específico
O método usado para a obtenção do calor
específico é o método da mistura calorimétrica.
Este método consiste em: Inicialmente, foram
colocadas 100 gramas de água destilada a T1 no
calorímetro junto com 100 gramas de água
quente a T2 e foi agitado o aparelho até o
equilíbrio térmico onde foi medida a
temperatura T3. Com estes dados calcula-se a
capacidade calorífica do calorímetro pela
fórmula:
C  [ma1Cpa (T2  T3 ) 
ma1Cpa (T3  T1 )] /(T3  T1 )
(1)
4
Após ser atingido o equilíbrio, foram
colocadas, imediatamente, 100 gramas do
produto a T4, e foi agitado por certo tempo, até
atingir o equilíbrio térmico entre o líquido e o
sólido obtendo a temperatura T5. Por fim, com
os dados, foi calculado o calor específico do
produto pela seguinte fórmula:
Cp a  [ma 2 Cp a (T3  T5 ) 
C(T3  T5 )]/(m p(T5  T4 )
Ribeiro et al.
Após feita as medidas de porosidade, a
massa do material foi medida e, com as
dimensões do cilindro, a massa específica
aparente foi determinada.
A massa específica da fase sólida está
relacionada com a massa específica aparente
(massa do sólido por volume de leito) através
da seguinte expressão:
   S (1   )
(2)
em que,
Ma1 – massa de água nas temperaturas T1 e T2
(g)
Cpa – calor específico da água (cal/(goC)
C – capacidade calorífica do calorímetro
ma2 – massa de água na temperatura T3 (g)
mp – massa do produto (g)
Cps – calor específico do produto (cal/goC).
T – Temperatura (oC)
ρ - massa específica aparente do sódio (g/cm3)
ρs - massa específica do sólido (g/cm3)
є - porosidade.
Diâmetro
O diâmetro dos produtos agrícolas
estudados foi determinado pelo método do
volume deslocado.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Porosidade
A determinação desta propriedade no
picnômetro de comparação a ar utiliza a
equação de estado dos gases perfeitos.
O método consiste em preencher
totalmente o cilindro que não possui o orifício
de entrada de ar com o produto que se quer
determinar esta propriedade. A válvula do
equipamento é fechada de maneira correta para
não haver escape de ar, em seguida é injetado ar
no cilindro que não contém o material. Foi
anotado o valor desta pressão (P1) no
manômetro. Em seguida, a válvula é aberta, o ar
passa agora a ocupar o volume V do cilindro
vazio e os espaços vazios do sólido Vv. Como
se tem a mesma quantidade de ar e este passa,
agora, a ocupar um volume maior, ocorrerá um
decréscimo na pressão P2 a qual é anotada. A
relação Vv/V nos fornece a porosidade (є). A
equação para a porosidade pode ser escrita:
(P  P )
 1 2
P2
(03)
Calor Específico
Foi determinada a capacidade calorífica
de várias frutas, como mostra a Tabela 1.
Tabela 1. Calor específico de várias frutas
Frutas
in natura
U(%)
(b.u.)
CP
(médio)

Mangaba
Acerola
Uva(tipo Itália)
Caju(fruto)
Seriguela
Umbu
Manga(espada)
Banana(prata)
62.55
64.76
69.20
69.84
73.53
70.14
68.55
65.42
0.9275
0.8837
0.8868
0.8807
0.7707
0.9861
0.8232
0.7081
0,0084
0,0108
0,0067
0,0039
0,0108
0,0093
0,0121
0,0081
Porosidade e massa específica
Produto: AMENDOIM (marca: globo)
Diâmetro da partícula: 9,14mm
Tabela 2. Propriedades do amendoim
 - porosidade
P1 – pressão no estado inicial (mmHg)
P2 – pressão no estado final (mmHg)
Foram feitas 5 medidas de cada produto e
foi obtido o valor médio com os respectivos
desvios padrão.
Massa específica
(04)
Enpac.
ρ
(g/cm3)
ρ
(g/cm3)
εmédio
(dec.)

1
2
0,6832
0,7309
1,102
1,105
0,3800
0,3387
0,0016
0,0014
Produto: Feijão Carioquinha (origem: mercado
municipal)
Tabela 3. Propriedades do feijão carioquinha
Enpac.
ρ
(g/cm3)
ρ
(g/cm3)
εmédio
(dec.)

1
2
0,8056
0,8331
1,328
1,327
0,3933
0,3720
0,0021
0,0013
Produto: CAFÉ (grão cru)
Tabela 4. Propriedades café
Enpac.
ρ
(g/cm3)
ρ
(g/cm3)
εmédio
(dec.)

1
2
3
0,6616
0,7264
0,7635
1,267
1,269
1,270
0,4777
0,4275
0,3988
0,0015
0,0015
0,0019
Produto: MILHO (marca: globo)
Tabela 5. Propriedades do milho
Enpac.
ρ
(g/cm3)
ρ
(g/cm3)
εmédio
(dec.)

1
2
3
0,7620
0,8227
0,8464
1,372
1,374
1,373
0,4450
0,4012
0,3833
0,0016
0,0008
0,0006
Produto: ARROZ (marca: Carruá)
Tabela 6. Propriedades do arroz
Enpac.
ρ
(g/cm3)
ρ
(g/cm3)
εmédio
(dec.)

1
2
3
0,8129
0,8362
0,8912
1,438
1,437
1,436
0,4347
0,4182
0,3794
0,0011
0,0029
0,0011
Ribeiro et al.
5
CONCLUSÕES
Este trabalho se constitui em determinar o
calor específico de algumas frutas. Comparando
com o calor específico de produtos agrícolas
trabalhados no relatório anterior ( milho, feijão,
arroz, urucum, e farinha de mandioca) os quais
ficaram na faixa de 0,4 a 0,6 cal/gºC, nota-se
que os valores do calor específico para as frutas
é maior e este fato tem como uma das causas a
presença maior da umidade na composição
destas frutas.
O objetivo deste trabalho no que se refere
à propriedade física porosidade se propunha em
determinar esta para vários produtos e analisar a
sua influência com o empacotamento do
produto utilizado. É importante ressaltar que
diferentes empacotamentos do material sólido
estão representados por suas diferentes massas
específicas
aparentes
apresentadas
nos
resultados.
Na execução deste trabalho, não foram
obtidos empacotamentos mais densos (massas
específicas aparentes maiores) em virtude de
caso fosse utilizada uma pressão maior, haveria
uma quebra das partículas ou parte destas,
gerando um leito não representativo para a
obtenção desta propriedade.
Observando-se a relação entre o
empacotamento do leito com a porosidade dos
produtos,
confirma-se
que,
para
empacotamentos mais frouxos, o valor da
porosidade é maior. À medida que o
empacotamento se torna mais denso (massa
específica aparente maior), o valor desta
propriedade fica menor.
É possível observar que para cada
empacotamento do material, é calculada a sua
massa específica real e que esta propriedade,
permanece constante em função de diferentes
empacotamentos; apresenta apenas uma
variação na terceira casa decimal.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICA
Produto: URUCUM
Tabela 7. Propriedades do urucum
Enpac.
ρ
(g/cm3)
ρ
(g/cm3)
εmédio
(dec.)

1
2
0,6413
0,6677
1,259
1,265
0,4908
0,4722
0,0014
0,0018
Alvarado, J.D.; Carlos Moreno, C. Calor
específico de frutas como una funcion de su
humedade. In: Congresso Latinoamericano
de Transferência de Calor e Matéria, 2,
Anais.... do 1631-1638.
Cavalcanti Mata, M.E.R.M.; Souza, E. B.,
Determinação da porosidade e da massa
específica aparente de feijão mulatinho em
situações simuladas de secagem e
6
armazenagem. Revista Nordestina de
Armazenagem, v.4, n.1, p.26 - 41, 1990.
Franco, G. Tabela de composição química dos
alimentos, 9ª Edição, Editora Atheneu, São
Paulo, 1999.
Silva, G.F., Processamento de urucum em
leito de jorro, Dissertação de Mestrado,
Campina Grande, 1991.
Ribeiro et al.
Silva, G.F.; Alsina, O.L.S. Análise das
condições de processamento do urucum.
Revista Brasileira de Corantes Naturais,
Campina Grande, v.5, p.23-29, 2001.
Silva, G.F.; Alsina, O.L.S. Determinação
de propriedades térmicas do feijão preto. In:
Congreso Ibero-Americano de Ingeniería de
Alimentos, 1, Anales.... CYTED, Campinas,
1996, v.1, p.400-410, 1995.
ISSN: 1517-8595
7
ESTUDO COMPARATIVO DA CRIOARMAZENAGEM DE SEMENTE DE PAUFERRO (Caesalpinia ferrea Mart. ) COM AS TÉCNICAS CONVENCIONAIS DE
ARMAZENAGEM
Sheila Nadjane Batista Lacerda1, Mario Eduardo R. M. Cavalcanti Mata2,
Maria Elita D. Braga3, Francisco de Assis Santos e Silva4
RESUMO
O presente trabalho teve como objetivo estudar a semente da espécie botânica ameaçada de
extinção pau-ferro (Caesalpinia ferrea Mart.), crioarmazenado-a por imersão das sementes em
nitrogênio líquido à temperatura de –196 °C e comparando as alterações fisiológicas
(germinação e vigor) dessa semente com técnicas de armazenagem convencionais
(armazenagem sob condições ambientais e em Câmara Seca à temperatura de 10°C e 30% de
umidade relativa), por um período de tempo de 105 dias. Os testes de germinação e vigor da
semente de pau-ferro foram realizados seguindo-se as Regras para análise de semente, exceto
para o número de sementes que foi de 200 sementes, em 2 repetições de 100 sementes. Diante
dos resultados obtidos neste experimento, pode-se concluir que: a) a qualidade fisiológica das
sementes de pau-ferro é preservada sob condições ambientais (médias de 23°C e 73% de
umidade relativa) e quando submetidas a crioarmazenagem por 105 dias; b) a semente de pauferro quando armazenada em câmara seca, diminui significativamente a sua qualidade
fisiológica em comparação com as sementes armazenadas a –196°C (crioarmazenagem) e sob
condições ambientais médias de 23°C e 75|% de umidade relativa do ar.
Palavras Chave: crioconservação, nitrogênio líquido, germinação, vigor.
COMPARATIVE STUDY OF THE WOOD-IRON SEED (Caesalpinia ferrea Mart. )
CRYOSTORAGE WITH THE CONVENTIONAL STORAGE TECHNIQUES
ABSTRACT
The present work had the objective of studying the botanical species seed wood-iron
(Caesalpinia ferrea Mart.), which is threatened of extinction. The cryostorage by the seed
immersion in liquid nitrogen at the temperature of -196 °C and comparing the physiologic
alterations (germination and vigor) of that seed with conventional storage techniques (storage
under environmental conditions and in dry camera at the temperature of 10°C and 30% of
relative humidity), for a period of time of 105 days. The wood-iron seed germination and vigor
tests were accomplished according to the rules for seed analysis, except to the number of seeds
that were 200 seeds, in 2 repetitions of 100 seeds. According to obtained results in this
experiment, it can be concluded that: a) the physiologic quality of the wood-iron seeds is
preserved under environmental conditions (averages of 23°C and 73% of relative humidity) and
when they are submitted to cryostorage for 105 days; b) The wood-iron seed reduces its
physiologic quality significantly when it’s stored in a dry camera in comparison with the seeds
stored to -196°C (cryostorage) and under averages of environmental conditions 23°C and 73%
of relative humidity.
Keywords: cryoconservation, liquid nitrogen, germination and vigor.
Protocolo 41 2001 14 de 12/02/2001
1
Mestre em Engenharia Agrícola, Campina Grande – PB r
2
Professor Adjunto, DEAg/UFPB Av Aprígio Veloso No. 882, CEP 58.109-970, Campina Grande–PB e-mail
[email protected]
3
[email protected]
4
[email protected]
8
Estudo comparativo da crioarmazenagem de semente de pau-ferro com as técnicas convencionais de armazenagem Lacerda et al
INTRODUÇÃO
Estudiosos da complexidade Nordestina
mencionam que uma solução sócio-econômica
só será possível na medida em que a região
puder entender sua própria diversidade e a
aridez de seu solo e dele extrair soluções
economicamente viáveis, como é o caso de
plantio de xerófitas nativas da Região. No
entanto, outras soluções podem vir do
conhecimento de outras espécies vegetais que
têm sido devastadas na Região, como é o caso
do Pau-ferro que, devido ao seu cerne duro, a
sua madeira tem sido utilizada para confecção
de vigas, esteios, estacas e lenha e, por essa
razão, tem sido devastada da região e encontrase atualmente como uma das árvores ameaçadas
de extinção (Lacerda, 2001).
A árvore de pau-ferro e as suas sementes
podem ser vista na Figura 1 e na Figura 2,
respectivamente.
Figura 2 - Sementes de Pau-ferro
Figura 1 - Árvore de Pau-ferro
Nesse contexto, não se pode deixar de
perceber que o processo evolutivo é inevitável,
e o homem caminhou, durante este tempo, de
forma paralela, ou seja, dedicando-se ao avanço
tecnológico e ao processo auto destrutivo. O
desenvolvimento tecnológico tem ocasionado
sérios impactos ambientais, que culminaram
com o desaparecimento de diversas espécies
botânicas.
Em resposta a esses fatos, no final de
século XX, o aproveitamento de recursos
naturais adquiriu valor estratégico para
governos e instituições privadas e como
resultado deste fenômeno, o trabalho de
preservação e estudo de espécies vegetais,
merece hoje atenção especial dos países em
desenvolvimento e do chamado primeiro
mundo, (Carvalho, 1996).
Desta forma, o resgate de espécies
botânicas da região aparece como início de um
processo de valorização humana, onde o
próprio resgate se confunde de forma inversa
com a devastadora interferência antropogênica
no semi-árido Nordestino.
Alguns autores como Lacerda (2001) e
Cavalcanti Mata (2000) entendem que o inicio
desse regaste passa, primeiramente, pela
conservação dessas espécies em Unidades
denominadas de Bancos de Germoplasma.
Os Bancos de Germoplasma são unidades
onde os materiais genéticos, como sementes das
espécies vegetais, são conservados e consiste
em armazenar o produto em câmaras secas,
onde a temperatura de conservação no interior
da câmara varia entre 0 a 10 0C e a umidade
relativa entre 20 e 40%. No entanto, as
pesquisas, neste setor, têm demonstrado que,
após algum tempo de armazenamento, as
características fisiológicas das sementes tendem
a ser alteradas negativamente, caracterizando,
desta forma, a erosão genética das espécies a
serem conservadas (Diniz , 1999).
Assim, para evitar a perda total do
material genético que se encontra nos Bancos
de Germoplasma, recomenda-se que, a partir de
um determinado índice de germinação, as
sementes devam ser multiplicadas em campo e
um novo lote dessas sementes deve substituir o
anterior (Carvalho e Nakagawa, 1988).
Segundo Cavalcanti Mata (2000), para
evitar a erosão genética das espécies, a
crioconservação ou crioarmazenagem de
sementes tem sido utilizada como método
alternativo à conservação das sementes em
Bancos de Germoplasma tradicional. Neste
método, as sementes são armazenadas a uma
temperatura de –196°C, imersas em nitrogênio
líquido, ou a temperatura de –170°C em
ambientes onde o vapor que emana do
Estudo comparativo da crioarmazenagem de semente de pau-ferro com as técnicas convencionais de armazenagem Lacerda et al.
nitrogênio líquido é o agente de conservação
dessas sementes.
De acordo com Pita Villamil (1997), esse
método de conservação a baixas temperaturas
(crioconservação), quando permite ser utilizado
em sementes, pode evitar a erosão genética das
espécies, uma vez que a conservação das
sementes está abaixo de –130°C, o que permite
que o seu metabolismo seja paralisado,
impedindo, assim, sua deterioração. A
crioarmazenagem tem se mostrado como um
método eficiente, prático e de baixos custos na
preservação dos recursos filogenéticos, além de
manter a semente viável por tempo considerado
indefinido, no entanto protocolos de
procedimentos devem ser elaborados para cada
espécie.
Assim, diante do exposto, o presente
trabalho tem como objetivo avaliar a qualidade
fisiológica (germinação e vigor) das sementes
das espécies botânicas nativas da Região semi-
9
árida e ameaçadas de extinção como o Pauferro, quando submetidas a três diferentes
técnicas de armazenagem (armazenagem sob
condições ambientais, em Câmara Seca à
temperatura de 10°C e 30% de umidade
relativa, e em Recipientes Criogênicos à
temperatura de –196 °C), por um período de
tempo de 105 dias.
As diferentes etapas deste trabalho
(Figura 3), foram executadas no Setor de
Criogenia do Laboratório de Armazenamento e
Processamento de Produtos Agrícolas do
Departamento de Engenharia Agrícola os quais
fazem parte do Centro de Ciências e Tecnologia
da Universidade Federal da Campina Grande e
nas dependências da EMBRAPA-Algodão,
Campina Grande-PB.
COLETA DAS SEMENTES
LIMPEZA
EXPURGO COM FOSFINA
TESTES PRELIMINARES
GERMINAÇÃO, VIGOR E UMIDADE
ANÁLISES DE QUEBRA DE
DORMÊNCIA FISIOLÓGICA E DUREZA
ESCARIFICAÇÃO
PRÉ-AQUECIMENTO
EMBEBIÇÃO
NITROGÊNIO
ARMAZENAMENTO DAS SEMENTES
CONDIÇÕES AMBIENTAIS
CÂMARA SECA
NITROGÊNIO
ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Figura 3. Fluxogramas das etapas de condução do experimento.
As sementes.
As sementes de pau-ferro (Caesalpinia
ferrea Mart.) foram em sua totalidade coletadas no
sertão do estado da Paraíba, em região conhecida
como polígono das secas. Geograficamente, esta
região encampa as cidades de Pombal, Aparecida,
Sousa, Marizópolis e Cajazeiras.
A coleta que durou cerca de 60 (sessenta)
dias foi iniciada no município de Pombal e
concluída no município de Cajazeiras. A coleta foi
realizada sempre em fazendas localizadas em áreas
afastadas da cidade, e, sempre, acompanhadas por
um mateiro (agricultor local que identificava as
árvores). Além de coletar sementes, foram também
coletadas folhas e flores, quando estas estavam
10
presentes. Todo o material foi fotografado bem
como todas as árvores, para serem utilizadas na
classificação botânica da espécie utilizada.
Ao final da coleta, as sementes foram
levadas para o Laboratório de Armazenamento e
Processamento de Produtos Agrícolas onde foram
realizadas as etapas de pré-limpeza e limpeza das
sementes. Depois dessas etapas, as sementes foram
selecionadas, descartando-se as sementes físicamente danificadas e, em seguida, expurgadas com
fosfina em silos de fibra de vibra.
Posteriormente, essas sementes foram
separadas em três grupos, sendo que a primeira
amostra foi selecionada para armazenamento em
silos de fibra de vidro, nas condições ambientais de
temperatura e umidade relativa do ar, a segunda
amostra foi armazenada em sacos de papel em uma
Câmara Seca a temperatura de 10°C e 30% de
umidade relativa do ar e, finalmente, a terceira
amostra foi armazenada em containers criogênicos
imersas em nitrogênio líquido a –196°C.
Foram retiradas amostras de cada uma das
técnicas de armazenamento nos períodos de tempo
de 0, 5, 35, 70 e 105 dias, sendo essas sementes
submetidas às análises de germinação e vigor e
determinação do teor de umidade delas.
O método utilizado para determinação do
teor da umidade foi o da Estufa a 105  3°C
durante 24 horas, seguindo-se as recomendações
das Regras para Analises de Sementes (BRASIL,
1992).
Armazenagem em Condições Ambiente
O primeiro grupo de sementes foram
armazenados em 5 diferentes silos de fibra de vidro
que foram lacrados com cera, sendo o ambiente do
Laboratório monitorado por um termohigrógrafo
para registro da temperatura e da umidade relativa
do ar durante todo o experimento. Optou-se pelo
silo de fibra de vidro, em função de este ser uma
embalagem impermeável e de pequena transferência de calor.
Armazenagem em Câmara Seca
O segundo grupo de sementes foi
armazenado em câmara seca com dimensões de
10m de comprimento por 5m de largura e 2,5 de
altura existente na EMBRAPA-Algodão (Empresa
Brasileira de Pesquisa Agropecuária), localizada
em Campina Grande – PB, onde a umidade relativa
e a temperatura do ar foram controladas a uma
temperatura de 10°C e 30%.
Nessa técnica de armazenagem de sementes,
utilizou-se uma embalagem porosa (sacos de
papel) no acondicionamento das sementes. O tipo
de embalagem utilizado, por ser permeável,
permite as trocas de vapor de água entre o ar
atmosférico e o ar que envolve as sementes dentro
das embalagens, isto significa que a temperatura e
a umidade relativa das sementes devem variar e
oscilar de acordo com o meio que está sob
controle.
Armazenagem criogenica
No terceiro grupo, as sementes foram
imersas em nitrogênio líquido (N2L). Para esta
finalidade, foram utilizados tubos cilíndricos de
material de aço inox (canister) onde as sementes
eram inseridas e posteriormente na superfície do
canister era colocada uma tampa perfurada com
orifícios de 2mm de diâmetro, para evitar que as
sementes saiam do tubo cilíndrico, quando esse
sistema fosse submerso no nitrogênio líquido. Em
seguida, os tubos foram introduzidos nos
recipientes criogênicos, os quais possuíam
nitrogênio líquido a uma temperatura de –1960C.
As sementes permaneceram imersas no nitrogênio
líquido (N2L) durante todo o período de
armazenamento.
Periodicamente o nível de nitrogênio líquido
era medido, visando a manter as sementes imersas
em N2L durante o decorrer de todo o armazenamento. Na retirada das sub-amostras para
determinação dos percentuais de germinação e
vigor das sementes e do seu teor de umidade, essas
sementes eram retiradas e colocadas imediatamente dentro de um freezer com temperatura
média de –22°C, por 24 horas com a finalidade de
reduzir o choque térmico delas.
A cada período pré-determinado para
avaliação das sementes, as sementes submetidas a
crioconservação e depois de 24 horas de freezer,
eram descongeladas a temperatura ambiente de
250C, durante 24 horas, tempo este, suficiente para
que as sementes estivessem totalmente descongeladas.
Germinação
Antes da armazenagem das sementes e a
cada período pré-estabelecido, essas foram
submetidas aos testes de germinação e vigor e a
determinação do teor de umidade
Para determinação da germinação das
sementes, foram utilizadas bandejas de plástico de
45cm de comprimento por 30cm de largura com
7cm de altura, contendo substrato de areia
previamente passada por uma peneira de malha
fina (N 16 ABNT) e esterilizada em estufa a 1350C
por 12 horas. O substrato foi então umedecido com
água destilada, antes do plantio das sementes e
durante todo o decorrer do teste de germinação na
medida em que o substrato ia ficando ressecado
Estudo comparativo da crioarmazenagem de semente de pau-ferro com as técnicas convencionais de armazenagem Lacerda et al.
pelo ar ambiente. Para cada espécie, foram
utilizadas 2 bandejas (repetições), cada uma
continha 100 sementes. A percentagem de
germinação foi obtida pela contagem das plântulas
imersas e sadias. Este teste foi efetuado, seguindose a orientação prescrita pelas “Regras de Análise
de Sementes” (Brasil, 1992).
Vigor
O teste de vigor foi realizado, utilizando-se
o processo indireto do teste de Germinação. O
vigor das sementes foi determinado pela contagem
das plântulas emergentes e sadias provenientes da
primeira contagem do teste de germinação.
Obedeceu-se o mesmo critério do teste padrão de
germinação descrito anteriormente, sendo os
resultados expressos em porcentagem (Brasil,
1992).
Análise Estatística
O delineamento experimental utilizado neste
trabalho foi o inteiramente casualizado em um
arranjo fatorial 3 x 5, sendo 3 técnicas de
armazenamento x 5 períodos de armazenagem,
com 2 repetições. As análises foram realizadas,
11
utilizando-se o programa estatístico Assistat (Silva,
1996).
Com os dados experimentais foram obtidas
as equações que representassem as alterações da
germinação e do vigor do pau-ferro ao longo do
seu período de armazenamento para as diferentes
técnicas de armazenagem. As equações de
regressão foram obtidas por meio do programa
computacional Origin 5.0.
Semente de Pau-ferro
Encontram-se, na Tabela 1, as análises de
variância para a germinação e o vigor das sementes
de pau-ferro para os fatores técnicas de
armazenamento e períodos de armazenamento e a
interação entre esses fatores. Nessa tabela,
observa-se que existem diferenças significativas,
em nível de 1% de probabilidade pelo teste F, tanto
para a germinação, como para o vigor da semente
de pau-ferro, exceção se faz, para o vigor do pauferro, para o fator período de armazenamento, onde
existem diferenças significativas em nível de 5%
de probabilidade pelo teste de F.
Tabela 1 - Análise de variância da germinação e do vigor da semente de pau-ferro, armazenada por
diferentes técnicas por um período de 105 dias
.
GERMINAÇÃO
F.V.
Técnicas armazenamento
Períodos armazenamento
Int. Técnicas x Períodos
Resíduo
Total
VIGOR
F.V.
Técnicas armazenamento
Períodos armazenamento
Int. Técnicas x Períodos
Resíduo
Total
G.L.
2
4
8
45
59
S.Q.
598,94
909,34
1361,05
2280,00
5149,34
Q.M.
299,47
227,33
170,13
50,66
F.
5,91 **
4,48 **
3,35 **
G.L.
2
4
8
45
59
S.Q.
986,53
441,06
830,13
1383,00
3640,73
Q.M.
493,26
110,26
103,76
30,73
F.
16,04 **
3,58 *
3,37 **
** = significativo ao nível de 1% de probabilidade
* = significativo ao nível de 5% de probabilidade
Na Tabela 2, encontram-se as medias de
vigor e germinação da semente de pau-ferro para a
interação entre os fatores, técnicas de
armazenamento e períodos de armazenamento.
Nessa tabela, verifica-se que a semente de pauferro, quando crioarmazenada, em nitrogênio
líquido, à temperatura de –196°C mantém sua
qualidade fisiológica pelo período de 105 dias.
Este fato, também, é observado para a semente
armazenada em condições ambientais de Campina
Grande, contudo o vigor dessa semente é
significativamente menor do que a crioarma-
zenada, durante os primeiros 35 dias, não se
observando diferenças significativas, entre essas
duas técnicas de armazenagem a partir desse
período de tempo.
Nessa tabela também é possível constatar
que a semente de pau-ferro, quando foi
armazenada na câmara seca diminuiu a sua
qualidade fisiológica, ao longo do período de
armazenamento de 105 dias. Este fato pode ser
atribuído ao aumento do teor de umidade da
semente que passou de aproximadamente 8% para
14%, indicando que essa semente para as
12
condições do ar dentro da câmara seca (10°c e 30%
de umidade relativa) tende a um teor de umidade
de equilíbrio de 14%, sendo, portanto neste caso,
recomendado que a semente dessa espécie seja
armazenada em recipientes herméticos e não em
envelopes permeáveis como os utilizados neste
trabalho.
Tabela 2 - Germinação e vigor das sementes de pau-ferro para a interação entre os fatores técnicas de
armazenamento versus períodos de armazenamento
GERMINAÇÃO
Técnicas de Armazenamento
0
Condições ambientais
83,00 aA
Câmara Seca
88,00 aA
Crioarmazenamento
82,00 aA
DMS/COLUNA= 14,33 (letra minúscula)
VIGOR
Técnicas de Armazenamento
0
Condições ambientais
53,00 bA
Câmara Seca
64,00 aAB
Crioarmazenamento
68,00 aAB
DMS/COLUNA= 9,51 (letra minúscula)
Períodos de Armazenamento
5
35
70
81,00 aA
82,00 aA
81,00 abA
84,00 aAB
70,00 aBC
69,00 bC
78,00 aA
80,00 aA
84,00 aA
DMS/LINHA= 14,33 (letra maiúscula)
105
78,00 aA
60,00 bC
80,00 aA
Períodos de Armazenamento
5
35
70
51,50 bA
54,00 bA
55,00 aA
60,00 bAB
70,00 aA
59,00 aAB
70,00 aA
60,00 bAB
61,00 aAB
DMS/LINHA= 11,16 (letra maiúscula)
105
54,00 aA
57,00 aB
58,00 aAB
As médias seguidas pela mesma letra minúscula nas colunas e mesma letra maiúscula nas linhas não diferem estaticamente entre si
ao nível de 5% de probabilidade pelo teste de Tukey
Desta tabela, pode-se extrair ainda que a
semente de pau-ferro pode ser crioarmazenada com
sucesso, pois se espera que a partir desse período
de tempo, a semente possa ser conservada por
tempo indefinido, pois conforme afirmação feita
por Pita Villamil (1999), quando as sementes
permitem ser crioarmazenadas a temperatura de
–196°C essas podem ter uma longevidade de
armazenamento considerada indefinida pois as
temperaturas abaixo de –130°C a atividade
metabólica das sementes é mínima e pode ser
considerada desprezível.
Nas Figuras 3, 4 e 5 estão as curvas de
germinação e vigor da semente de pau-ferro por
um período de armazenamento de 105 dias, quando
submetidas às técnicas de armazenamento sob
condições naturais da cidade de Campina Grande,
em câmara seca e em botijões criogênicos a
temperatura de –196°C (crioarmazenagem),
respectivamente.
Armazenagem de Sementes de Pau-Ferro nas Condições Ambientais
100
100
80
Valores observados
Valores calculados
2
(G = 82,5183 - 0,0353.pa R = 84,0%
60
40
60
40
Valores observados
Valores calculados
2
20
20
V = 53,5668 + 0,0054.pa R = 54,0%
0
0
20
40
Vigor (%)
Germinação (%)
80
60
80
100
0
120
Período de armazenagem (dias)
Figuras 3 - Curvas de vigor e de germinação da semente de pau-ferro armazenada sob condições ambientais
de Campina Grande durante 105 dias. com o armazenamento natural
13
Armazenagem de Sementes de Pau-Ferro em Câmara Seca
100
100
Germinação do Pau-Ferro
Valores observados
valores calculados
G = 82,352 - 0,204.pa
80
2
R = 94,8%
60
60
40
40
Vigor do Pau-Ferro
Vigor (%)
Germinação (%)
80
Valores observados
Valores calculados
20
20
2
V = 64,52 - 0,0586.pa
R = 50,7%
0
0
20
40
60
80
100
0
120
Figuras 4 - Curvas de vigor e de germinação da semente de pau-ferro armazenada em câmara seca durante
105 dias
100
80
80
60
60
Vigor do Pau-Ferro
Valores observados
Valores calculados
2
V = 67,852 - 0,104.pa R = 87,4%
40
Vigor (%)
Germinação (%)
Crioarmazenagem de Sementes de Pau-Ferro
100
40
Germinação do Pau-Ferro
Valores observados
valores calculados
20
G = 80,27 + 0,0124.pa
2
R = 24,1%
0
0
20
40
60
80
20
100
0
120
Figura 5 - Curvas de vigor e de germinação da semente de pau-ferro crioarmazenadas durante 105 dias
14
Nas Figuras de 3 a 5 também se encontram
os coeficientes de determinação dessas curvas,
onde se observa que os coeficientes de
determinação para o vigor da semente de pau-ferro
são baixos para todos os métodos de armazenagem
estudados. Em alguns casos, observa-se que os
dados experimentais praticamente não variam, o
que nos leva a crer que não existiria uma
dependência do eixo x (período de armazenamento)
e portanto seria um valor único. Entretanto,
observa-se que os valores do vigor da semente de
pau-ferro, durante a crioarmazenagem, são
dispersos podendo o coeficiente de determinação
ser bem baixo (24,1%).
Nesses gráficos encontram-se os dados
experimentais e os calculados que foram obtidos,
utilizando-se as equações que representam essas
curvas.
CONCLUSÕES
Diante dos resultados obtidos pode-se
concluir que:
1. As sementes de pau-ferro, sob condições
ambientais de armazenagem médias de 23°C e
73% de umidade relativa do ar e quando
crioarmazenadas a –196°C, mantêm a sua
qualidade fisiológica por um período de tempo
de 105 dias;
2. Se as sementes de pau-ferro mantiveram sua
qualidade fisiológica por 105 dias, então esses
dados indicam que essas sementes podem ser
crioarmazenada por tempo considerado
indefinido;
3. A semente de pau-ferro, quando armazenada
em câmara seca, diminue significativamente a
sua qualidade fisiológica em comparação com
as sementes crioarmazenadas a –196°C e sob
condições ambientais médias de 23°C e 75|%
de umidade relativa do ar.
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análise de sementes. Brasília. 1992. 365p.
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Jornal Estado de São Paulo. São Paulo, SP.
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de sementes de milho (Zea mays L.). 1999.
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Agrícola) – Departamento de Engenharia
Agrícola, Universidade Federal da Paraíba,
Campina Grande-PB.
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armazenagem para conservação de sementes
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Departamento de Engenharia Agrícola,
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Silva, F.A.S. e. The Assistat Software
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Sixth
International Conference On Computers In
Agriculture, 1996, Cancun. Anais...
Cancun, Mexico: American Society of
Agricultural Engineers, 1996. v.1, p.294 –
296.
ISSN: 1517-8595
15
EQUILÍBRIO HIGROSCÓPICO E ATIVIDADE DE ÁGUA PARA OVO INTEGRAL
PROCESSADO EM “SPRAY DRYER”
Paulo Cesar Corrêa1, Paulo Cesar Afonso Júnior2, Paulo César Stringheta3,
Janayna Bhering Cardoso4
RESUMO
O objetivo deste trabalho foi determinar as curvas de umidade de equilíbrio higroscópico e
comparar os principais modelos clássicos para o cálculo da atividade de água dos produtos
agrícolas para o ovo processado. As amostras de ovo seco em spray dryer até o teor de umidade
de aproximadamente 3%, foram submetidas à adsorção, sob diversas condições de temperatura
(20, 30, 40 e 50 °C) e umidade relativa (30, 40, 50, 60, 70 e 80 %) do ar, com quatro repetições,
até atingirem a umidade de equilíbrio. A temperatura e a umidade relativa do ar foram
controladas por meio de uma unidade condicionadora de ar do tipo “Aminco-Aire”. Os
seguintes modelos matemáticos, considerados clássicos para o cálculo da atividade de água,
foram ajustados aos dados experimentais: Henderson, Henderson Modificado, Chung-Pfost,
Halsey, Oswin e Chen-Clayton. As constantes dessas equações foram obtidas por regressão,
utilizando-se o método de Gauss Newton. De acordo com os resultados obtidos concluiu-se que
todas as equações testadas se ajustaram bem aos dados experimentais, em todas as faixas
estudadas de temperatura e umidade relativa do ar, podendo ser utilizadas para se calcular a
umidade de equilíbrio ou a atividade de água do ovo integral seco. Entretanto, as equações de
Henderson Modificada e Oswin foram as que melhor representaram o fenômeno estudado.
Palavras-chave: ovo, equilíbrio higroscópico, atividade de água.
HYGROSCOPIC EQUILIBRIUM AND WATER ACTIVITY FOR INTEGRAL EGG THAT’S
PROCESSED IN "SPRAY DRYER"
ABSTRACT
The objective of this work was to determine the hygroscopic equilibrium moisture curves and
compare the main classics models to the caculation of the agricultural products water activity to
the processed egg. The material, which had moisture content level of 3% (wet basis)
approximately was submitted to adsorption. An air conditioning unit (Aminco-Aire) was used
in the tests to control the temperatures and the relative humidity (20oC, 30oC, 40oC, 50oC and
30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, respectively). The samples remained in the chamber until its
moisture reached hygroscopic equilibrium. Henderson, Henderson Modified, Chung-Pfost,
Halsey, Oswin, and Chen-Clayton’s Equations for water activity were fitted to the moisture
data. According to the obtained results, it was concluded that the equations describes the
variation in the equilibrium moisture content or the water activity of the dry integral egg,
according to the air temperature. However, Henderson Modified and Oswin’s equations were
the best ones to represent studied phenomenon.
Keywords: egg, hygroscopic equilibrium, water activity
Protocolo 41 2001 17 de 21/02/2001
1
Eng. Agrônomo, D.S., Prof. Adjunto, Depto. de Engenharia Agrícola, UFV, Viçosa, MG, CEP 36571-000,
[email protected]
2
Eng. Agrícola, M.S., Doutorando em Engenharia Agrícola no DEA-UFV, Viçosa, MG, [email protected]
3
Eng. Alimentos, D.S., Prof. Titular, Depto. Engenharia de Alimentos, UFV, Viçosa, MG, [email protected]
4
Estudante de graduação no Depto. de Engenharia de Alimentos, UFV, Viçosa, MG - [email protected]
16
Equilíbrio higroscópico e atividade de água para ovo integral processado em “spray dryer
INTRODUÇÃO
O processo de secagem de ovos por
muito tempo foi realizado sem os
conhecimentos dos conceitos teóricos básicos
desta operação unitária. Nos Estados Unidos da
América, a idéia de secagem de ovos surgiu por
volta de 1800. No entanto, o sucesso comercial
da operação de secagem desse produto só foi
constatado na China, em 1900, quando alguns
engenheiros alemães introduziram este processo
naquele país. Vários problemas, envolvendo
estabilidade, propriedades físico-químicas,
microbiologia e aspectos de qualidade em geral,
confrontaram a indústria da secagem de ovos,
durante todo o período de seu desenvolvimento.
Hoje, graças à intensa pesquisa desenvolvida no
sentido de solucionar estes problemas, os
produtos de ovo seco são comumente aceitos
pelas populações em todo o mundo. Estes
produtos são, em geral, consumidos sem o
cozimento e, normalmente, são utilizados para
enriquecimento protéico de misturas. O
Processo de secagem em “spray dryer” é,
atualmente, o mais utilizado para a produção do
ovo seco integral.
O Brasil é um dos grandes produtores
mundiais de ovos, embora a industrialização
deste produto ainda se encontre aquém de
outros países mais industrializados. Além disso,
de forma semelhante a outros países produtores
com pouca tradição tecnológica, na área de
processamento, tem enfrentado problemas de
caracter técnico no desenvolvimento e
aplicação de tecnologias adequadas para os
processos de secagem e conservação de ovos
processados.
Novas indústrias equipadas com alta
tecnologia e o aumento do consumo de ovos
processados são um indício de que este
mercado tende para uma modernização rápida,
com possibilidades de ganho expressivo para os
avicultores e industriais que forem capazes de
aliar o conhecimento do mercado e as melhorias
no sistema de produção e industrialização.
Conseqüentemente, torna-se importante o
conhecimento de suas propriedades físicas, com
as quais se podem realizar projetos de
engenharia como o dimensionamento de
máquinas e equipamentos para a secagem,
embalagens, além de auxiliar na correta
operação de armazenamento.
O conhecimento destas propriedades é
útil também em problemas relacionados com
fenômenos de transferência de calor e de massa
durante a secagem e a conservação do produto,
em que uma delas é a higroscopia, envolvendo
Corrêa et al.
os conceitos de atividade de água e de umidade
de equilíbrio, que é o teor de umidade de um
material higroscópico depois de exposto a um
ambiente em condições de temperatura e
umidade relativa controlada, por um período de
tempo prolongado.
A fração de água é um dos importantes
componentes dos alimentos, afetando todas as
suas propriedades físicas; entretanto, a forma
como este composto altera a natureza física e
interage com os demais componentes dos
alimentos depende das relações existentes entre
o produto e o meio. Quando um material
biológico é exposto a uma certa condição de
umidade relativa, ele cede ou ganha água para
equilibrar sua própria umidade. Isso ocorre
quando a pressão de vapor d’água na superfície
do material se iguala à pressão de vapor d’água
do ar que o envolve (Carvalho, 1994).
A determinação da atividade de água é
uma das medidas mais importantes no
processamento e análise dos produtos
agropecuários “in natura” ou processados,
devido à sua influência no que diz respeito à
qualidade e à estabilidade do produto (Park at
al., 2001). Haja vista a importância desse
conceito, nas inúmeras aplicações no campo do
processamento, na secagem e na armazenagem
de alimentos, têm-se empregado esforços para a
obtenção de equações que expressem o teor de
umidade de equilíbrio ou a atividade de água
para cada produto, como função das condições
ambientais.
Os valores de teor de umidade de
equilíbrio dos produtos biológicos dependem,
principalmente, da temperatura, da umidade
relativa de equilíbrio (ou atividade de água) e
da espécie de produto. O histórico do produto e
a maneira pela qual o equilíbrio foi obtido,
também, influenciam na umidade de equilíbrio
(Sokhansaj et al., 1986; Pereira & Queiroz,
1987; Chen & Morey, 1989; Mazza & Jayas,
1991; Brooker et al., 1992; Morey et al., 1995).
Comumente, dois métodos são usados
para se determinar as curvas de umidade de
equilíbrio (Hall, 1980; Brooker et al., 1992): o
método estático e o método dinâmico. No
estático, a umidade de equilíbrio entre o
produto e a atmosfera circundante é atingida
sem movimentação do ar ou do material
analisado. No método dinâmico, o ar ou o
material é movimentado até que o equilíbrio
seja atingido.
Diversos autores têm determinado essas
curvas para vários produtos, utilizando um
método ou outro para a obtenção dos dados
experimentais. Para o estabelecimento das
curvas teóricas, têm sido utilizadas relações
matemáticas empíricas, uma vez que nenhum
modelo teórico desenvolvido tem sido capaz de
predizer com precisão o teor de umidade de
equilíbrio em todas as faixas de temperatura e
umidade relativa do ar (Brooker et al., 1992).
Dentre as diversas equações utilizadas
para expressar a atividade de água de produtos
agrícolas e alimentícios, em função da
temperatura e teor de umidade de equilíbrio, na
Tabela 1, são apresen-tados alguns modelos
empíricos de ampla aplicação na predição do
comportamento higroscópico desses materiais
(Pfost et al.,1976; Mazza et al., 1990; Brooker
Corrêa et al.
17
et al., 1992; Morey et al.,1995; Corrêa et
al.,1995; Sokhansanj & Yang, 1996).
Ante o exposto e em virtude da escassez
de informações na literatura especializada
consultada a respeito das curvas de umidade de
equilíbrio higroscópico e da atividade de água
para ovos integrais processados, desenvolveu-se
o presente trabalho com o objetivo de
determinar experimentalmente as curvas de
adsorção e ajustar diferentes modelos
matemáticos para atividade de água aos dados
experimentais.
Tabela 1. Modelos matemáticos empregados na predição da atividade de água de ovo integral
processado
Denominação do Modelo
Modelo Matemático*
Henderson
A w = 1 - exp(-a  (T  273,15)  U e c )
(1)
Henderson Modificada
A w = 1 - exp(-a  (T  b)  U ec )
(2)
Chung-Pfost
A w  exp(-a / (T  b)  exp(-c  U e ))
(3)
Halsey
A w  exp(-(exp(a  b  T) / U e c ))
(4)
Oswin
A w  1 / ((((a  b  T) / U e ) c )  1)
(5)
Chen-Clayton
A w  exp( a  T b  exp( c  T d  U e ))
(6)
* Aw representa a atividade de água (decimal), T a temperatura ambiente (°C), Ue o teor de umidade de equilíbrio (% base seca), a, b, c, d
constantes que dependem da natureza do produto.
Este trabalho foi desenvolvido nos
Laboratórios
de
Armazenamento
e
Processamento de Produtos Vegetais do
Departamento de Engenharia Agrícola e de
Processamento de Produtos Animais do
Departamento de Engenharia de Alimentos da
Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG.
Foi utilizado ovo integral seco em
“spray dryer” com teor de umidade
aproximado de 3%. Após o processamento, o
produto foi separado em amostras de
aproximadamente 250 g, acondicionadas em
embalagens laminadas e armazenadas em uma
câmara fria à temperatura aproximada de 4 °C,
sendo retiradas 12 horas antes do início da
operação, permitindo, assim, o seu equilíbrio
térmico com o ambiente.
O delineamento experimental foi
inteiramente casualizado, sendo quatro níveis
de temperatura (20, 30, 40 e 50 °C) e seis
níveis de umidade relativa do ar (30, 40, 50,
60, 70 e 80 %), com quatro repetições.
As condições ambientais para realização
dos testes foram obtidas utilizando-se uma
unidade condicionadora de atmosfera de
fabricação da empresa Aminco, modelo
Aminco-Aire 150/300 CFM, dotada de
dispositivos para o controle da temperatura e
umidade relativa do ar fornecido. O
equipamento era composto por bandejas
removíveis com fundo telado, para permitir a
passagem do ar por entre a massa de produto.
O fluxo de ar foi monitorado com o auxílio de
um anemômetro de hélice e mantido constante
em torno de 10 m3.min.-1.m-2. A temperatura e
a umidade relativa do ar foram determinadas
por meio de psicrômetro instalado próximo as
bandejas que contêm as amostras (Figura 1).
Foram utilizados cerca de 200g de ovo seco
para cada repetição de cada tratamento,
expostos às condições ambientais em
recipientes de alumínio e em camadas finas,
com espessura de aproximadamente 2 cm.
18
Corrêa et al.
Duto de Recirculação de Ar
Sistema de
Aquecimento
de Água
Sistema de
Resfriamento
de Água
Bandejas
Pulverizador
de água
Chapa
Perfurada
Ventilador
Termômetros
de Bulbo Seco
e Molhado
AMINCO-AIRE
Sistema de
Aquecimento
de Ar
Figura 1. Desenho esquemático do equipamento experimental.
Durante o processo de adsorção, as
amostras foram pesadas, periodicamente,
visando acompanhar a perda de peso.
Considerou-se que o equilíbrio higroscópico
havia sido alcançado quando a variação da
massa dos recipientes entre três pesagens
sucessivas fosse igual ou inferior a 0,001g.
Os seguintes modelos matemáticos foram
ajustados aos dados experimentais por análise de
regressão: Henderson, Henderson Modificado,
Chung-Pfost, Halsey, Oswin e Chen-Clayton.
Os
dados
experimentais
foram
comparados com os valores calculados pelos
modelos, analisando-se o erro médio relativo (P)
e o erro médio estimado (SE), para cada modelo,
conforme descrito a seguir (Chen & Morey,
1989; Mazza & Jayas, 1991):
Y  Ŷ
1
P  
n
Y
SE 
 (Y  Ŷ)
GLR
(7)
2
(8)
n = número de observações
Y = valor experimental
Ŷ = valor calculado pelo modelo
GLR = graus de liberdade do modelo.
O grau de ajuste dos modelos
matemáticos aos dados experimentais de
equilíbrio higroscópico baseou-se na magnitude
do coeficiente de determinação ajustado, na
magnitude do erro médio relativo e do erro
médio estimado e na verificação do
comportamento da distribuição dos resíduos do
modelo.
Os modelos foram ajustados aos dados
experimentais, por meio de regressão utilizandose o método de Gauss-Newton. Os valores para
as constantes das diversas equações encontramse na Tabela 2, com os respectivos coeficientes
de determinação ajustados (R2), erros médios
relativos (P) e erros médios estimados (SE).
em que
Tabela 2. Constantes das equações ajustadas para o cálculo da atividade de água para o ovo integral
processado, com os correspondentes coeficiente de determinação ajustado (R 2), erro médio
relativo (P) e erro médio estimado (SE)
Modelo
Matemático
Henderson
Chung-Pfost
Halsey
Oswin
Chen-Clayton
a
-2,9128x10-4
-7,5124x10-4
209,9835
2,6741
9,3316
1,6283
Constantes
b
c
1,0688
42,7589 1,2600
51,9550 0,1720
-0,0124 1,3564
-0,0654 1,8553
0,1181
0,0431
D
0,3988
R2
P
SE
0,9461
0,9933
0,9797
0,9878
0,9941
0,9897
0,0737
0,0226
0,0396
0,0291
0,0207
0,0296
0,1373
0,0483
0,0842
0,0653
0,0454
0,0601
A análise dos dados da Tabela 2, indica
que todos os modelos estudados apresentam
altos coeficientes de determinação ajustados
(R2) e, também, baixos valores de erros médios
relativo (P) e estimado (SE) entre os dados
obtidos e os calculados, podendo cada um deles
ser utilizado na estimativa da atividade de água
ou do teor de umidade de equilíbrio para o
produto estudado. Entretanto, a escolha dos
modelos mais adequados para o cálculo dessas
variáveis levou em consideração, também, a
19
análise dos resíduos de cada equação testada
(Figura 2). Segundo esta análise, verifica-se,
pelo comportamento dos resíduos, que as
equações
de
Henderson,
Henderson
Modificada, Chung-Pfost e Oswin apresentaram
distribuição aleatória de seus resíduos, ao
contrário do observado para as equações com
base nos modelos de Halsey e Chen-Clayton,
que apresentaram uma distribuição tendenciosa
dos resíduos.
0,09
0,06
Corrêa et al.
0,04
Henderson
Henderson
Halsey
0,02
Resíduo
Resíduo
0,03
0
0
-0,03
-0,02
-0,06
-0,09
-0,04
Valores Estimados
Valores Estimados
0,04
0,04
Oswin
0,02
Resíduo
Resíduo
0,02
0
0
-0,02
-0,02
-0,04
-0,04
Valores Estimados
Valores Estimados
0,04
0,06
Chen-Clayton
Chung-Pfost
0,04
0,02
Resíduo
Resíduo
0,02
0
0
-0,02
-0,02
-0,04
-0,04
-0,06
Valores Estimados
Valores Estimados
Figura 2. Distribuição dos resíduos para os modelos matemáticos analisados, em função dos valores
estimados.
Observa-se, ainda na Figura 2, para as
equações de Henderson Modificada e Oswin,
pela magnitude dos valores residuais, menor
dispersão entre os valores calculados e os
dados experimentais, quando comparadas com
as
demais
equações
que,
também,
apresentaram
tendência
aleatória
de
distribuição de seus resíduos. Portanto, a
avaliação do melhor ajuste, levando em
consideração os menores valores dos erros
médios relativos e estimados, indicou que,
entre os modelos analisados, as equações de
Henderson Modificada e Oswin foram as que
melhor representaram o fenômeno analisado,
apresentando, ainda, um elevado coeficiente de
determinação ajustado e distribuição aleatória
dos resíduos.
20
Os valores experimentais de equilíbrio
higroscópico das amostras de ovo integral seco
(média de quatro repetições), para diferentes
níveis de temperatura do ar ambiente, e os
Corrêa et al.
valores estimados pelas equações de
Henderson Modificada e Oswin, em função da
atividade de água do produto, estão descritos
nas Figuras 3 a 6.
Teor de Umidade de Equilíbrio (% b.s.)
18
Valores Experimentais
16
Valores Estimados (Oswin)
Valores Estimados (Henderson Modificada)
14
12
10
8
6
4
2
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
Atividade de Água (decimal)
Figura 3. Teores de umidade de equilíbrio experimentais e calculados pelas equações de Henderson
Modificada e Oswin, em função da atividade de água para ovo integral processado e para
temperatura de 20 °C.
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
Corrêa et al.
21
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
Figura 5- Teores de umidade de equilíbrio experimentais e calculados pelas equações de Henderson
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
Observa-se pelas Figuras 3 a 6, que para
este produto, como para a maioria dos
produtos agrícolas e alimentícios, existe uma
relação direta entre a atividade de água e os
parâmetros: teor de umidade de equilíbrio e
temperatura ambiente; ou seja, os valores de
atividade de água são sempre maiores para
umidades de equilíbrio e temperaturas mais
elevadas.
CONCLUSÕES
Os resultados obtidos neste trabalho
permitiram concluir que:
 as equações de atividade de água testadas
com as constantes determinadas para o ovo
integral seco em “spray dryer”, se ajustaram
bem aos dados experimentais;
 a avaliação do melhor ajuste feita pelos
menores valores dos erros médios relativos
e estimados entre os dados experimentais e
22
os valores calculados, indicou que entre os
modelos analisados as equação de
Henderson Modificada e Oswin foram as
que melhor representaram o fenômeno
estudado,
apresentando
elevados
coeficientes de determinação ajustados e
distribuições aleatórias dos resíduos;
Corrêa et al.
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Transactions of ASAE, St. Joseph, v.33,
n.4, p.1313-1318, 1990.
 tanto o teor de umidade de equilíbrio,
quanto à atividade de água, para o produto
testado, apresentam a mesma tendência de
variação da maioria dos produtos
alimentícios processados ou não.
Morey, V.; Wilcke, W.F.; Meronuck, R.A.;
LANG, J.P. Relationship between
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ISSN: 1517-8595
23
QUALIDADE E VIDA ÚTIL PÓS-COLHEITA DO MELÃO ‘GOLD MINE’
PRODUZIDO NA ÉPOCA DAS CHUVAS
Janilson Kleber Menezes Mota1, Josivan Barbosa Menezes2, Glauber Henrique de Sousa Nunes3,
Railene Hérica Carlos Rocha4
RESUMO
Instalou-se um experimento no Laboratório de Pós-Colheita de Frutos da Escola Superior de
Agricultura de Mossoró-ESAM, com o objetivo de avaliar a qualidade e vida útil pós-colheita
do melão ‘Gold Mine’ (Cucumis melo L. var. inodorus Naud.) produzido no período chuvoso,
provenientes de três empresas agrícolas instaladas no Agropolo Mossoró-Açu/RN. Adotou-se o
delineamento experimental inteiramente casualizado em esquema fatorial 2 x 6 com três
repetições e 12 frutos por parcela, sendo que o primeiro fator considerado foi temperaturas de
armazenamento (ambiente 25 ºC + 2 ºC, UR 50 % + 5 % e refrigerado 11 ºC + 2 ºC, UR 90 % +
5 %) e o segundo fator tempos de armazenamento (0, 7, 14, 21, 28, 35). As características
avaliadas foram: firmeza de polpa, perda de peso, aparência externa e interna e conteúdo de
sólidos solúveis totais. A vida útil pós-colheita dos frutos foi estimada em 30 dias para o
armazenamento a temperatura ambiente e refrigerada, mantendo boa aparência interna e
externa, notas acima de 4,0, porém baixos conteúdos de sólidos solúveis, próximo a 7,8% e
firmeza de polpa em torno de 18 N, inadequados para comercialização à longa distância.
Palavras-chave: Cucumis melo L., armazenamento, temperatura, manejo
QUALITY AND SHELF LIFE OF ‘GOLD MINE’ MELON CULTIVATED IN THE
RAINFALL GROWING SEASON
ABSTRACT
This work aimed to evaluate the quality and that’s shelf life of ‘Gold Mine’ melon (Cucumis
melo L. var. inodorus Naud.) that’s cultivated in the rain season. The experiment was carried out
at the fruit post harvest laboratory Chemistry and Technology of the Escola Superior de
Agricultura de Mossoró-ESAM. The fruits were harvested in Mossoró-Açu, Rio Grande do
Norte State. The experiment was carried out in a completely randomized design in a 2 x 6
factorial scheme with three replications and twelve fruits per plot. The first considered factor
was the storage temperature (ambient temperature: 25ºC  2ºC and 50%  5% U. R and at
cooled ambient: 11ºC  2ºC and 90%  5% U. R) and the second factor was the storage time (0,
7, 14, 21, 28 and 35 days of storage). The following traits were evaluated during this period:
weight loss, internal and external fruit appearance, pulp firmness and total soluble solids. The
post harvest shelf life of ‘Gold Mine’ melon was esteemed in 30 days for fruits storage at
environment and refrigerated conditions, maintaining good external and internal appearance
with superior note to 4,0, however with low soluble solids contents, near to 7,8%, and pulp
firmness around 18 N, that inadequate for commercialization that are long distance.
Keywords: Cucumis melo L., storage, temperature, handling
Protocolo 41 2001 21 de 21/02/2001
1
Engº Agrº, Departamento de Química e Tecnologia da ESAM, c. p. 137, CEP 59.625-900, Mossoró-RN. Fone: 312 2100.
2
Professor Doutor do departamento de Química e Tecnologia da ESAM, c. p. 137, CEP 59.625-900, Mossoró-RN. Fone: 312
-2100. E-mail: [email protected]
3
Dr. Bolsista de DCR-CNPq-ESAM, c. p. 137, CEP 59.625-900, Mossoró-RN. Fone: 312 2100. E-mail: [email protected]
4
Bolsista do CNPq, estudante do curso de mestrado em Agronomia: Fitotecnia da ESAM, c. p. 137, CEP 59.625-900,
Mossoró-RN. Fone: 312 2100. E-mail: [email protected]
24
Qualidade e vida útil pós-colheita do melão ‘gold mine’ produzido na época das chuvas
INTRODUÇÃO
A importância econômica do melão tem
estimulado a intensificação das pesquisas nos
últimos anos, sobre fisiologia, bioquímica e
tecnologia pós-colheita do fruto (Menezes et al.,
1997). Essa cultura destaca-se como a principal
olerícola cultivada na Região Nordeste do país,
sendo responsável por mais de 91% da
produção nacional (IBGE, 1997). Constituindose, também, na maior expressão econômica e
social para a Região Nordeste do Brasil.
O Rio Grande do Norte, é considerado o
maior produtor brasileiro, destacando-se em
1996, com 56,12 % de área plantada e 63,36 %
da produção total (Dias et al., 1998). As
variedades de melão existentes, no mundo,
estão reunidas em três categorias, do ponto de
vista comercial: grupo reticulatus, inodorus e
cantaloupenses (Gayet, 1994). O Brasil vem
produzindo, principalmente, o melão amarelo
(Cucumis melo L. grupo inodorus), conhecido
no mercado como melão espanhol, isto porque
esse grupo de melão possui maior conservação
pós-colheita
(Souza
et
al.,
1994).
Aproximadamente 98% do melão produzido, no
Brasil, são ainda do grupo Amarelo (inodorus),
onde fazem parte diversas cultivares e híbridos.
O melão inodorus apresenta vida útil póscolheita de três a quatro semanas, podendo
estender-se até cinco ou seis semanas,
dependendo da cultivar (Menezes et. al., 1998).
A umidade do ar e do solo, também, apresenta
influência sobre a produção e qualidade do
fruto. Condições de umidade elevada favorecem
a formação de frutos de má qualidade e
propiciam condições favoráveis para o
desenvolvimento
de
doenças
fúngicas,
bacterianas e viróticas. Os melões produzidos
nessas condições são em geral pequenos e de
sabor desagradável, com baixo teor de açúcares
devido à ocorrência de doenças que causam a
queda das folhas e o excesso de umidade que
afeta a fisiologia da planta.
Na maioria dos países produtores de
melão, evita-se o plantio na época das chuvas,
porque além de favorecer o aparecimento de
doenças, existe uma correlação negativa com a
qualidade do fruto. Um exemplo é a região de
Mossoró-Baraúna, principal pólo produtor de
melão do Brasil, onde geralmente se planta no
período de junho a fevereiro.
O objetivo deste trabalho é avaliar a
qualidade do melão Gold Mine (Cucumis melo
L. var. inodorus Naud.) produzido na época das
chuvas e determinar a vida útil pós-colheita do
híbrido armazenado em condições ambiente (25
Mota et al.
ºC + 2 ºC, UR 50 % + 5 %) e em câmara fria
(11 ºC + 2 ºC, UR 90 % + 5 %).
Os frutos foram colhidos no estádio de
maturação comercial (70 dias após a
semeadura) sendo provenientes de três
empresas agrícolas do Agropólo MossoróAçu, Município de Baraúna-RN, com clima
semi-árido, temperatura média em torno de
27,4 oC e período invernoso de fevereiro a
junho, umidade relativa média 70% e
precipitações média, máxima e mínima 820,9
mm, 2.662,2 mm e 171,7 mm anuais,
respectivamente, distribuídas irregularmente,
sendo março e abril os meses mais chuvosos.
O genótipo estudado, o híbrido Gold
Mine, tipo Amarelo é muito produtivo, menos
exigente em água e que tem apresentado boa
tolerância de campo a oídio e míldio. Os
frutos são uniformes, com peso médio em
torno de 1.800 g, pequena cavidade interna,
sem odor e polpa de coloração branco-creme.
Fez-se uma seleção dos frutos no
campo,
eliminando-se
aqueles
com
imperfeições facilmente detectáveis tais
como: ferimento mecânico, rachaduras,
depressões superficiais e ataque de fungos ou
brocas. Os melões foram classificados por
tipo e acondicionados em caixas estilos
mercado externos, em seguida foram
transportados para o laboratório do Núcleo de
Estudos em Pós-Colheita da Escola Superior
de Agricultura de Mossoró – ESAM.
Após serem enumeradas ao acaso, uma
parte dos frutos foram armazenados em uma
sala sob condições ambiente (25 ºC + 2 ºC,
UR 50 % + 5 %), e a outra parte foi
acondicionada em câmara fria (11 ºC + 2 ºC,
UR 90 % + 5 %).
O experimento foi instalado em
delineamento inteiramente casualizado em
esquema fatorial 2 x 6 com três repetições e
12 frutos por parcela, sendo o primeiro fator
considerado temperaturas de armazenamento
(ambiente e 11 ºC + 2 ºC) e o segundo fator
tempos de armazenamento (0, 7, 14, 21, 28,
35 dias).
As avaliações foram feitas, em
intervalos de sete dias, durante 35 dias. Os
frutos foram cortados longitudinalmente e
parte do mesocarpo foi homogeneizada em
liqüidificador doméstico para análises
químicas.
Para as aparências externa e interna,
os frutos foram avaliados através de escala
subjetiva, considerando-se a ausência ou
presença dos seguintes defeitos: aparência
externa: depressão; murcha; e/ou ataque
fúngico; aparência interna: colapso interno,
sementes soltas e/ou líquidos na cavidade
das sementes e injúria pelo frio: surgimento
de pequenas manchas escuras na superfície
do fruto. Utilizou-se uma escala subjetiva
correspondente às notas: 1 – defeitos
extremamente severos (acima de 50%), 2 –
severos (31 a 50%), 3 – moderados (11 a
30%), 4 – leve (1 a 10%) e 5 – ausente
(0%), considerando-se frutos com nota  3
como indesejável para o consumo. Foi
considerado como fruto inadequado para a
comercialização aquele cuja nota apresentar
valor igual ou inferior a três para quaisquer
das avaliações.
O conteúdo de sólidos solúveis totais
(SST) foi determinado em refratômetro digital,
conforme normas da AOAC (1992) e expressos
em porcentagem.
As análises de variância e regressão
foram feitas no software SAS (Statistical
Analisys System ) por meio dos procedimentos
PROC GLM e PROC REG.
Verificou-se redução, na firmeza da polpa
até o final do período experimental para os
tratamentos (Figura 1). Os frutos armazenados
na temperatura ambiente apresentaram aos 20
dias, firmeza de polpa próxima a 20 N, valor
equivalente ao obtido aos 30 dias de
armazenamento
refrigerado,
indicando
necessidade de refrigeração para manutenção da
firmeza do fruto.
25
O amolecimento do melão pode estar
relacionado com a perda de integridade de
membranas
das
células
mesocárpicas
hipodermal (Lester & Stein, 1993) como
também pode estar relacionado a fatores précolheita,
tais
como,
equilíbrio
cálcio/nitrogênio. Para Awad (1993), a textura
depende da coesividade, do tamanho, da
forma e da turgidez das células que compõem
o tecido.
A firmeza média dos frutos no
experimento foi 25 N. O melão amarelo
‘Agroflora 646’, produzido no período de
verão e armazenado, a temperatura ambiente
apresenta firmeza de polpa variando de 83,63
N a 33,07 N, no início e final de 45 dias de
armazenamento, respectivamente (Menezes et
al, 1995). Sob o ponto de vista de manuseio
pós-colheita, a firmeza é essencial, já que os
frutos com maior firmeza são mais resistentes
a injúrias mecânicas durante o transporte e
comercialização (Menezes et. al, 1998).
35
30
Firmeza (N)
As características avaliadas foram: perda
de peso, firmeza da polpa, aparências externa e
interna e teor de sólidos solúveis.
A perda de peso foi determinada,
considerando-se a diferença entre o peso inicial
e o obtido em cada intervalo de amostragem
(sete dias).
A determinação da firmeza da polpa foi
feita no fruto, dividido longitudinalmente em
duas partes, sendo que em cada uma delas
procederam-se duas leituras (em regiões
diferentes) feitas com o penetrômetro Mc
Cormick modelo FT 327, com plunger de 8 mm
de diâmetro e os resultados expressos em
Newton (N).
Mota et al.
25
20
11º C
15
25º C
10
5
0
0
10
20
30
40
Tempo de armazenamento
(dias)
(11ºC) y = 40,034 – 7,52x + 0,67x2 r2 = 0,84
(25ºC) y = 33,91 – 3,78x r2 = 0,78
Figura 1. Firmeza da polpa do melão ‘Gold
Mine’, armazenado durante 35 dias sob
refrigeração de 11  2ºC, U. R. 90  5%, ou
sob condições ambiente 25  2ºC, U. R. 50 
5%. ESAM Mossoró-RN, 2001.
A perda de peso nos frutos ocorreu de
forma crescente em função do tempo de
armazenamento (Figura 2).
Foi observada que os frutos
armazenados sob condição ambiente tiveram
perda de peso maior em relação àquela obtida
em frutos submetidos à refrigeração. O déficit
de pressão de vapor é maior em temperaturas
mais elevadas, e os principais fatores que
atuam na perda de água em frutos são a
temperatura, e a umidade relativa do ar.
Este comportamento crescente da perda
de peso também foi observado em seis
cultivares de melão do grupo inodorus
estudadas por Miccolis & Saltveit (1995). A
perda d’água pode ser uma das principais
causas de deterioração, pois resulta não apenas
em perda quantitativa (perda de peso vendável),
mas também provoca perdas em aparência
(devido ao muchamento), qualidade textural
(amolecimento,
flacidez,
fragilidade
e
suculência) e qualidade nutricional. No final do
período de armazenamento, as perdas de peso
médias
dos
frutos
armazenados
nas
temperaturas (11 ºC e ambiente) foram
respectivamente, 2,33% e 5,44%. Em melão
‘pele de sapo’ sob condição ambiente,
Gonçalves (1994) constatou o período de vida
útil pós-colheita de 28 dias, com perda de peso
3,86% que corresponde a aproximadamente 39
kg/ton.
6
5
4
11º C
3
25º C
2
1
0
0
10
20
30
40
(dias)
6
5
(11ºC) y = 5,28 + 0,25x r2 = 0,85
(25ºC) y = 5,11 – 0,15x
r2 = 0,70
4
11º C
3
25º C
2
1
0
0
10
20
30
40
(dias)
(11ºC) y = 0,74 + 0,36x r2 = 0,92**
(25ºC) y = 1,139 – 0,835x r2 = 0,98**
Figura 2. Perda de peso do melão ‘Gold Mine’,
armazenado durante 35 dias sob refrigeração de
11  2ºC, U. R. 90  5%, ou sob condições
ambiente 25  2ºC, U. R. 50  5%. ESAM
Mossoró-RN, 2001.
Os frutos armazenados a 11 ºC,
mostraram-se mais susceptíveis à incidência de
manchas escuras na superfície da casca, sendo
aparente a partir do 21º dia de armazenamento,
entretanto isto não comprometeu aparência,
visto que ao final do período experimental, os
frutos armazenados nas temperaturas (11 + 2º e
ambiente) estavam em plena condição de
comercialização (nota > 3,0) (Figura 3).
Na aparência interna, verificou-se que os
frutos mantidos a 11  2 ºC apresentam-se mais
susceptíveis a sintomas característicos de
colapso interno (amolecimento da polpa) a
partir dos 21 dias de armazenamento, sem
comprometer, entretanto, a comercialização,
com notas acima de 3 (Figura 4).
Figura 3. Aparência externa do melão ‘Gold
Aparência interna (nota 1-5)
Perda de peso (%)
Mota et al.
O conteúdo de sólidos solúveis não
foi influenciado de forma significativa durante
o período de armazenamento, observando-se
no final desse período uma média igual a
8,0% nas duas condições pré-estabelecidas
(Tabela 1). De acordo com Cohen & Hicks
(1986) o valor mínimo aceito acerto para
comercialização é de 9,0 % .
Aparência externa (nota 1-5)
26
6
5
4
11º C
3
25º C
2
1
0
0
10
20
30
40
(dias)
(11ºC) y = 5,36 + 0,23x r2 = 0,92
(25ºC) y = 5,10 – 0,12x
r2 = 0,70
Figura 4. Aparência interna do melão ‘Gold
Esse baixo teor de SST provavelmente
está relacionado com problemas de manejo,
época de plantio (inverno) e de determinação
do ponto de colheita. O melão contém alta
concentração de açúcar, quando maduro,
acumulando-o antes da colheita e não acumula
carboidratos de reserva, não aumentando o
conteúdo de açúcares após a colheita. Miccolis
& Saltveit (1995), também relataram a ausência
do efeito da temperatura de armazenamento
sobre o teor de sólidos solúveis totais. Em
melão ‘Valenciano Amarelo’ CAC, armazenado
sob refrigeração em temperatura de 12 ºC e
umidade relativa do ar de 90 %, Costa (1997)
Mota et al.
27
determinou um teor de SS de 12,4 % após 21
dias de armazenamento. Lester (1998),
estudando o comportamento físico-químico do
híbrido ‘Honey Dew’, verificou que a
concentração de sólidos solúveis atingiu 78 %
do seu valor máximo aos 40 dias após à
antese, sendo considerada importante
mudança qualitativa no conteúdo de açucares
dos frutos.
Tabela 1 - Sólidos Solúveis Totais (%) do melão Gold Mine, produzido na época das chuvas
, e armazenado em condições ambientes (25 ºC  2 ºC e U. R. = 50%  5%) ou sobre refrigeração
de (11 ºC  2 ºC e U. R. = 90%  5%). ESAM, Mossoró-RN, 2000.
Temperatura
(ºC)
Controle
11  2
Média
DMS 1
DMS 2
0
8,7 Aa*
8,7 Aa
8,7 A
1,69
0,65
7
8,3 Aa
7,9 Aa
8,1 A
Armazenamento (dias)
14
21
28
7,9 Aa
7,7 Aa
7,7 Aa
8,2 Aa
7,8 Aa
8,0 Aa
8,0 A
7,8 A
7,8 A
35
7,4 Aa
8,0 Aa
7,7 A
Média
7,9 a
8,1 a
* Médias seguidas da mesma letra (nas linhas e colunas) não diferem entre si a 5% de probabilidade pelo
teste de Tukey.
Letra maiúscula: compara as médias dentro de cada temperatura de armazenamento (DMS 2).
Letra minúscula: compara as médias dentro de cada tempo de armazenamento (DMS 1).
CONCLUSÕES
A vida útil pós-colheita do melão
Amarelo híbrido Gold Mine produzido na
época das chuvas foi estimada em 30 dias para
o armazenamento a temperatura ambiente e
refrigerada, mantendo boa aparência interna e
externa, notas acima de 4,0, porém baixos
conteúdos de sólidos solúveis, próximo a 7,8%
e firmeza de polpa em torno de 18 N,
inadequados para comercialização à longa
distância.
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ISSN: 1517-8595
29
VIDA ÚTIL PÓS-COLHEITA DE MELANCIA SUBMETIDA A DIFERENTES
TEMPERATURAS DE ARMAZENAMENTO
Ana Luiza Xavier Carlos1, Josivan Barbosa Menezes2 , Railene Hérica Carlos Rocha3, Glauber
Henrique de Sousa Nunes4, Geomar Galdino da Silva5
RESUMO
Com o objetivo de determinar a vida útil pós-colheita de melancia ‘Crimson Sweet’ submetida a
diferentes temperaturas de armazenamento, instalou-se um experimento no Laboratório de Póscolheita de Frutos da Escola Superior de Agricultura de Mossoró-ESAM. Os frutos foram
obtidos de um plantio comercial localizado na propriedade Gangorra distante 20 Km de
Mossoró-RN e conduzidos para o laboratório. O delineamento experimental utilizado foi o
inteiramente casualisado em esquema fatorial do tipo 3 x 7 com cinco repetições, sendo o
primeiro fator considerado temperatura de armazenamento (10 oC, 12 oC e temperatura ambiente
28,8 ºC  2) e o segundo fator tempo de armazenamento (0, 5, 10, 15, 20, 25 e 30 dias). Foram
avaliadas as seguintes características: aparência externa e interna, firmeza da polpa, acidez total
titulável, pH, conteúdo de sólidos solúveis totais e açúcares totais. A vida útil pós-colheita da
melancia ‘Crimson Sweet’ foi de 25 dias sendo a melhor temperatura 10 ºC, que manteve as
aparências externa e interna com nota superior a 3,0 considerada comercial, sólidos solúveis
acima de 10,5 g  100 mL-1 e açúcares totais 9,44 g  100 mL-1.
Palavras-chave: Citrullus lanatus, Crimson Sweet, qualidade de frutos armazenados.
WATERMELON POST HARVEST SHELF-LIFE THAT’S SUBMITTED TO
DIFFERENT STORAGE TEMPERATURES
ABSTRACT
The purpose of this study was to determine the post harvest shelf life of ‘Crimson Sweet’
watermelon fruit which is yielded in the ‘Gangorra’ commercial planting 20 km from MossoróRN-Brazil. The fruits were harvested and transported to the Post harvest Fruits Laboratory of
the Escola Superior de Agricultura de Mossoró-ESAM. The experiment was carried out in a
completely randomized design in a 3 x 7 factorial scheme with five replicates. The first
considered factor was the storage temperature (10 oC, 12 oC and ambient temperature) and the
second factor was the storage time (0, 5, 10, 15, 20, 25 and 30 days). The following traits were
evaluated during this period: internal and external fruit appearance, pulp firmness, total
titratable acidity, pH, total soluble solids and content total soluble sugars. The ‘Crimson Sweet’
watermelon had 25 days of post harvest shelf life. The best temperature was 10 ºC, that
maintained the external and internal appearances with superior note to 3,0 that’s considered
commercial, soluble solids above 10,5 g  100 mL-1 and total sugars 9,44 g 100 mL-1.
Keywords: Citrullus lanatus, Crimson Sweet, quality of stored fruits.
Protocolo 41 2001 23 de 17/04/2001
1
Eng. Agrônoma, Departamento de Química e Tecnologia da ESAM, c. p. 137, CEP 59.625-900, Mossoró-RN. Fone: 312
2100. E-mail: [email protected]
2
Professor Doutor do Departamento de Química e Tecnologia da ESAM, c. p. 137, CEP 59.625-900, Mossoró-RN. Fone:
312 2100. E-mail: [email protected]
3
Bolsista do CNPq, estudante do curso de mestrado em Fitotecnia da ESAM, c. p. 137, CEP 59.625-900, Mossoró-RN. Fone:
312 2100. E-mail: [email protected]
4
Professor Doutor do Departamento de Fitotecnia da ESAM, c. p. 137, CEP 59.625-900, Mossoró-RN. Fone: 312 2100. Email: [email protected]
5
Eng. Agrônomo, M. Sc em Fitotecnia, Departamento de Química e Tecnologia da ESAM, c. p. 137, CEP 59.625-900,
Mossoró-RN. Fone: 312 2100. E-mail: [email protected]
30
Vida útil pós-colheita de melancia submetida a diferentes temperaturas de armazenamento
INTRODUÇÃO
A melancia (Citrullus lanatus), é
conhecida mundialmente sendo a China, Irã,
Turquia e os Estados Unidos, os principais
países produtores (Robson & Decker-Walters,
1997). No Brasil, a produção de melancia é em
torno de 2.200 toneladas.
A região Nordeste é responsável por mais
de 50% da área plantada com esta hortaliça, no
Rio Grande do Norte, esta cultura vem
ganhando espaço, nos últimos anos,
principalmente, entre os pequenos e médios
produtores, que têm como mercado Natal,
Fortaleza, Recife e outros grandes centros
urbanos inclusive do Sudeste do país (Noronha
Filho et al., 1994).
A cultivar Crimson Sweet apresenta
frutos de formato arredondado, sendo os de
tamanho médios e grande os de melhor
qualidade, casca clara com estrias verde-escuro
e polpa vermelho intenso muito doce, que
promove uma maior atratividade, sendo
consumida, principalmente, na forma in natura,
entretanto o fruto apresenta vida útil póscolheita, relativamente, curta, principalmente,
quando não é acondicionado de forma adequada
(Araújo Neto et al., 2000).
Na região de Mossoró-RN, os locais de
venda comercializam melancias com diferentes
qualidades
comerciais,
sendo
as
comercializados diretamente no local de
desembarque, as de melhor qualidade. Os frutos
expostos em quitandas sob temperatura
ambiente são comercializadas em estádio de
senescência, com baixa qualidade para o
consumo (Araújo Neto et al., 2000).
A refrigeração é o método mais
econômico para o armazenamento prolongado
de frutos e hortaliças frescos, mas, geralmente,
não é utilizada para melancia, quando o
mercado consumidor está próximo à zona de
produção.
Entretanto,
transporte
e
armazenamento refrigerados podem ser
utilizados para prolongar a vida útil póscolheita a longas distâncias, adotando-se
temperatura entre 10 e 15 C e umidade relativa
em torno de 90 % (Risse et al. 1990).
A temperatura de armazenamento é o
fator ambiental mais importante, não só do
ponto de vista comercial, como também por
controlar a senescência, uma vez que regula as
taxas de todos os processos fisiológicos e
bioquímicos associados. A atividade metabólica
das células deve ser suficiente para mantê-las
vivas, de forma a preservar a qualidade
comestível dos frutos durante o período de
Carlos et al.
armazenamento (Kader et al., 1985; Chitarra &
Chitarra 1990).
O objetivo deste experimento foi
determinar a vida útil pós-colheita da melancia
‘Crimson Sweet’, submetida a diferentes
temperaturas de armazenamento.
MATERIAL E MÉTODOS
Os frutos de melancia ‘Crimson Sweet’
foram obtidos de um plantio comercial
localizado na propriedade Gangorra, situado no
município de Tibau-RN. Imediatamente após a
colheita, foram conduzidos para o Laboratório
de Pós-colheita de Frutos da Escola Superior de
Agricultura de Mossoró-ESAM. Em seguida
foram separados em três lotes de trinta, os dois
primeiros lotes foram armazenados em câmaras
com temperatura de 10 ºC e 12 oC e umidade
relativa de 96%. O terceiro lote foi mantido em
uma sala à temperatura ambiente (28,8 ºC  2 e
umidade relativa de 56,7 %  5).
O experimento foi instalado em
delineamento inteiramente casualisado em
esquema fatorial do tipo 3 x 7 com cinco
repetições, sendo o primeiro fator temperaturas
de armazenamento (10 ºC, 12 oC e temperatura
ambiente) e o segundo fator tempos de
armazenamento (0, 5, 10, 15, 20, 25 e 30 dias).
As análises de qualidade foram feitas nos
frutos, em intervalos de cinco dias, sendo que
os frutos mantidos sob refrigeração, retirados
das câmaras dois dias antes de serem
analisados.
As avaliações da aparência externa e
interna foram feitas, considerando a ausência ou
a presença de defeitos, utilizando a seguinte
escala subjetiva: 1 = fruto extremamente
deteriorado; 2 = severo; 3 = médio; 4 = leve; 5
= ausência de defeitos. Para a aparência
externa, foram considerados como defeitos:
manchas, depressões e murcha. Do mesmo
modo, para a aparência interna: colapso interno
e sementes soltas.
A medida da firmeza de polpa foi feita,
utilizando-se um penetrômetro Mc Cormick
modelo FT 327, com ponteira de 110 mm de
diâmetro.
O
fruto
foi
dividido
longitudinalmente em duas partes, sendo
realizadas três leituras em cada uma. As leituras
foram feitas eqüidistantes e na região equatorial
da polpa, os resultados expressos em Newton
(N).
A acidez potenciométrica (pH) foi
determinada em potenciômetro digital e a
acidez total titulável, por titulação, foi expressa
em mmol H+L-1.
O conteúdo de sólidos solúveis totais
(SST) foi determinado em refratômetro digital,
conforme normas da AOAC (1992) e expressos
em porcentagem. Os açúcares redutores e nãoredutores foram analisados pelo método de
Somoghy-Nelson (Southgate, 1991). Os
resultados foram expressos em gramas de
glicose por 100 mL de suco.
Os dados foram submetidos à análise de
variância e as médias comparadas pelo teste de
Tukey ao nível de 5% de probabilidade. A
partir das médias, foram ajustados modelos de
regressão. Todas as análises foram feitas,
Carlos et al.
31
utilizando-se o software SAS (SAS Institute
Inc., 1993).
Aparência externa e interna
Observou-se perda da qualidade na
aparência dos frutos com o aumento do tempo
de armazenamento, houve maior decréscimo
para os frutos submetidos à temperatura
ambiente (Figuras 1e 2).
6,0
5,5
Aparência Externa (Notas 1-5)
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2
Amb : y = 5,068 - 0,064x
2
R =93,45
2
10ºC : y = 5,3053 - 0,061x
2
R = 94,93
2
12ºC: y = 5,3948 - 0,065x
2
R = 93,16
2,0
1,5
0
5
10
15
20
25
30
Amb (Pred)
Amb (Obs)
10ºC (Pred)
10ºC (Obs)
12ºC (Pred)
12ºC (Obs)
Tempo (Dias)
Figura 1. Aparência externa (valores preditos e observados) de melancia ‘Crimson Sweet armazenada
durante 30 dias e submetida à temperatura ambien-te, 10 ºC e 12 ºC. ESAM, Mossoró-RN.
2001.
6,5
Aparência Interna (Notas 1-5)
5,5
4,5
3,5
Amb: y = 5,463 - 0,09x
2,5
10ºC: 5,2127 - 0,043x
2
2
2
R = 92,05
2
R = 81,09
12ºC: y = 5,312 - 0,0713x
2
2
R = 96,31
1,5
0,5
0
5
10
15
20
25
30
Amb (Pred)
Amb (Obs)
10ºC (Pred)
10ºC (Obs)
12ºC (Pred)
12ºC (Obs)
Tempo (Dias)
Figura 2.
Aparência interna (valores preditos e observados) de melancia ‘Crimson Sweet’
armazenada durante 30 dias e submetida à temperatura ambiente,
10 ºC e 12 ºC. ESAM, Mossoró-RN. 2001.
32
O tempo de vida útil pós-colheita para a
comercialização à temperatura ambiente foi 20
dias, sem comprometer as aparências externa e
interna, com notas acima de 3,0, concordando
com Araújo Neto et al., (2000) que
determinaram o período de vida útil póscolheita desta melancia de 18 dias, para estas
características, à temperatura ambiente.
Aos 25 dias, os frutos estavam mais bem
condicionados em ambiente refrigerado, com
notas em torno de 3,0, considerando-se a
aparência externa (Figura 1), e nota próximo a
4,0 a 10 ºC para aparência interna (Figura 2).
Em melancias ‘Baby Fun’, ‘Mickylee’ e
‘Minilee’ Risse et. al., (1990) observaram baixa
percentagem de injúrias pelo frio em frutos
armazenados a 20 ºC, os condicionados a 7 ºC
foram mais sensíveis a deterioração.
Carlos et al.
Firmeza de polpa
A firmeza da polpa dos frutos
armazenada nas diferentes temperaturas
decresceu até o final do período de observação
(Figura 3), comportamento semelhante foi
observado por Araújo Neto et al., (2000) e
Risse et al., (1990).
O amolecimento dos frutos, durante o
processo de maturação, característica comum, é
atribuída à hidrólise de vários polissacarídeos
estruturais, sendo as substâncias pécticas as
principais (Menezes et al., 1998).
As médias para firmeza da polpa dos
frutos armazenados a 10 ºC e 12 ºC foram
superiores a média dos frutos armazenados a
temperatura ambiente. No entanto, elas não
diferiram entre si (Tabela 1).
A firmeza da polpa varia com a
temperatura de armazenamento, embora
algumas variedades mantenham sua firmeza,
outras tendem a diminuir (Risse et al., 1990).
Tabela 1. Valores médios para aparências externa e interna (notas 1-5), Firmeza da polpa (N),
Sólidos solúveis (g.100 mL-1), Acidez Total Titulável (mmolH+. L-1), pH e Açúcares
Totais (%) obtidos de frutos de melancia ‘Crimson Sweet’ submetidos a diferentes
temperaturas de armazenamento. ESAM, Mossoró-RN, 2001.
Características 1
Condições de
Aparência Aparência Firmeza
Sólidos
Acidez
pH
Armazenamento Externa
Interna
da Polpa Solúveis
Total
Titulável
Ambiente
3,77
3,65
10,92 b
10,61
17,74 b
5,03
10 ºC
4,08
4,34
12,55 a
11,10
21,17 a
4,95
12 ºC
4,08
3,88
12,38 a
10,97
21,14 a
4,94
CV (%)
8,49
11,28
14,72
6,62
10,88
1,67
1
Médias seguidas pela mesma letra na coluna não diferem significativamente pelo teste
(5%)
Açucares
Totais
8,45 a
9,44 a
8,75 a
32,18
de Tukey
15,5
14,5
y = 13,4725 - 0,0047x
2
R =85,16
13,5
Firmeza da Polpa (N)
2
12,5
11,5
10,5
9,5
8,5
0
5
10
15
20
25
30
Pred
Obs
Tempo (Dias)
Figura 3.
Firmeza da polpa de melancia ‘Crimson Sweet’ (valores preditos e observados)
armazenada durante 30 dias. ESAM, Mossoró - RN. 2001.
Carlos et al.
33
amadurecimento (Sass, 1993). Neste trabalho,
verificou-se que houve uma tendência de
redução na acidez ao longo do armazenamento,
em
qualquer
uma
das
temperaturas
consideradas (Figura 4).
A concentração de ácidos orgânicos é
influenciada
pela
disponibilidade
de
carboidratos metabolizáveis, sendo o ácido
málico e cítrico os principais em melancia. Os
resultados encontrados para acidez estão de
acordo com Chisholm & Picha (1986).
Acidez total titulável
Observou-se acidez total titulável 11,37%
maior nos frutos armazenados em temperaturas
refrigeradas comparados aos armazenados a
temperatura ambiente. Entretanto, não houve
diferença significativa entre as temperaturas 10
ºC e 12 ºC (Tabela 1).
A acidez total titulável tende a aumentar
com o crescimento do fruto até seu completo
desenvolvimento fisiológico, quando então
começa a decrescer com o processo de
28
y = 25,0930 - 0,3387x
26
Acidez Total Titulável (mmol.H
+
-1
.L )
2
R = 84,77
24
22
20
18
16
14
0
5
10
15
20
25
30
Pred
Obs
Tempo (Dias)
Figura 4. Acidez total titulável de melancia ‘Crimson Sweet’ (valores preditos e observados)
armazenada durante 30 dias. ESAM, Mossoró-RN. 2001.
pH
As curvas ajustadas revelaram aumento
do pH ao longo do tempo para todas as
temperaturas (Figura 5), concordando com os
valores apresentados por Chisholm & Picha
(1986), em diferentes variedades deste fruto, e
Araújo Neto et al., (2000) que observaram
variação de 4,89 a 5,20 durante o
armazenamento desta melancia.
Aos 25 dias, o pH estava muito próximo,
em todas as temperaturas, sendo pouco acima
de 5,0 (Figura 5).
5,3
Am b: y = 4,9166 + 0,0059x
2
5,2
3
10ºC : y = 4,8576 + 0,0008x
pH
5,1
12ºC : y=4,8402 + 0,0009x
2
R
2
R
R
= 61,45
2
2
= 63,53
= 66,66
5,0
4,9
4,8
4,7
0
5
10
15
20
25
30
Am b
Am b
10ºC
10ºC
12ºC
12ºC
(Pred)
(Obs)
(Pred)
(Obs)
(Pred)
(Obs)
Tem po (Dias)
Figura 5. pH de melancia ‘Crimson Sweet’ (valores preditos e observados) armazenada durante 30
dias e submetida à temperatura ambiente, 10 ºC e 12 ºC. ESAM, Mossoró-RN. 2001.
34
Carlos et al.
(1990), observou-se redução no conteúdo de
sólidos solúveis totais com o aumento da
temperatura de armazenamento, sendo o maior
valor de 12,3% a 1 C e o menor 9,8% a 21C.
O aumento do período de armazenamento
promoveu redução no teor de sólidos solúveis
totais.
Não houve diferença entre as médias de
açúcares totais nas três temperaturas de
armazenamento (Tabela 1), não obstante, no
presente trabalho não houve tendência para o
aumento do teor de açúcar (Figura 7), observouse um comportamento alternado de açúcares ao
longo do período de armazenamento.
Sólidos solúveis totais (SST) e Açúcares totais
Os sólidos solúveis totais oscilaram
durante o armazenamento nas três temperaturas
(Figura 6), comportamento semelhante também
foi verificado por Araújo Neto et al., (2000). O
maior valor encontrado foi de 11,10% com a
temperatura de 10 C.
Entre 15 e 25 dias, houve incremento no
conteúdo de SST, nos frutos submetidos a 10
C, isto também aconteceu a 12 C, entre 15 e
20 dias, declinando bruscamente aos 25 dias
(Figura 6).
Em estudos desenvolvidos por Rissel et
al.,
15,5
14,5
-1
Sólidos Solúveis (g.100mL )
13,5
12,5
11,5
10,5
9,5
Amb (Obs)
10ºC (Obs)
12ºC (Obs)
8,5
0
5
10
15
20
25
30
Tempo (Dias)
Figura 6. Sólidos solúveis totais de melancia ‘Crimson Sweet’ (valores observados) armazenada
durante 30 dias e submetida à temperatura ambiente, 10 ºC e 12 ºC. ESAM, Mossoró-RN.
2001.
10,8
10,4
Açucares Totais (%)
10,0
9,6
9,2
8,8
8,4
8,0
7,6
0
]
5
10
15
20
25
30
Tempo (Dias)
Figura 7. Açúcares totais de melancia ‘Crimson Sweet’ (valores observados) armazenada durante 30
dias. ESAM, Mossoró-RN. 2001.
Carlos et al.
35
watermelon cultivars fruits. HortScience,
Alexandria, v. 21, n. 3, p. 501-503p. 1986.
CONCLUSÕES
A vida útil pós-colheita da melancia
‘Crimson Sweet’ foi de 25 dias, sendo a
melhor temperatura 10 ºC, que manteve as
aparências externa e interna com nota superior a
3,0, considerada comercial, sólidos solúveis
acima de 10,5 g100 mL-1 e açúcares totais 9,44
g100 mL-1.
A.O.A.C. Official methods of analysis of the
Association
of
Official
Analytical
Chemistry. 11 ed. Washington: AOAC,
1992, 1115p.
Araújo Neto, S. E. de; Hafle, O. M.; Gurgel, F.
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Chitarra, M. F. I.; Chitarra, A. B. Pós- colheita
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sugars and organic acids within ripe
Kader, A.A.; Kassimire, R.F.; Miitchell, F.G.;
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Brasileira, Brasília, v. 16, n. 2 , p. 123-127,
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Risse, L.A.; Brecht, J.K.; Sargent, S.A.;
Locascio, S.J.; Crall, J.M.; Elmstrom, G.W.
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Robson, R.N.; Decker - Walters, D.S.
Cucurbits. Waflingford: CAB International,
1997, 226p.
36
ÁREA DE ARMAZENAMENTO PROCESSAMENTO DE
PRODUTOS AGRÍCOLAS
A Área de Armazenamento e Processamento de Produtos Agrícolas do Departamento de
Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Campina Grande mantém 5 Laboratórios
dentre eles o Laboratório de Propriedade Físicas dos Matériais Biológicos, atendendo diversas
linhas de pesquisas dentre as quais as de:





Estudos das características físicas dos produtos agrícolas como grãos, sementes,
frutos, raízes e tubérculos, além de produtos cárneos, peixes e crustáceos;
Propriedades termofísicas dos materiais biológicos a temperaturas acima do
ponto de congelamento, abaixo do ponto de congelamento e a temperaturas
criogenicas
Desenvolvimento de equipamentos para medições sensoriais dos alimentos
Estudo de propriedades aerodinâmicas e hidrodinâmicas dos materiais biológicos
Estudo reológico e reométrico de produtos agroindustriais
LABORATÓRIO DE PROPRIEDADES FÍSICAS DE MATERIAIS BIOLÓGICOS
O Laboratório atende principalmente os Cursos de Graduação e Pós-Graduação em Engenharia
Agrícola, além do Doutorado em Engenharia de Processos da UFCG.
Coordenação da Área de Armazenamento e Processamento de Produtos Agrícolas
Av. Aprígio Veloso, 882 – Caixa Postal 10.087 Fones (083)310-1287; 310-1194 FAX 310-1185
email- [email protected]
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.4, n.1, p.36, 2002
ISSN: 1517-8595
37
COMPORTAMENTO REOLÓGICO DA POLPA DE CUPUAÇU
(Theobroma grandiflorum Schum.) PENEIRADA1
Maria Fábia Pereira Cabral2, Alexandre José de Melo Queiroz3,
Rossana Maria Feitosa de Figueirêdo3
RESUMO
Neste trabalho foi determinado o comportamento reológico da polpa de cupuaçu peneirada, nas
temperaturas de 10, 15, 20, 25 e 30ºC. As aferições reométricas foram obtidas com um
viscosímetro rotativo da marca Brookfield, modelo RVT. Os dados experimentais foram
ajustados através dos modelos reológicos de Ostwald-de-Waelle, Casson e Herschel-Bulkley
sendo obtido o melhor ajuste por meio do modelo de Herschel-Bulkley. As amostras
apresentaram comportamento não-newtoniano e caráter pseudoplástico. Os valores do índice de
consistência (KH), segundo o melhor ajuste, variaram entre 7,8 x 103 (Pa.sn) e 37,7 x 103 (Pa.sn),
decrescendo com o aumento da temperatura, enquanto os valores do índice de comportamento
de fluxo (nH) variaram entre 0,29 x 10-3 e 1,16 x 10-3 e aumentaram com o aumento da
temperatura.
Palavras-chave: cupuaçu, polpa, reologia.
RHEOLOGICAL BEHAVIOR OF SIEVED CUPUAÇU PULP
(Theobroma grandiflorum Schum.)
ABSTRACT
In this work, the rheological behavior of the sieved cupuaçu pulp was determined at the
temperatures of 10, 15, 20, 25 and 30ºC. The rheometric data were measured by a Brookfield
viscometer RVT model. Ostwald-of-Waelle, Casson and Herschel-Bulkley models of
rheological behavior fit the experimental data. Herschel-Bulkley’s model was the best one to fit
to the shear stress versus shear rate data for sieved cupuaçu pulp samples. The samples
presented non-Newtonian behavior and pseudoplastic character. The values from HerschelBulkley’s model consistency index (KH) varied between 7.8 x 103 (Pa.sn) and 37.7 x 103 (Pa.sn).
They decreased according the increase of the temperature, while the flow behavior index values
(nH) varied between 0.29 x 10-3 and 1.16 x 10-3 and they increased according to the increase of
the temperature.
Keywords: cupuaçu, pulp, rheology.
INTRODUÇÃO
As frutas tropicais originárias do Norte
brasileiro tem sido objeto de pouco ou nenhum
estudo inclusive com respeito a determinação
de suas propriedades físicas e, em particular, do
comportamento reológico de seus derivados.
Dentre as frutas tropicais brasileiras tem
destaque o cupuaçu, o qual, apesar das
possibilidades promissoras, inclusive para a
exportação, tem como um dos principais
problemas a falta de indústrias de
processamento dentro dos padrões de qualidade
exigidos pelo mercado exterior (Venturieri,
1993). A inexistência dessas estruturas
constitui-se em dificuldades para adaptação de
tais produtos às estruturas processadoras
existentes, uma vez que a maioria dos projetos
de equipamentos utilizados no processamento
de frutas são baseados em estimativas dos
parâmetros reológicos determinados no exterior
(Bezerra, 1997).
Protocolo 41 2001 29 de 30/05/2001
1
Parte da Dissertação de Mestrado do primeiro autor apresentada à UFPB, Campina Grande, PB
Prof.a, MsC, Escola Agrotécnica Federal de Belo Jardim
3
Prof., Dr., UFPB, Av. Aprígio Veloso, 882 CEP-58.109-105, Campina Grande, PB.
2
Comportamento reológico da polpa de cupuaçu peneirada
38
O comportamento reológico dos fluidos
alimentícios, como polpas e sucos de frutas, é
um fator da maior importância no
dimensionamento dos equipamentos da
indústria processadora, além de se constituir em
um dos fatores de avaliação da qualidade do
produto. O comportamento reológico destes
materiais, cuja composição é constituída
basicamente de água, além da presença de
variados sólidos, solúveis e insolúveis, resulta
da interação entre estes elementos que
contribuem de forma isolada ou potencializada,
quando combinados (Queiroz, 1998). Os
sólidos insolúveis, por sua vez, tem influência
importante sobre as propriedades reológicas de
sucos e polpas (Amstalden, 1996; Bezerra,
1997; Queiroz, 1998) e a sua eliminação, total
ou parcial, tem lugar na elaboração de
processados com diferentes graus de turbidez.
O objetivo deste trabalho foi estudar o
comportamento reológico da polpa de cupuaçu
em cinco temperaturas e com teor de sólidos
insolúveis reduzido através de peneiramento.
Cabral et al.
Ostwald-de-Waelle ( Lei da Potência )
  K n
(1)
Onde:
 = Tensão de cisalhamento (Pa)
 = Taxa de deformação (s-1)
K = Índice de consistência (Pa.sn)
n = Índice de comportamento de fluxo
(adimensional)
Casson
 0,5  K 0C  K C 0,5
(2)
em que,
K0C2 = 0C =Tensão de cisalhamento inicial (Pa)
KC = Viscosidade plástica de Casson (Pa.s)0,5
Herschel-Bulkley
   0 H  K H  n
H
(3)
em que,
MATERIAL E MÉTODOS
Matéria-prima
A polpa do cupuaçu, utilizada no
experimento foi produzida na cidade de
Manaus-AM, sob supervisão de funcionários do
Ministério da Agricultura e do Abastecimento
da
mesma
cidade, e
posteriormente,
transportada para o LAPPA - DEAg. Onde foi
peneirada em malha de 0,59 mm em agitador
mecânico, marca Pavitest, no nível de agitação
máximo durante 20 minutos.
0H = Tensão de cisalhamento inicial (Pa)
KH = Índice de consistência (Pa.sn)
nH = Índice de comportamento de fluxo
(adimensional).
Os
dados
experimentais
foram
processados utilizando o software Statistica 5.0.
Para todos os modelos foram determinados os
parâmetros estatísticos qui-quadrado (²) e o
coeficiente de determinação (R²).
Estudo reológico
As leituras para determinação das
medidas reológicas foram realizadas em um
viscosímetro rotativo marca Brookfield, modelo
RVT, fabricado por Brookfield Engineering
Laboratories, Inc., E.U.A.. As medidas foram
efetuadas, utilizando-se o spindle n°6 para todas
as amostras, às temperaturas de 10, 15, 20, 25 e
30°C. As leituras do torque foram feitas logo
após transcorridos os primeiros 30 segundos de
cisalhamento.
Os valores experimentais de tensão de
cisalhamento e da taxa de deformação foram
ajustados pelos modelos reológicos de Ostwaldde-Waelle (Lei da Potência), Casson e
Herschel-Bulkley
(Silva,
2000)
abaixo
relacionados.
Nas Tabelas de 1 a 3, têm-se os
parâmetros dos três modelos utilizados para os
ajustes dos dados experimentais e os
respectivos índices de ajuste.
Comparando-se
os
parâmetros
estatísticos dos ajustes para os três modelos
(Tabelas 1, 2 e 3), observa-se que o modelo
de Herschel-Bulkley proporcionou os
melhores ajustes em toda faixa de
temperatura estudada, apresentando os
maiores valores para o coeficiente de
determinação (R²) e valores próximos a
zero para o qui-quadrado (²). Em seguida,
o modelo da Lei da Potência apresentou os
maiores R² e por último o modelo de
Casson, com valores de R² menores.
Cabral et al.
39
Tabela 1. Parâmetros do modelo de Ostwald-de-Waelle (Lei da Potência) para a polpa de cupuaçu
peneirada
T (°C)
K (Pa.sn)
n
R²
²
10
34,2030
0,22282
0,00094
0,92665
15
29,6900
0,23078
0,00054
0,96667
20
27,5972
0,24160
0,00172
0,94711
25
26,9822
0,24143
0,00117
0,96481
30
24,0389
0,24562
0,00083
0,92652
Tabela 2. Parâmetros do modelo Casson para a polpa de cupuaçu peneirada
T (°C)
K0c (Pa)0,5
Kc (Pa.s)0,5
R²
2
10
5,21212
0,67926
0,00892
0,80434
15
4,96976
0,60297
0,00176
0,85540
20
4,74311
0,61961
0,00101
0,83423
25
4,70289
0,60913
0,00099
0,85743
30
4,42215
0,58781
0,00138
0,82999
Tabela 3. Parâmetros do modelo de Herschel-Bulkley para a polpa de cupuaçu peneirada
T (°C)
KH (Pa.sn)
nH
OH (Pa)
²
10
37710,98
0,00029
-37677,8
0,00061
15
33367,65
0,00031
-33339,5
0,00025
20
26326,69
0,00039
-26299,8
0,00022
25
25747,24
0,00039
-25751,8
0,00085
30
7815,56
0,00118
-7793,0
0,00011
O parâmetro K0C do modelo de Casson
(Tabela 2) sofreu efeito da temperatura,
diminuindo com o aumento desta. Conceição
(2000) e Bezerra (2000) descreveram
comportamento similar para este parâmetro,
quando trabalharam, o primeiro com polpa de
goiaba e o segundo com polpa de manga, ambas
despectinizadas.
Os índices de consistência K, KC e KH
R²
0,96841
0,99453
0,98165
0,99224
0,95377
dos três modelos decresceram com o aumento
de temperatura, chegando, no caso do KH a
diminuir em cerca de 79% entre as temperatura
de 10oC e de 30oC. Este comportamento,
também, foi relatado por Ibarz et al. (1994)
estudando suco de laranja clarificado. Vitali et
al. (1974) relataram comportamento semelhante
para o suco de maracujá nas concentrações de
15,6 a 33,4°Brix e temperaturas de 20 a 50°C.
8
0
7
0
6
0
TensãodeCisalhamento(Pa)
5
0
4
0
1
0
°C
1
5
°C
2
0
°C
2
5
°C
3
0
°C
3
0
2
0
0
5
1
0
1
5
2
0
2
5
3
0
3
5
T
a
x
ad
eD
e
fo
rm
a
ç
ã
o(1
/s
)
Figura 1. Relação entre tensão de cisalhamento e taxa de deformação com ajuste pelo modelo de
Herschel-Bulkley.
Os valores de n e nH (índice de
comportamento de fluxo) para os modelos de
Ostwald-de-Waelle e Herschel-Bulkley, vistos
nas Tabelas 1 e 3, foram todos menores que a
unidade,
indicando
o
comportamento
pseudoplástico do fluido. De maneira geral os
valores de n aumentaram com o aumento da
temperatura, resultados semelhantes aos obtidos
por Silva (2000) trabalhando com suco de
acerola.
40
Na Figura 1, têm-se os pontos
experimentais, representando as relações entre a
tensão de cisalhamento e taxa de deformação
para a polpa de cupuaçu peneirada, com as
curvas de ajuste dos pontos pelo modelo de
Herschel-Bulkley.
Verifica-se pela posição relativa das
curvas, a redução nas viscosidades aparentes
com o aumento da temperatura, confirmando a
pseudoplasticidade da polpa. Este tipo de
comportamento tem sido descrito por diversos
autores que trabalharam com polpas de frutas,
entre eles, Giner et al. (1996) que descrevem
esse mesmo comportamento para suco de cereja
clarificado, Rao & Palomino (1974) e Garcia et
al. (1974), que, analisando o comportamento de
polpas de frutas tropicais (goiaba, manga,
banana e mamão), observaram que todas as
amostras apresentaram este padrão de
comportamento.
CONCLUSÕES



Os modelos de Ostwald-de-Waelle e
Casson proporcionaram um bom ajuste aos
dados experimentais, porém, os melhores
parâmetros estatísticos de ajuste foram
obtidos com o modelo de Herschel-Bulkley.
Os índices de comportamento de fluxo
determinados
através
dos
modelos
reológicos
de
Ostwald-de-Walle
e
Herschel-Bulkley, apresentaram valores
menores que a unidade, caracterizando a
polpa de cupuaçu estudada como um fluido
não-newtoniano,
com
características
pseudoplásticas.
Os valores dos índices de consistência
decresceram com
o
aumento
de
temperatura, e os índices de comportamento
de fluxo aumentaram com o aquecimento.
Amstalden, L.C. Estudo da deposição de
hesperidina em evaporadores da indústria
de citrus. 1996. 94 f. Tese (Doutorado em
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ISSN: 1517-8595
41
MASS DIFFUSION INSIDE PROLATE SPHERICAL SOLIDS:
AN ANALYTICAL SOLUTION
Vital Araújo Barbosa de Oliveira1, Antonio Gilson Barbosa de Lima2
ABSTRACT
The analytical solution of the transient mass diffusion equation in prolate spherical coordinates
by considering constant transport coefficient and convective boundary conditions is presented.
The solution is obtained by the variables separation method. The formal solution is applied to
predict the average moisture content and moisture content distribution of a prolate spherical
solid (ellipsoid of revolution) during the drying process. Analytical results are compared with
numerical results that are reported in the literature and good agreement was obtained.
Keywords: drying, formal solution, mass, diffusion, elliptical geometry
DIFUSÃO DE MASSA NO INTERIOR DE SÓLIDOS ESFEROIDAIS PROLATOS: UMA
SOLUÇÃO ANALÍTICA
RESUMO
A solução analítica da equação de difusão de massa em coordenadas esferoidais prolata
considerando coeficiente de difusão constante e condição de contorno convectiva é apresentada.
A solução é obtida usando o método da separação de variáveis. A metodologia é aplicada para
predizer o teor de umidade médio e a distribuição do teor de umidade, de um sólido esferoidal
prolato (elipsóide de revolução), durante o processo de secagem. Resultados analíticos são
comparados com resultados numéricos reportados na literatura e uma boa concordância foi
obtida.
Palavras-chave: secagem, solução exata, massa, difusão, geometria elíptica
INTRODUCTION
The formal solution of the diffusion
equation has been obtained from various
boundary conditions with constant or variable
diffusion coefficient, in homogeneous or
heterogeneous and isotropic or anysotropic
bodies, and in steady or unsteady cases. The
partial differential equation for non steady-state
mass diffusion has been solved to mass transfer
in bodies with single geometry, like plates,
cylinders and spheres (Luikov, 1968; Skelland,
1974 and Crank, 1992). Norminton’s
and Blackwell’s (1964), Haji-Sheikh’s &
Sparrow (1966), Alassar’s (1999) and Limass et
al. (1999) works can be cited, for example, to
complex geometry and constant boundary
conditions.
Norminton & Blackwell (1964) present
an analytical solution to predict the heat flow in
the half-space around of an isothermal thin
circular disk.
Protocolo 41 2001 31 de 01/06/2001
1
Mestre em Engenharia Mecânica, Departamento de Engenharia Mecânica, CCT, Universidade Federal da Paraíba (UFPB),
CEP 58109-970, Cx. Postal 10069, Campina Grande-PB, Brasil. Fone (083) 310-1317
2
Professor Doutor do Departamento de Engenharia Mecânica, CCT, Universidade Federal da Paraíba (UFPB), CEP 58109970, Cx. Postal 10069, Campina Grande-PB, Brasil. Fone (083) 310-1317, e-mail: [email protected]
Mass diffusion inside prolate spherical solids: an analytical solution
42
Haji-Sheikh & Sparrow (1966) gave an
analytical solution to the heat transfer equation
in a prolate spheroid body with constant
temperature at the surface, using an elliptical
coordinate system in two-dimensional cases,
but the results of the temperature in the center
and focal point are given alone.
Lima et al. (1999), presented an
analytical solution to predict the mass transfer
inside a prolate spheroid. They considered
constant properties and equilibrium boundary
conditions at the solid surface. As application,
results of the moisture content distribution
inside of solid as well as of the average
moisture content for an aspect ratio is
presented.
The objective of this work is to develop
an analytical solution to describe the moisture
transport in a continuous medium, by utilizing
the prolate spheroid coordinate system in twodimensional cases, considering convective
boundary conditions at the surface of the solid.
MATHEMATICAL MODEL
This mass diffusion equation in the short
form is given by:
M
   DM 
t
z

L2
L

L1
y

x
Figure 1- Characteristics of a prolate spherical
solid
Defining =cosh , =cos  and = cos
, the metrics coefficient and the Laplacian to
the new coordinate system can be obtained
using the mathematical relations which are
given by Abramowitz & Stegun (1972).
Utilizing the metrics coefficients, the variables
,  and  and the differentiation’s rules, the
mass diffusion equation can be written:
(1)
where D is the diffusion coefficient, M is the
moisture content and t is the time.
Depending on the geometrical form of
the body, a coordinate system, adequate to
describe the domain in study, must be selected.
In the specific case of ellipsoid of revolution,
the adequate one is the prolate spherical system.
The relations between the cartesian (x, y, z) and
the prolate spherical (, , ) co-ordinate
systems are given by Haji-Sheikh & Sparrow
(1966):
x= L sinh sin cos
y= L sinh sin sin
Oliveira & Lima
(2a-c)
z= L cosh cos
where L is the focal length equal to (L22-L12)1/2.
An ellipsoid of revolution scheme is shown in
Figure 1.
M 
1
  2
M  
 2 2
    1 D
 
2
t
  
 L       

1
 
M  
2
1


D
(3)


 2 2

 
2
  
 L       

1 2
 
M 
2


1


D
 2 2

2
 
 L   11     


For a situation with symmetry around the
z axis, it is:
M 
1
  2
M  
 2 2


1
D

 


t
  
 L   2   


1
 
M  
2
 2 2
1


D
(4)




  
 L   2   

According to Figure 2, the =o
(constant), o>1 is an elongated ellipsoid of
revolution with bigger axis of length L and
smaller length axis L(2-1)1/2. The surfaces 
constants are a prolate spheroids confocal
 

2  
  1     
  
L       
family and they have their common center at
the origin. The degenerate surface =1 is the
curve that links the center (z=0) to the focal
point (z=L). The surface =o (constant), o<1,
is an asymptotic cone whose two sheets
hyperboloid of revolution generating by line
passes through the origin and it is inclined at
the angle =cos-1 to the z-axis. The degenerate
surface =1 is part of the axis z>L.
The initial and boundary conditions of
equation (4) are:
M(,,0)=Mo = constant

D
L
 2  1 M
 2  2      f

Oliveira & Lima
1
2
2
2
43
(7)
which can be written in a short form as follows:
 c2 
   2   0
L 
2
(8)
(5a)
Assuming that (,)=().(), putting
it into Equation (8), and separating the
variables, two ordinary differential equation are
obtained:
(5b)
d 

2 d 
2 2
  1        b  c    0
d

d





(9)
d 

2 d 
2 2
  1        b  c    0


d

d



(10)
 h m M   f , , t   M e 
where f=L2/L at the surface of the solid, hm is
the mass transfer coefficient and Me is the
equilibrium moisture content.
Using the separation of variables solution
method we can write M(,,t)=(,)(t). The
solution of the equation (4) is then, (HajiSheikh and Sparrow, 1966):
M=(,)exp(-c2Dt/L2)
In Equations (9) and (10), b is the
separation constant or eigenvalues. These two
equations are exactly in the same form,  as a
function of , varies between 0 and the singular
point +1, while  as a function of , varies
between the singular point +1 and L2/L. The
solution of the angular function () is
expressed in terms of a Legendre function
series of the first kind (Pn), while the radial
function () is obtained from a spherical
Bessel functions series of the first kind of order
n (jn). The solution of the Equations (9) and
(10) are given by:
(6)
where c is constant.
Assuming that the diffusion coefficient is
constant and applying the Equation (6) to
Equation (4), we have:
  2
  c2 
  
1
 2   2 2


1

 



  
 L 
L   2    
z
1
 constant
1
L
 constant
1
0
Rotation axis
to angle 
y

Figure 2 – Prolate spherical coordinate system
44
Oliveira & Lima
1

nm


 m (c, )    d n ,m  .    1 2 . d n ,m j n  c
n0
 n0
bn  2n  1c 
66n

 m (c, ) 
 d n,m (c). Pn ( )
 r d r  2 , m   r  b n d r , m   r d r  2 , m  0
(12)
 r  2 r  1 c
;
 2 r  5 2 r  3
r 
 2 r  r  1  1c 2
 2 r  1 2 r  3
 r  r  1 ;
(13a-c)
with r=0, 2, 4... .
The bn values are given
transcendental equations as follows:
by
U (bn) = U1(bn) + U2(bn) = 0
5272n  1
the
(14)
with:
n
 n  2  b n  
 n2
 n  4  b n  
 n2
 n  2  b n  
 n4
 n  4  b n  
n 2  n  1 c 4
...
(15b)
2
 2 n  1 2  2 n  1 2 n  3
c2
2
3


;
  1 2  r  !
r
 r  r
2   !  !
 2  2
r
  1 2  n !
n
d r ,m 
 n  n
2   !  !
 2  2
(17)
n
for r=0,2,... and n=0,2,... .
and
 n  n n  1 
5
...
(15a)
n 
  
 615292n  1  10439612n  1  22415992n  1
 O c6
2 20 c 5
A convergent series for dn,m can be
obtained to a discrete set of values of the
eigenvalues bn. There are two sets of finite
solutions, one for even values of n, the other for
odd values. The lowest value of bn corresponds
to n=0, the next to n=2, (Morse & Feshbach,
1953), so, the set that corresponds to even value
of n was used in this work. The values of the
coefficients dn,m are different, depending on the
normalization adopted scheme. The utilized
criterion by the authors is presented below:
r 0
U 2 b n   

(16) where O (c-6) represents the error order.
r  r  1 c 2
r 
 2 r  3 2 r  1
U1  b n    n  b n 
 

2
r 

 75n5  5885n 4  10510n3  18478n 2  13349n  4425

212 c 4
7
where:

 2n  3 2n  1 n 2  n  3 5 n 4  2n 3  7n  3



22
24 c
26 c 2

n0
6
2
 165n 4  962n 3  1278n 2  1321n  453

210 c 3
5
(11a-b)
252n
2n
n2
1


1   2 n  1 2 n  3  ; n  0


The technique utilized in the Equation
(14) to determine the bn coefficients is called
continued fraction technique (Stratton et al.,
1941; Stratton et al., 1956). This technique has
been used to determine the eigenvalues to
c8.0. When c10.0, the eigenvalues are
obtained through an asymptotic expansion. The
asymptotic development of bn is given by the
successive approximations method, as follows:
The Equation (17) together with the
Equations (16) or (12), allows the complete
determination of the coefficients dn,m. The index
n is into all the cases 0. We have Pn()=0 For
n<0 indicating that the series really begin at
n=0. The condition that restricts the values of
the bn in the differential equations is reflected in
Equation (12) as a requirement that the ratio of
the coefficients dn,m/dn-2,m0, when n
(Stratton et al.,1956). Observing that the
coefficients c, b and d, they must be obtained
and satisfy the Equation (5b) at the surface of
the prolate spherical (=L2/L). This condition is
given by:
m  
1  f2  1  m
Bi 1   2   f  L 2 / L
(18)
With the determined dn,m coefficients, the
formal solution of the problem is given by:
M  , ,t   M e 
e
Dt
2
 cmk


mk
 m cmk , m cmk , 
L2
M 
L2
 



A
c t
mk
0 1 L     Mo  Me e mk
m 0,2 k 1
1
(19)
1
The coefficients Amk are obtained from the
orthogonal conditions. Substituting the initial
condition Equation (5a) in Eq. (19), it is
obtained:

m 0,2 k 1
Multiplying both sides of Equation (20)
by p(cpk,)p(cpk, )(2-2) and integrating in a
quarter of the ellipsoid volume, it is obtained:
L2
0 1
1
L


 

 p c pk ,   p c pk ,   2  2  M o  M e dd 

 
1
L2
0 1
m  0 , 2 k 1
L
 p c pk ,   p c pk ,  2   2 
Amk  m cmk ,  m cmk , dd
(21)
where the integration and the sum operations
were exchanged.
Considering that the integration in
Equation (20) can be made term by term, and
the orthogonality of the functions, the unique
term in the right side that supply an integral
that´s different from zero, is the term with m=p.
For m=p, the result is:
1
A mk 
L2
0 1
L
 m c mk ,   m c mk ,  2  2  M o  M e dd
L2
0 1
1
L
  c
m
mk , 
  m c mk ,   2  2 dd
2
(22)
where the denominator is the norm of (m
m)(2-2).
Defining the following dimensionless
parameters:
M* 
h L
Dt
M  Me
; t 
; Bi  m
(23)
D
Mo  Me
L2
It can be writen the Equation (18) as
follows
M 
2
L2
0 1 L


 m c mk ,  m c mk ,  2  2 dd



2  2 dd
(25)
where the denominator is the total solid volume
in the prolate spherical coordinate system.

  A mk  m c mk ,   m c mk ,  (20)
Mo  Me 
45
The average moisture content of the solid
can be calculated as follows:
 A
m  0 , 2 k 1
Oliveira & Lima


Amk
  Mo  Me e
2 
 cmk
t
m  0 , 2 k 1
 m cmk , m cmk , 
(24)
RESULTS AND DISCUSSIONS
As application, the methodology was
used to predict the drying kinetics and moisture
content distribution of a prolate spheroid with
aspect ratio L2/L1=2.0 and Bi=1.0. Table 1
presents the c values, roots of the radial
spherical  function, for =L2/L, the
eigenvalues b of the expansion coefficients dn,m
and coefficients Am.k and, finally, the obtained
values for the orthogonality criterion to radial
and angular functions.
Three
computational
code
were
implemented,
utilizing
the
software
Mathematica. To obtain the values of the c, b,
dn,m, and Am,k coefficients and the orthogonality
conditions of the function of the final presented
solution in the Equation (19). It can be observed
that the acquirement of this analytical solution
requires a very hard work and an excessive
number of computational work hours, besides
its comparison with the numerical solution
that’s given by Lima (1999) and Lima & Nebra
(2000).
Some obtained results with the
computational code for given conditions were
exhaustively compared with the supplied results
in works of Flammer (1957), Haji-Sheikh &
Sparrow (1966), Stratton et al. (1941), and
Abramowitz & Stegun (1972). The given values
in the Table 1 can be used to reproduce the
results that are shown in this work and to help
investigators to validate computational codes in
future works.
Results of this work were compared with
numerical results for an ellipsoid (L2/L1=1.1),
with Bi infinite given by Haji-Sheikh &
Sparrow (1966) to validate the mathematical
model Figure 3 shows the comparison between
the concentration ratio at the center and focal
point of a prolate spheroid as a function of Fo
that’s defined as Fo=Dt/L12. Almost complete
concordance exists between the results, like can
be observed.
Figure 4 shows the comparison between
the average moisture content as a function of
Fourier number during the drying process for a
46
prolate spheroid with aspect ratio L2/L1=2.0 and
Bi=1.0, which was obtained in this work and
numerical results that were reported by Lima
(1999) and Lima & Nebra (2000).
Figure 5 illustrates the moisture content
distribution inside the prolate spheroid through
the use of different tons for three Fourier
numbers. The moisture content changes with
the changing angular and radial coordinates.
The comparison of the graphs indicates that the
increasing of the values of  causes the
moisture content decrease for any  at any Fo.
The moisture content profile decrease in any
point for increasing values of Fo (, ), what
indicates indicating that the moisture flux
occurs from center to the surface. The strong
moisture content dependence with the radial
and angular coordinates it can be also observed.
The concentration dependence with the angular
coordinate is slightly larger than its dependence
Oliveira & Lima
with the radial coordinate. In this case, the
dimensionless moisture content is decreasing
with the increase of , for all values of Fo. It is
verified that the moisture content gradients are
high, except the ones for the regions near the
center of the body. It is verified that the
surfaces of  and  constant, are not spherical,
but they present approximately an elliptical
behaviour.
It is verified that the concentration ratio
decreases faster in the extremity of the z-axis
(z=L2). This effect decays to the end of y-axis
(z=L1). This behaviour occurs in all types of
ellipsoids, and it increases proportionally to the
aspect ratio. In order, the behaviour of the
moisture content with the angular coordinate is
different from a sphere (L2/L1=1.0), where
symmetry exists relative to this coordinate. This
difference will increase with the increase L2/L1.
1.00
L2/L1=1.1
(M-Me)/(Mo-Me)
0.80
0.60
This work
Center
Focal point
0.40
Haji-Sheikh and Sparrow (1966)
Center
0.20
Focal point
0.00
0.01
0.10
1.00
Fo=Dt/L1^2
Figure 3 - Comparison between the moisture content ratio in the center and focal point of a spheroid
with L2/L1=1.1, that’s given by the authors and Haji-Sheikh & Sparrow (1966)
1.00
Bi=1.0
L2/L1=1.0 (Analytical, Luikov, 1968)
L2/L1=2.0 (Analytical, This work)
L2/L1=2.0 (Numerical, Lima, 1999)
0.80
M*
__
0.60
0.40
0.20
0.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
Fo=Dt/L12
Figure 4 - Dimensionless average moisture content as a function of Fourier number of a spheroid with
L2/L1=2.0 and Bi=1.0, given by the authors and Lima (1999), and Luikov (1968) to sphere.
Oliveira & Lima
47
Table 1 - Values of the coefficients and orthogonality criterion of the spherical functions for L2/L1=2.0 and
Bi=1.0
m
0
2
4
6
8
10
12
14
k
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
c
1,953419
7,47987
10,2890584
12,9668292
15,6714269
18,3848365
21,10095
23,8186
5,81391
13,0637331
15,7245503
18,396268
21,1103237
23,816222
26,532186
10,26605
15,69248
18,4858417
21,10981
23,808902
26,5200414
29,2384852
12,58607
18,11000
21,24923
23,83100
26,517288
29,20961
34,90268
15,01682
20,22141
23,9797148
26,54714
29,26756
35,66107
39,52014
17,49912
22,22500
26,6785033
29,18105
35,27147
39,39431
43,07483
20,01203
24,44630
29,32767
35,32351
39,53762
43,28633
22,54517
26,79318
30,71061
35,40961
39,29675
42,81976
b
1,08354
6,69892
9,55454
12,2296
14,9323
17,6443
20,3593
23,7939
39,3376
61,462
74,7909
88,165
101,711
115,283
128,869
80,089
129,670
154,969
178,686
203,053
227,511
252,022
137,593
211,265
252,551
286,383
321,515
356,679
430,936
210,010
301,763
366,791
410,966
457,641
567,020
632,911
297,357
401,371
497,183
550,598
679,930
767,163
844,907
399,693
516,960
642,774
795,359
901,959
996,524
517,067
648,431
766,522
906,288
1021,03
1124,60
A mk

1
 Mo  Me
1,48481
-0,866435
0,342731
15,468
-26,6011
29,1506
-24,519
-9,15009
0,0109559
0,127735
17,2802
-23,7898
21,4571
-14,8797
8,43806
1,57958
0,383505
11,5816
-16,8422
12,9801
-7,21616
11,842
1,50672
-0,082394
3,86001
-9,7495
7,42446
17,3211
-7,62993
1,91373
-0,772457
0,387092
-1,67017
20,0474
3,96735
-12,1622
2,41766
-1,13313
-0,290447
-5,85693
-4,87921
10,6966
-11,6956
4,28054
-1,10305
6,30253
2,89170
-4,53534
3,32747
5,47110
-1,03888
-5,93359
-1,72847
1,22652
3,41665
Figure 6 illustrates the moisture content
distribution inside the solid with aspect ratios
L2/L1=1.5 and L2/L1=2.0 in Fo=0.122 and Bi
L2 / L
0 1
 m  m  p  p   2   2  dd , mp
-0,0004899991
0,00330227
0,00290506
-0,00156183
0,000930949
-0,000531135
0,00026297
-0,0000915305
-0,000164286
0,00769859
0,000591925
-0,000347971
0,000202749
-0,00010286
0,0000385393
0,000406412
0,000147741
0,00021217
-0,000118301
0,0000591328
-0,0000195042
0,0000337982
0,000247829
-0,0000192767
0,0000823914
-0,0000432522
0,0000230514
0,000148078
-0,000224578
0,000187496
-0,0000422199
0,0000154751
4,47683,10E-7
0,000105134
0,0000539277
-0,0000827413
0,00020642
-0,0000385566
-0,0000462464
-0,000307788
-0,0000827867
0,0000700765
-0,0000372207
0,000190972
-0,0000271166
0,000150271
0,000066225
-0,0000553565
0,0000215678
0,000251751
-0,0000197972
-0,000116087
-0,0000250977
-5,16498.10-6
0,0000216238
infinity. The highest moisture gradients are
found as expected in comparison with the case
to Bi=1.0.
48
Oliveira & Lima
for various Fourier’s numbers during the drying
process.
Figures 7 and 8 show the moisture content as a
function of the radial and angular coordinates
2.00
2.00
1.80
1.80
1.80
1.60
1.60
1.60
1.40
1.40
1.40
1.20
1.20
1.20
1.00
1.00
1.00
z
2.00
z
z
.
0.80
0.80
0.80
0.60
0.60
0.60
0.40
0.40
0.40
0.20
0.20
0.20
0.00
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
0.00
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
0.00
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
y
y
(a) Fo=0.122
y
(b) Fo=0.366
(c) Fo=0.732
Figure 5 – Moisture content distribution inside the prolate spheroid with aspect ratio L2/L1=2.0 and
Bi=1.0 during the drying process. Fo=Dt/L12
2.00
1.50
1.00
1.00
z
z
1.50
0.50
0.50
0.00
0.00
0.50
y
0.00
0.00
1.00
(a)
0.50
y
1.00
(b)
Figure 6 – Moisture content distribution inside the prolate spheroid with aspect ratios (a) L 2/L1=1.5
and (b) L2/L1=2.0 to Fo=0.122 and Bi infinity.
Oliveira & Lima
49
1.00
L2/L1=2.0 Bi=1.0
Fo=0.0366
Fo=0.0732
Fo=0.1464
Fo=0.2440
Fo=0.3660
Fo=0.5490
Fo=0.7930
Fo=1.2200
Fo=1.5860
0.80
M*
0.60
0.40
0.20
0.00
1.00
1.04
1.08
1.12
1.16

Figure 7 – Dimensionless moisture content as a function of  in =0,0 ( 0yL1) and various
Fourier’s numbers, L2/L1=2,0 and Bi=1,0.
1.00
L2/L1=2.0 Bi=1.0
Fo=0.0366
Fo=0.0732
Fo=0.1464
Fo=0.2440
Fo=0.3660
Fo=0.5490
Fo=0.7930
Fo=1.2200
Fo=1.5860
0.80
M*
0.60
0.40
0.20
0.00
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00

Figure 8 - Dimensionless moisture content as a function of  in =1,0 ( 0zL) and various Fourier’s
numbers, L2/L1=2,0 and Bi=1,0.
The results for ellipsoid, calculated with
the coefficients shown in Table 1, present a
small error for any Fourier’s number. This
difference can be attributed to the instability of
the Bessel functions for small Fourier’s
numbers, and to the successive approximation
of the presented method here. This last
problem can be solved using a higher number
of terms in the determination of the
coefficients. Some others results are noted: the
moisture content strongly depends on the Fo
and the equilibrium moisture content is
achieved at Fo5.0.
CONCLUSIONS
The present theory was applied to an
ellipsoid with L2/L1=2.0 treated here as an
application of the general method. It indicates
that the method can be solved directly by use
of the Equation (24) and (25), with determined
the eigenvalues and spherical coefficients. The
method does not require any particular
geometry form in study changing from sphere
to cylinder besides ellipsoids of revolution.
The analytical solution presented here can be
used to obtain results that describe the transient
phenomena, in particular, moisture content
distribution and drying kinetics, in bodies with
spherical, cylindrical and elliptical geometries,
considering the diffusion coefficient constant
and the mass diffusion as sole mechanism of
moisture migration. As obtained the solution is
referred to the case with convective boundary
condition at the surface, it can be used to
validate numerical solutions, which can be
extended to cases with less restrictive
conditions.
50
Oliveira & Lima
The mean value of moisture content is
particularly useful when the model is used to
determine the diffusion coefficient from drying
kinetic experimental data. The used
dimensionless coordinates, moisture ratio and
Fourier’s number, were adequate to get general
results, to be applied to any case of heat or
mass transfer. The moisture content is strongly
influenced by the Fourier’s number in any
position in the interior of the spheroid. The
equilibrium moisture content is approached, at
any point of the body, to
Fo=Dt/L125.0
(L2/L1=2.0 and Bi=1.0) according to the results
reported in the literature. The dimensionless
moisture content decreases faster in the
extremity of the z axis (z=L2) what and decays
to the end of y axis (z=L1) indicates that the
regions near the z=L2 dry first.
Lima, A. G. B., Nebra, S. A., 1999, Analytical
solution of the mass diffusion equation
applied to ellipsoid of revolution. In:
Brazilian
Congress
of
Mechanical
Engineering (COBEM). Proceedings…
Águas de Lindóia, Brazil, CD-Rom.
ACKNOWLEDGEMENTS
Luikov, A. V., Analytical heat diffusion
theory, London: Academic Press, Inc. Ltd,
1968. 685p.
The authors would like to express their
thanks to CAPES (Coordenação de
Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível
Superior, Brazil) and CNPq (Conselho
Nacional de Desenvolvimento Científico e
Tecnológico), for its financial support nº
476457/2001-7 to this work.
Lima, A. G. B., 1999, Diffusion phenomenon
in prolate spheroidal solids. Case
studied: drying of banana. State
University of Campinas (UNICAMP),
1999. 265p. (Doctor Thesis). (In
portuguese).
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McGraw-Hill Book Company, Inc., p.
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Stratton, J. A.; Morse, P. M.; Chu, L. J.; Little,
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York: The Tech. Press of M. I. T. and John
Wiley & Sons, Inc., 1941.
ISSN: 1517-8595
51
CONGELAMENTO DE CARNE SUÍNA A TEMPERATURAS CRIOGÊNICAS:
ALTERAÇÕES DE ALGUMAS CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS
Antonio Fernandes Monteiro Filho, Maria Elita Duarte Braga2
Mário Eduardo Rangel Moreira Cavalcanti Mata3
RESUMO
O objetivo do presente trabalho foi determinar as alterações de pH, perda de peso e massa
específica da carne suína submetida a seis temperaturas de congelamento, –30, –60, –90, –120,
–150 e –180oC e armazenados em frigorífico a –30 oC por um período de 180 dias. A carne
suína utilizada foi o pernil desossado obtido de animais com 6 meses de vida, sendo estes
abatidos por insensibilização mecânica e sangria do tipo horizontal. Dos pernis desossados foi
retirado todo o tecido adiposo e em seguida acondicionada à temperatura de 3ºC por 24 horas.
Após este período foi realizado o seu congelamento dos pernis as temperaturas acima
mencionadas e em seguida armazenados a –30°C. Diante dos resultados obtidos pode-se
concluir que: a) o pH da carne suína (pernil) tem uma tendência de queda até os 90 dias de
armazenamento e a partir deste período apresenta uma tendência de estabilização até os 180
dias, independentemente das temperaturas de congelamento; b) o pernil suíno perdeu peso e sua
massa especifica aumentou durante o período de 180 dias de armazenamento, sendo esta perda
de peso e este aumento de massa específica, tanto maior quanto menor for a temperatura de
congelamento.
Palavras-Chave: pH, densidade, pernil suíno
PORK MEAT FREEZING AT CRYOGENIC TEMPERATURES: ALTERATIONS HAVE
SOME PHYSICAL-CHEMICAL CHARACTERISTICS
ABSTRACT
The objective of the present work was to determine the pH alterations, weight loss and specific
mass of the pork meat which was submitted to six freezing temperatures, -30, -60, -90, -120, 150 and –180 °C and stored in butcher shop to -30 °C for a period of 180 days. The used pig
meat was the obtained pork meat without bone from animal’s six-month – old animals:
mechanical desensitization and sangria of the horizontal type killed them. It was removed al the
ham without bone fatty tissue and conditioned to the temperature of 3ºC by 24 hours. The
freezing of the hams was accomplished at the temperatures above mentioned after this period
and stored at -30°C. It can be concluded, according to the obtained results, that a) the pH of the
pork meat (ham) has a decrease tendency until to the 90 days of storage and, starting from this
period, it presents a tendency of stabilization until 180 days, independently of the freezing
temperatures; b) the pork meat lost weight and its specific mass it increased during the period of
180 days of storage. This loss and this increase and it were inversely proportional to the freezing
temperature.
Keywords: pH, density, pork meat
.
______________________________________
Protocolo 41 2001 33 de 02/06/2001
1
Engenheiro Agrônomo, Mestre em Engenharia Agrícola, UFPB
2
Professora Dra. do Departamento de Engenharia Agrícola, UFPB, Av. Aprígio Veloso 882 CEP 58.109-970, Campina
Grande, Paraíba, E-mail: [email protected]
3
Professor Dr. do Departamento de Engenharia Agrícola, UFPB, Av. Aprígio Veloso 882 CEP 58.109-970, Campina
Grande, Paraíba, E-mail: [email protected].
52
Congelamento de carne suína a temperaturas criogênicas: alterações das características físico-químicas
INTRODUÇÃO
A carne suína, apesar do preconceito
existente, é uma carne saborosa, nutritiva e
saudável, sendo a mais consumida em todo o
mundo, representando 44% do total, contra
28,5% da carne bovina e 24% da carne de aves.
Essa liderança em nível mundial se torna
ainda mais representativa, se levarmos em
consideração que o consumo de carne suína, em
algumas regiões do mundo, é restrito por razões
religiosas.
Embora o desenvolvimento do mercado
interno seja importante, a exportação tende a ser
a maior responsável pelo desenvolvimento da
suinocultura, nos próximos anos, pois se estima
que o Brasil exporte mais de 250 mil toneladas
de carne suína e, para que isso ocorra, é
necessário aumentar a produção que ainda se
encontra em níveis inferiores ao de paises com
menor rebanho, o que indica necessidades de
melhoria da eficiência no processo de produção
e manutenção da qualidade da carne produzida
e se possível até melhorá-la (Deschamps et al.,
1998).
Um dos grandes problemas da carne
suína está na sua conservação, haja vista que
sua deterioração se dá com mais rapidez do que
na carne bovina. Com isto, estudos têm sido
conduzidos no sentido de aumentar o tempo de
preservação da qualidade da carne suína.
Vários métodos podem ser utilizados
para conservação da carne, dentre outros,
podem ser citados: a salga, a defumação, a
desidratação, refrigeração e o congelamento.
O congelamento é o método de
preservação da carne baseada no fato de que as
temperaturas
baixas
destroem
alguns
microrganismos e impedem o crescimento de
outros, permitindo desta forma, a obtenção de
um produto de alta qualidade, mesmo depois de
um longo período de armazenamento.
A carne destinada ao congelamento deve
ser sempre bem fresca e de excelente qualidade,
removendo-se todo excesso de gordura, a qual
apresenta características de congelamento
totalmente diferentes da própria carne, podendo
assim comprometer todo o processo.
Por causa da instabilidade relativa de
seus tecidos gordurosos, a carne de porco
geralmente é congelada o mais rapidamente
possível, desde o início do resfriamento.
Monteiro Filho et al.
O congelamento rápido é um processo no
qual a temperatura do produto cai rapidamente
para – 4 °C em pouco tempo, resultando na
formação de cristais de gelo de tamanho
pequeno, tanto no interior das células como nos
espaços intercelulares, promovendo danos
menores ao produto, quando comparado ao
processo convencional de congelamento, onde
os alimentos são colocados à temperatura entre
0°C e 4°C negativos. Neste caso, o líquido
existente no alimento resfria e congela
lentamente, formando grandes cristais, que
causam maiores danos ao alimento.
Também é muito importante a
observação de que a carne de um animal recém
abatido deve passar por um período de descanso
antes do congelamento, permitindo com este
procedimento que o músculo passe pelo “rigor
mortis”. Outro fator muito importante, e que
deve ser sempre seguido, é o cuidado para
nunca se lavar a carne pois, este processo, pode
retirar nutrientes, comprometendo a sua
qualidade.
Diante das questões relatadas, o objetivo
do presente trabalho foi de estudar algumas
alterações físico-químicas da carne suína
(pernil) como pH, perda de peso e massa
especifica, realizadas por um congelamento
inicial da carne suína as temperaturas de –30, –
60, –90, –120, –150 e –180 ºC, armazenando-as
na temperatura de –30°C por um período de
180 dias.
REVISÃO DE LITERATURA
Congelamento
A conservação da carne por resfriamento
e congelamento, bem como da maioria dos
alimentos, tem sido recomendada, pois tem uma
grande capacidade de manter as características
químicas, organolépticas e nutritivas do produto
o mais próximas possível das características
iniciais, e ainda dificulta a ação desfavorável de
microorganismos e enzimas (Southgate, 1992).
Vicente et al. (1994) classificam o
processo de congelamento em dois tipos: o
convencional e o congelamento muito rápido
(criogênico).
Segundo Sing e Heldman (1988), a
significativa queda na velocidade de
crescimento microbiano, provocada pela baixa
temperatura, e conseqüente redução na
deterioração
do
produto
pela
ação
microbiológica, assim como a influência da
temperatura na formação de cristais de gelo, e
nas reações enzimáticas e de oxidação
demonstram como a conservação de alimentos
por congelamento se produz por diferentes
mecanismos.
Os fenômenos promovidos pela ação de
agentes deteriorantes podem ser sensivelmente
retardados com o abaixamento da temperatura,
dando aos produtos um maior tempo de
preservação (Neves Filho, 1991).
O congelamento, de uma maneira geral,
apresenta inúmeras vantagens sobre outros
modos de conservação dos alimentos, entre
estes, podem ser citados manutenção da cor, do
sabor e das qualidades nutricionais, quando o
congelamento é feito corretamente, bem como,
quando o processo de armazenagem segue
todos os critérios necessários para que o
produto mantenha sua qualidade (Fontes e
Lopes, 1994).
No processo de congelamento, várias
temperaturas podem ser utilizadas para que se
congele um produto, dependendo, em muito, da
origem do produto, sendo que, quando o
congelamento se dá em temperaturas muito
baixas, denomina-se de congelamento ultrarápido. Geralmente, utiliza-se o nitrogênio
líquido ou o vapor deste.
O congelamento rápido de produtos
alimentícios ou ultracongelamento é realizado
em
alguns
minutos.
Quando
o
ultracongelamento é feito com aplicação de
gases criogênicos, como é o caso do nitrogênio
líquido, o processo se realiza de 1 a 15 minutos,
em função das temperaturas muito baixas
(Vicente et al., 1994).
Um dos grandes problemas do
congelamento está relacionado com a formação
de cristais de gelo no interior das células do
produto, o que provoca perda de qualidade na
carne.
Normalmente,
o
congelamento
convencional, traz maiores problemas que o
congelamento criogênico. Miller et al. (1982)
estudando a carne suína armazenada por
congelamento convencional e por congelamento
em nitrogênio líquido, por um período de 24
meses, observou que a qualidade da carne foi
decrescendo ao longo do armazenamento, mas
concluiu que, quando congelada em nitrogênio
liquido, apresentava uma carne com melhor
aparência do que, quando congelada à
temperatura pelo convencional de –30°C.
Normalmente, alimentos submetidos a métodos
criogênicos de congelamento apresentam
qualidade superior devido principalmente à
dimensão, número, e localização dos cristais de
gelo .
53
Nas Figuras 1 e 2 são mostradas as
formações de cristais em congelamento
convencionais e em congelamento criogênico,
respectivamente.
Silveira et al. (1988), estudando a
qualidade microbiológica de carcaças suínas
submetidas ao congelamento criogênico,
verificaram que o tratamento criogênico reduziu
a contaminação inicial das carcaças por
coliformes fecais.
Figura 1 - Formação de cristais de gelo no
congelamento convencional
Figura 2 - Formação de cristais de gelo no
congelamento criogênico.
Niedziels Ki et al. (1982), congelando
carne suína em nitrogênio líquido e
armazenando-a por 21 meses à temperatura de –
27 ºC, concluíram que a cor e a capacidade de
retenção de água da carne foram afetadas pelo
congelamento.
É importante frisar que a carne suína,
quando destinada ao congelamento, não deve
54
ultrapassar os 6 dias de maturação a 6 ºC e 10
dias a 0 ºC (Gruda e Postolki, 1986).
Briskey e Kauffmam (1980), defendem
que a carne suína deve ser congelada, o mais
rapidamente possível, após o abate do animal,
pois ao contrario das aves e bovinos, as
alterações se iniciam mais rapidamente na carne
suína. O autor cita, ainda, que a carne de vaca
pode chegar a ficar oito dias maturando, em
temperatura de refrigeração, antes do
congelamento, porém algumas mudanças na sua
qualidade são bastante sensíveis. Estas
qualidades, principalmente as de ordem física,
tais como a aparência, a textura, além do sabor
e outras características, têm influência direta no
consumo, pois é através delas que o consumidor
escolhe o produto.
Embora a criogenia seja um campo
interessante de investigação, muito trabalho
ainda deve ser realizado para que as técnicas de
congelamento rápido sejam aplicadas com
eficiência, pois estudos realizados por Niedziels
Ki et al. (1982), revelaram que mesmo a carne
suína sendo congelada em nitrogênio líquido e
armazenada por 21 meses à temperatura de –27
ºC, a cor e a capacidade de retenção de água da
carne não deixou de ser afetadas pelo
congelamento.
Silveira et al. (1988), estudando a
qualidade microbiológica de carcaças suínas
submetidas ao congelamento criogênico,
verifica-ram que o tratamento criogênico
reduziu a contaminação inicial das carcaças por
coliformes fecais.
pH
Após o abate dos animais, há um declínio
do pH (Figura 3) cuja extensão e velocidade irá
depender da natureza e condições do músculo
no momento em que cessa a circulação
sanguínea (Perarson, 1971). Portanto, de acordo
com Woltersdorf e Troeger (1990) o pH é o
mais importante parâmetro para se predizer a
qualidade final da carne suína, pois este
influencia direta ou indiretamente às
propriedades e as diversas características de
qualidade como a cor, maciez, sabor,
capacidade de retenção de água e conservação
(Ourique et al., 1990).
A ocorrência de carne suína tipo PSE
(pálida, flácida, exsudativa ou pale, soft,
exudative), está associada com a rápida queda
do pH muscular logo após o abate, quando a
carcaça ainda está quente. As combinações de
pH inferiores a 6,0(seis), com temperaturas
musculares altas (36ºC), uma hora após o abate,
causa a desnaturação protéica, diminuindo o
rendimento industrial (Oliver et al, 1986;
Honikel, 1988; Bressan, 1992).
Segundo Warris (1982), a amplitude de
variação para os valores de pH, em carne suína,
foi de 5,3 a 7,16 para medidas tomadas 45
minutos após o abate. Dobrenove (1989)
estudando também a variação de pH encontrou
resultados de 5,1 e 5,9 para medidas tomadas
24 horas após o abate.
pH
7,0
pH
6,5
6,0
5,5
0
2
4
6
8
10
Período de tempo (horas)
Figura 3 – Variação do pH após o período de
abate.
Vada (1977) verificou que o resfriamento
rápido retarda a queda de pH, mantendo as
características de processamento por 4 a 6 horas
e melhorando, também, as características finais
de textura e maciez.
De acordo com Felício (1986), o pH da
carne suína, em condições normais, decresce
para valores entre 5,3 e 5,7 no período de 24
horas após o abate, porém suínos abatidos em
situações de stress tendem a apresentar uma
queda brusca no pH, podendo atingir um pH de
5,3 em 10 minutos.
Perda de peso e massa específica
A unidade estrutural essencial
dos
músculos
é a fibra muscular. As fibras são células
multinucleadas, essas fibras têm o diâmetro
variável entre 10 e 100 micras e chegam a
medir 34 cm de comprimento. As fibras não se
unem diretamente sobre os ossos, essa ligação é
feita através de tendões que se ligam ao
esqueleto. As fibras são formadas por um
conjunto de miofibrilas, e essas miofibrilas
podem ser alteradas durante o processo de
congelamento e armazena-mento.
Quando os músculos se contraem durante
o congelamento, existe o perigo de rompem-se
as estruturas celulares que só irão ser
percebidas durante o descongelamento sob a
forma de exudado. O exudado é o suco celular
proveniente do rompimento das células da
carne.
Neel et al. (1987), analisaram os efeitos
da suspensão da carcaça, durante o rigor mortis,
sobre a maciez e conseqüente perda de peso do
lombo suíno, isolaram as miofibrilas e
concluíram que não houve efeito sobre o
comprimento das fibras. Este fato também foi
relatado por Jeremiah (1984), no entanto,
Hostetler et al (1975), encontrou fatos
discordantes, tendo concluído que o músculo
mantido estirado influencia no tamanho das
fibras.
Davis et al. (1980), verificaram que com
o aumento da maturação, as miofibrilas se
tornaram mais curtas, mais fragmentadas e mais
frágeis. A fragmentação das miofibrilas
identifica a integridade da fibra muscular,
estando essa fragmentação ligada diretamente
aos valores de perda de peso, massa específica,
maciez e força de cisalhamento
A fibra muscular apresenta uma unidade
funcional denominada de sarcômero, o
comprimento do sarcômero é um referencial
para a avaliação da capacidade de retenção de
água e maciez da carne. Na exposição ao frio, a
contração se dá com mais intensidade nas
carnes vermelhas do que nas carnes brancas,
pois as carnes brancas possuem uma liberação
de íons de cálcio menos intensa (Dransfild e
Lockyer, 1985).
Ortiner (1990) ressalta a importância de
se observar o ressecamento da superfície das
carnes expostas ao resfriamento rápido. E diz
ainda que uma refrigeração mais lenta, mesmo
com as possíveis perdas de peso, deve ser
levada em consideração para se obter uma carne
de melhor qualidade.
Woltersdorf e Troeger (1990), afirmam
que é previsível que o resfriamento forçado
diminua a formação de carcaças de baixa
qualidade,
porém,
apareceram
outras
características negativas, como maior perda de
suco no descongelamento, encurtamento das
fibras musculares pela ação do frio, afetando
cor e maciez.
55
Roseiro et al. (1994), estudando a
influência da temperatura post mortem,
afirmaram que, em geral, a perda de esxudado
aumenta logo após o descongelamento,
aumentando, também, a dureza da carne. E isto,
segundo o autor, se da devido ao tamanho dos
cristais de gelo no interior das células.
Feldhusen et al. (1992) observaram que
durante o resfriamento ultra-rápido da carne
suína, na fase inicial de maturação, havia
encurtamento do sarcômero e do sarcoplasma
afetando a retenção de água e a maciez da
carne. Segundo Svoboda (1998) e Dransfield &
Lockyer (1985), a indústria já usa os
conhecimentos da relação entre a dureza da
carne e o encurtamento pelo frio, para diminuir
ao máximo o endurecimento dela, durante o
armazenamento, isto em se tratando de bovinos
e ovinos, no entanto, para carcaça suína existe
pouca infor-mação.
Algumas tecnologias são aplicadas para
prevenir o encurtamento pelo frio e conseqüente
alteração na maciez da carne: desossa a quente
e a estimulação elétrica (Kauffmam, 1993).
O processo de descongelamento,
também, influencia a maciez da carne. Perry
citado por Locker (1985) foi o primeiro
pesquisador a estudar o encolhimento que
ocorre durante o descongelamento do músculo
congelado, antes do estabelecimento do rigor
mortis, e Sahrpy e Marsh (1953), observaram
que uma perda de até 47% do peso total pode
ocorrer na forma de exsudado, durante uma
contração pelo descongelamento.
Objetivos
Diante das questões relatadas, os
objetivos do presente trabalho foram:
Congelar e armazenar carne suína
(pernil) nas temperaturas de –30, –60, –90, –
120, –150 e –180 ºC e armazená-la a –30ºC
por um período de 189 dias, avaliando as
alterações de algumas caracteristicas físicoquimicas como pH, perda de peso e massa
específica.
O presente trabalho foi desenvolvido no
setor de criogênia do Laboratório de Armazenamento e Processamento de Produtos Agrícolas,
do Departamento de Engenharia Agrícola da
Universidade Federal de Campina Grande - PB.
56
Material
Processo de obtenção das amostras
A matéria prima utilizada nesse trabalho
foi a carne de suínos, proveniente da cidade de
Areia – PB. Foram utilizados dois animais
mestiços, largewhite x landrace, com idade em
torno de 180 dias e peso aproximado de
100kg/animal. O abate foi realizado, utilizandose insensibilização mecânica e sangria do tipo
horizontal. O Processo de abate e desossa foi
realizada, seguindo-se o esquema da Figura 4.
Processo de abate - Desossa convencional
Insesibilizaçao Mecanica
Sangria
Escaldamento
Remoção das
Cerdas
Evisceração
Divisão Longitudinal da
carcaça
Desossa
Medida do
Retirada das
amostras
pH
Resfriamento
Congelamento
Rápido
A carne ao ser recebida no Laboratório
de Processamento e Armazenamento de
Produtos agrícolas, foi fatiada, retirando-se as
partes indesejáveis. Os cortes foram feitos de
acordo com a necessidade de amostras,
seguindo-se a metodologia descrita por Honikel
(1998). Em seguida, as amostras, definidas
como testemunhas, foram pesadas e submetidas
aos testes de pH e massa específica.
As
amostras
destinadas
ao
armazenamento
foram
congeladas
às
temperaturas de –30, –60,
–90, –120, –150 e
–180 ºC, e armazenadas em freezer vertical à
temperatura de –30 ºC.
Congelamento por circulação de nitrogênio
O congelamento da carne suína, em
dife-rentes temperaturas (–30, –60, –90, –120,
–150, –180 °C), foi obtido, utilizando-se o
aparelho Ultra-kriostat, tipo N-180, o qual foi
calibrado para operar nas temperaturas
desejadas. Este aparelho funciona, utilizando-se
o princípio da vazão mássica de nitrogênio
líquido, circulando em uma cuba, ou seja, cada
temperatura negativa é obtida pela quantidade
de nitrogênio líquido circulante na superfície
que envolve a cuba.
Os dados da cinética de congelamento
da carne suína, para cada temperatura, foram
obtidos,
colocando-se
o
produto
no
equipamento acima descrito, e registrando-se a
variação da temperatura a cada 1 (um) minuto,
até atingir a sua estabilização.
Armazenamento do produto congelado
Armazenamento
Inicio das Analises
Figura 4 - Fluxograma da obtenção e
conservação das amostras de carne suína.
As amostras de carne foram
armazenadas em freezer horizontal, marca
Continental FC 230, a temperatura media de –
30 ºC, por 180 dias, sendo retiradas amostras
para determinação das caracterísitcas físicas,
químicas e organolépticas a cada 90 dias (0, 90
e 180 dias).
Análises físico-químicas
As amostras de carne, utilizadas para as
diversas análises do presente trabalho, foram
provenientes dos pernis e foram retirados das 4
meias carcaças resultantes do abate. Os pernis
foram desossados e deles foram retirados todos
os tecidos adiposos (toucinho). Em seguida, a
carne foi acondicionada a temperatura de 3ºC
por 24 horas. Duas horas após o abate, foi
realizada uma medida de pH.
Determinação do pH
O pH foi determinado pelo método
Potenciométrico, em potenciômetro de marca
Digimed, tipo DMPH-2, com calibração feita
com soluções tampão de (pH- 4,0 e 7,0) a 20
ºC.
57
Perda de peso
As análises de perda de peso foram feitas
por diferença de peso. Antes do congelamento
as amostras foram pesadas e, após o período de
congelamento,
foram
descongeladas
e
novamente pesadas. A diferença entre as duas
pesagens foi considerada como a perda de peso
da amostra.
Massa específica
A massa específica () foi determinada,
pesando-se em balança analítica cubos de carne
com 1cm3 onde o resultado é expresso em g/
cm3 .
(1)
m

V
em que,
 = densidade em g/cm3
m = massa em g
V = volume em cm3
Análise estatística
Os
dados
experimentais
foram
analisados mediante análise de regressão linear
e não linear, realizadas em dois programas
computacionais, o Statistica 5.0 e o Origin 5.0.
Características físico-químicas
O comportamento das características
físi-cas do pernil suíno desossado, quando
submetido às temperaturas de –30, –60, –90, –
120, –150 e –180 °C, é demonstrado nas
Figuras de 5 a 10.
pH
Na Figura 5, está representado o
comportamento do pH da carne suína em
relação ao tempo de armazenamento. Após
congelamento e armazenamento, por 90 dias,
houve uma tendência de queda em todos os
tratamentos, esta queda de pH foi, também,
observada por De Vol (1988) e Honikel (1988).
Após 90 dias de armazenamento, observou-se
uma tendência, em todos os tratamentos, de
estabilização do pH. Pode-se observar, também,
que, à medida que se diminui a temperatura de
congelamento, há uma diminuição do pH.
O valor médio de pH encontrado foi de
6,02 para a carne suína fresca. Este valor está
bem aproximado do valor encontrado por
Warris (1982) e Calvelo. (1986) que
encontraram valores de 6,2.
Uma queda suave do pH traz
conseqüências benéficas a carne, como a
manutenção de cor e menor perda de peso
(Felicio, 1986). O mesmo autor sugere, ainda,
que o pH normal da carne suína fique entre 5,3
e 5,7 o que está em acordo com o que é
mostrado na Figura 6.
Tendência de comportamento do pH
Armazenamento a –30 °C
6,05
6,00
5,95
pH
5,90
5,85
5,80
5,75
5,70
5,65
5,60
0
90
180
Período de Armazenamento (dias)
Figura 5 - Variação do pH da carne suína congelada às temperaturas de –30, –60, –90, –120, –
150 e –180°C e armazenadas a temperatura de –30ºC, por um período de 180 dias
58
p H d o p ern il su ín o
7 ,0
D a d o s e x p e rim e n ta is e e q u a ç õ e s rep re s e n ta tiva s
P eríodo d e tem po (0 dias)
6 ,8
-4
pH = 6,014 +1,69.1 0 + 1,98.10
P eríodo de tem po (90 dias)
6 ,6
2
R =95,7%
pH = 5,707 - 0,0 0169.T - 4,9 6.10-6.T
6 ,4
2
2
R = 97,6%
P eríodo d e tem po (180 dias)
6 ,2
pH
-6
pH = 5,48 - 5,643.10-4.T + 3,57.10-6.T
2
2
R =97,8%
6 ,0
5 ,8
5 ,6
5 ,4
5 ,2
5 ,0
-2 00
-1 80
-160
-14 0
-1 20
-1 00
-80
-6 0
-40
-20
Te m p e ra tu ra , °C
Figura 6 - Comportamento do pH da carne suína em relação às temperaturas de congelamento.
Svoboda (1998), congelando carne suína
em ambiente com temperatura de –45 ºC
encontrou variações muito pequenas de pH, ou
seja, de 6,0 para 5,7. Quando congeladas em
ambiente a
–30ºC, encontrou variações de
pH de 6,0 para 5,6 e em temperatura ambiente,
a variação foi mais acentuada, de 6,0 para 5,3.
Vários fatores podem influenciar
diretamente na perda de peso da carne suína
entre elas o pH, e processo de
descongelamento, Roseiro (1994).
Perda de peso
Na Figura 7, são mostrados os valores
de Perda de Peso em função do período de
Armazenamento. Nota-se, por esta figura, que
carne suína congelada apresentou uma perda de
peso máxima de mais de 21%. Essa perda é
menor do que a encontrada por Lundstron e
Nilsson,
(1979) que, trabalhando com
músculos de frango e músculo suíno, encontrou
perda de exsudado que representaram 35% do
peso original.
Locker (1985) cita que, durante o
descongelamento, mais de 47% do peso total
pode ser exsudado sob forma de gotejamento,
isso em função da severa contração que ocorre,
durante o processo.
Na Figura 8, são mostradas as curvas da
perda de peso em função das temperaturas de
congelamento, bem como, as equações
representativas desse comportamento
Pela Figura 7, percebe-se que, para a
carne fresca, ou seja, antes do início do
armazenamento, o simples fato de descongelar
a
carne,
resultou
numa
perda
de,
aproximadamente, 14% do seu peso. Ao longo
dos seis meses de armazenamento, essa perda
aumentou, sendo acrescida cerca de 2,5% aos
noventa dias e cerca de 7% até os seis meses de
armazenamento. Percebe-se, ainda, que, tanto
no início quanto aos 90 dias, não houve grandes
alterações desses percentuais com a variação da
temperatura de congelamento, no entanto, aos
180 dias, a perda de peso foi menor, quando a
temperatura de congelamento foi maior,
verificando-se a maior perda para a temperatura
de congelamento de –180 °C, ou seja, ao longo
dos seis meses de armazenamento, houve uma
tendência a se aumentar a perda de peso mesmo
quando o congelamento foi feito a temperaturas
criogênicas.
O fator preponderante na perda de peso é
o tamanho e o formato dos cristais de gelo
durante o congelamento, quando se utilizam
temperaturas muito baixas, ocorre uma
tendência à formação de cristais de forma
arredondada e tamanho pequeno. Estes cristais
tendem a se reorganizar e tornar-se maior,
quando a temperatura de armazenamento for
maior que de congelamento. Isso pode explicar
a perda elevada de peso encontrada nos
tratamentos com temperaturas de congelamento
59
mais baixas.
Tendências da Perda de Peso
22
21
20
Perda de Peso (%)
19
18
17
16
15
14
0
90
180
Figura 7 - Variação da perda de peso da carne suína congelada às temperaturas de –30, –60, –90,
–120, –150, –180 ºC e armazenada à temperatura de –30ºC por um período de 180 dias.
Perda de peso (g/100g)
22
21
20
19
18
17
16
15
14
-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80
-60
-40
-20
Temperatura de Armazenamento, °C
Pontos Experimentais e Equações representativas
Período de armazenamento (0 dias)
PP = 13,84 - 0,00992.T – 1,0185.10-4.T2 – 3,498.10-7.T3
R2 = 98,7%
PP = 16,62 - 0,0114.T – 1,616.10-4.T2 – 5,144.10-7.T3
R2 = 99,1%
-4
2
-6
3
PP = 18,04 – 0,065.T – 6,77510 .T – 2,305.10 .T
R = 99,5%
2
Figura 8 - Comportamento da perda de peso da carne suína em relação às temperaturas de
congelamento.
Massa específica
Na Figura 9, são mostrados os valores de
massa específica da carne suína congeladas a
diferentes temperaturas em função dos períodos
de armazenamento. Observa-se, nesta figura,
que há um aumento da massa específica em
todos os tratamentos, este aumento está
60
diretamente relacionado com a perda ocorrida,
de exsudado, nas amostras. A massa específica,
também, apresentou um comportamento
inversamente proporcional à queda de pH,
dessa maneira, pode-se observar a relação
existente entre essas três características da carne
suína.
Temperaturas de Armazenamento
Têndencia de comportamento a –30 °C
1,22
3
Massa específica (g/cm )
1,20
1,18
1,16
1,14
1,12
1,10
1,08
0
90
180
Figura 9 - Variação da massa específica da carne suína congelada às temperaturas de –30, –60, –90, –
120, –150, –180 ºC e armazenadas à temperatura de –30 ºC por um período de 180 dias
A massa específica apresentou valores
coerentes com os citados na literatura,
1,06g/cm3. O aumento significativo observado
deu-se provavelmente pela acentuada perda de
liquido (exsudado) ocorrido durante o
descongelamento. Esse parâmetro comprova a
fragilidade da carne suína ao congelamento.
Pela Figura 10, percebe-se que, à medida que a
temperatura diminuiu, aumentou a massa
específica, e, esse aumento, foi proporcional à
perda de peso do produto.
Massa específica, g/cm3 ()
1,25
1,20
1,15
1,10
1,05
1,00
-200
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
Temperatura de Armazenamento, °C
Dados experimentais e equações representativas
Período de tempo (0 dias)
 = 1,071 –T
-4
R = 96,5
 = 1,113 –T
-4
R = 93,9
 = 1,2 –T
-5
2
2
2
R = 84,5
Figura 10 - Comportamento da massa específica da carne suína em relação às temperaturas de
congelamento ao longo dos 180 dias de armazenamento.
CONCLUSÕES
Diante dos resultados obtidos, concluiuse que:
a) o pH da carne suína (pernil) tem uma
tendência de queda até os 90 dias de
armazenamento e, a partir deste período,
existe uma tendência de estabilização até
os 180 dias, independentemente das
temperaturas de congelamento;
b) o pernil suíno perde peso durante o
período de 180 dias de armazenamento,
sendo que esta perda é tanto maior,
quanto menor for a temperatura de
congelamento;
c) a massa específica aumenta, à medida que
a temperatura de congelamento diminui,
fato este devido a acentuada perda de
líquido (exsudado) ocorrido durante o
descongela-mento.
61
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ISSN:1517-8595
PROGRAMA PARA ESTIMATIVA DAS PROPRIEDADES PSICROMÉTRICAS
Marcos Fábio de Jesus1, Gabriel Francisco da Silva2
RESUMO
A obtenção das propriedades psicrométricas é de fundamental importância nos processos
psicrométricos de climatização, refrigeração, resfriamento e congelamento, umidificação e
desumidificação do ar, secagem e desidratação de produtos úmidos, como também em controle
ambiental e em meteorologia. As variáveis mais comuns nestes processos são: temperaturas de
bulbo seco e bulbo úmido, umidade relativa, umidade absoluta, pressão de vapor, volume
específico, entalpia específica, calor sensível e temperatura do ponto de orvalho. Na simulação
e controle desses processos é imprescindível o conhecimentos destas variáveis. Este trabalho
propõe a implementação de um programa em linguagem visual para o ambiente Windows que
simule as cartas psicrométricas existentes com erro mínimo.
Palavras-chave: propriedades psicrométricas, carta psicrométrica, linguagem visual.
PROGRAM TO ESTIMATE OF AIR PSYCHOMETRICS PROPERTIES
ABSTRACT
The attainment of the psychometrics properties has fundamental importance in the
psychometrics processes of acclimatization, refrigeration, cooling and freezing, air moistening
and un-moistening, drying and dehydration of humid products, and in ambient control and
meteorology. The most common variable in these processes are: dry bulb and humid bulb
temperatures, relative humidity, absolute humidity, vapor pressure, specific volume, specific
enthalpy, sensible heat and the dew point temperature. It is essential the knowledge of these
variables in the simulation and control of these processes. This work proposes the
implementation of a program with a visual language for the Windows environment that
simulates the existing psychometrics charts with minimum error.
Keywords: psychometric properties, psychometric chart, visual language
Protocolo 41 2001 35 de 08/06/2001
1
2
Aluno de Engenharia Química/UFS, Bolsista PIBIQ/CNPq, [email protected]
Professor do DEQ/CCET/UFS, DEQ/CCET/UFS, Cidade Universitária, Jd. Rosa Elze, São Cristóvão-SE, CEP: 49.100.000,
Fax: (79)212.6684, Email: [email protected]
63
64
Programa para estimativa das propriedades psicrométricas
INTRODUÇÃO
Psicrometria é o estudo das misturas de
ar e vapor d’água. A psicrometria se acha
sempre presente na elaboração de projetos e na
execução e manutenção das instalações de
conforto ambiental e de ar condicionado. Em ar
condicionado, o ar não é seco, mas sim uma
mistura de ar e de vapor d’água, resultando daí
a importância da psicrometria. Em alguns
processos, a água é removida do ar
(desumidificação), enquanto em outros é
adicionada (umidificação).
Os princípios da psicrometria são
aplicados
diretamente
em
assuntos
relacionados com o cálculo da carga térmica,
sistemas de ar condicionado, serpentinas de
desumidificação e resfriamento, torres de
resfriamento e condensadores evaporativos.
Na
elaboração
de
projetos,
principalmente de condicionamento de ar,
necessita-se de determinadas propriedades, que
são denominadas propriedades psicrométricas.
As propriedades psicrométricas, na
maioria dos casos, são obtidas através de cartas.
Estas cartas, denominadas diagramas ou cartas
psicrométricas, relacionam várias grandezas
que se consideram em instalações de ventilação
e, principalmente, nas de ar condicionado.
Correspondem, em princípio, ao chamado
diagrama de Mollier para o ar úmido. A carta
psicrométrica é elaborada referida à pressão do
nível do mar, ou seja, de 760 mmHg, e pode ser
usada com suficiente exatidão para pressões
compreendidas entre 736 e 787 mmHg.
Qualquer ponto na carta é denominado de ponto
de estado, cuja localização, para uma dada
pressão atmosférica, é fixada por duas
propriedades psicrométricas. Existem diversas
cartas psicrométricas, publicadas pela Carrier
corporation, pela Trane company e por outras
empresas fabricantes de equipamentos de ar
condicionado. São representadas em unidades
inglesas e no sistema internacional.
O uso das cartas psicrométricas requer
habilidade por parte do usuário, o que restringe
a alguns sua utilização. Assim, a aplicação da
modelagem matemática das equações e
conseqüente simulação computacional das
cartas
psicrométricas,
simplificam,
significativamente, seu uso, extinguindo os
erros de leitura. A simulação computacional das
cartas psicrométricas, além das vantagens
supracitadas, possibilita ao usuário executar
várias leituras consecutivas, somente com a
entrada de duas propriedades psicrométricas
disponíveis. Isto, é praticamente inviável com a
Jesus & Silva
leitura manual das cartas, já que é um trabalho
muito minucioso e portanto, lento, além de
propiciar uma maior chance de erros.
As equações utilizadas para simular as
cartas psicrométricas, neste trabalho, foram as
propostas por Wilhelm (1976) que apresentam
uma ótima precisão e exatidão, quando
comparados aos valores experimentais.
Metodologia de Cálculo - O modelo
matemático inclui as equações de temperatura
de bulbo seco, bulbo úmido e ponto de orvalho,
umidade absoluta e relativa, pressão parcial e
pressão de vapor, entalpia e volume específico.
Da mesma forma que as cartas, quaisquer
duas das variáveis independentes, é possível
calcular as demais. Como são seis variáveis,
nunca combinação, em duas a duas variáveis
conhecidas,
são
necessárias
quinze
procedimentos de cálculos. No processamento
de ar condicionado geralmente as variáveis
conhecidas são temperatura de bulbo seco,
temperatura de bulbo úmido ou umidade
relativa obtidas em psicrômetro colocado dentro
do sistema de condicionamento de ar. Portanto,
são necessários dois procedimentos.
Segundo o modelo proposto por Wilhelm
(1976), as equações empregadas no Sistema
Internacional são:
Pressão de Vapor na Saturação
ln( PVS )  24,2779 
6238,64
 0,344438 ln(T)
T
233,16  T  273,16
p/
(1a)
751152
,
 89,63121  0,02399897T  11654551
,
 10 5 T2
T
8 3
 11 4
 1,2810336  10 T  2,0998405  10 T  12,150799 ln(T)
ln(PVS )  
p/
273,16  T  393,16
(1b)
Pressão de Vapor na Temperatura do Bulbo
Úmido
ln( PVU )  24,2779 
p/
6238,64
 0,344438 ln(TBU )
TBU
233,16  TBU  273,16
(2a)
ln( PVU )  
751152
,
2
 89,63121  0,02399897TBU  11654551
,
 10 5 TBU
TBU
3
4
 1,2810336  10 8 TBU
 2,0998405  10 11 TBU
 12,150799 ln(TBU )
p/
273,16  TBU  393,16
Umidade Absoluta
(2b)
UA  0,62198[ PV / ( P  PV )]
(3a)
(2501  2,411  t BU ) UAU  1,006( t  t BU )
2501  1,775  t  4,186  t BU
p/ -50  t  110oC
(3b)
UA 
Umidade Absoluta na Saturação
UAS  0,62198[ PVS / ( P  PVS )]
(4a)
UAU  0,62198[ PVU / ( P  PVU )]
(4b)
Umidade Relativa
U R  PV / PVS
(5a)
Temperatura do Ponto de Orvalho
t PO  5,994  12,41  ln( PV )  0,4273(ln( PV )) 2
p/
-50  t  0oC
(6a)
t PO  6,983  14,38  ln( PV )  1,0790(ln( PV )) 2
p/
0  t  50oC
(6b)
t PO  13,80  9,478  ln( PV )  1,9910(ln( PV )) 2
p/
50  t  110oC
(6c)
Volume Específico
v
RAT
(1  1,6078  U A )
P
(7a)
Entalpia Específica
h  1,006.t  U A (2501  1,775  t )
p/ -50  t  110oC
(8a)
Unidades - As equações estão no Sistema
Internacional; Pressão total, P = 101,325 kPa;
Jesus & Silva
65
Constante dos gases, RA = 0,28705 kJ/kg.K;
temperatura, T em K e t em oC; entalpia, h em
kJ/kg; volume específico, v em m3/kg.
Procedimentos - Nos processos psicrométricos
as variáveis mais comuns são a temperatura de
bulbo seco, temperatura de bulbo úmido,
umidade relativa e umidade absoluta. O volume
específico e a entalpia, geralmente, não são
variáveis mensuráveis; em alguns processos são
variáveis de cálculos, onde entram em balanço
de massa e de energia. No entanto, em
simulação de processos, é importante que estas
propriedades sejam conhecidas. Portanto, para
um sistema de seis variáveis independentes com
combinação dois a dois, serão necessários
quinze procedimentos de cálculos. As demais
variáveis são variáveis independentes.
Será implementado um programa
computacional, em linguagem visual, com
todos estes procedimentos. Os Procedimentos
mais utilizados são mostrados a seguir
(PTBSBU, PTBSUA, PTBSUR):
a) PTBSBU (Entrada: temperatura de
bulbo seco e bulbo úmido)
01) Entrada: t e tBU;
02) Parâmetros: P e RA;
03) Converter t em oC em T em K;
04) Calcular: PVU pelas Equações 02a e 02b;
05) Calcular: UAU pela Equação 04b, usando o
valor de PVU;
06) Calcular: PVS pelas Equações 01a e 01b;
07) Calcular: UAS pela Equação 04a, usando o
valor de PVS;
08) Calcular: UA pela Equação 03b, usando o
valor de UAU;
09) Calcular: PV pela Equação 03a, usando o
valor de UA;
10) Calcular: UR pela Equação 05a, usando os
valores de PV e PVS;
11) Calcular, tPO pelas Equações 06a, 06b e 06c,
usando PV;
12) Calcular: v pela Equação 07a, usando o
valor de UA;
13) Calcular: h pela Equação 08a, usando o
valor de UA;
14) Saída: t, tBU, tPO, UA, UR, v e h.
b) PTBSUR (Entrada: temperatura de bulbo
seco e umidade relativa)
01) Entrada: t e UR;
03) Converter: t em oC para T em k;
valor de PVS;
66
06) Calcular: PV pela Equação 05a, usando o
valor de PVS;
07) Calcular: UA pela Equação 03a, usando o
valor de PV;
usando PV;
valor de UA;
valor de UA;
11) Calcular: tBU, supondo um valor inicial,
calcula-se UAU usando a Equação 03b e PVU
pela Equações 02a e 02b, calcula-se o valor de
UAU pela Equação 04b usando o valor PVU.
Compara-se os dois valores de UAU obtidos
pelas Equações 03b e 04b.
c) PTBSUA (Entrada: temperatura de
bulbo seco e umidade absoluta)
01) Entrada: t e UA;
03) Converter: t em oC para T em k;
valor de PVS;
06) Calcular: PV pela Equação 03a,
07) Calcular: UR pela Equação 05a, usando os
valores de PV e PVS;
usando PV;
valor de UA;
valor de UA;
Jesus & Silva
11) Calcular: tBU, supondo um valor inicial,
calcula-se UAU usando a Equação 03b e PVU
pela Equações 02a e 02b, calcula-se o valor de
UAU pela Equação 04b usando o valor PVU.
Compara-se os dois valores de UAU obtidos
pelas Equações 03b e 04b.
As sub-rotinas implementadas para o
programa PSIC são: PTBSBU, requer a entrada
das temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido,
PTBUUA, requer a entrada da temperatura de
bulbo úmido e da umidade absoluta, PTBSUA,
requer a entrada da temperatura de bulbo seco e
da umidade absoluta, PTBSUR, requer a
entrada da temperatura de bulbo seco e da
umidade relativa, PVH, requer a entrada do
volume específico e da entalpia específica.
As sub-rotinas apresentam resultados,
como previstos, com uma boa exatidão e
precisão, quando comparados com resultados
obtidos experimentalmente. A Tabela 1 mostra
os resultados encontrados através da sub-rotina
PTBSBU e PTBUUA, bem como os valores
experimentais e os respectivos erros entre eles.
A tabela 2 nos mostra os resultados
obtidos a partir da carta psicrométrica da
Carrier no sistema internacional de unidades
confrontados com os resultados obtidos através
das subrotinas PTBSBU e PTBSUA.
Tabela 2 – Comparação dos dados experimentais e os obtidos pelas subrotinas PTBSBU e PTBSUA.
Tbs
Tbu
Tpo
Ua
Ur
V
H
Propriedades
(ºC)
(ºC)
(ºC)
(kg/kg)
(dec.)
(m3/kg)
(KJ/kg)
Experimentais
10,00
10,00
10,00
1,22720 0.00766
1,00
0,81160
PTBSBU
*
*
10,00
1,22804 0,00763
1,00
0,81202
E (%)
------0,068
0,392
--0,052
PTBUUA
9,929
*
10,04
1,23269
*
1,01
0,81186
E (%)
0,71
--0,40
0,45
--1.00
0,032
Experimentais
20,00
20,00
20,00
2,33730 0,01475
1,00
0,84980
PTBSBU
*
*
20,00
2,33871 0,01470
1,00
0,85013
E (%)
------0,060
0,339
--0,039
PTBUUA
19,87
*
20,04
2,34722
*
1,01
0,84983
E (%)
0,65
--0,20
0,42
--1,00
0,004
Experimentais
90,00
90,00
90,00
70,1140 1,41604
1,00
3,3412
PTBSBU
*
*
90,00
70,13784 1,39879
1,00
3,34261
E (%)
------0,034
1,218
--0,042
PTBUUA
78,81
*
87,69
70,4018
*
1,56
3,2672
E (%)
12,43
--2,57
0,41
--56,00
2,21
Tabela 2 – Comparação dos dados obtidos pela carta
PTBSUA.
Tbs
Tbu
Tpo
Propriedades
(ºC)
(ºC)
(ºC)
Carta Psicrométrica
20,0
20,0
20,0
PTBSBU
*
*
20,0
E (%)
--------PTBSUA
*
20,0
20,2
E (%)
------0,99
26,0
22,6
21,2
PTBSBU
*
*
21,2
E (%)
---------PTBSUA
*
22,7
21,3
E (%)
---0,44
0,47
55,0
29,7
21,2
PTBSBU
*
*
24,3
E (%)
------14,6
PTBSUA
*
29,7
24,37
E (%)
------15,0
A Figura 1 mostra a tela principal do
programa Psic 5.0. Nesta tela, pode-se observar,
além do nome do programa e do órgão
financiador do projeto, um menu na parte
superior, que possibilita acesso à todas as
operações do programa, uma barra de status,
que fornece informações como: nome do
usuário e horas; e um botão semelhante ao
botão “INICIAR” do Windows, que possui
finalidade idêntica ao menu superior.
A Figura 2 mostra as sub-rotinas
disponíveis no programa Psic 5.0, que são no
número de quinze (15). Para ter acesso a esta
tela, basta clicar em “Ativar Sub-rotinas” no
menu superior ou no menu do botão “Psic 5.0”
localizado no canto inferior esquerdo da tela
principal. Para fazer a determinação da carta
Jesus & Silva
67
psicrométrica e as subrotinas PTBSBU e
Ua
(kg/kg)
0,0149
0,0147
1,34
*
---0,0160
0,0159
0,63
*
---0,0160
0,0159
0,63
*
----
Ur
(dec.)
1,00
1,00
--1,01
0,99
0,756
0,750
0,79
0,756
---0,165
0,161
2,42
0,161
2,42
V
(m3/kg)
0,851
0,850
0,12
0,850
0,12
0,854
0,869
1,76
0,869
---0,951
0,954
0,32
0,954
0,32
H
(KJ/kg)
57,9
57,4
0,87
57,9
---62,1
66,6
7,25
66,9
7,73
97,5
96,8
0,72
96,9
0,62
psicrométrica basta escolher a sub-rotina
desejada, com base nas variáveis psicrométricas
de entrada, use a opção “Nova determinação”,
digitar as variáveis, seguindo de “Enter” e por
fim em “Executar”. O usuário terá acesso não
só a carta psicrométrica recém determinada,
mas também, a todas as outras. Para isso basta
escolher a opção “Carta Psicrométrica”.
A Figura 3 nos mostra os dados
psicrométricos determinados pelo programa
Psic 5.0. Para ver as outras dados,
já
determinados, basta apertar numa das setas do
navegador.
A figura 4 mostra a tabela que contém
todas os dados psicrométricos já determinadas.
Estes
dados
podem
ser
impressas
individualmente ou todas na forma de tabela.
Figura 1 – Tela principal do programa PISIC 5.0
68
Jesus & Silva
Figura 2 – Subrotinas disponíveis no programa PSIC 5.0
Figura 3 – Carta Psicrométrica Obtida Através do Programa Psic 5.0.
Jesus & Silva
69
Figura 4 – Modo de impressão das cartas psicrométricas, obtidas pelo programa PSIC 5.0, em forma
de tabela.
CONCLUSÕES
REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS
Verificou-se
que
as
subrotinas
apresentam um erro relativamente maior em
relação aos dados experimentais, quando se
utiliza uma umidade relativa de 100%. Mas em
valores de umidade relativa diferentes de 100%,
o erro é praticamente insignificante.
Observou-se, também, que a seqüência
de cálculo proporciona uma variação no erro,
evidenciando a necessidade de um estudo mais
detalhado sobre a sua propagação nas equações
propostas pela metodologia utilizada neste
trabalho.
A comparações feitas pelas tabelas 1 e 2,
mostram que o programa PSIC é viável no que
diz respeito principalmente a precisão dos
resultados e a praticidade em obtê-los.
Assim, com base nos dados obtidos e
discutidos, podemos afirmar que o programa
PSIC é perfeitamente
utilizável na
determinação das propriedades psicrométricas
para elaboração de projetos e cálculos de carga
térmica, sistemas de ar condicionado,
serpentinas de desumidificação e resfriamento,
condensadores evaporativos, processos de
secagem, etc.
Brooker, D. B., Baker-Arkeman, F. W. e Wall,
C. W., Drying cereal grains, Westport,
Cown, Avi, 1974. 265p.
Cavalcanti Mata, M. E. R. M, Dantas, L. A. e
Braga, M. E. D., Programa computacional
para simulação de secagem de grãos,
Revista
Brasileira
de
Produtos
Agroindustriais, v.1, n.1, p.33-50, 1999.
Macintyre, A. J., Ventilação industrial e
controle de poluição, Editora Guanabara,
Segunda Edição, Rio de Janeiro, 1990.
243p.
Ratti, C., Crapiste, G. H. e Rotstein, E.,
PSYCHR: Um programa de computadora
para
cálculo
de
propiedades
psicrométricas, Drying Technological,
v.7, n.3, p.575-580, 1989.
Silva, G. F. Processamento de urucum em
leito de jorro, Campina Grande, 1991. 98p.
Engenharia Química, UFPB. (Dissertação de
Mestrado).
70
Stoecker, W. F e Jones, J. W., Refrigeração e ar
condicionado, Mc. Graw-Hill, São Paulo,
1985.
Jesus & Silva
Wilhelm, L. R., Numerical calculation of
psychrometrical properties in SI units,
Trans. of the ASAE, (19), 1976, 318-325.
ISSN:1517-8595
71
VERSÃO DO PROGRAMA COMPUTACIONAL ASSISTAT PARA O SISTEMA
OPERACIONAL WINDOWS
Francisco de Assis Santos e Silva1, Carlos Alberto Vieira de Azevedo2
RESUMO
Foi feita uma versão (Assistat 6.2) do software para análise de variância, Assistat, para rodar no
sistema operacional computacional Windows, já que as versões anteriores foram concebidas
para rodar no sistema operacional DOS (sistema de operação em disco). Esse software faz
análise (de variância) de dados experimentais, dos quatro experimentos mais usuais, quais
sejam; inteiramente casualizado, blocos ao acaso, parcelas subdivididas e fatorial, aplicando
conjuntamente o teste “F” para verificar significância de efeito(s) e o teste de Tukey para
comparar médias de efeito. Nos casos dos experimentos, parcelas subdivididas e fatorial, ele
também aplica o teste de Tukey cruzado em médias de interação, quando há efeito(s) de
interação significativo(s). O Assistat 6.2 também conta com o teste de David para verificar se os
dados têm distribuição normal (de Gauss) e com o teste U para comparar duas amostras.
Palavras-chave: estatística, analise de variância, testes estatísticos, software
ASSISTAT COMPUTATIONAL PROGRAM VERSION FOR THE
WINDOWS OPERATING SYSTEM
ABSTRACT
It was made a version (Assistat 6.2) of the software for the variance analysis, Assistat, to work
in the Windows operating system, since the previous versions were conceived to work in the
DOS operating system DOS (operation system in disk). That software makes analysis of the
variance of experimental data, from the four more usual experiments, which are; entirely
cazualized, blocks at random subdivided portions and factorial. It applies jointly the "F" test to
verify the effects significance and Turkey’s test to compare the effect averages. In the
experiments cases, subdivided portions and factorial, it also applies crossed Turkey’s test in
interaction averages, when there is interaction significant effect. Assistat 6.2 also has David’s
test to verify if the data has normal distribution (of Gauss’) and with the U test to compare two
samples.
Keywords: statistic, variance analysis, statistic tests software
Protocolo 41 2001 36 de 10/06/2001
1 F.A.S.Silva, Professor, Departamento de Engenharia Agrícola, Universidade Federal da Paraíba 58.109-970 Campina
Grande, Paraíba, Brazil. Fax Phone 083 331 3709
2 C.A.V.Azevedo, Professor, Departamento de Engenharia Agrícola, Universidade Federal da Paraíba 58.109-970 Campina
Grande, Paraíba, Brazil. Fax Phone 083 310 1055
72
Versão do programa computacional Assistat para o sistema operacional Windows
INTRODUÇÃO
O Assistat (Assistência Estatística) foi
um programa computacional desenvolvido para
análise de variância, tendo sido bem aceito e
utilizado nesses últimos cinco anos pela maioria
dos alunos da Pós-Graduação em Engenharia
Agrícola, na análise de dados referentes aos
seus trabalhos de dissertações de mestrado e
teses de Doutorado, bem como por alguns
Professores do DEAg e de outros
Departamentos do CCT. O Assistat, também,
tem sido utilizado em outros Campus da UFPB
e em outras Universidades. No ano de 2000, o
programa foi utilizado em programa de PósDoutorado na Espanha, tendo sido apresentado
a alunos da Universidade de Madri, onde o
software foi considerado como uma boa
ferramenta para análise de variância. A versão
6.0 do Assistat foi apresentada na VI
Iternational Conference on Computers in
Agriculture, realizado em Cancun – México,
pela American Society of Agricultural Enginers
(Silva, 1996).
Portanto, em virtude de o Assistat já ter
se consolidado como uma ferramenta útil e bem
aceita para se analisar dados experimentais, foi
necessário que o programa acompanhasse as
tendências do mundo computacional, sob pena
de ficar obsoleto ou, até mesmo, inutilizável, se
o sistema operacional DOS fosse desativado.
Assim sendo, tornou-se urgente que ele tivesse
uma versão para o sistema operacional
Windows, já que se espera que esse sistema
seja por muito tempo o sistema operacional
mais utilizado em todo o mundo. Considerouse, também, que a versão Windows do
programa Assistat 6.2 poderia tornar o
programa mais amigável, pois os recursos
operacionais desse sistema são superiores as
das versões anteriores.
Desta forma, o objetivo deste trabalho
visou a desenvolver uma versão nova versão do
programa computacional Assistat (Assistat 6.2)
para rodar no sistema operacional Windows e,
também, implementar melhorias referentes à
entrada e gerenciamento de dados.
MATERIAL E MÉTODOS
O presente trabalho foi desenvolvido no
Departamento de Engenharia Agrícola (DEAg)
do Centro de Ciências e Tecnologia (CCT) da
Silva & Azevedo
Universidade Federal da Paraíba (UFPB).. Para
essa finalidade, utilizou-se um computador PC
com Windows 98 instalado, uma impressora
Hewlett Packard, mod. Disket 610C e
periféricos básicos. Os softwares utilizados
foram o Microsoft Visual Basic for 32-bit
Windows Development versão 5.0, o Microsoft
Word 97 e o Jasc Point Shop Pro versão 6.02.
O Assistat 6.2 foi programado em
linguagem Basic utilizado-se o método de
programação orientada por objetos. Tais objetos
são botões, labels, frames, textboxs, listboxs,
combobox, entre outros utilizados nas
interfaces dos programas. Desta forma,
projetaram-se as interfaces, utilizado-se esses
objetos. Posteriormente fez-se a codificação de
cada objeto e depois os programas fontes foram
compilados para se obter os programas
executáveis.
A etapa seguinte consistiu em fazer com
que
os
programas
funcionassem
harmonicamente, comunicando-se entre si, e
cada um fazendo a tarefa para qual foi
projetado, resultando no funcionamento
desejado do programa computa-cional.
A etapa final foi a fase de ajustes e testes
na qual foram corrigidos erros e inconsistências
de funcionamento na lógica e na interface dos
programas, quando este foi liberado para
utilização em caráter experimental, pelos alunos
e professores do Curso de Pós-Graduação em
Engenharia Agrícola do CCT-UFPB, por um
período de dez meses.
Os métodos e testes matemáticoestatíticos utilizados foram baseados em
Snedecor & Cochran (1971), Peters & Summer
(1978), Gomes (1984) e Fonseca & Martins
(1993).
O desenvolvimento do software versão
Assistat 6.2, para rodar no sistema operacional
computacional Windows 6.0 foi feito, a
exemplo do Assistat, para realizar análise de
variância de dados experimentais, dos quatro
experimentos mais usuais, quais sejam;
inteiramente casualizado, blocos ao acaso,
parcelas subdivididas e fatorial, aplicando
conjuntamente o teste “F” para verificar
significância de efeito(s) e o teste de Tukey
para comparar médias de efeito. Na Figura 1,
encontra-se a tela de abertura do programa
Assistat 6.2 e na Figura 2, a tela para a abertura
de opções das diferentes análises e de acesso às
informações sobre o Assistat
Na tela subseqüente do programa (Figura
3), encontram-se as opções para os casos de
experimentos
em
blocos
casualizados,
inteiramente casalizados, em parcelelas
Silva & Azevedo
73
subdivididas e em fatorial. O programa,
também, aplica o teste de Tukey cruzado em
médias de interação, quando existe efeito
significativo da interação, bem como também
conta com o teste de David para verificar se os
dados têm distribuição normal (de Gauss) e
com o teste U para comparar duas amostras.
Figura 1. Tela de entrada no Assistat 6.2
Figura 2. Tela de opção das análises e de acesso as informações sobre o Assistat
74
Silva & Azevedo
Figura 3. Tela de opções para a Análise de Variância do Assistat 6.2
Nas Figuras 4, 5 e 6 encontram-se as
telas para entrada de dados, sendo que na
Figura 4, a entrada é para os dados referentes
ao número de tratamentos, repetições, etc.., na
Figura 5, para a digitalização dos dados e na
Figura 6, para correção dos dados.
.
Figura 4. Tela de entrada de dados do Assistat 6.2, referente ao tratamento selecionado
Silva & Azevedo
75
Figura 5. Tela de entrada de dados do Assistat 6.2, referente a digitação dos valores
Figura 6. Tela de entrada dados do Assistat 6.2, referente a correção dos valores digitados
Nas Figuras 7 e 8, encontram-se,
respectivamente, as telas do Assistat 6.2
referentes aos tratamentos dos dados e a análise
desses dados e na tela subseqüente os resultados
dessas análises
76
Silva & Azevedo
Figura 7. Tela do Assistat 6.2 de tratamentos dos dados e análise dos dados
Figura 8. Tela do Assistat 6.2 de resultados
A Tabela 2 exemplifica a aplicação do
Assistat, mostrando os resultados da análise de
variância para um experimento fatorial, cujos
dados constam na Tabela 1. Os valores da
variância (ou quadrado médio) e os níveis de
significância estatística estão rigorosamente
coerentes com os apresentados na Tabela 3, por
Snedecor & Cochran (1971).
Durante a fase de utilização em caráter
experimental, constatou-se que o programa
computacional Assistat 6.2 foi bem aceito pelos
usuários no que se refere à sua utilidade, bem
como à sua funcionalidade e sua facilidade de
utilização, tanto na entrada, como no
gerenciamento dos dados.
Constatou-se igualmente que o programa
é rápido e trabalha bem nos sistemas
Silva & Azevedo
77
operacionais Windows 98 e Windows NT, não
apresentando nenhuma incompatibilidade com
esses sistemas operacionais.
Tabela 1 - Rendimiento de paja de guisante (libras por 1/100 parcela morgen) de três variedades
Espaciado
(plg)
1
4
56
8
60
12
66
II
4
65
8
60
12
53
III
4
60
8
62
12
73
Fonte: Snedecor & Cochran (1971), página 435
Variedades
I
Blocks
2
45
50
57
61
58
53
61
68
77
3
43
45
50
60
56
48
50
67
77
4
46
48
50
63
60
55
53
60
65
Tabela 2 - Resultados da análise de variância para os dados do exemplo da Tabela 2
_____________________________________________________________
======================================================
ASSISTAT Versão 6.2 beta (2000), por Francisco de Assis S. e Silva
Departamento de Engenharia Agrícola do CCT-UFPB, Campina Grande-PB
=======================================================
Arquivo: RESULTADOS.TXT Data: 16/07/2001 Hora: 15:37:29
EXPERIMENTO FATORIAL
QUADRO DE ANÁLISE
-----------------------------------------------------------------F.V.
G.L.
S.Q.
Q.M.
F
-----------------------------------------------------------------Blocos
3
255,64063
85,21354
4,8222 **
Fator1(F1) 2
1027,39063
513,69531 29,0696 **
Fator2(F2) 2
155,05730
77,52865
4,3873 *
Int. F1xF2 4
765,44269
191,36067 10,8289 **
Resíduo 24
424,10938
17,67122
-----------------------------------------------------------------Total
35
2627,64063
-----------------------------------------------------------------** = significativo ao nível de 1% de probabilidade
* = significativo ao nível de 5% de probabilidade
ns = não significativo
Fator 1 = Variedades
Fator 2 = Espaciado
Médias do fator2
---------------------1
55,25000 b
2
57,83333 ab
3
60,33333 a
---------------------DMS2 =
4,28368
----------------------- MÉDIAS DE INTERAÇÃO -----------Médias Fator 1 x Fator 2
-----------------------------------------------------------------Fator 2
Fator 1 ---------------------------------------------------------1
2
3
-----------------------------------------------------------------1
47,5000 bB
50,7500 bAB
55,7500 bA
2
62,2500 aA
58,5000 aAB
52,2500 bB
3
56,0000 aC
64,2500 aB
73,0000 aA
-----------------------------------------------------------------DMS para colunas = 7,4196 DMS para linhas =
7,4196
Classific.c/letras minúsculas Classific.c/letras
maiúsculas
-----------------------------------------------------------------MG =
------------------------ MÉDIAS E MEDIDAS -----------------------Médias de bloco
---------------------1
61,66667 a
2
58,88889 ab
3
55,11111 b
4
55,55556 b
---------------------DMSB =
5,46483
Médias do fator1
---------------------1
51,33333 c
2
57,66667 b
3
64,41666 a
---------------------DMS1 =
4,28368
57,80556
CV% =
7,27217
OBSERVAÇÃO: Médias seguidas pela mesma letra não
diferem estatisticamente entre si
SIGLAS E ABREVIAÇÕES:
CCT = Centro de Ciências e Tecnologia
UFPB = Universidade Federal da Paraíba
F.V. = Fonte de variação
G.L. = Graus de liberdade
G.L. = Graus de liberdade S.Q. = Soma de quadrado
S.Q. = Soma de quadrado
Q.M. = Quadrado médio
F = Variável do teste F MG = Média geral
CV% = Coeficiente de variação em %
DMS = Diferença mínima significativa
___________________________________________
78
Silva & Azevedo
Tabela 3 - Variância e níveis de significância estatística para os dados da Tabela 2
____________________________________________________________________
Grados de libertad
Suma de cuadrados Media cuadrada
____________________________________________________________________
Blocks
3
255.64
Varieties, V
2
1027.39
513.70 **
Espacing, E
2
155.06
77.53 *
Interation, VE
4
765.44
191.36 **
Error
24
424.11
17.67
____________________________________________________________________
Fonte: Snedecor & Cochran (1971), página 435
CONCLUSÕES
1984. 160p.
O programa computacional Assistat 6.2
é de fácil utilização, rápido e eficiente na
análise de variância de dados experimentais,
dos diferentes experimentos aos quais se propõe
a realizar analises quais sejam: inteiramente
casualizado, blocos ao acaso, parcelas
subdivididas e fatorial.
Fonseca, J. S. da & Martins, G. de A. Curso de
estatística. 4ed. São Paulo, Atlas, 1993.
319p.
Gomes, F. P. A estatística moderna na
pesquisa
agropecuária.
Piracicaba.
POTAFOS,
Peters, W.S. & Summer, G.W. Análise
estatística e processo decisório. 2ed.
Tradução de Nathanael C. Caxeiro. Rio de
Janeiro, Fundação Getúlio Vargas, 1978,
638p.
Silva, F.A.S. e. The ASSISTAT Software
Statistical Assistence In: Sixth International
Conference on Computers in Agriculture,
1996,
Cancun, Mexico: Annals of the
American Society of Agricultural Engineers,
v.1. p.294 - 296
Snedecor, G. W.
&
Cochran, W. G.
Métodos estadísticos. 6ed. Tradução de J.
A.
Fuller. Mexico, Compañia Editora
Continental S. A., 1971. 704p.
ISSN: 1517-8595
79
REVIEW
POROSIDADE INTERGRANULAR DE PRODUTOS AGRÍCOLAS
Mario Eduardo Rangel Moreira Cavalcanti Mata1, Maria Elita Martins Duarte2
RESUMO
A porosidade intergranular de um produto agrícola é entendida como os espaços aleatórios
formados pelo agrupamento desse produto em um volume pré-determinado, constituindo-se
em uma característica física do material. O conhecimento dessa característica física é
importante em várias operações unitárias na linha de processos de uma Agroindústria. Dentre
outros processos, pode-se citar a secagem e a aeração de grãos e o resfriamento e o
congelamento de frutas. Assim, diante de sua importância o objetivo do presente trabalho é
descrever sobre a porosidade intergranular que ocorre nos produtos agrícolas necessários aos
diferentes processos, sua maneira de determiná-la e alguns equipamentos simples que podem
ser confeccionados.
Palavras-chave: característica física, espaço intergranular
AGRICULTURAL PRODUCTS INTER-GRANULAR POROSITY
ABSTRACT
An agricultural product inter-granular porosity is understood as the random spaces which are
formed by the grouping of that product in a pre-certain volume. It’s a physics characteristic of
the material. The knowledge of that physical characteristic is important in several unitary
operations in the processes line of an Agro-industry. Among other processes, it can be
mentioned the drying and the aeration of grains and the cooling and the freezing of fruits.
Thus, before its importance, the objective of the present work is to describe the inter-granular
porosity that happens in the agricultural products which are necessary to the different
processes, it way to determine it and some simple equipments that can be made.
Keywords: physics characteristic, inter-granular space
INTRODUÇÃO
Os materiais biológicos têm
algumas características físicas que são
empregadas no desenvolvimento de
projetos de máquinas e equipamentos,
contudo torna-se necessário levar em conta
que um material biológico não tem a
uniformidade de produtos confeccionados e
moldados pela indústria química, mecânica
e ou elétrica, pois, até o momento, para
a Ciência Biológica, não foi possível de
produzir produtos com forma e tamanho
de determinada precisão, e esses fatos,
com certeza, levará muitos anos para
que isso possa acontecer, e se isso
algum dia for possível de acontecer,
serão para alguns casos isolados
Protocolo 41 2001 37 de 10/09/2001
1
Professor Dr. do Departamento de Engenharia Agrícola, UFPB, Av. Aprígio Veloso 882 CEP 58.109-970, Campina
2
Professora Dra. do Departamento de Engenharia Agrícola, UFPB, Av. Aprígio Veloso 882 CEP 58.109-970, Campina
80
Porosidade intergranular de produtos agrícolas
Essa imprecisão é causada por
inúmeros fatores que interferem no
processo produtivo de um material
biológico, dentre eles pode-se citar a
variedade dos produtos (sementes), sua
posição e forma de crescimento na planta
mãe, a variabilidade do clima, a fertilidade
do solo e as práticas agrícolas empregadas.
Essas variações tornam o estudo das
características físicas dos materiais
biológicos difíceis de serem consideradas
com determina-das padronagens.
No entanto, é necessário considerar
que é possível otimizar os processos de
Engenharia para empregá-los na produção
agrícola, sendo que esta otimização pode
se dar em níveis adequados, para que
sejam evitados os desperdícios dos
alimentos, possibilitando a formação e a
evolução de novos projetos de máquinas e
equipamentos.
Nesse
contexto,
o
conhecimento da porosidade intergranular
de um produto, entendido como uma das
suas características físicas, é de suma
importância, pois ela está inserida no
dimensionamento de várias estruturas
como silos, containeres,
caixas,
embalagens, unidades transportadoras,
além de estar contida dentro dos estudos da
transferência de calor e de transferência de
massa, nos processos hidrodinâmicos,
aerodinâmicos e termoelétricos, dentre
outros não citados.
Alguns pesquisadores têm trabalhado
na determinação da porosidade de produtos
agrícolas, como sementes, grãos e frutos, e
os métodos utilizados para esta
determinação, variam de pesquisador para
pesquisador.
Zinc citado por Thompson e Issacs
(1967) determinaram a porosidade em
grãos por meio de mercúrio, usando-o para
ocupar os espaços intergranulares,
contudo, percebeu-se que existiam fontes
de erros nessa medição, pois, devido à
densidade do mercúrio e de sua tensão
superficial, ocorria uma formação de
espaços não ocupados pelo liquido, o que
provocava erros de precisão nas medidas.
Rossi e Roa (1980) usaram água para
determinar a porosidade em grãos, já
Loperzen, citado por Cavalcanti Mata
Cavalcanti Mata & Duarte
(1984), utilizou o tolueno. Embora os
autores aleguem ter obtido a porosidade
intergranular com determinada precisão,
hoje se sabe que isso não corresponde à
realidade, pois, no primeiro caso, a água,
dependendo do teor de umidade do
produto, pode fazer uma diferença
significativa em produtos higroscópicos
como é o caso dos produtos biológicos.
Mesmo assim, a água utilizada como
líquido, para medir o volume dos espaços
intergranulares, não elimina as fontes de
erros descritas, quando se utilizou o
mercúrio, podendo, apenas, diminuir, no
entanto ocorrem outros possíveis erros
como a possibilidade de absorção de água
pelo produto.
Para evitar esta absorção de água é
que Loperzen utilizou o tolueno em suas
medições de porosidade intergranular, no
entanto, o uso deste líquido continuou não
evitando os outros erros já supracitados.
Como os líquidos não foram
considerados satisfatórios para medir a
porosidade intergranular de produtos
agrícolas, alguns pesquisadores iniciaram
trabalhos, utilizando gases como veículo
de medição.
Assim, Gustafson e Hall (1972),
utilizaram um picnômetro de comparação
Hélio-ar conjugado com uma bomba a
vácuo, para determinar a porosidade do
milho, variedade Dekalb XL-66.
A porosidade foi obtida, utilizandose a seguinte fórmula:
P = 1- (u / ur )
(1)
em que
P = porosidade, decimal
u = massa especifica aparente (kg/m3 )
ur = massa especifica real (kg/m3 )
Mohsenin (1970) propôs, para
medição da porosidade intergranular, um
picnômetro de comparação a ar, e com
base em um equipamento similar, Almeida
et al. (1979) determinou a porosidade
intergranular de amêndoas de cacau em
fase final de fermentação.
Cavalcanti Mata e Fernandes Filho
(1984) desenvolveram um picnômetro de
comparação a ar com base no princípio
proposto por Mohsenin (1970), para
determinar a porosidade intergranular de
sementes de mamona e algaroba.
O picnômetro de comparação a ar
(Figura 1) era constituído de dois cilindros
semelhantes, medindo 200mm de altura
por 103 mm de diâmetro interno e 114 mm
de diâmetro externo. Para vedação desses
dois cilindros, foi construída uma peça,
composta de um grampo (10) fundido na
base inferior (3) e a base superior fundida
no fuso (11). Tanto a base superior, como a
base inferior contém uma camada de
borracha de 3mm de espessura para uma
perfeita vedação (5) e (6), respectivamente.
No cilindro 1, foram incorporados um
manômetro (13) de 1 kg/cm2 com precisão
de 0,1 kg/cm2 e uma válvula de admissão
de ar. Entre o cilindro 1 (1) e o cilindro 2
(2) existe um duto de comunicação de ar
que pode ser feito por meio da abertura da
válvula de conexão (8) que está colocada
na metade do duto de comunicação (cobre)
de 5mm de diâmetro (9) soldado na base
superior.
81
A vista frontal e superior do
picnômetro de comparação a ar encontra-se
na Figura 2, que também contém um
compressor de ar necessário ao seu
funcionamento.
O compressor é acionado por meio
de uma mangueira plástica que está
acoplada a uma válvula de admissão de ar,
semelhante a de um automóvel, onde o ar é
injetado no interior do cilindro 1, até a
pressão desejada.
Figura 2 - Vista frontal e superior do
picnômetro de comparação a ar
Funcionamento
comparação a ar
Figura 1 - Picnômetro de comparação a ar
desenvolvido pelo Núcleo de Tecnologia
em Armazenagem da Universidade Federal
da Paraíba.
do
picnômetro
de
Para determinação da porosidade,
preenche-se o cilindro 2, com grãos e
retira-se o excesso com uma régua,
conforme Figura 3. Depois, recoloca-se o
cilindro no seu local de origem e rosqueiase o manípulo (12) com a válvula (8)
fechada.
82
Como a massa de ar (m) existente no
primeiro cilindro, antes da abertura da
válvula, é igual a soma das massas dos dois
cilindros após a abertura da válvula, ou
seja
m = m1 + m2
(5)
tem-se:
P1.V1 P2 .V1 P2 .V2
=
+
R.T1 R.T2 R.T2
Figura 3 – Retirada do excesso de grãos
na superfície do cilindro
No cilindro 1, injeta-se ar por meio
do compressor até uma determinada
pressão inferior a capacidade do
manômetro. Nesse instante, ter-se-á no
cilindro 1
P1 .V1 = m.R.T
(2)
em que,
P1 = pressão no cilindro 1 (N.m-2)
V1 = volume de ar no cilindro 1 (m3)
m = massa de ar no cilindro 1 (kg)
R = constante especifica do gás (J.kg-1.K1
)
T = temperatura (K)
No instante seguinte, abre-se a
válvula de admissão de ar do cilindro 1
para o cilindro 2, que, por sua vez, estará
repleto de grãos e, nesse momento,
teremos no cilindro 1
P2 .V1 = m1.R.T1
(3)
E no cilindro 2:
P2 .V2 = m2.R.T2
em que,
(4)
P2 = pressão nos cilindros 2 (N.m-2)
m1 = massa de ar no cilindro 1 (kg)
R = constante especifica do gás (J.kg-1.K-1)
T2 = temperatura no cilindro 2 (K)
(6)
Se puder considerar que não existe
pressão, suficientemente, alta para haver
uma alteração de temperatura antes e
depois da abertura da válvula, tem-se então
que T1 = T2 e a formula pode ser reescrita
da seguinte forma:
P1.V1 P2 .V1 P2 .V2
(7)
=
+
R.T1 R.T1 R.T1
onde os termos R.T1 podem ser eliminados
e a formula ficaria:
V1  P1 - P2  = P2 .V2
(8)
V2 P1 - P2
=
V1
P2
(9)
em que V2/V1 é igual a porosidade
intergranular, portanto tem-se que:
P1 - P2
(10)
P2
em que  é a porosidade intergranular em
decimal.
=
Segundo Cavalcanti Mata (1987),
quando se quer uma precisão maior do
aparelho e é necessário elevar a pressão, de
modo a fazer com que exista uma elevação
de temperatura no cilindro, a fórmula pode,
então, ser reescrita, no entanto o aparelho
deve ser confeccionado, de modo a fazer
com que os cilindros sejam isolados,
termicamente, e exista, no interior de cada
cilindro, um termopar, conforme a Figura
4.
Isolamento
térmico
Figura 4 – Picnômetro de comparação a ar
levando-se em consideração a alteração das
temperaturas no interior dos cilindros
Neste caso, a Equação 6 deve ser
utilizada, mas a consideração posterior
deixa de ser válida, podendo-se eliminar
apenas a constante do gás (R), e a equação
se tornaria:
P1.V1 P2 .V1 P2 .V2
=
+
T1
T2
T2
(11)
83
características físicas, constataram que a
porosidade intergranular do produto
decresce linearmente com o aumento do
teor de umidade. Este fato, também, foi
observado por Chung e Converse (1971),
ao estudar a porosidade intergranular de
grãos de milho e trigo e por Almeida et al.
(1979) ao estudar a porosidade em
amêndoas de cacau para teores de umidade
entre 0,8% e 105,4% base seca.
Embora vários pesquisadores tenham
relatado esta ocorrência, ou seja, a dependência decrescente da porosidade com o
aumento do teor de umidade, Cavalcanti
Mata et al. (1990), verificaram que este
fato pode não ser verídico, dependendo de
como os fatos são interpretados e da
maneira de como ocorre a determinação da
porosidade.
Os autores em primeiro lugar
simularam
a
ocorrência
de
um
umedecimento dos grãos no interior de um
silo. Para tanto, confeccionaram um outro
cilindro (cilindro2) semelhante ao cilindro
1 e injetaram ar úmido no cilindro 2 para
umedecimento dos grãos de milho,
conforme mostrado na Figura 5.
Cilindro 2
Reordenado a equação, ficaria:
água
P2 .V2 P1.V1 P2 .V1


T2
T1
T2
P P 
P2 .V2
 V1.  1  2 
T2
 T1 T2 
V2 T2  P1 P2 
 .  
V1 P2  T1 T2 
V2 T2  P1.T2  P2 .T1 
 .

V1 P2 
T1.T2

(12)
(13)
(14)
(15)
Finalmente a porosidade intergranular pode ser dada pela seguinte
expressão:
 P .T  P .T 
  1 2 2 1
(16)
P2 .T1


Wartten et al. (1969) estudando o
efeito do teor de umidade dos grãos de
arroz médios e longos sobre suas
Figura 5 – Simulação do umedecimento
dos grãos no interior de um silo
84
O umedecimento da massa de grãos
foi acompanhado mediante pesagens
sucessivas, realizadas em uma balança de
precisão de 0,01g, onde o aumento do teor
de umidade correspondia ao ganho de
massa do produto. Quando o produto
atingia o teor de umidade desejado, a
porosidade intergranular era determinada,
seguindo-se a metodologia já descrita
anteriormente e, utilizando-se a Equação
10.
Os pesquisadores observaram que a
porosidade diminuía à medida que se
aumentava o teor de umidade.
A
Esse episódio pode ser explicado
pelo fato de o material estar limitado ao
volume do cilindro e seu umedecimento,
ou seja, a expansão do volume unigranular
só pode ocorrer para o interior do
recipiente, ocupando, então, os espaços
intergranulares. A Figura 6 ilustra esta
explicação, contudo há de se considerar a
expansão dos grãos na parte superior do
silo, no entanto, neste estudo, foi
considerado desprezível, quando se analisa
um silo de tamanho real.
B
Porosidade intergranular de
um produto seco
Porosidade intergranular de
um produto umedecido no
interior de um silo
Figura 6 – Porosidade intergranular de um produto seco (A) e de um produto úmido no
interior de um silo
Os pesquisadores fizeram o mesmo
processo de umedecimento, no entanto,
retiraram os grãos do cilindro que simulava o
silo, e colocaram-no em um recipiente para que
fosse escoado o produto para o interior do
cilindro 2, Figura 7. Neste caso, os
pesquisadores observaram que a porosidade
aumentava com o aumento do teor de umidade.
Esta ocorrência foi verificada por Prado
et al. (1979) estudando a porosidade das
amêndoas de cacau durante o processo de
secagem a 60 e 80 °C em camada fina, sendo
que os autores obtiveram uma relação potencial
crescente entre porosidade e teor de umidade.
Este
acontecimento
também
foi
observado por Cavalcanti Mata e Fernandes
Filho (1984) quando determinaram a
porosidade intergranular de mamona e algaroba
com teores de umidade entre 2,9 a 10,5 e de 7,1
a 13 % base úmida, respectivamente.
85
Utilizou-se o picnômetro de comparação
a ar, depois de se injetar uma pressão P1 no
cilindro 1 e antes da abertura da válvula, temse:
depois de
uma hora
secador
porosidade
Figura 8 – Cilindro telado justaposto ao
cilindro 2 para determinação da porosidade
durante o processo de secagem de feijão
macassar
Figura 7 - Grãos úmidos escoando de um
recipiente para o interior do cilindro 2
Cavalcanti Mata e Duarte (2001),
estudando a variação da porosidade do feijão
macassar, durante o processo de secagem, para
uma camada de 20 cm observaram que esta
camada diminuía, acentuadamente, e tornava-se
difícil medir a variação da porosidade desse
produto.
Diante
deste
obstáculo,
os
pesquisadores desenvolveram uma fórmula para
determinar a porosidade dos grãos de feijão
macassar que levasse em consideração a
contração volumétrica do produto. O
picnômetro utilizado é o mesmo da Figura 2,
somente que antes da secagem, o feijão foi
introduzido em uma tela metálica fina de
0,3mm de espessura com 90% da área
perfurada, que permitia moldar o volume do
cilindro 2 do picnômetro, Figura 8.
O cilindro telado era levado ao secador a
temperatura de 40 °C e 35% de umidade
relativa do ar, e a porosidade intergranular do
feijão macassar era determinada em intervalos
de 60 minutos.
Para este caso a determinação da
porosidade intergranular do feijão macassar, foi
feita da seguinte forma:
P1 .V1 = m1.R.T1
(17)
em que,
P1 = pressão no cilindro 1 (N.m-2)
R = constante especifica do gás (J.kg-1.oC-1)
T1 = temperatura (oC)
Depois da abertura da válvula parte da
massa (m1) se divide e ocupa o cilindro 2. Desta
forma no cilindro 1 tem-se:
P2 .V1 = m2.R.T2
(18)
e no cilindro 2, conforme Figura 9, tem-se:
P2 .V3 = m3.R.T3
(19)
P2 .V4 = m4.R.T4
(20)
Considerando que a temperatura não
varia, então:
86
T1 = T2 = T3 = T4
(21)
Considerando-se ainda que as massas m1,
m2, m3 e m4, derivadas das equações 17 a 20,
são:
P1 .V1 P2 .V1 P2 .V3 P2 .V4



R.T1
R.T1
R.T1
R.T1
(27)
P1 .V1  P2 .V1  P2 .V3  P2 .V4
(28)
Considerando
que
a
porosidade
intergranular no caso do cilindro não estar cheio
é:

V4
V1 - V3
(29)
P2 .V4  P1 .V1 - P2 .V1  P2 .V3
(30)
P2 .V4  V1 (P1 - P2 )  P2 .V3
(31)
Dividindo tudo por P2 tem-se:
V4 
V1 (P1 - P2 )
 V3
P2
(32)
Dividindo-se tudo por (V1 - V3 )
V3
V4
V1  P1 - P2 

 

(33)
V1  V3 V1  V3  P2  V1  V3
Figura 9 – Medição da porosidade
intergranular de um produto agrícola, em um
picnômetro de comparação a ar, quando existe
contração volumétrica do material durante
algum processo
Portanto a porosidade é dada pela
seguinte equação:
 P - P  V1
V3
   1 2 

V1  V3
 P2  V1  V3
(34)
sendo o volume calculado por:
P .V
m1  1 1
R.T1
(22)
m2 
P2 .V1
R.T2
(23)
m3 
P2 .V3
R.T3
(24)
m4 
P2 .V4
R.T4
(25)
(26)
Substituindo-se as equações 22 a 25 em
26, tem-se:
π.(103) 2
.h 3
4
(35)
Fatores que interferem na porosidade intergranular
A porosidade intergranular de produtos
agrícolas pode depender de muitos outros
fatores, entre os quais pode-se citar:


e que a massa de ar é conservada pode-se
escrever:
m1 = m2 + m3 + m4
V3 





Forma e tamanho do produto;
Desuniformidade
dos
produtos
(tamanhos grandes misturados com
pequenos);
Impurezas;
Percentual de grãos danificados;
Teor de umidade (agregação entre os
grãos);
Altura de queda dos grãos;
Arranjo das partículas no escoamento;


Compactação
consolidada);
Acomodação
vibração
do
das
material
partículas
(carga
por
87
de porosidade intergranular de produtos
considerados de tamanhos grandes como a
laranja, melões abacaxi, tomates e outros
produtos, bastando neste caso redimensionar os
tamanhos dos cilindros e de suas bases.
Forma e tamanho do produto
Desuniformidade dos produtos
Tanto a forma, quanto o tamanho dos
produtos agrícolas influem na formação dos
espaços intergranulares. No caso da forma,
sabe-se, por experiências realizadas, que um
produto mais arredondado como grãos de soja
formam maiores espaços intergranulares que
grãos de feijão que têm a forma de um elipsóide
e este, por sua vez, tem maior porosidade que
grãos de forma elipsoidal mais alongada, como
é o caso do trigo ou do arroz.
O tamanho também faz com que espaços
diferentes sejam formados. Se compararmos
produtos de formatos semelhantes como a soja
e a laranja, observa-se que a soja tem uma
porosidade de 37% aproximadamente, e a
laranja de 45%. Assim, para determinar a
porosidade de certos produtos, elaboram-se
tamanhos diferentes de picnômetros de
comparação ar. Na Figura 10, ilustra-se um
picnômetro para medição de sementes de
tamanho pequeno onde o volume do cilindro é
de aproximadamente 420 cm3, sendo o
manômetro feito de uma coluna de mercúrio
para medição das pressões.
Sabe-se que todo material biológico não
tem uma uniformidade, mesmo porque, dentro
de uma vagem, os grãos ou sementes que ficam
no final da vagem são menores e de
conformação diferente. Este fato, também,
ocorre com produtos como milho, que não são
provenientes de vagens, mas de espigas, onde
se observa que, na ponta da espiga, existem
grânulos de tamanhos diferentes da região
central, que, por sua vez, são diferentes de
grãos da outra extremidade. Normalmente, as
uniformidades dos produtos agrícolas são
provenientes de um pré-processamento, onde o
produto é submetido a máquinas que
selecionam o produto por tamanho, passando
por peneiras de diferentes malhas. Este
processo permite obter produtos com
determinada uniformidade.
Na Figura 11, abaixo, é ilustrada uma
máquina de seleção de sementes onde se
observam as diferentes peneiras por onde as
sementes passam e são selecionadas, bem como
a eliminação das impurezas.
Figura 11 - Esquema de uma máquina de
seleção de sementes ar-peneira
Figura 10 – Picnômetro de comparação a ar
para medição da porosidade intergranular de um
produto agrícola de pequeno tamanho
Picnômetros semelhantes aos das Figuras
1 e 2, podem ser confeccionados para medições
Na Figura 11 o item “a” é o sistema de
alimentação por onde as sementes caem na
máquina e o item “b”, que corresponde a um
ventilador de sucção, elimina as impurezas
leves que vêm junto com as sementes, podendo
ser depositadas no recipiente “c”.
As sementes boas e as impurezas passam
pela primeira peneira “d” e as impurezas
88
graúdas ficam retidas nessa peneira de onde são
deslocadas para a unidade de descarga “e”. As
sementes boas por sua vez não ultrapassam o
crivo da segunda peneira “f”, porém as
impurezas miúdas atravessam essa segunda
peneira “h” ficando retidas na terceira peneira e
sendo conduzidas a um sistema de descarrega
“i”. O ventilador de ar inferior “j” elimina as
impurezas em suspensão “l”, sendo que em “m”
existe a descarga das sementes limpas.
A ABNT, Associação Brasileira de
Normas Técnicas, padronizou a malha de uma
serie de peneiras para cada tipo de grão com a
finalidade de classificar e dar uniformidade aos
diversos produtos agrícolas.
Na Figura 12, ilustra-se a forma das
peneiras onde se pode verificar que o produto é
selecionado em função de uma de suas
dimensões.
Desta forma, ficou possível estabelecer a
porosidade de determinados produtos agrícolas,
levando-se em conta suas características físicas,
pois dizer que um produto agrícola tem
determinada porosidade e determinada massa
especifica, não diz muita coisa se não se
mencionar as suas outras características físicas.
pertencendo à mesma variedade, encontram-se
na forma de fragmentos.
Na Figura 13, visualizam-se as impurezas
encontradas no interior de um produto agrícola,
onde se pode observar que as impurezas
ocupam os espaços intergranulares e,
conseqüentemente, diminuem a porosidade do
produto agrícola.
A existência de impurezas em uma massa
de produtos agrícolas é danosa à sua
conservação, pois de uma maneira geral, é um
meio contaminante e quase sempre tem um teor
mais elevado que o produto a ser preservado, o
que ocasiona um aumento do teor de umidade
ao longo do tempo de armazenamento,
provocando sua deterioração.
Figura 13 – Impurezas no interior de um
produto agrícolas.
Percentual de grãos danificados
Figura 12 - Peneiras para selecionar um
produto agrícola em função de uma de suas
dimensões
Impurezas
As impurezas são materiais encontrados
nos produtos agrícolas que não pertencem à
mesma variedade, ou mesmo, quando
Da mesma forma que os grãos ou
sementes,
que,
quando
fragmentados,
constituem impurezas e alteram a porosidade
de um produto agrícola, os grãos ou sementes,
apenas, levemente danificados, também alteram
a porosidade do produto. Esses grãos são
provenientes das falhas decorrentes do processo
de seleção de um material que, normalmente,
passa pelos diversos crivos do processo de
seleção, no entanto, ainda serão elementos a
serem eliminados em processos mais
sofisticados de qualidade do produto como
sensores ópticos ou células fotoelétricas.
A não eliminação desses produtos
danificados provoca alterações na porosidade
do material e das outras características físicas.
Teor de umidade (agregação entre os grãos)
O teor de umidade do material é um
outro fator que determina a variação de
porosidade de um produto agrícola, pois um
produto mais úmido terá uma tensão superficial
maior que a de um produto mais seco.
Quando o produto está mais seco e a
tensão superficial é menor, existe entre os grãos
uma superfície com um grau maior de
deslizamento, e este ocupa melhor os espaços
vazios, no entanto, quando o produto está mais
úmido, a tensão superficial é maior, e, neste
caso, ocorre o contrário, ou seja, os espaços
vazios aumentam.
Altura de queda dos grãos
Em
determinadas
operações
de
armazena-gem, é possível perceber como a
altura de queda dos grãos pode afetar a
porosidade de uma massa granular. Ao se
considerar como exemplo o carregamento de
um silo de 3 metros de altura e um outro de 15
metros de altura, observar-se-á que, embora o
produto seja o mesmo, irão existir dois valores
não proporcionais para o silo completo,
principalmente, se o silo for alimentado pela
parte superior, conforme mostra a Figura 14.
89
Arranjo das partículas no escoamento
Durante o processo de escoamento e
acomodação de um produto granular, dentro de
um recipiente qualquer, que pode ser um silo,
uma caixa ou um saco plástico, este pode se
arranjar de diferentes formas e este processo
não depende da vontade do operador. Contudo,
a forma de como um mesmo produto pode se
arranjar em um determinado espaço pode
provocar porosidades intergranulares diferentes.
As formas irregulares e formas diferentes
de uma esfera perfeita contribuem para que este
fato ocorra com maior intensidade. Na Figura
15, encontra-se um exemplo de como um
mesmo volume de grãos de feijão pode estar
arranjado diferentemente, provocando espaços
intergranu-lares desiguais.
Figura 15 – Arranjos do feijão que provocam
espaços intergranulares diferentes
Compactação
consolidada);
Figura 14 – Impacto da altura na formação da
porosidade intergranular
Neste exemplo, o silo de 3 metros sofrerá
uma altura de queda menor e o produto se
acomodará de uma determinada forma. Já no
silo de 15 metros de altura, a força da queda
tenderá a causar um maior impacto que deverá
acomodar melhor os grãos que estão abaixo da
zona de descarga.
Embora, às vezes, isso pareça uma
vantagem, existe a possibilidade de os grãos se
danificarem na queda. Neste caso, haveria uma
diminuição na porosidade intergranular do
produto, o que provocaria um aumento da
capacidade no interior do silo, no entanto
aumentaria a possibilidade de danos ao produto.
do
material
(carga
Outro fator que pode alterar a porosidade
intergranular em produtos agrícolas é a
compactação do material, quando uma grande
carga é exercida sobre ele, como é o caso de
silos muito elevados, onde os grãos que estão
na região próxima à sua base sofrem toda carga
dos que estão acima deles.
A consolidação dos grãos pode se dar em
função do tempo, pois em um silo cheio, se
verifica, depois de algumas horas, uma pequena
alteração de sua altura de preenchimento, e esta
corresponde a consolidação de carga.
Torna-se necessário elucidar que este fato
só ocorre para silos elevados, os silos em nível
de fazenda com alturas de 3 a 4 metros,
dificilmente pode-se perceber este fato.
Acomodação das partículas por vibração
Durante o processamento em unidades
armazenadores, existem muitas máquinas
operatrizes e elevadores que transferem ao silo
pequenas vibrações que podem resultar numa
acomodação da camada granular. Neste caso, a
90
vibração provocaria uma diminuição dos
espaços intergranulares, favorecendo o aumento
da capacidade estática dos silos.
Se por um lado é bom, pois aumenta a
capacidade estática do silo, por outro lado, ele
diminui os espaços para a passagem do ar,
ocasionando um aumentando da potência dos
ventiladores para o caso da necessidade de
haver aeração do produto.
Na Figura 16, ilustra-se essa acomodação
dos produtos agrícolas, quando existe vibração
e esta acomodação pode ser simulada por
equipamentos que permitem variar a
intensidade de vibração de um corpo repleto de
material biológico.
potência a ser utilizada na prática apresentará
limites. No sistema métrico a resistência
oferecida ao movimento de ar, isto é, a pressão
que deve ser desenvolvida pelo ventilador, é
dada em milímetros d’água. Este termo
significa a diferença entre as colunas de água de
dois tubos na forma de U, medidos em
milímetros, quando um dos tubos é conectado
na tubulação que leva ar para o plenum, que é a
câmara que está por baixo dos grãos, conforme
Figura 17.
Quando um ventilador é adquirido com o
propósito de secagem ou aeração, é essencial
que não somente a quantidade de ar por minuto
seja especificada, mas também a pressão
estática que o ventilador deve alcançar. Um
ventilador que não possui esses requisitos é,
indubitavelmente, a mais simples e mais
comum das causas pelas quais o sistema de
secagem não funciona devidamente.
Conexão
Grãos
Figura 16 – Rearranjo das partículas em função
de um sistema vibratório
Fluxo
de ar
Fundo falso do
silo-secador
Pressão estática
mm de água
Resistência à passagem de ar
Determinadas operações unitárias, como
é o caso da secagem e da aeração de produtos
agrícolas, exigem o conhecimento da
porosidade ou indiretamente do esforço
necessário para que um gás (ar) escoe pelo
espaço
intergranular,
provocando
a
transferência de energia e massa.
Nestes casos, a quantidade de ar a ser
utilizada depende do tipo de produto e de seu
teor de umidade, da profundidade da camada a
ser praticada, na operação unitária, da taxa de
transferência de massa e das condições do ar de
secagem.
Quanto mais rápido o ar é forçado a
passar através da massa, maior será a resistência
do movimento do ar.
Para conseguir uma determinada
velocidade do ar, a resistência ao movimento do
ar dependerá do tipo de produto e da umidade
desse produto colhido. Teoricamente, qualquer
taxa de fluxo de ar pode ser usada para qualquer
altura da camada de grãos; no entanto, a
Figura 17 - Sistema de medição da pressão
estática exercida por uma camada de grãos
Na Figura 18, são mostrados detalhes
particulares de como a resistência do ar varia
com a velocidade do ar para diferentes
produtos. Nota-se, por exemplo, que a
resistência oferecida por uma camada de trigo à
passagem do ar, numa velocidade específica, é
três vezes maior do que aquela oferecida para a
mesma camada de milho. Conseqüentemente,
se o mesmo ventilador e o mesmo motor forem
usados para a secagem de ambos os produtos,
considerando-se que a mesma velocidade do ar
deverá passar pelos grãos, a camada de trigo,
que deverá ser colocada no secador, será
próxima a um terço da camada de milho.
O cálculo da resistência que os grãos
oferecem à passagem do fluxo de ar, mostrado
na Figura 18, é dado pela seguinte equação:
P
a. Q 2

L
Ln (1  b. Q)
(36)
em que
P = pressão estática, Pa
L
= espessura da camada, m
a, b = constantes específicas para cada
produto
Q
= fluxo de ar, m3.s-1.m-2 de área do
secador
91
Na Tabela 1, estão os valores dos
coeficientes a e b para alguns produtos
agrícolas. Observe que os valores obtidos estão
em Pascal (Pa) e, na Figura 18, os valores estão
em mm de água. Para converter de Pascal para
mm de água, basta dividir o resultado por 9,8.
Para efeito prático, o resultado pode ser
dividido por 10.
Figura 18 - Resistência dos produtos ao fluxo de ar
Tabela 1 - Valores dos coeficientes a e b da equação de resistência dos grãos ao fluxo de ar
Produto
Arroz em casca
Amendoim
Milho debulhado
Milho debulhado (baixo fluxo)
Espiga de milho
Sorgo
Soja
Trigo
Trigo (baixo fluxo)
a
(Pa.s2.m-3)
2,57 x 104
3,80 x 103
2,07 x 104
2,07 x 104
1,04 x 104
2,12 x 104
1,02 x 104
2,70 x 104
8,41 x 103
b
(m2.s.m-3)
13,2
111,0
30,4
30,4
325,0
8,06
16,0
8,77
2,72
Intervalo de Q
(m3.s-1.m-2)
0,0056 - 0,152
0,030 - 0,304
0,0056 -0,304
0,00025 -0,0203
0,051 - 0,353
0,0056 - 0,203
0,0056 - 0,304
0,0056 - 0,203
0,00025 -0,0203
Fonte: ASAE - Standards (1993).
Se quisermos saber por meio da equação,
qual a resistência do milho debulhado para um
fluxo de ar de 0,3 m3.s-1.m-2 e uma espessura da
camada de secagem de 0,5 metros, faz-se o
seguinte cálculo:
92
P
2 ,07x104 .( 0,3) 2
= 805 Pa/metro de

0,5 Ln(1  30,4.( 0,3))
profundidade da massa de milho
Portanto, para uma camada de grãos de
0,5m ter-se-á:
P = 0,5.(805) = 402,5 Pa ou 40,25 mm de H2O
Os valores da Figura 13 são para o
produto sem compactação, limpo e seco. Para o
produto limpo, sem compactação e com alto
teor de umidade, usa-se 80% da pressão estática
encontrada.
No caso de se usar essa Tabela 1 para
determinar a resistência dos grãos ao fluxo de ar
para um silo, há que se levar em consideração o
fator compactação; nesse procedimento, os
grãos podem oferecer uma resistência 50%
maior do que a determinada. Outro fator a ser
considerado é a limpeza do produto, pois, se
este contiver impurezas menores que o tamanho
do produto, estas se localizarão nos espaços
intergranulares, oferecendo uma resistência
adicional à passagem do fluxo de ar pelos
grãos. Até o momento, não existem trabalhos
que possam recomendar um valor adicional em
função do percentual de impurezas, pois essas
partículas, quando incorporadas ao produto,
apresentam tamanhos variáveis, não existindo
uma freqüência dessa incidência.
CONCLUSÕES
Diante do relatado neste trabalho podese dizer que:



Existem métodos de determinação da
porosidade seguros e outros com
determinada margem de erro;
A porosidade intergranular de produtos
agricolas varia com uma serie de
fatores e que alguns desses fatores não
são controláveis;
A porosidade é o principal fator que
define a resistência à passagem do ar no
processo de secagem e aeração de
produtos agrícolas;
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armazenagem. Revista Nordestina de
Arma-zenagem, Campina Grande-PB. a.
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Cavalcanti Mata, M.E.R.M.; Duarte, M.E.M.
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Transactions of the ASAE, St. Joseph,
Michigan, v. 12, n. 6, p. 801-803, 1969.
94
UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
COORDENAÇÃO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AGRÍCOLA
Centro de
Ciências
e Tecnologia
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AGRÍCOLA
CAMPINA GRANDE – PB
MESTRADO
Reconhecido pela CAPES – Conceito 5
ÁREAS DE CONCENTRAÇÃO
IRRIGAÇÃO E DRENAGEM
Linhas de Pesquisa

Manejo de Solo, Água, Planta

Salinidade

Engenharia de Irrigação e Drenagem

Sensoriamento Remoto

Planejamento de Áreas Irrigadas
PROCESSAMENTO E ARMAZENAMENTO DE PRODUTOS AGRÍCOLAS
Linhas de Pesquisa

Armazenagem de Produtos Agrícolas

Processamento de Produtos Agrícolas

Crioconservação de Produtos Agrícolas

Propriedades Físicas de Materiais Biológicos

Tecnologia Pós-Colheita
CONSTRUÇÕES RURAIS E AMBIÊNCIA
Linhas de Pesquisa

Construções de Silos

Materiais Convencionais e Não-convencionais em Construções Rurais

Madeira e Estrutura de Madeira

Conforto Térmico de Instalações para Animais e Vegetais
INSCRIÇÕES
Documentos exigidos:

Formulário de inscrição fornecido pela COPEAG, acompanhado de 2 fotos 3x4

Currículum Vitae, com cópia dos documentos comprobatórios

Cópia autenticada do diploma de graduação ou documento equivalente

Histórico escolar da graduação

Documento militar, cédula de identidade e título de eleitor

2 cartas de recomendação (modelo fornecido pela COPEAG)

Declaração da IES de origem, atestando a inclusão do candidato no Programa Institucional de Capacitação
Docente e Técnico (PICDT-CAPES), se for o caso

Declaração da empresa ou órgão público de origem, atestando a liberação do candidato por tempo integral,
com ou sem recebimento de remuneração, se for o caso
Períodos de Inscrição:
 Maio para início do Curso em Setembro
 Setembro para início do Curso em Março
Endereço:
COPEAG – Coordenação de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola
Av. Aprígio Veloso, 882, Bloco CM, 1o. Andar, C.P. 10087, Bodocongó
CEP 58.109-970, Campina Grande, PB
Fone: (0xx83) 310.1055, Fax: (0xx83) 310.1185
http://www.deag.ufpb.br/~copeag, Email: [email protected]
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.4, n.1, p.94, 2002
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NORMAS DE PUBLICACIÓN
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da Revista em disquete e 2 vias impressas, ou
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Artigos Científicos: deverão ter a seguinte
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Palavras-chave, Título em inglês, Abstract,
Key words, Introdução, Materiais e Métodos,
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e
Discussão,
Conclusões,
Agradecimentos (facultativo) e Referências
Bibliográficas.
Artigos Técnicos: Devem ser redigidos em
linguagem técnica de fácil compreensão, sobre
assuntos de interesse da comunidade que
demonstrem uma contribuição significativa
sobre o assunto. Os artigos devem conter:
Titulo, Autor(es), Resumo, Palavras-chave,
Título em inglês, Abstract, Key words,
Introdução, Descrição do Assunto, Conclusões
e Referências Bibliográficas.
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fonte Times New Roman, tamanho 11, exceto
para as notas de rodapé e título, que deverão
apresentar tamanho 8 e 12, respectivamente. O
formato do texto deverá ter a seguinte
disposição - tamanho carta, orientação de
retrato disposto em duas colunas, margens
superior e inferior, direita e esquerda de 2,5
cm, numeradas, espaço simples e no máximo
de 20 laudas.
Todos os itens deverão estar em letra
maiúscula, negrito, itálico e centralizados,
exceto as Palavras-chave e Keywords e
Subítens que deverão ser alinhados a esquerda
em letras minúsculas e com a primeira letra em
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se fará constar a sua função, titulação,
instituição, endereço postal e eletrônico (email), telefone e fax. O texto deverá ser
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Figuras Tabelas e Fotos - Deverão ser
inseridas logo abaixo do parágrafo onde foram
citadas pela primeira vez. Nas legendas, as
palavras Figura, Tabela e Foto devem estar em
negrito e ter a letra inicial maiúscula e seu
enunciado deverá ser alinhado à esquerda
abaixo da primeira letra após a palavra Figura.
As grandezas devem ser expressas no Sistema
internacional.
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 quando a citação possuir apenas um autor:
...Almeida (1997), ou ...(Almeida, 1997);
 quando a citação possuir dois autores:
.... Almeida & Gouveia (1997), ou ....(Almeida
& Gouveia, 1997);
 quando a citação possuir mais de dois
autores:
....Almeida et al. (1997).... ou (Almeida et al.,
1997).
A referência deverá conter os nomes de todos
os autores.
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de la Revista en disquete y 2 vías impresas, o
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Artículos Científicos: deberán tener la
siguiente secuencia: Titulo, Autor(es),
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Abstract, Keywords, Introducción, Materiales
y Métodos, Resultados y Discusión,
Conclusiones, Agradecimientos (facultativo) y
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Artículos Técnicos: Deben ser escritos en
lenguaje técnica de fácil comprensión, en
asuntos de interés de la comunidad que
demuestren una contribución significativa en el
asunto. Los artículos deben contener: Titulo,
Autor(es), Resumen, Palabras-claves, Titulo en
inglés, Abstract, Keywords, Introducción,
Materiales y Métodos, Resultados y Discusión,
Conclusiones, Agradecimientos (facultativo) y
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para la notas de rodapié y titulo, que deberán
tener tamaño 8 y 12 respectivamente. El
formato del texto deberá tener la siguiente
disposición – Tamaño carta, orientación de
retrato en dos columnas, márgenes suprior y
inferior, derecha y izquierda de 2,5 cm,
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mayúscula, negrito, itálico y centralizadas,
excepto las Palabras-claves, Keywords y subítems que deberán ser alineadas por la
izquierda en letras minúsculas y con la primera
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autores deben estar dos espacios simples abajo
del Título, escrito por extenso y en negrito,
separados por vírgula. Los nombres de los
autores serán enumerados con algaritmo árabe
que tendrán a cada numero una llamada de
rodapié donde se hará constar la función,
titulación, institución, dirección postal y
electrónica (e-mail), teléfono y fax. El texto
deberá ser alineado por los dos lados y con la
tabulación de 1 cm para el inicio de cada
parágrafo.
Figuras, Tablas y Fotos – deberán ser
colocadas luego abajo del parágrafo donde
fuera citada pela primera vez. En las legendas,
las palabras Figuras, Tabla y Foto deben estar
en negrito y tener la letra inicial mayúscula y
en su enunciado deberá ser alineada por la
izquierda con la primera letra después de la
palabra Figura. Las unidades deben ser
expresas en el sistema internacional
Ejemplos de citaciones bibliográficas
 cuando la citación tiene un solo autor:
...Almeida (1997), o ...(Almeida, 1997);
 cuando la citación tiene dos autores:
.... Almeida & Gouveia (1997), o ....(Almeida
& Gouveia, 1997);
 cuando la citación tiene mas de dos autores:
....Almeida et al. (1997).... o (Almeida et al.,
1997).
Las referencias deberán contener los nombres
de todos los autores.
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Scientific articles: they should have the
following sequence: Title, Author (s’),
Abstract, Keywords, Title, Abstract and Key
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and Methods, Results and Discussion,
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and Bibliographic References.
Technical articles: They should be written in
technical language of easy understanding, on
subjects of the community's interest that
demonstrate a significant contribution on the
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Author (s’), Abstract, Keyword, Title in
Portuguese, Abstract, Key words, Introduction,
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12, respectively. The format of the text should
have the following disposition - size letter,
orientation of arranged picture in two
columns, margins superior and inferior, right
and left of 2,5 cm, numbered, simple space
and up to a maximum of 20 pages.
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type, italic and centralized, except for
Keywords and sub-items that should be
aligned to the left in lower letter and with the
first letter in capital letter. The authors' name
should be two simple spaces below the title,
written for complete name and in boldface,
separated by comma. The authors' names will
be numbered with Arabic ciphers that they will
have to each number a baseboard call where it
will make to consist its function, title,
institution, postal and electronic address (email), telephone and fax. The text should be
aligned in the two sides and with the tabulation
of 1cm to the beginning each paragraph.
Figures, Tables and Photos - they should be
inserted soon below the paragraph where they
were mentioned for the first time. In the
legend, the words illustration, Controls and
Photo should be in boldface and have the
initial letter capital one and its statement
should be aligned to the left below the first
letter after the word it represents. The units
should be expressed in the international
system.
Examples of bibliographical citations
 when the citation just possesses an author:
....Almeida (1997), or ....(Almeida, 1997);
 when the citation possesses two authors:
.... Almeida & Gouveia (1997), or ....(Almeida
& Gouveia, 1997);
 when the citation possesses more than two
authors:
....Almeida et al. (1997).... or (Almeida et al.,
1997).
The reference should contain all the authors'
names.
Exemplos de referências bibliográficas:
Ejemplos de referencias bibliográficas:
Example of the bibliographic references:
As referências bibliográficas deverão estar Las referencias bibliográficas deben ir en orden The list of bibliographic references must be in
dispostas, em ordem alfabética, pelo sobrenome alfabética considerando el apellido del primer alphabetic order according to surname of first
do primeiro autor.
autor.
author.
a) Livro
Martins, J.H.; Cavalcanti Mata, M.E.R.M.
Introdução a teoria e simulação
matemática de secagem de grãos. 1.ed.
Campina Grande : Núcleo de Tecnologia em
Armazenagem, 1984. 101p.
b)Capítulo de Livros
Almeida, F. de A.C.; Matos, V.P.; Castro, J.
de; Dutra, A.S. Avaliação da quantidade e
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In: Almeida, F. de A.C.; Cavalcanti Mata,
M.E.R.M. (ed.). Armazenamento de grãos
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Campina Grande: UFPB/SBEA, 1997. cap.
3, p.133-188.
c) Revistas
Cavalcanti Mata, M.E.R.M.; Braga, M.E.D.;
Figueiredo, R.M.F.; Queiroz, A.J. de M.
Perda da qualidade fisiológica de sementes
de arroz (Oryza sativa L.) armazenadas sob
condições controladas. Revista Brasileira de
Armazenamento. Univ. Federal de Viçosa,
Viçosa-MG. v.24, n.1, p.10-25, 1999.
d) Dissertações e teses
Queiroz,
A.J.
de
M.
Estudo
do
comportamento reológico dos sucos de
abacaxi
e
manga.
Campinas:
UNICAMP/FEA, 1998. 170p. (Tese de
Doutorado).
e) Trabalhos apresentados em Congressos
(Anais, Resumos, Proceedings, Disquetes,
CD Roms)
Figueirêdo, R.M.F. de; Martucci, E.T.
Influência da viscosidade das suspensões na
morfologia do particulado de suco de acerola
microencapsulado. In: Congresso Brasileiro
de Sistemas Particulados, 25, 1998, São
Carlos, Anais... São Carlos: UFSC, 1998.
v.2, p.729-733. ou (CD Rom).
No caso de disquetes ou CD Rom, o título da
publicação continuará sendo Anais, Resumos ou
Proceedings, mas o número de páginas será
substituído pelas palavras Disquete ou CD Rom.
f) WWW (World Wide Web) e FTP (File
Transfer Protocol)
BURKA, L.P. A hipertext history of multi-user
dimensions; MUD history. htpp://entmuseum9.ucr.edu/ENT133/ebeling/ebeling7.ht
m1#sitophilusgranarius).10 Nov. 1997.
a) Libro
Cox, P.M. Ultracongelación de alimentos.
1.ed. Zaragoza : Editorial Acribia, 1987.
459p.
b)Capítulo de Libro
Moreno, F. Alteraciones fisicoquímicas en
alimentos durante su congelamiento y
subsecuente almacenaje. In: Parada, A.;
Valeri, J. (ed.). Biología de los alimentos a
baja temperatura. Armazenamento de
grãos e sementes nas propriedades rurais.
Caracas: UCV, 1997. cap. 2, p.218-237.
c) Revistas
Diniz, P.S.C.; Cavalcanti Mata, M.E.R.M.;
Braga, M.E.D. Determinación del contenido
de humedad máxima para crioconservación
de semillas recalcitrantes de maíz.
Ingeniería Rural y Mecanización Agraria
en el ámbito Latinoamericano. La Plata,
Argentina, v.1, p.373-377, 1998.
d) Disertaciones y Tesis
Zanetta, J. Transferência de calor em
congelación de alimentos. Valparaíso :
Universidad Católica de Valparaíso, 1984.
95p. (Tesis de Maestría).
e) Trabajos presentados en Congresos (Anales,
Resúmenes, Proceedings, Disquetes, CD
Roms)
Cavalcanti Mata, M.E.R.M; Braga, M.E.D.;
Figueirêdo. R.M.F; Queiroz, A.J.M.
Influencia de los daños mecánicos
superficiales en la germinación de semillas
de maíz en función de su grado de humedad
y de la velocidad de rotación de la
desgranadora mecánica. In: I Congreso
Ibero-Americano
de
Ingenieria
de
Alimentos, Anales... Valencia, España,
Tomo II, Capítulo III, p. 385-397, dez. 1996
o (CD Rom).
a) Book
Brooker, D.B.; Bakker-Arkema, F.W.; Hall,
C.W. Drying and storage of grains and
oilseeds. New York, The AVI Van Nostrand
Reinhold, 1992, 450p.
b) Chapter in a book
Schaetzel, D.E. Bulk storage of flour In:
Christensen C.M. (2aed.). Storage of cereal
grains and their products. St. Paul,
Minnesota : American Association of Cereal
Chemist, 1974. cap. 9, p.361-382.
c) Journals
Biswal, R.N., Bozokgmehk, K. Mass transfer in
mixed solute osmotic dehydration of apple
rings. Trans. of ASAE, v.35, n.1, p.257-265,
1992.
d) Dissertation and Thesis
Fortes,
M.
A
non-equilibrium
thermodynamics approach to transport
phenomena in capillary-porous media
with special reference to drying of grains
and foods. Purdue University, 1978, 226 p.
(Thesis Ph.D.).
e) Papers presented in congress (Annals,
Abstracts, Proceedings, Diskettes, CD
Roms))
Cavalcanti Mata, M.E.R.M.; Menegalli, F.C.
Bean seeds drying simulation. In: InterAmerican drying Conference, 1, 1997, Itu
Proceedings… Campinas-SP, Brazil :
UNICAMP, July, 1997. v. B, p.508-515. or
(CD Rom).
In case of diskettes or CD Rom, the title of the
publication still will be Annals, Abstract or
Proceedings, but the page number should be
substituted by words Diskettes or CD Rom.
h) WWW (World Wide Web) e FTP (File
Transfer Protocol)
dimensions; MUD history. htpp://entmuEn caso de disquetes o CD Rom, el título de la seum9.ucr.edu/ENT133/ebeling/ebeling7.htm1#
publicación
continuará
siendo
Anales, sitophilusgranarius).10 Nov. 1997.
Resúmenes o Proceedings, mas el número de las
páginas serán substituido por la palabra
Disquete o CD Rom.
g) WWW (World Wide Web) e FTP (File
Transfer Protocol)
dimensions; MUD history. htpp://entmuseum9.ucr.edu/ENT133/ebeling/ebeling7.ht
m1#sitophilusgranarius).10 Nov. 1997.
ENDEREÇO ADDRESS DIRECCIÔN
Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais
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CEP. 58109-970 - Campina Grande, PB, BRASIL
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LABORATÓRIO DE CRIOGENIA
O Laboratório de Criogenia da Área de Armazenamento e Processamento de Produtos Agrícolas
do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Campina Grande, desenvolve
trabalhos de ponta a ultrabaixas temperaturas de modo a atender o desenvolvimento tecnológico do
País. As pesquisas com criogenia concentram-se em:
 Crioconservação de sementes
 Sementes de espécies florestais
 Sementes de interesse econômico das regiões do País
 Sementes de plantas medicinais
 Sementes de espécies ameaçadas de extinção
 Congelamento a ultrabaixas temperaturas de alimentos
 Congelamento de carnes (bovinos, caprinos, suínos)
 Congelamento de moluscos e crustáceos
 Congelamento de pescados
 Esterilização de materiais biológicos
 Limites de termo-resistência de fungos e bactérias
 Sistemas de agregação de partículas de sujidade
Coordenação da Área de Armazenamento e Processamento de Produtos Agrícolas
Av. Aprígio Veloso, 882 - Caixa Postal 10.087 - Fones: (83) 2101-1288; 2101-1551 - Fax: (83) 2101-1185
E-mail: [email protected]
PROPRIEDADES FÍSICAS DE PRODUTOS AGRÍCOLAS (Physical properties of agricultural products)
Valéria S. Ribeiro, Marília C. Sobral, Marcello M. Ameida, Gabriel F. Silva.
ESTUDO COMPARATIVO DA CRIOARMAZENAGEM DE SEMENTE DE PAU-FERRO (Caesalpinia ferrea Mart.)
COM AS TéCNICAS CONVENCIONAIS DE ARMAZENAGEM (Comparative study of cryostorage of wood-iron seed
(Caesalpinia ferrea Mart.) with the conventional techniques of storage)
Sheila Nadjane Batista Lacerda, Mario Eduardo R. M. Cavalcanti Mata, Maria Elita D. Braga, Francisco de Assis Santos
e Silva
EQUILÍBRIO HIGROSCÓPICO E ATIVIDADE DE ÁGUA PARA OVO INTEGRAL PROCESSADO EM “SPRAY
DRYER” (Equilibrium moisture content and water activity for integral egg processed in "Spray Dryer")
Paulo Cesar Corrêa, Paulo Cesar Afonso Júnior, Paulo César Stringheta,Janayna Bhering Cardoso
QUALIDADE E VIDA ÚTIL PÓS-COLHEITA DO MELÃO 'GOLD MINE' PRODUZIDO NA ÉPOCA DAS CHUVAS
(Quality and shelf life of 'Gold Mine' melon cultivated in the rainfall growing season)
Janilson Kleber Menezes Mota, Josivan Barbosa Menezes, Glauber Henrique de Sousa Nunes, Railene Hérica Carlos Rocha
VIDA ÚTIL PÓS-COLHEITA DE MELANCIA SUBMETIDA A DIFERENTES TEMPERATURAS DE
ARMAZENAMENTO (Postharvest shelf-life of watermelon submitted to different storage temperatures)
Ana Luiza Xavier Carlos, Josivan Barbosa Menezes , Railene Hérica Carlos Rocha, Glauber Henrique de Sousa Nunes,
Geomar Galdino da Silva
COMPORTAMENTO REOLÓGICO DA POLPA DE CUPUAÇU (Theobroma grandiflorum Schum.) PENEIRADA
(Rheological behaviour of cupuaçu pulp (Theobroma grandiflorum Schum.) sieved)
Maria Fábia Pereira Cabral, Alexandre José de Melo Queiroz, Rossana Maria Feitosa de Figueirêdo.
MASS DIFFUSION INSIDE PROLATE SPHEROIDAL SOLIDS: AN ANALYTICAL SOLUTION (Difusão de massa no
interior de sólidos esferoidais prolatos: uma solução analítica)
Vital Araújo Barbosa de Oliveira, Antonio Gilson Barbosa de Lima
CONGELAMENTO DE CARNE A TEMPERATURAS CRIOGÊNICAS: ALTERAÇÕES DE ALGUMAS
CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS (Freezing of meat to cryogenic temperatures: Alterations of some physicalchemical characteristics)
Antonio Fernandes Monteiro Filho, Maria Elita Duarte Braga, Mário Eduardo Rangel Moreira Cavalcanti Mata
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