Construção e Avaliação de um Aparelho de Baixo Custo para a Determinação da Porosidade de Grãos

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1 Anais do VIII Seminário de Iniciação Científica e V Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS 10 a 12 de novembro de 2010 Construção e Avaliação de um Aparelho de Baixo Custo para a Determinação da Porosidade de Grãos Pâmella de Carvalho Melo, Poliana Tatiana da Silva Gratão, Jordana Moura Caetano, Leison Martins Teles. D.S. Ivano Alessandro Devilla Universidade Estadual de Goiás UnUCET Anápolis - Goiás pamellamelo91@hotmail.com polianagratao@yahoo.com.br jordanamcaetano@gmail.com devilla@gmail.com PALAVRAS-CHAVE: porosidade, propriedades físicas dos grãos, picnômetro. 1 INTRODUÇÃO O conhecimento das propriedades físicas dos produtos agrícolas, tais como a porosidade e a massa específica, é de fundamental importância para os estudos envolvendo transferência de calor e movimentação de ar em massas de produtos granulares (SILVA et. al., 2003). Visando produtos qualidade e a fim de minimizar os custos da produção, o conhecimento das propriedades físicas dos grãos são características relevantes para uma correta conservação e otimização em processos industriais e, também no dimensionamento e desenvolvimento de novos projetos e equipamentos para serem utilizados nas operações de pós-colheita (GONELI, 2008; NUNES, 2009). Sasseron (1980) definiu a porosidade de uma massa como a relação entre o volume de espaços vazios ocupados pelo ar nos espaços intergranulares e o volume total da massa de grãos. A porosidade pode ser determinada por métodos diretos,

2 volume de líquido acrescentado à massa de grãos, e por métodos indiretos, com o uso de picnômetro de comparação ar. MOHSENIN (1986) afirma que o picnômetro para as determinações de porosidade, ao contrário do método de complementação do volume, deve ser preferido, pois minimiza a incorporação de erros decorrente da tensão superficial do líquido utilizado. CORRÊA et al. (2001), comprovaram, utilizando um picnômetro de comparação a ar e feijão (variedade Carioquinha e Jalo) com teor de água de 13,6% b.s. que, com o aumento de impurezas finas, ocorre redução de porosidade da massa do produto, e com o aumento do nível de impurezas grossas, para ambas as variedades, há aumento da porosidade da massa do produto. Constaram, também, que os valores da porosidade da massa de grãos de feijão, diferiram entre as variedades analisadas (Carioquinha e Jalo). RIBEIRO et al. (2005), verificaram em seus estudos de secagem de soja, que a porosidade diminui linearmente de 44,7 para 41,1% com a redução do teor de água na faixa entre 0,31 a 0,15 b.s. Acima de 0,31 b.s. a porcentagem de espaços vazios entre os grãos permanece constante. A determinação e o conhecimento do comportamento das propriedades físicas dos grãos são os principais fatores que contribuem ao adequado desenvolvimento dos processos de separação, limpeza, secagem e armazenamento, que visam aperfeiçoar e desenvolver equipamentos para estes fins. Sabendo a importância dessas propriedades físicas, o presente trabalho visou construir e avaliar um determinador de porosidade de massa de grãos de comparação a ar, denominado picnômetro. Os resultados obtidos são de grande importância para o estudo envolvendo a movimentação de ar em massas granulares. 2 MATERIAL E MÉTODOS 2.1 Matéria prima Para realização deste trabalho foram utilizados grãos de girassol (Helianthus annuus L.), cultivar M734 com teor de água de 26,7 %b.s., grão de feijão (Phaseolus vulgaris L.) com teor de água de 14,6% b.s. e grãos de milho (Zea mays L.) com teor de água 12,2% b.s.

3 2.2 Determinação da Umidade Conforme sugerido por BRASIL (2009), os teores de água dos produtos foram determinados pelo método gravimétrico em estufa com ventilação forçada de ar, à temperatura de 105 ± 3 ºC por 24h, em três repetições. 2.3 Construção do picnômetro O picnômetro de baixo custo foi construído utilizando-se 1 metro de tubo de PVC 25mm, 3 registros metálicos de esfera de ¾, 5 adaptadores de registro de 25mm, 3 Tês soldáveis de 25mm, 1 manômetro de 7 kgf cm -2, 2 garrafas pet, 1 compressor de ar, além de silicone para fazer vedação do sistema, Figura 1. Figura 1. Esquema de montagem dos componentes do picnômetro de baixo custo. 1, 2 e 3. Válvula: registro de esfera que controlam a fluxo de ar; 4. Tubulação de PVC para transporte do ar; 5. Manômetro: indica a pressão no sistema; 6 Garrafa Pet: recipiente onde é adicionado o ar; 7. Garrafa Pet: recipiente onde é adicionada a amostra de ar. 2.4 Determinação do Volume da Garrafa Pet Para determinar o volume da garrafa pet, foi utilizada uma proveta de 1000 ml e outra de 250 ml e como líquido de complementação utilizou-se a água. Despejou-se a água contida na proveta de 1000 ml por duas vezes, totalizando 2000 ml e este foi graduado na garrafa. Visando maior precisão da leitura do volume da massa de grãos, com o auxílio da segunda proveta graduou-se na garrafa

4 volumes de 10 ml, até atingir volume de 2070 ml. 2.5 Determinação da Porosidade Utilizando o Picnômetro Utilizando-se um funil, colocou-se as amostras na garrafa pet, até atingir a marca de 2030 ml, já prevendo a compactação do produto no momento do rosqueamento da garrafa ao sistema. A altura de queda máxima dos grãos foi de 0,57 m. Abriu-se a válvula 1 e fechou-se a válvula 2. Forneceu-se ar ao sistema, observando o manômetro, até que a pressão medida estivesse na faixa de 1,0 à 1,5 kgf cm -2. Acima deste valor há risco de explosão do recipiente. Fechou-se a válvula 1 e esperou-se o sistema entrar em equilíbrio. Logo após, fez-se a leitura da pressão inicial P 1. Fechou-se a válvula 3, abriu-se a válvula 2 e esperou-se o sistema entrar em equilíbrio e fez-se a leitura P 2.Esse procedimento foi efetuado por cinco vezes. A porosidade, no picnômetro de baixo custo, foi estimada utilizando-se as leituras de pressão (P 1 e P 2 ) na equação 1. Em que, ξ - porosidade, decimal; P 1 e P 2 pressão, kgf cm Determinação da Massa Específica Aparente dos Grãos A garrafa pet, que continha os grãos, foi retirada do aparelho e pesada em uma balança de precisão 0,001 g para determinar a massa de grãos. A massa especifica aparente foi estimada utilizando-se a equação 2. O volume de grãos utilizado em todas as 5 repetições foi de 2030 ml. Em que, massa específica aparente ou granular do produto, kg m -3 ; m massa de produto, kg; V volume ocupado pela massa de produto, m 3.

5 2.6 Determinação da Massa Específica Unitária dos Grãos Para determinação da massa especifica unitária foi utilizado o princípio de Arquimedes: 25 grãos do produto foram colocados em um artefato de vidro, com o volume conhecido, contendo Tolueno, em três repetições. Com o volume de Tolueno e o peso dos 25 grãos, a massa especifica unitária foi calculada utilizando-se a equação 3. Em que, massa específica unitária, kg m -3 ; m massa do produto, kg; V d volume deslocado ocupado, m Determinação da Porosidade por Meio da Relação Matemática A porosidade dos grãos foi estimada utilizado a Equação 4, conforme sugerido por MONSENIN (1986). Em que, ξ - porosidade da massa de produto, decimal; pressão, kg m -3 ; massa específica unitária, kg m -3 ; 2.8 Teste Estatístico Aos dados experimentais da porosidade determinada no aparelho construído e aos dados da porosidade calculada pela equação 4, foi aplicado o teste t a 5% de probabilidade. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO na Tabela 1. Os materiais utilizados para a construção do aparelho estão especificados

6 Tabela 1. Materiais utilizados na construção do aparelho. Material Quantidade Tubo PVC 25 mm 1m Registro metálico de esfera ¾ 3 Adaptadores de registro 25 mm 5 Tê soldável 25 mm 3 Cola para PVC 1 Manômetro 7 Kgf cm -2 1 Tubo silicone 1 Caixa Durepoxi 1 Garrafa pet 2 Compressor de ar 1 Na Tabela 2 estão apresentados os resultados das determinações experimentais dos valores médios para massa específica aparente e unitária, a porosidade calculada por meio da equação matemática e a porosidade determinada no aparelho. Tabela 2. Valores médios das massas específicas (aparente e unitária) e porosidades estimadas e determinadas no picnômetro para diferentes produtos. PRODUTO ρ ap (kg m -3 ) ρ u (kg m -3 ) P calculada (%) P aparelho (%) Feijão 856,41±0, ,48±24,80 31,87±1,35 42,86±0* Milho 808,26±4, ,53±41,22 34,48±1,98 50,00±0* Girassol 360,19±0,32 765,19±71,12 52,64±4,54 66,67±0* Nota-se, na Tabela 2, que a massa específica aparente do feijão e do milho foi superior ao resultado encontrado por BENEDETTI e JORGE (1987), 743 e 741 kg m -3, respectivamente. Este fenômeno pode ser explicado devido à compactação da massa de grãos que ocorreu durante o acoplamento da garrafa pet ao sistema. Já para o girassol a massa específica aparente foi superior a encontrada por LIMA (2005) que foi de 337,74 kg m -3. Verifica-se também, que as massas específicas unitárias do feijão e do milho não tiveram diferenças significativas com os resultados encontrados por BENEDETTI e JORGE (1987), 1910 e 1195 kg m -3, respectivamente. Porém, a massa específica unitária do girassol foi inferior à encontrada por LIMA (2005) que foi de 1855 kg m -3.

7 A porosidade estimada pela equação matemática, para o feijão e o milho foi inferior ao encontrado por BENEDETTI e JORGE (1987), 38,6 e 37,99%, respectivamente. Isso pode ser explicado por ter-se utilizado variedades diferentes. Por outro lado, a porosidade para o girassol foi inferior ao resultado encontrado por LIMA (2005) que foi de 81,79%. Ainda na Tabela 1, nota-se que a porosidade determinada por meio do aparelho, obteve variações significativas nos seus valores, mas estão dentro da faixa citada por SANSSERON (1980), exceto a do girassol. Verifica-se ainda, que a porosidade determinada no picnômetro, para todos os produtos, diferiu significativamente da porosidade estimada pela equação matemática, o que pode ser explicado pela reduzida precisão do manômetro (0,1 Kgf cm -2 ). 4 CONCLUSÕES Com base nas condições em que foi realizado este trabalho e nos resultados obtidos, conclui-se que: O aparelho encontra-se pronto para a determinação de porosidade; Ocorreu uma diferença significativa entre os resultados obtidos no aparelho determinador de porosidade e os resultados obtidos pela equação matemática. 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BENEDETTI, B.C. e JORGE, J.T. Influência do teor de umidade sobre o ângulo de talude de vários grãos. Ciência e Cultura, Campinas, v. 39, n.2, p , BRASIL. Ministério da Agricultura e Reforma Agrária. Regras para análise de sementes. Brasília, DF, p. CORRÊA, P. C.; GUIMARÃES, W. T.; AFONSO JÚNIOR, J. C. Efeitos do nível e do tamanho de impurezas nas propriedades físicas da massa granular de feijão. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campinas Grande, v. 5, n.1, p , GONELI, A. L. D. Variação das propriedades físico-mecânicas e da qualidade da mamona (Ricinus communis L.) durante a secagem e o armazenamento f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) Universidade Federal de Viçosa, Viçosa MG. LIMA, A.P. Propriedades físicas dos grãos de girassol (Helianthus annus L.).

8 Anápolis-Goiás: Universidade Estadual de Goiás. 2005, 42p. Monografia (Trabalho de conclusão de curso em Engenharia Agrícola). MOHSENIN, N.N. Physical properties of plant and animal materials. New York: Gordon and Breach Publishers, p. NUNES, D. M.C. PROPRIEDADES FÍSICAS, TÉRMICAS E AERODINÂMICAS DE GRÃOS DE QUINOA (Chenopodium quinoa Willd.) f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) Universidade Estadual de Goiás, Anápolis GO. SANSSERON, J.L. Características dos grãos armazenados. Viçosa-MG: CENTREINAR, p. SILVA, F. S.; CORRÊA, P.C.; GONELI, A. L. D.; RIBEIRO, R. M.;AFONSO JR, P. C. Efeito do beneficiamento nas propriedades físicas e mecânicas dos grãos de arroz de distintas variedades. Revista brasileira de produtos agroindustriais, Campina Grande, v.5, n.1, p.33-41, RIBEIRO, D. M.; CORREA, P. C.; RODRIGUES, D. H. et. al. Analysis of physical properties variation of soy grains during the drying process. Ciência e Tecnologia de Alimentos, vol. 25, n. 3, p , 2005.