ESTUDO DA SECAGEM DE PASTA DE AMIDO EM LEITO DE JORRO COM PARTÍCULAS INERTES

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1 11 E n g e n h a ria d e A lim e n tos -0 7 ESTUDO DA SECAGEM DE PASTA DE AMIDO EM LEITO DE JORRO COM PARTÍCULAS INERTES S T U D Y O F T H E D R Y IN G O F S T A R C H P A S T E IN S P O U D E T B E D W IT H IN E R T P A R T IC L E S R A M O S, A.R. 1 ; d a S IL V A, A.L.A. ; F IN Z E R, J.R.D. 3 1 G ra d u a n d a, C u rs o E n g e n h a ria d e A lim e n tos, F a c u ld a d e s A s s oc ia d a s d e U b e ra b a F A Z U, U b e ra b a M G ; m a rc ia a n tu n e te rra.c om.b r P rof. M S c. C u rs o E n g e n h a ria d e A lim e n tos, F a c u ld a d e s A s s oc ia d a s d e U b e ra b a F A Z U, U b e ra b a - M G ; d e d fa z u.b r 3 P rof. D r. C u rs o E n g e n h a ria d e A lim e n tos, F a c u ld a d e s A s s oc ia d a s d e U b e ra b a F A Z U, U b e ra b a - M G ; jrd fin z e r@ u fu.b r RESUMO: L e itos d e jorros c om p a rtíc u la s tê m s id o u tiliz a d os p a ra a s e c a g e m d e p a s ta. E s s a té c n ic a m os tra -s e b a s ta n te v iá v e l p a ra e s s e p rop ó s ito já q u e o a lto g ra u d e c on ta to s ó lid o-flu id o forn e c e a lta s ta x a s d e tra n s fe rê n c ia d e c a lor e d e m a s s a a o s is te m a. O p re s e n te p roje to te v e c om o ob je tiv o: A ) re a liz a r a s e c a g e m d e p a s ta d e a m id o e m le ito d e jorro form a d o p or p a rtíc u la s in e rte s, a s s oc ia n d o o d e s e m p e n h o d o e q u ip a m e n to c om : 1) A v a z ã o d e a r e te m p e ra tu ra d o a r d e s e c a g e m ; ) A lim e n ta ç ã o d e p a s ta e p a râ m e tros e x p e rim e n ta is : c om o a u m id a d e e a otim iz a ç ã o d o p roc e s s o. O s e n s a ios s e g u ira m u m p la n e ja m e n to fa toria l, c om a s v a riá v e is e x p re s s a s e m n ív e is q u a n tita tiv os. O b s e rv ou -s e e m te rm os d e otim iz a ç ã o d o p roc e s s o n o s e c a d or d e le ito d e jorro, c om os n ív e is d a s v a riá v e is p e s q u is a d a s, q u e o m e s m o d e v e s e r op e ra d o n a te m p e ra tu ra d e 0 o C ; v a z ã o d e a r d e 1,m 3 /s e v a z ã o d a p a s ta d e 0,9 L /h. PALAV RAS-CH AV E: L e ito d e J orro; s e c a g e m d e p a s ta. AB STRACT: S p ou te d b e d s w ith p a rtic le s h a v e b e e n u s e d for a lim e n ta ry d ou g h d ry in g. T h is te c h n iq u e in d ic a te s its e lf a s v e ry v ia b le to th is p u rp os e a s th a t th e h ig h c on ta c t d e g re e p rov id e s h ig h m a s s a n d h e a t tra n s fe r ra te to th e s y s te m. T h is re s e a rc h a im s : A ) th e s ta rc h d ou g h d ry in g in s p ou te d b e d m a d e b y in e rt p a rtic le s, a s s oc ia tin g th e e q u ip m e n t d is c h a rg e w ith : 1) th e a ir ov e rflow a n d th e d ry in g a ir te m p e ra tu re ; ) d ou g h fe e d a n d e x p e rim e n ta l p a ra m e te rs a s h u m id ity a n d th e op tim a l p roc e s s. T h e te s te s follow e d a fa c toria l p la n n in g, w ith th e v a ria b le s e x p re s s e d in q u a n tita tiv e le v e ls. It w a s n otic e d in te rm s of th e s p ou te d b e d d ry in g p roc e s s op tim iz a tion, w ith th e v a ria b le s le v e l s tu d ie d th a t it m u s t b e op e ra te d a t 0 ºC, a ir ov e rflow a t 1,m 3 /s a n d d ou g h ov e rflow a t 0,9 L /h. K EY W ORDS: S p ou te d b e d s ; p a s te d ry in g. INTRODUÇ Ã O D e s d e a a n tig u id a d e, a h u m a n id a d e v e m p roc u ra n d o s olu ç õ e s p a ra a c on s e rv a ç ã o d e m a te ria is. A s e c a g e m ou a d e s id ra ta ç ã o s u rg e c om o u m d os p rin c ip a is m é tod os u tiliz a d os n ã o s ó p a ra e s s e fim, m a s ta m b é m p a ra fa c ilita r o tra n s p orte, a a rm a z e n a g e m e a p a d ron iz a ç ã o d e s s e s m a te ria is (C U N H A, ). A e s c olh a d o e q u ip a m e n to d e p e n d e ta n to d a s p rop rie d a d e s e q u a n tid a d e d e m a te ria l a s e r s e c o, q u a n to d a s p rop rie d a d e s q u e s e d e s e ja p a ra o p rod u to s e c o. D e n tre a s d iv e rs a s op ç õ e s, o s is te m a d e s p ra y -d ry e r é o m a is c on h e c id o e u s a d o n a s e c a g e m d e p a s ta s, m a s é u m e q u ip a m e n to d e c on s tru ç ã o c om p le x a e, p or is s o, on e ros o. A lé m d is s o, e s te s e c a d or n ã o p od e s e r u s a d o p a ra F A Z U e m R e v is ta, U b e ra b a, n., p.11-15, 0 0 5

2 119 secagem de substâncias muito consistentes. O sistema de leito de jorro surge então como outra opção por ser um equipamento de fácil construção e operação (FREIRE, 199). O leito de jorro é um sistema bifásico (partícula com ar), dependendo do ponto de vista, por duas ou três regiões distintas, o que torna complexo o seu estudo fluidodinâmico. Essa complexidade aumenta ainda mais quando se acrescenta a pasta, pois o sistema passa a ser trifásico (partícula inerte, ar e pasta). É caracterizado por uma seção superior cilíndrica e uma inferior cô nica com o vértice truncado. Um jato de gás escoa pelo vértice do cone e arrasta os sólidos para o topo do leito, por uma região central denominada jorro. Na superfície livre do leito, devido ao aumento brusco da área da secção transversal disponível ao escoamento do gás, a força resistiva do gás que atua sobre as partículas reduz-se e a trajetória descritiva pelos sólidos assemelha-se a uma fonte. As partículas deslocam-se para o espaço anular do leito e escoam progressivamente para o fundo do vaso (FINZER, 199). O presente projeto teve como objetivo realizar a secagem de pasta de amido em leito de jorro formado por partículas inertes de polietileno, associando o desempenho do equipamento com: 1. A vazão e temperatura do ar de secagem;. Alimentação de pasta e parâmetros experimentais: como a umidade e a otimização do processo do secador. MATERIAL E MÉTODOS Ma té r ia Pr im a A suspensão utilizada nos experimentos desta pesquisa foi uma pasta de amido de mandioca. A técnica empregada na preparação da pasta consistiu em uma proporção de 300g de pasta de amido com 0% de umidade misturada em 00g de água, o teor dos sólidos da pasta obtida foi de,5% ; a diluição da pasta foi necessária devido à alimentação no secador de leito de jorro, A suspensão obtida foi mantida sob agitação contínua e efetuada com uma bomba peristáltica. Le ito d e Jo r r o O equipamento leito de jorro com partículas inertes foi construído nas Faculdades Associadas de Uberaba FAZU, visando o processamento de pastas alimentícias, com possibilidade de operação contínua, e ampliação de oferta de equipamentos de processamento de materiais, que é mostrado esquematicamente na Figura 1. Um soprador succiona o ar que é aquecido ao passar através de um aquecedor, sendo admitido no leito de jorro juntamente com amido ú mido. A pasta de amido é disposta no leito de inertes, aderindo-se aos mesmos, formando uma camada que é desidratada pelo contato com o ar de secagem. À medida que ocorre a secagem, os inertes moem as partículas, as quais na forma sólida são transportadas pelo próprio ar de secagem, para o ciclone, onde ocorre a separação. Disposto entre o sistema de alimentação e o soprador existe um termô metro, para quantificar, a temperatura do ar de secagem. An á lis e d e Um id a d e O método consiste em pesar a placa de Petri, adicionar aproximadamente 0g da amostra. Levar o conjunto à estufa, com uma temperatura de 5ºC por horas. Retirar a placa da estufa transferi-la para o dessecador até que alcance a temperatura ambiente. Pesar a placa. O cálculo da umidade foi realizado segundo a equação (PREGNOLATTO; PREGNOLATTO, 195). FAZU em Revista, Uberaba, n., p.11-15, 005

3 1. Soprador. Válvulas 3. Manômetros de Mercúrio. Reservatório de Pasta 5. Bomba Peristáltica. Ejetor 7. Controlador de Vazão. Ciclone 9. Coleta de produto Final. Leito de Jorro 11. Variac 1. Placa de orifício 13. Sensor de Temperatura F IGURA 1 Equipamento de Leito de Jorro. Sec ag em da Pasta de Amido O experimento para a secagem da pasta foi realizado da seguinte maneira: carregou-se o equipamento de leito de jorro com partículas de inertes até altura do cone. O soprador foi ligado e regulado para a vazão desejada. A resistência elétrica foi ligada e regulada para a temperatura de entrada do ar de 0ºC e 0ºC. Atingindo o regime permanente, iniciou-se a alimentação de pasta homogeneizada na vazão desejada e da vazão do ar. Esperou-se até que o novo sistema atingisse o regime permanente, cerca de 0 a 30 minutos. Colocou-se um recipiente limpo para a coleta do pó no ciclone. Esperou-se até que houvesse uma quantidade se sólidos no recipiente de coleta de aproximadamente 0g e trocou-se o recipiente. Aumentou-se a vazão de pasta e/ou vazão de ar e esperou-se novamente o estabelecimento do regime para uma nova coleta de dados e de amostra até que todos os pontos do planejamento estatístico fossem feitos. Com um medidor de vazão tipo placa de orifício conectado a um manômetro diferencial tipo U, cujo líquido manométrico é o tetracloreto de carbono, mediu-se a queda de pressão do leito de jorro com partículas inertes e utilizando Equação de Bernoulli determinou-se a vazão. Planejamento Ex p erimental A organização de um planejamento fatorial consiste em selecionar os fatores (variáveis do sistema) e escolher os níveis (valores assumidos pelas variáveis). O planejamento é representado na forma de potências, fornecendo assim o número de experimentos a serem realizados, por exemplo: um planejamento k, sendo k = 3, indica que dois níveis foram escolhidos para três variáveis em estudo e que oito experimentos deverão ser realizados (BOX ; HUNTER; HUNTER, 197). FAZU em Revista, Uberaba, n., p.11-15, 005

4 11 Para analisar a secagem da pasta de amido, utilizou um planejamento fatorial 3 para cada três fatores a temperatura de entrada do ar (X 1 ), a vazão de ar (X ) e a vazão de pasta (X 3 ), em dois níveis de variação, tendo-se como resposta a percentagem de umidade do produto em pó (GARIM, 199). Na matriz de planejamento os valores das variáveis são representados na forma codificada, sendo os fatores e os respectivos níveis apresentados na Tabela 1. TABELA 1 Variáveis e níveis utilizados no planejamento experimental. Fatores Temperatu ra 0ºC 0ºC Vaz ã o de ar 1,m 3 /s 1,5m 3 /s Vaz ã o da pasta 0,9L/h 1,35L/h RESULTADOS E DISCUSSÃO Os ensaios seguiram um planejamento fatorial para a secagem de pasta de amido. Mistura de amido com água. A proporção foi de 300g de pasta de amido com 0% de umidade misturada em 00g de água, o teor dos sólidos da pasta obtida foi de,5%; a diluição da pasta foi necessária devido a alimentação no secador de leito de jorro, o que foi efetuada com uma bomba peristáltica. As respostas das variáveis selecionadas no processo de secagem da pasta de amido em leito de jorro, são apresentados, nas Tabelas e 3, os valores utilizados nas corridas experimentais do trabalho, que mostra os valores das variáveis independentes para obtenção de cada amostra, isto é, a matriz do planejamento. Os valores X 1 X e X 3 foram especificados visando obter a maior amplitude possível para essas variáveis. TABELA Matriz do planejamento estatístico para a secagem da pasta de amido. Nº X 1 X X 3 Y , 0,9 13,0 0 1, 0,9 5, ,5 0,9 7,1 0 1,5 0,9 3, 5 0 1, 1,35 13, 0 1 1,35, ,5 1,35 1, 0 1,5 1,35,30 X 1 : temperatura de entrada do ar (ºC), X : vazão de ar (m 3 /s), X 3 : vazão de pasta (L/h) e Y 1 é a umidade do produto final (%). TABELA 3 - As variáveis expressas com a simbologia de níveis. Nº X 1 X X 3 Y , , ,1 FAZU em Revista, Uberaba, n., p.11-15, 005

5 , , + - +, , + + +,30 A resposta da pesquisa na realização da secagem foi o conteúdo de umidade no amido em pó, de acordo com as Figuras, 3 e. 1 1 % u m id a d e -1,0-0,5 0,0 0,5 1,0 T e m p e ra tu ra ( 0 C ) FIGURA Efeito temperatura na umidade da pasta de amido. Analisando os dados da Figura, verifica-se que operando com uma maior temperatura do ar de secagem obtémse amido em pó com menor conteúdo de umidade. Esse conteúdo de umidade do pó obtido variou de,3 até 13,5%. O amido pela legislação pode ser comercializado até 1% de umidade compatíveis com os níveis exigidos para a conservação de produtos alimentícios. (BRASIL, 197). Baseado neste dado a menor temperatura de 0 o C pode ser selecionada como temperatura de processamento, pois se observou que todos os resultados foram menores que 1% de umidade. Analisando os dados da Figura 3, verifica-se que para qualquer vazão de ar obtém-se uma percentagem de umidade inferior a 1%. Com base neste resultado, a velocidade do ar selecionada poderia ser de 1,m 3 /s a qual já possibilita a formação do jorro. 1 1 % u m id a d e -1,0-0,5 0,0 0,5 1,0 V a z ã o d e a r FIGURA 3 Efeito da vazão de ar na umidade final da pasta de amido. FAZU em Revista, Uberaba, n., p.11-15, 005

6 % umidade -1,0-0,5 0,0 0,5 1,0 Vazão de P as ta FIGURA Efeito vazão de pasta na umidade final da pasta de amido. Analisando a Figura, verifica-se que a vazão da pasta influencia a umidade do produto. Em todas as vazões de pasta o conteúdo de umidade foi inferior a 1%. Assim, em termos de otimização do equipamento deve-se operar com maior vazão de pasta, assim ter-se-á maior produção. As superfícies de resposta para as respostas são mostradas nas Figuras 5, e U midade -1,0 0-0,-0,-0, -0, 0,0 0, 0, 0, -0, 0, 1,0-1,0 Temperatura -0, -0, -0, 0,00,0, 0, 0,1,0 Vazão de ar FIGURA 5 - Superfície de resposta da temperatura e vazão de ar na umidade do produto. Analisando a Figura 5, verifica-se que à medida que aumenta a temperatura, mantendo a vazão de ar constante a umidade diminui, o que fisicamente esta correto. Agora se mantiver a temperatura constante, à medida que a vazão de ar aumenta a umidade diminui tanto no nível máximo como no nível mínimo. A superfície de resposta indica que com o aumento da temperatura e da vazão do ar ocorre diminuição da umidade do amido. FAZU em Revista, Uberaba, n., p.11-15, 005

7 1 1 1 Umidade -1,0 0-0,-0,-0, -0, 0,0 0, 0, Temperatura -0, -0, -0, 0,00,0, 0, -0, 0, 1,0-1,0 0, 0,1,0 Vazão de Pasta FIGURA - Superfície de resposta da temperatura e vazão de pasta na umidade do produto. Na Figura, à medida que aumenta a temperatura, mantendo a vazão de pasta constante a umidade diminui, nos dois níveis alto e baixo. Agora mantendo a temperatura constante e aumentando a vazão de pasta a umidade diminui, mas depois ela aumenta. Nessa figura foi observado o valor mais baixo de umidade. A superfície de resposta indica como aumenta a umidade do produto em função da vazão da pasta, ocorrendo, também a diminuição da umidade com o aumento da temperatura do ar. A Figura 7 mostra os mesmos resultados anteriores, apenas combinando as variáveis operacionais. Umidade -1,0 0-0,-0,-0, -0, 0,0 0, 0, Vazão de ar -0, -0, -0, 0,00,0, 0, -0, 0, 1,0-1,0 0, 0,1,0 Vazão de Pasta FIGURA 7 - Superfície de resposta da vazão de ar e vazão de pasta na umidade do produto. CONCLUSÃO A partir dos resultados apresentados e discutidos no decorrer desse trabalho conclui-se que: operando com maior temperatura do ar de secagem obtém-se amido em pó com menor conteúdo de umidade. O conteúdo de umidade do pó FAZU em Revista, Uberaba, n., p.11-15, 005

8 15 obtido variou de,3 até 13,5%. O amido pode ser comercializado até 1% de umidade compatíveis com os níveis exigidos para a conservação de produtos alimentícios (BRASIL, 197). Baseado neste dado a menor temperatura 0 o C pode ser selecionada como temperatura de processamento, pois observou-se que todos resultados foram menores que 1% de umidade. Para qualquer vazão de ar obtém-se percentagem de umidade inferior a 1%. Com base neste resultado, a velocidade do ar selecionada poderia ser de 1,m 3 /s qual já possibilita a formação do jorro. Em todas vazões de pasta o conteúdo de umidade foi inferior a 1%. Assim, em termos de otimização do equipamento deve-se operar com maior vazão de pasta, assim ter-se-á maior produção. Em termos de otimização do processo no secador de leito de jorro, com os níveis das variáveis pesquisadas devese operar na temperatura de 0 o C; vazão de ar (m 3 /s) e vazão da pasta de 0,9(L/h). Para estes parâmetros a umidade do amido é de 13,%. REFERÊ NCIAS BIBLIOGRÁ FICAS BOX, G.E.P.; HUNTER, W.G.; HUNTER, J.S. Statistcs for experimenters: An introduction to desing, data analysis, and model building. Nova York: John Wiley & Sons, p. BRASIL. Portaria n.01, de de janeiro de 197. Regulamento técnico referente a alimentos e bebidas (produtos amiláceos e derivados incluídos). Diário Oficial, Brasília, 5 fev Disponível em: Acesso em 00. CUNHA, F.O. Contrib uiç õ es à análise da secagem de pasta em leito de jorro com partículas inertes f. Dissertação (Mestrado em Concentração de Pesquisa e Desenvolvimento de Processos Q uímicos), Universidade Federal de São Carlos, São Carlos. FINZER, J.R.D. Desenv olv imento de um secador de leito v ib ro-jorrado f. Tese (Doutorado em Engenharia de Alimentos) Faculdade de Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de Campinas, Campinas. FREIRE, J.T. Secagem de pastas em leito de jorro. In: FREIRE, J.T.; SARTORI, D.J.M. Tó picos Especiais em Secagem. São Carlos: Editora da UFSCar, v.1,, 199. p GARIM, M.M. Coeficiente de transferê ncia de massa de um corpo sub merso para um leito v ib ro-fluidizado f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Q uímica). Universidade Federal de São Carlos, São Carlos. PREGNOLATTO, W.; PREGNOLATTO, N.P. Normas analíticas do Instituto Adolfo Lutz: Métodos químicos e físicos para análises de alimentos. São Paulo: Estrella Rebocho, v.1, p. FAZU em Revista, Uberaba, n., p.11-15, 005