SECAGEM E RESFRIAMENTO ARTIFICIAL DE CAFÉ

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA

Convênio N°023/2010

SECAGEM E RESFRIAMENTO ARTIFICIAL DE CAFÉ

Professor Adilio Flauzino de Lacerda Filho Departamento de Engenharia Agrícola Universidade Federal de Viçosa Emai: alacerda@ufv.br Telefone (31)38991872

SECAGEM DE CAFÉ MÉTODOS DE SECAGEM

1) Natural – ocorre na própria planta

2) Artificial – utiliza de uma técnica ou artifício, com a

interveniência do homem (terreiros e secadores mecânicos)

2

SECAGEM DE CAFÉ

O processo de secagem

Polpa – maior teor de água 40 % da massa

GRÃOS POLPA + CASCA

Grãos – menor teor de água 60 % da massa

3

SECAGEM DE CAFÉ

O processo de secagem

4

SECAGEM DE CAFÉ

O processo de secagem

1 – mais úmido 5 – mais seco

5

SECAGEM DE CAFÉ a secagem ocorre no interior do produto; a umidade de equilíbrio é atingida quando a quantidade de água evaporada for igual à quantidade de água condensada

6

SECAGEM DE CAFÉ Curva de secagem

U1

U2 U3 U4

t1

t2

t3

t4

7

SECAGEM NATURAL DE CAFÉ

SECAGEM NATURAL Por ser realizada na própria planta e por permitir sua exposição às condições de intempéries e à infestação por pragas e microrganismos, permite que os frutos sofram depreciações quantitativas e qualitativas, inviabilizando a sua utilização para café.. café

8

SECAGEM ARTIFICIAL DE CAFÉ CURVAS DE SECAGEM DO CAFÉ CEREJA EM TERREIRO

70

Teor de água - % bu

60 50 40 30 20

asfalto cimento

10 0 0

2

4

tijolos Chão batido 6

8

10

12

14

16

Tempo - dias 9

SECAGEM DE CAFÉ

QUALIDADE DO PRODUTO SECADO EM TERREIRO

ASFALTO

TIJOLOS

CIMENTO

TERRA

BEBIDA: duro ácido e duro verde DEFEITOS: 208 - 232 PENEIRA: 16 – 72% BEBIDA: sem condições de prova e duro verde EFEITOS: 264 PENEIRA: 16 – 74 % BEBIDA: apenas mole e duro fermentado DEFEITOS: 186 - 252 PENEIRAS: 16 – 71 a 82 % BEBIDA: sem condições de prova DEFEITOS: sem classificação PENEIRA: sem classificação

10

SECAGEM DE CAFÉ SECADOR ROTATIVO

11

SECAGEM DE CAFÉ SECADOR ROTATIVO

12

SECADOR DE BANDEJAS

Vista parcial de um secador de bandejas

Vista do sistema em teste

Automação

MOMENTO DE TESTE Temperatura

Descarga

Comandos

Curva de secagem do cafĂŠ.

Valores das temperaturas do ar ambiente, do ar de secagem, do ar de exaustĂŁo e do ar intergranular, durante o processo.

Eficiência energética do processo de secagem de café em função do teor de água.

Resultados obtidos experimentalmente no teste com o secador Variáveis Teor inicial de água, % b.u.

Teor final de água, % b.u.

Massa inicial, kg Massa final, kg Massa de H2O evaporada, kg Temperatura do ar ambiente, °C Temperatura do ar de secagem, °C Umidade relativa ambiente, % Umidade relativa do ar de secagem, % Temperatura do ar de exaustão, °C Vazão de ar, m³.min-1 Energia elétrica, kW.h Eficiência energética, kJ.kg-1 H2O Tempo de secagem, h Consumo de energia, kW.h.h-1

Teste 40,0 11,2 3.100,0 1.910,0 1.190,0 25,0 43,8 52,50 12,40 27,0 102,06 2.091,0 6.326,0 73,0 28,64

SECADOR DE FLUXOS CONCORRENTES

secador de fluxos concorrentes

Fonte: Santos, (2007) – Tese de doutorado

Resultados experimentais – secador de fluxos concorrentes Teste 2

Teste 3

Teste 1

Teste 2

Teste 3

3

5

7

13 Teor de Água ( % b.u.)

26 24 22 20 18 16 14 12 10

12 11 10 9

0

10

20

30

40

50

60

0

1

2

4

Ambiente

Exaustão

Ponto 4

Ponto 5

Secagem

Ponto 1

Ponto 2

Ponto 3

50 45 40 35 30 25 20 15 10 0

5

6

Amostras (média a cada 12 sacas)

Tempo (h)

Temperatura (ºC)

Teor de Água (% b.u.)

Teste 1

10

15

20

25 Tempo (h)

30

35

40

45

50

8

9

10

Variáveis observadas na avaliação da secagem no secador intermitente, de fluxos concorrentes Variáveis

Teste 1

Teste 2

Teste 3

Teor inicial de água, % b.u.

24,1

24,1

24,5

Teor final de água, % b.u.

10,6

10,8

11,4

Temperatura inicial, °C

22,9

18,2

18,5

Temperatura final, °C

34,8

35,0

29,0

Massa específica inicial, kg m-3

413,4

424,5

410,0

Massa específica final, kg m-3

339,5

342,3

348,3

Massa inicial, kg

3.755,5

3.888,0

3.876,8

Massa final, kg

3.188,3

3.309,8

3.305,7

567,2

578,2

571,1

1) Do Produto

Massa de água evaporada, kg

Variáveis observadas na avaliação de secagem Variáveis

Teste 1

Teste 2

Teste 3

Temperatura do ar de secagem, °C

38,5

39,0

34,3

Temperatura do ar ambiente, °C

21,7

21,6

17,1

Temperatura do ar de exaustão, °C

29,2

28,2

25,9

Umidade relativa do ar de secagem, %

36,6

36,2

37,7

Umidade relativa do ar ambiente, %

66,0

64,0

69,8

Umidade relativa do ar de exaustão, %

65,1

68,0

68,2

2) Do Ar

Variáveis observadas na avaliação de secagem Variáveis

Teste 1

Teste 2

Teste 3

Vazão de ar, m3 min-1

89,2

89,1

88,6

Espessura da camada, m

0,8

0,8

0,8

Área de secagem, m2

2,87

2,87

2,87

Pressão estática, mmca

38,2

38,4

39,7

Movimentar o ar, kWh

89,0

92,5

112,0

Movimentar o grão, kWh

10,9

10,9

12,5

Aquecer o ar de secagem, kWh

356,0

369,1

393,8

Total, kWh

455,9

472,5

518,3

Duração do teste, h

44,5

45,8

54,1

Redução no teor de água, % b.u.

13,5

13,3

13,1

3) Do secador

4) De energia

5) Do desempenho

Consumo de energia elétrica e consumo específico real de energia, durante a secagem complementar, no secador de café em lotes, intermitente, de fluxos concorrentes, nos testes 1, 2 e 3, do tratamento 1

Variáveis

Teste 1

Teste 2

Teste 3

Movimentar o ar

89,0

92,5

112,0

Aquecer o ar

356,0

369,1

393,8

Movimentar o grão

10,9

10,9

12,5

Total

455,9

472,5

518,3

564,9

576,0

705,9

2.259,5

2.298,4

2.482,7

69,4

68,1

78,8

2.893,8

2.942,5

3.267,4

Consumo de energia elétrica, kWh

Eficiência energética, kJ kg-1: Movimentar o ar Aquecer o ar Movimentar o grão Total

Secador de fluxos concorrentes

sistema de secagem UTA/secador de fluxos concorrentes

29

SECAGEM COMBINADA

SECAGEM COMBINADA

31

Valores médios de tempo de secagem, massa específica e umidade dos grãos, comparativos para os dois tratamentos Secagem combinada Terreiro cimentado Tempo (h)

Massa especifica (Kg.m-3)

Umi dade (% b.u)

Terreiro híbrido

Silo secador

Massa especifica (Kg.m-3)

Massa especifica (Kg.m-3)

Tem po (h)

Umi dade (% b.u)

Tem po (h)

Umid ade (% b.u)

0

572,0±0,3

58,0±0,2

0

570,5±0,6

58,0±0,5

0

470,8±0,3

25,0±0,3

48

532,3±0,4

35,3±0,1

4

567,3±0,2

54,9±0,3

48

468,7±0,1

24,0±0,2

96

505,4±0,2

30,9±0,4

8

560,4±0,3

42,5±0,2

96

460,2±0,5

22,9±0,1

144

480,9±0,3

27,7±0,2

12

550,8±0,6

39,3±0,4

144

458,2±0,3

22,7±0,4

192

466,1±0,6

23,4±0,3

16

533,1±0,5

36,1±0,1

192

457,3±0,5

21,2±0,3

240

458,0±0,4

21,6±0,1

20

512,2±0,4

32,2±0,3

240

455,4±0,4

20,6±0,1

288

440,2±0,1

17,7±0,2

24

478,3±0,4

27,3±0,2

288

450,5±0,6

20,1±0,2

336

431,1±0,5

14,1±0,2

28

471,1±0,6

24,9±0,3

336

443,0±0,5

18,1±0,5

384

415,4±0,3

12,0±0,3

384

441,4±0,1

17,9±0,4

432

433,1±0,1

15,4±0,1

480

430,2±0,2

14,2±0,2

528

425,6±0,3

13,0±0,3

576

420,1±0,5

11,6±0,2

Comparação dos testes de qualidade de café entre as amostras dos lotes analisadas para os dois tratamentos de secagem de café em estudo Terreiro

Secagem combinada

Nº de Amostra

Classificação da bebida

Classificação por peneira

Nº de Amostra

Classificação da bebida

Classificação por peneira

1

Dura

15

1

Apenas mole

16

2

Dura

15

2

Apenas mole

17

3

Dura

16

3

Apenas mole

18

4

Dura

15

4

Dura

16

5

Riada

16

5

Apenas mole

17

6

Dura

15

6

mole

18/19

7

Dura

15

7

Apenas mole

17

8

Apenas mole

16

8

mole

17

Valores médios de tempo de secagem, massa específica e umidade dos grãos, comparativos para os dois tratamentos Secagem combinada Terreiro cimentado Tempo (h)

Massa especifica (Kg.m-3)

Umi dade (% b.u)

Terreiro híbrido

Silo secador

Massa especifica (Kg.m-3)

Massa especifica (Kg.m-3)

Tem po (h)

Umi dade (% b.u)

Tem po (h)

Umid ade (% b.u)

0

572,0±0,3

58,0±0,2

0

570,5±0,6

58,0±0,5

0

470,8±0,3

25,0±0,3

48

532,3±0,4

35,3±0,1

4

567,3±0,2

54,9±0,3

48

468,7±0,1

24,0±0,2

96

505,4±0,2

30,9±0,4

8

560,4±0,3

42,5±0,2

96

460,2±0,5

22,9±0,1

144

480,9±0,3

27,7±0,2

12

550,8±0,6

39,3±0,4

144

458,2±0,3

22,7±0,4

192

466,1±0,6

23,4±0,3

16

533,1±0,5

36,1±0,1

192

457,3±0,5

21,2±0,3

240

458,0±0,4

21,6±0,1

20

512,2±0,4

32,2±0,3

240

455,4±0,4

20,6±0,1

288

440,2±0,1

17,7±0,2

24

478,3±0,4

27,3±0,2

288

450,5±0,6

20,1±0,2

336

431,1±0,5

14,1±0,2

28

471,1±0,6

24,9±0,3

336

443,0±0,5

18,1±0,5

384

415,4±0,3

12,0±0,3

384

441,4±0,1

17,9±0,4

432

433,1±0,1

15,4±0,1

480

430,2±0,2

14,2±0,2

528

425,6±0,3

13,0±0,3

576

420,1±0,5

11,6±0,2

Comparação dos testes de qualidade de café entre as amostras dos lotes analisadas para os dois tratamentos de secagem de café em estudo Terreiro

Secagem combinada

Nº de Amostra

Classificação da bebida

Classificação por peneira

Nº de Amostra

Classificação da bebida

Classificação por peneira

1

Dura

15

1

Apenas mole

16

2

Dura

15

2

Apenas mole

17

3

Dura

16

3

Apenas mole

18

4

Dura

15

4

Dura

16

5

Riada

16

5

Apenas mole

17

6

Dura

15

6

mole

18/19

7

Dura

15

7

Apenas mole

17

8

Apenas mole

16

8

mole

17

AUTOMATIZAÇÃO DO PROCESSO

AUTOMATIZAÇÃO DA CONDIÇÃO DE SECAGEM Características potenciais e objetivadas em um sistema controlado, de secagem: 1 – Segurança: redução do perigo de fogo ou explosão e emissão de partículas; 2 – Garantia da qualidade do produto: manutenção dos atributos desejados para a qualidade dos produtos e suas propriedades, como sabor, odor, sanidade, cor, vigor, germinação etc; 3 – Processamento ou rendimento: maximização do rendimento; 4 – Economia de energia: minimizar o custo e melhorar a eficiência; 5 – Atenuação dos distúrbios: minimizar a influencia sobre a quantidade e qualidade do produto; 6 – Estabilidade do processo de secagem: responder as oscilações decorrentes do processo de secagem do produto; e 7 – Robustez: garantir a operação normal do sistema para uma ampla faixa de pontos de operação e distúrbios.

37

Metodologia Variáveis controladas e variáveis manipuladas: Variáveis controladas: • Temperatura do ar de saída • Umidade relativa do ar de saída

Variáveis manipuladas: • Velocidade do motor do ventilador • Velocidade do motor do comprensor

38

Metodologia Uniformização da umidade da massa de grãos:

U e = A − B ⋅ {ln[− (T + C ) ⋅ ln (UR )]} Para café cereja descascado: Ue – teor de água de equilíbrio, % base seca; UR – umidade relativa do ar intergranular, decimal; T – temperatura do ar, °C; A = 35,0372 B = 6,214 C = 53,6042

39

Teor de água de equilíbrio do café cereja descascado, estimado por meio da equação de Chung & Pfost modificada (Correa et al., 2010) Umidades relativas (%) Temperaturas (°C) 10

20

30

40

50

60

70

80

90

99

10

3,9

5,9

7,5

8,9

10,3

11,8

13,5

15,7

18,8

27,4

15

3,5

5,5

7,1

8,5

9,9

11,5

13,2

15,3

18,5

27,2

20

3,1

5,1

6,7

8,2

9,6

11,1

12,8

15,0

18,2

27,0

25

2,7

4,7

6,3

7,8

9,3

10,8

12,5

14,7

18,0

26,7

30

2,3

4,4

6,0

7,5

8,9

10,5

12,2

14,4

17,7

26,5

35

1,9

4,0

5,7

7,2

8,6

10,2

12,0

14,2

17,5

26,3

40

1,6

3,7

5,4

6,9

8,4

9,9

11,7

13,9

17,2

26,2

50

1,0

3,1

4,8

6,3

7,8

9,4

11,2

13,4

16,8

25,8

60

0,4

2,6

4,3

5,8

7,3

8,9

12,0

13,0

16,4

25,5

Metodologia Sistema de controle para o secador com bomba de calor:

circuito

41

Resultados Prot贸tipo:

42

Resultados Sistema completo:

43

AJUSTE DA TEMPERATURA

44

AJUSTE DA UMIDADE

45

AJUSTES DE TEMPERATURA, UMIDADE RELATIVA E UMIDADE DE EQUILÍBRIO

46

COMPLEMENTAÇÃO DA SECAGEM EM SILOS UTILIZANDO UMA UTA

Croqui do sistema de secagem

Uniformização do teor final de água do café cereja descascado utilizando ar natural e UTA UTA - Unidade de Tratamento de Ar 1A

2A

3A

4A

5A

6A

médias

17,0

15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 inicial

09/08/2010 12/08/2010 17/08/2010 19/08/2010 23/08/2010 26/08/2010 30/08/2010 01/09/2010 08/09/2010 Coleta de dados

Silo - Aeração com ar à temperatura ambiente 1R

2R

3R

4R

5R

6R

médias

18,0 17,0

Teor de água (% b.u.)

Teor de água (% b.u)

16,0

16,0 15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 inicial

09/08/2010 12/08/2010 17/08/2010 19/08/2010 23/08/2010 26/08/2010 30/08/2010 01/09/2010 08/09/2010

Coleta de dados

RESFRIAMENTO DE CAFÉ

• Durante o armazenamento de café, as interações entre fatores abióticos como temperatura, teor de água, concentração de gás, umidade relativa ambiente, tipo e condições do armazém, características do sistema de armazenagem e fatores bióticos como grãos, insetos, ácaros, fungos e bactérias fazem com que os grãos armazenados se tornem um ecossistema cuja dinâmica, dependendo dos níveis dos fatores e do grau das interações, pode levar ao processo de deterioração dos mesmos, com maior ou menor velocidade.

A redução da temperatura da massa de grãos, abaixo de 15 ºC, tem sido eficiente para minimizar sua atividade de água e, conseqüentemente, a atividade de insetos e fungos (SUN & WOODS, 1994; SUN & BYRNE, 1998).

O teor de água e a temperatura do café são importantes fatores para manutenção da qualidade dos grãos armazenados, durante longo tempo

A aplicação de técnicas que objetivam o controle de insetos, fungos e bactérias, que se reproduzem e se desenvolvem no meio, é de fundamental importância para a preservação da qualidade desses produtos (SUN & WOODS, 1997) r e s u l t a d o

café com qualidade

Recursos técnicos para preservar a qualidade do café A aeraç ção é uma té écnica muito utilizada para a prevenç ção ou soluç ção de problemas de conservaç ção dos grãos armazenados. Seus principais objetivos são: resfriar, uniformizar a temperatura, prevenir o aquecimento e o umedecimento e promover remoç ção de odores na massa de grãos (SILVA et al., 2000; NAVARRO & CALDERON, 2000).

Estudos demonstram que o resfriamento pode, inicialmente, paralisar o desenvolvimento de insetos-praga e quando utilizado durante mais tempo reduzir, substancialmente, o níível de infestaç ção.

Portanto, o resfriamento pode ser considerado um importante componente para a estraté égia do manejo integrado de pragas permitindo maior seletividade no uso de pesticidas (HOWE, 1965; MULLEN & ARBOGAST, 1984; FIELDS, 1992).

RESULTADOS EXPERIMENTAIS DE RESFRIAMENTO DE CAFÉ

Valores médios de teor de água (% b.u.) de grãos de café cereja descascado, armazenados em armazém convencional, à 25 e 15 oC durante 180 dias Período de armazenamento (dias)

Condições de armazenamento 15 °C

25 °C

Convencional

0

12,02

12,02

12,02

30

12,37

12,40

12,50

60

12,13*

12,77

12,80

90

11,73*

12,17*

12,50

120

11,50*

12,47*

12,67

150

11,53*

12,37*

12,60

180

11,87*

12,63

12,57

1) Valores com asterisco (*) diferem da testemunha (armazém convencional) pelo teste de Dunnett, a 5% de probabilidade.

2) A umidade para comercialização do café varia entre 10 e 12% (b.u.).

Avaliação da bebida do café realizada durante 180 dias de armazenamento nas condições de 15 oC, 25 oC e em armazém convencional Dias de armazenagem Tratamentos

0

30

60

90

120

150

180

Armazém convencional

mole

mole

dura

dura

dura

dura

dura

25 oC

mole

mole

15 oC

mole

mole

apenas mole apenas mole

apenas apenas apenas mole mole mole apenas apenas apenas mole mole mole

dura mole

Representação gráfica dos valores médios percentuais da detecção e identificação de fungos, em grãos de café com pergaminho avaliados durante 180 dias de armazenamento nas condições de armazenamento à 15 °C, 25 °C e em armazém convencional.

Acremoniun sp.

Alternaria sp.

A. flavus

A. glaucus

A. niger

A. ochraceus

A. restrictus

A. terreus

Cladosporium sp.

Fusarium sp.

Rhizopus sp.

32

24 20 16 12 8

0

30

60

90

120

Tempo de armazenamento (dias)

150

180

armazém

25 °C

15 °C

armazém

25 °C

15 °C

armazém

25 °C

15 °C

armazém

25 °C

15 °C

armazém

25 °C

15 °C

armazém

25 °C

15 °C

25 °C

0

armazém

4

15 °C

% de ocorrência de fungos

28

Representação gráfica dos valores médios percentuais da detecção e identificação de fungos, em grãos de café descascados avaliados durante 180 dias de armazenamento nas condições de armazenamento à 15 °C, 25 °C e em armazém convencional.

Acremoniun sp.

A. glaucus

A. ochraceus

16 12 8 4

0

30

60

90

120

Tempo de armazenamento (dias)

150

180

armazém

25 °C

15 °C

armazém

25 °C

15 °C

armazém

25 °C

15 °C

armazém

25 °C

15 °C

armazém

25 °C

15 °C

armazém

25 °C

15 °C

armazém

25 °C

0 15 °C

% de contaminação de fungos

20

Valores médios de condutividade elétrica (µS cm-1 g-1) de grãos de café cereja descascado, armazenados em armazém convencional, à 25 e 15 oC, durante 180 dias Período de armazenagem (dias)

Condições de armazenagem 15 oC

25 oC

Convencional

0

85,57

85,57

85,57

30

45,47

50,87

50,67

60

44,23*

57,96

77,07

90

68,07

69,73

61,60

120

80,80*

98,53

108,27

150

103,67*

198,67*

140,67

180

164,33*

181,33

178,00

Valores com asterisco (*) diferem da testemunha (armazém convencional) pelo teste de Dunnett, a 5% de probabilidade.

Valores médios de potássio lixiviado (ppm g-1) de grãos de café cereja descascado, armazenados em armazém convencional, à 25 e 15 oC, durante 180 dias Período de armazenagem (dias)

Condições de armazenagem 15 oC

25 oC

Convencional

0

53,33

53,33

53,33

30

52,37*

49,80*

56,17

60

24,40*

28,63*

36,43

90

38,40

43,33*

37,50

120

41,50*

58,90*

55,77

150

31,30*

47,73*

43,30

180

47,80*

80,00*

51,07

Valores com asterisco (*) diferem da testemunha (armazém convencional) pelo teste de Dunnett, a 5% de probabilidade.

Valores médios percentuais de matiz (adimensional) em diferentes condições de armazenamento à 15 °C, à 25 °C e em armazém convencional, durante 180 dias

25 °C

15 °C

armazém

1,46 1,45 1,44 Matiz

1,43 1,42 1,41 1,40 1,39 1,38 0

30

60

90 Tem po (dias)

120

150

180

MUITO OBRIGADO