ecagem e resfriamento artificial de café

Convênio
N°023/2010
UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA

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 GRÃOS
POLPA + CASCA
40 % da massa

Grãos – menor teor de água
60 % da massa

3

SECAGEM DE CAFÉ


4

SECAGEM DE CAFÉ

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

60
Teor de água - % bu

50

40

30

20

10 asfalto tijolos
cimento Chão batido
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Tempo - dias

9

SECAGEM DE CAFÉ

QUALIDADE DO PRODUTO SECADO EM TERREIRO

BEBIDA: duro ácido e duro verde
ASFALTO DEFEITOS: 208 - 232
PENEIRA: 16 – 72%

BEBIDA: sem condições de prova e duro verde
TIJOLOS EFEITOS: 264
PENEIRA: 16 – 74 %

BEBIDA: apenas mole e duro fermentado
CIMENTO DEFEITOS: 186 - 252
PENEIRAS: 16 – 71 a 82 %

BEBIDA: sem condições de prova
TERRA DEFEITOS: sem classificação
PENEIRA: sem classificação

10

SECAGEM DE CAFÉ
SECADOR ROTATIVO

11

SECAGEM DE CAFÉ
SECADOR ROTATIVO

12

Vista parcial de um secador de bandejas

MOMENTO DE TESTE
Automação
Temperatura

Descarga

Comandos

Curva de secagem do café.

Valores das temperaturas do ar
ambiente, do ar de secagem, do ar
de exaustão 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 Teste
Teor inicial de água, % b.u. 40,0
Teor final de água, % b.u. 11,2
Massa inicial, kg 3.100,0
Massa final, kg 1.910,0
Massa de H2O evaporada, kg 1.190,0
Temperatura do ar ambiente, °C 25,0
Temperatura do ar de secagem, °C 43,8
Umidade relativa ambiente, % 52,50
Umidade relativa do ar de secagem, % 12,40
Temperatura do ar de exaustão, °C 27,0
Vazão de ar, m³.min-1 102,06
Energia elétrica, kW.h 2.091,0
Eficiência energética, kJ.kg-1 H2O 6.326,0
Tempo de secagem, h 73,0
Consumo de energia, kW.h.h-1 28,64

SECADOR DE FLUXOS CONCORRENTES

secador de fluxos concorrentes

Fonte: Santos, (2007) – Tese de doutorado

Resultados experimentais – secador de fluxos concorrentes

Teste 1 Teste 2 Teste 3 Teste 1 Teste 2 Teste 3

26 13
Teor de Água (% b.u.)

Teor de Água ( % b.u.)
24
22 12
20
18 11
16
14 10
12
10 9
0 10 20 30 40 50 60 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tempo (h) Amostras (média a cada 12 sacas)

Ambiente Exaustão Secagem Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3
Ponto 4 Ponto 5

50

45

40
Temperatura (ºC)

35

30

25

20

15

10
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Tempo (h)

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

Variáveis Teste 1 Teste 2 Teste 3
1) Do Produto
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
Massa de água evaporada, kg 567,2 578,2 571,1

Variáveis observadas na avaliação de secagem

2) Do Ar
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

Variáveis observadas na avaliação de secagem

3) Do secador
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
4) De energia
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
5) Do desempenho
Duração do teste, h 44,5 45,8 54,1
Redução no teor de água, % b.u. 13,5 13,3 13,1

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

Consumo de energia elétrica, kWh
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
Eficiência energética, kJ kg-1:
Movimentar o ar 564,9 576,0 705,9
Aquecer o ar 2.259,5 2.298,4 2.482,7
Movimentar o grão 69,4 68,1 78,8
Total 2.893,8 2.942,5 3.267,4

Secador de fluxos concorrentes

sistema de secagem UTA/secador de fluxos concorrentes

29

SECAGEM COMBINADA

31

Valores médios de tempo de secagem, massa específica e umidade
dos grãos, comparativos para os dois tratamentos
Secagem combinada
Terreiro cimentado Terreiro híbrido Silo secador
Massa Massa Massa
especifica Umi Tem especifica Umi Tem especifica Umid
Tempo
(Kg.m-3) dade po (Kg.m-3) dade po (Kg.m-3) ade
(h)
(% (h) (% (h) (%
b.u) b.u) 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
Classificação Classificação Classificação Classificação
Nº de Amostra da bebida por peneira Nº de Amostra da bebida por peneira
1 Dura 15 1 Apenas mole 16



4 Dura 15 4 Dura 16

5 Riada 16 5 Apenas mole 17

6 Dura 15 6 mole 18/19


8 Apenas mole 16 8 mole 17

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
Protótipo:

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

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

16,0
Teor de água (% b.u)

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

16,0
Teor de água (% b.u.)

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

• 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 aplicação de técnicas que objetivam o controle de
insetos, fungos e bactérias, que se reproduzem e se
A redução da temperatura da massa desenvolvem no meio, é de fundamental importância
para a preservação da qualidade desses produtos (SUN &
de grãos, abaixo de 15 ºC, tem sido WOODS, 1997)
eficiente para minimizar sua
atividade de água e,
r
conseqüentemente, a atividade de e
insetos e fungos (SUN & WOODS, s
u
1994; SUN & BYRNE, 1998). l
t
a
d
o

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

Recursos técnicos para preservar a qualidade do café

A aeração é uma técnica muito utilizada para a prevenção ou
ç é ç
solução de problemas de conservação dos grãos armazenados. Seus
ç ç
principais objetivos são: resfriar, uniformizar a temperatura, prevenir
o aquecimento e o umedecimento e promover remoção de odores na
ç
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 nível de infestação.
í ç
Portanto, o resfriamento pode ser considerado um importante
componente para a estratégia do manejo integrado de pragas
é
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 Condições de armazenamento
armazenamento
(dias) 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
mole mole dura dura dura dura dura
convencional
apenas apenas apenas apenas
25 oC mole mole dura
mole mole mole mole
apenas apenas apenas apenas
15 oC mole mole mole
mole mole mole 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

28

24
% de ocorrência de fungos

20

16

12

8

4

0
armazém

armazém

armazém

armazém

armazém

armazém

armazém
C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C
15 °

25 °

15 °

25 °

15 °

25 °

15 °

25 °

15 °

25 °

15 °

25 °

15 °

25 °
0 30 60 90 120 150 180

Tempo de armazenamento (dias)

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
20
% de contaminação de fungos

16

12

8

4

0
armazém

armazém

armazém

armazém

armazém

armazém

armazém
C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C
15 °

25 °

15 °

25 °

15 °

25 °

15 °

25 °

15 °

25 °

15 °

25 °

15 °

25 °
0 30 60 90 120 150 180

Tempo de armazenamento (dias)

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 Condições de armazenagem
armazenagem (dias) 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 Condições de armazenagem
armazenagem (dias) 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
1,43
Matiz

1,42

1,41
1,40
1,39
1,38
0 30 60 90 120 150 180

Tem po (dias)

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