Testes de secagem com o forno de micro-ondas adaptado

O estudo da secagem do bagaço de laranja utilizando o forno de micro-ondas adaptado teve como objetivo obter as melhores condições do processo avaliando o efeito das variáveis (temperatura do ar, vazão de ar e potência de micro-ondas) nos parâmetros inerentes ao

processo de secagem, como: cinética de secagem, energia consumida, densidade de potência e tempo de secagem, utilizando-se quantidades reduzidas de material.

Através destes dados foram selecionados os valores das variáveis que utilizados nos testes de secagem com o secador contínuo rotativo.

5.2.1. Análise estatística dos resultados

Os resultados obtidos conforme o delineamento experimental (Tabela 08), para a determinação do planejamento experimental, considerando temperatura do ar, vazão do ar e potência de micro-ondas, são apresentados na Tabela 20.

Tabela 20. Valores reais do planejamento experimental utilizando o forno de micro-ondas doméstico adaptado.

Testes Temp. (°C) Var (m3min-1) Pmo (W) ETtf (kJ)

Teste 1 45 2,1 279,13 1.009,59 Teste 2 65 2,1 279,13 1.136,48 Teste 3 45 2,4 279,13 1.252,73 Teste 4 65 2,4 279,13 1.458,91 Teste 5 45 2,1 837,40 800,19 Teste 6 65 2,1 837,40 800,42 Teste 7 45 2,4 837,40 730,33 Teste 8 65 2,4 837,40 882,45 Teste 9 55 2,3 558,27 902,78 Teste 10 55 2,3 558,27 902,78 Teste 11 55 2,3 558,27 902,78

A Energia Térmica Total Fornecida (ETtf) apresentou valores na ordem de 730,33 a 1.458,91 kJ. A análise estatística dos resultados experimentais possibilitou o cálculo dos coeficientes de regressão dos fatores estudados e suas interações sobre a resposta (ETtf) os quais são apresentados na Tabela 21.

Tabela 21. Coeficientes de regressão dos fatores estudados sobre a resposta ETtf.

Resposta Fatores Coeficiente de Regressão Erro padrão T(4) p- valor Média 979,949 23,94288 40,928 0,000002 temp 121,355 56,15103 2,1612 0,096756 Var 144,435 56,15103 2,5722 0,061831 (ETtf) (kJ) Pmo -411,080 56,15103 -7,3209 0,001852 Temp x Var 57,795 56,15103 1,0292 0,361515 Temp x Pmo -45,180 56,15103 -0,8046 0,466143 Var x Pmo -138,350 56,15103 -2,4638 0,069401

Após a identificação dos coeficientes de regressão estatisticamente significativos (p < 0,05), foi determinada a validade dos modelos e o seu ajuste dos dados experimentais através da análise de variância (ANOVA), baseado no Teste F e na porcentagem de variação explicada (R2). Estes resultados estão apresentados na Tabela 22.

Tabela 22. Análise de variância para a resposta ETtf para o forno de micro-ondas adaptado. Resposta Fonte de variação Soma quadrática Graus de liberdade Média quadratica Fcal Ftab (ETtf) Regressão 337.974 1 337.973,53 7.681,21 5,12 Resíduo 145.445 9 16.160,54 Falta ajuste 145.445 7 20.777,84 451,69 19,35 Erro puro 0 2 0 Total 483.418 10 % variação explicada (R²) = 69,90%

O modelo codificado, as superfícies de respostas e as curvas de contorno propostas para representar a distribuição do tempo de residência, para as condições estudadas, são apresentados na Equação 40 e Figura 43.

ETtf = 979,94 – 205,40 x Pmo (40)

Em relação ao coeficiente de determinação (R²), observa-se que o modelo da resposta ETtf explicou 69,90 % da variação dos dados, sendo assim

,

processo.

Observando o diagrama de Pareto (Figura 44) é possível confirmar a significância da potência de micro-ondas como efeito principal, localizado à direita do limiar de significância (p ≤ 0,05).

Figura 44. Diagrama de Pareto.

1,666177 1,98306 -5,64403 p=,05 Efeitos Padronizados (1)temp (2)Var (3)PMO 1,666177 1,98306

Observa-se ainda, que este efeito apresentou influência negativa na resposta estudada, indicando que com o aumento da potência de micro-ondas o conteúdo de umidade diminui, conforme esperado. Este efeito pode ser observado pelas curvas de taxas de secagem.

Os resultados obtidos conforme o delineamento experimental (Tabela 23), para a determinação da Energia Térmica Total Fornecida (ETtf) e o Consumo de Energia Térmica Total (CEET),estão apresentados na Tabela 23.

Tabela 23. Resultados energéticos para os experimentos utilizando bagaço de laranja com umidade inicial de 30%.

Testes Tempo (s) Uf Emo Ear ETtf Mae CEET ET DP

1 420 13,30 295,20 714,39 1.009,59 0,0386 26,18 65,49 172,04 2 360 13,98 280,80 855,68 1.136,48 0,0338 33,64 54,83 143,17 3 480 13,84 302,40 950,33 1.252,73 0,0359 34,93 60,48 203,69 4 390 13,32 320,40 1.138,51 1.458,91 0,0373 39,07 54,11 175,27 5 210 14,51 324,00 476,19 800,19 0,0405 19,74 52,56 107,74 6 210 13,23 302,40 498,02 800,42 0,0378 21,20 48,93 102,12 7 210 13,80 313,20 417,13 730,33 0,0374 19,55 47,39 88,02 8 210 12,66 313,20 569,25 882,45 0,0398 22,16 46,57 91,08 9 270 13,00 284,40 618,38 902,78 0,0392 23,02 55,27 106,27 10 270 14,16 284,40 618,38 902,78 0,0368 24,52 48,66 105,21 11 270 14,50 284,40 618,38 902,78 0,0367 24,62 48,47 106,48 Onde: Uf = Umidade final (%);

Emo = Energia consumida pelo magnetron (kJ);

Ear = Energia consumida para aquecimento do ar (kJ);

ETtf = Energia térmica total consumida (kJ); Mae =Massa de água evaporada(kg);

CEET = Consumo específico de energia térmica (MJ kgae-1);

ET = Eficiência térmica (%);

5.2.2. Avaliação energética do secador de micro-ondas adaptado

A avaliação energética foi realizada com base nos resultados obtidos dos testes de número 7, Tabela 27, cujas condições de trabalho foram: Temperatura do ar 45°C, Vazão do ar 2,4 m³ min-1 e potência das micro-ondas 837,40W, proporcionando o melhor resultado em relação aos demais, tendo em vista os valores obtidos da energia térmica total fornecida (ETtf) 730,33 kJ, consumo específico de energia térmica (CEET) 19,55 MJ por kg de água evaporada e eficiência térmica (ET) na ordem de 47,39 %.

Observa-se que os testes de número 9, 10 e 11, que representam o ponto central do planejamento (3 repetições), e os testes de números 5, 6, 7 e 8 que representam as condições extremas de secagem em relação a utilização da potência de micro-ondas adotada no planejamento experimental, apresentaram valores da energia térmica total fornecida (ETtf) e do consumo específico de energia térmica (CEET) muito próximos, porém superiores aos daqueles citados na literatura ao se utilizar secadores convectivos convencionais, onde teoricamente, a energia necessária para a evaporação de 1 kg de água em condição padrão varia de 2,2 a 2,7 MJ por kg de água evaporada (STRUMILLO et al., 1995).

Nota-se que o valor da energia utilizada para o aquecimento do ar (Ear) representou em todos os testes um valor acima de 57 % do valor da energia térmica total fornecida (ETtf). Danilov e Leontchik (1986) através dos resultados obtidos nos balanços de energia realizado em secadores convectivos concluíram que do total de energia fornecida durante o processo de secagem, 20 a 60% são usados na evaporação da água, 5 a 25% para aquecimento do material, 15 a 40% são perdidos com o ar de saída, 3 a 10% são perdidos para a atmosfera através das paredes do secador e 5 a 20% são considerados outras perdas.

Podemos observar que o resultado da densidade de potência apresentou valores na ordem de 88,02 a 203,69 Wh kg-1, indicando a relação direta da intensidade de potência de micro-ondas aplicada em cada teste com os resultados obtidos.

Em relação a eficiência térmica podemos observar que os valores mais significativos foram obtidos ao se utilizar menores valores de potência de micro-ondas, testes de número 1, 2 e 3. Os que obtiveram o pior desempenho foram os que usaram o maior valor de potência de micro-ondas, testes 6, 7 e 8 respectivamente, indicando a relação direta do aumento do consumo de energia com o rendimento do processo.

O gráfico apresentado na Figura 45 mostra o tempo gasto para atingir a umidade final do bagaço de laranja, estabelecida em torno de 14%. Pode-se observar que ao se aplicar as potências de 558,27 e 837,40 (W) obtivemos valores finais próximos e praticamente iguais à metade do tempo obtido para os testes (1, 2, 3 e 5) onde foram utilizados 279,13 (W) de potência. Esta redução do tempo se deve em função do aumento da temperatura do produto causada pelo uso de potências elevadas, provocando o aumento da pressão interna de vapor de saturação que por sua vez provoca o aumento da taxa de remoção de água do bagaço de laranja, devido ao aumento da difusividade térmica do material.

Figura 45. Curvas de secagem do bagaço de laranja.

Para as condições estabelecidas para o experimento, os resultados mostraram valores de consumo específico de energia térmica (CEET) superiores aos dos secadores rotativos utilizados na indústria, que variam de 4.6 a 9.2 MJ por kg de água evaporada (CAVICHIOLO, 2010).