DETERMINAÇÃO DAS CURVAS DE SECAGEM EM FRUTOS DE CAJÁ

Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, n.1, p.65-68, 2003 ₆₃ DETERMINAÇÃO DAS CURVAS DE SECAGEM EM FRUTOS DE CAJÁ

Josivanda Palmeira Gomes de Gouveia1, Francisco de Assis Cardoso Almeida1,

Eliana da Silva Farias2, Manassés Mesquita da Silva2,

Maria da Conceição Veloso Chaves2, Lígia Sampaio Reis2

RESUMO

Esta pesquisa objetivou estudar, experimentalmente, a cinética de secagem do cajá (Spondias lutea L.), em um secador de leito fixo, utilizando temperaturas de 50, 60, 70 e 80 ºC e velocidade do ar de secagem de 1,0 e 1,5 m s-1. Foram utilizados frutos no estágio maduro proveniente do comércio local. De acordo com a análise dos dados, a cinética de secagem do cajá ocorreu no período de taxa decrescente sendo fortemente influenciada pela temperatura em relação à velocidade do ar do processo. As equações polinomiais encontradas ajustam-se eficientemente para valores dentro da faixa de temperatura e velocidade do ar estudada.

Palavras chave: Spondias lutea L, secagem, leito fixo.

DETERMINATION OF THE DRYING CURVES IN CAJÁ FRUITS

ABSTRACT

The Spondias lutea L. is a plant from anacardiaceous family, which is native from Tropical America. It s openly disseminated nearly throughout the Brazilian territory. This search had the objective of studying, experimentally, the drying kinetic of cajá, with using temperatures of 50, 60, 70 and 80 ºC, and the drying air speed of 1.0 and 1.5 m s-1. According to the analysis of results that were got, the cajá drying kinetic took place in the decreasing rate and it was strongly influenced by the temperature in relation to air speed of the process. The polynomial equations, which were found, adjust themselves efficiently to values inside the studied temperature and speed values.

Keywords: Spondias lutea L., drying, fixed bed

INTRODUÇÃO

A cajazeira (Spondias lutea L.) é nativa da América Tropical, comum em estado silvestre ou subespontâneo nas matas de terra firme ou várzea na Amazônia. Atualmente, esta espécie, é explorada na forma de extrativismo e em plantios espontâneos. A procura pelos frutos da cajazeira deve-se principalmente às boas carac-

terísticas para a industrialização, aliadas ao aroma e sabor agradáveis. É utilizada na

fabricação de sorvetes, geléias, polpas

congeladas, produção de bebidas alcoólicas e consumo in natura, despertando interesse não apenas para o mercado regional, mas também para outros locais do país, onde a fruta é escassa.

_________________

Protocolo 150 de 09 / 09 / 2003 1

Professor da UFCG/CCT/DEAg. E-mail: josi@deag.ufcg.edu.br 2

Determinação das curvas de secagem em frutos de cajá Gouveia et al.

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Devido às potencialidades apresentadas pelo fruto da cajazeira, pode-se afirmar que se trata de recurso fitogenético importante para a região Nordeste do Brasil, onde as condições edafoclimáticas favorecem o seu cultivo e produção, podendo-se afirmar que a cajazeira é, sem dúvida, uma espécie frutífera promissora, por causa das excelentes qualidades organolép-ticas do fruto. Apesar dos conhecimentos

adquiridos com relação às qualidades

organolépticas, medicinais e industriais dessa frutífera, não existem plantios sistematizados no país (Lozano, 1986; Gomes, 1990; Silva et al., 1995).

Como a maioria das frutas, grande parte da colheita do cajá é desperdiçada, porque é comercializada in natura. É um fruto perecível havendo a necessidade de um processo que possibilite sua armazenagem e comercialização por um longo período de tempo. Um dos

procedimentos mais importantes para a

conservação de alimentos por diminuição de

sua atividade de água é a secagem,

considerando que a maioria dos frutos frescos são constituídos por mais de 80% de água. O processo de secagem implica em uma

considerável redução de volume e

indiretamente redução de custos em transportes e manipulação do produto além de prover um efetivo método de prolongamento de sua vida útil (Brasileiro, 1999).

Conforme Prado et al. (2000) a evolução das transferências simultâneas de calor e de massa, no curso da operação de secagem, faz com que esta seja dividida, esquematicamente, em três períodos de secagem: período 0 ou período de se entrar em regime operacional; período 1 ou período de secagem à taxa constante; e período 2 ou de secagem à taxa decrescente.

Segundo Villar (1999), as curvas de secagem à taxa decrescente podem ser côncavas, convexas ou aproximar-se de uma linha reta; podem apresentar um ponto de inflexão, quando ocorre uma mudança na forma física do material, como por exemplo, quando se produz contração e ruptura, e quando se forma uma película na superfície do material parcialmente seco.

Conforme Almeida et al. (2002), os produtos são muito diferenciados entre si, devido a sua forma, estrutura e suas dimensões, além de as condições de secagem serem muito diversas, conforme as propriedades do ar de secagem e a forma como se faz o contato ar produto. Uma vez que o produto é colocado em contato com o ar quente, ocorre uma

transferência de calor do ar ao produto sob o efeito da diferença de temperatura existente entre eles. Simultaneamente, a diferença de pressão parcial de vapor existente entre o ar e a

superfície do produto determina uma

transferência de massa para o ar. Esta última se faz na forma de vapor de água, uma parte do calor que chega ao produto é utilizada para vaporizar a água.

A taxa de secagem pode ser acelerada com o aumento da temperatura do ar de secagem e, ou, com o aumento do fluxo de ar que passa pelo produto por unidade de tempo. A quantidade de ar utilizada para a secagem depende de vários fatores. Entre eles: a umidade inicial do produto e a espessura da camada.

Alsina et al. (1997), quando estudaram o efeito da temperatura do ar de secagem entre 60 e 80 ºC e velocidade do ar de secagem, variando entre 0,7 e 1,5 m s-1, sobre a cinética de secagem da acerola em monocamada, comprovaram que a velocidade do ar exerce pouca influência na taxa de secagem, mas um considerável aumento da temperatura do ar de secagem.

Yoshida e Menegalli (2000) secaram milho superdoce a uma temperatura de 50 ºC e velocidade do ar de 1,28 e 0,75 m s-1, concluindo que a taxa de secagem tem um pequeno aumento, quando se trabalha com valores de velocidade maiores. Então, pode-se considerar que a velocidade do ar tem um pequeno efeito sob as curvas de secagem.

Gouveia (1999) obteve curvas de secagem de gengibre em três diferentes níveis de velocidade do ar (1,0, 1,5 e 2,0 m s-1) com diferentes temperaturas (35, 50 e 65 ºC) e concluiu que, para um mesmo tempo de processo, quanto maior for a temperatura do ar, maior a perda de umidade do produto, concordando com estudos de Prado et al. (2000) e Yoshida e Menegalli (2000). Estes mesmos autores, quando fixaram a temperatura e variaram a velocidade do ar, verificaram que a velocidade do ar tem um pequeno efeito sobre as curvas de secagem, quando comparada a temperatura, a qual exerce maior influência do que a velocidade do ar de secagem

MATERIAL E MÉTODOS

O trabalho foi conduzido no Laboratório de Transferência em Meios Porosos e Sistemas Particulados do Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de Campina Grande, PB. Foram utilizados frutos de cajá

Determinação das curvas de secagem em frutos de cajá Gouveia et al.

Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, n.1, p.63-68, 2003

65 (Spondias lutea L.) no estágio maduro,

provenientes do comércio local.

A secagem do cajá foi realizada, utilizando-se um secador de leito fixo. As curvas foram determinadas para quatro níveis de temperatura (50, 60, 70 e 80 C) e duas velocidades do ar de secagem (1,0 e 1,5 m s-1).

Antes do início de cada secagem, foram

retiradas amostras do produto para

determinação do teor de umidade inicial, utilizando o método descrito pela AOAC (1992), onde cinco amostras de cajá foram levadas à estufa a uma temperatura de 100 C por 3 h. Todas as medidas de massa foram feitas em balança com precisão de leitura de 0,0001 g.

As amostras foram colocadas em uma cesta de material metálico em tela de arame de malha fina. Após o equipamento ser ligado, foi determinada a velocidade do ar, através de um anemômetro colocado na parte superior da câmara de secagem, bem como ajuste das temperaturas a ser trabalhada. O conjunto foi pesado e colocado na câmara de secagem para início do processo.

As leituras em relação à perda de peso de cada amostra foram realizadas em intervalos regulares de 30 e 60 min, onde as amostras eram retiradas da câmara de secagem, pesadas e recolocadas rapidamente no secador. A perda de peso foi acompanhada até atingir peso constante. Em seguida, foram colocadas em recipientes de alumínio e levadas à estufa de circulação forçada de ar a uma temperatura de 60 C por 24 h para posterior determinação de matéria seca.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Estudou-se a cinética de secagem em camada fina, analisando-se a influência das variáveis operacionais, como: temperatura e velocidade do ar de secagem. As curvas da cinética de secagem estão apresentadas na forma de adimensional do conteúdo de umidade, (X-Xe)/(X0-Xe) em função do tempo

(Figura 1).

A representação gráfica das curvas de secagem é de comportamento similar, isto é, o processo de secagem ocorre no período de taxa decrescente para as condições estudadas, não apresentando período à taxa constante, o que pode ter ocorrido pela natureza da umidade, uma vez que, mesmo havendo umidade superficial livre, a água pode estar na forma de suspensão de células e de solução (açúcares e outras moléculas), apresentando uma pressão de vapor inferior à da água pura. A ausência de período, a taxa constante também foi observada por diversos autores (Gabas, 1995; Gouveia et al., 1997; Araújo et al., 2001; Almeida et al., 2002). Observa-se ainda, que o tempo de secagem, depende da temperatura. Todas as curvas para cada critério em particular,

representaram curvas características de

adimensional de umidade similar, variando amplamente com os valores absolutos da

temperatura. As curvas de secagem

apresentaram-se de forma bem definida, ou seja, sem flutuações nos pontos, indicando uma condição de homogeneidade no secador. Verificou-se que a perda do conteúdo de umidade é mais rápida no início do processo de secagem. Com relação à temperatura tem-se que quanto mais elevada, maior é a taxa de secagem.

Mediante os resultados da Figura 1, verificou-se que a variação da velocidade do ar de secagem sofreu pequena influência. Este efeito sugere que a resistência externa não

influencia nas condições de operações

utilizadas e que o controle de secagem depende da difusão interna do cajá. Esta constatação está de acordo com o fato de não ter sido observado

período de secagem a taxa constante.

Comportamento similar foi observado por Villar (1999) e Brasileiro (1999), ambos estudando secagem de acerola, respectivamente. Embora não sendo significativa a influência desta variável, na cinética de secagem, nota-se que quando se trabalhou com a temperatura de 50 ºC e velocidade de 1,5 m s-1, a secagem ocorreu de forma mais lenta. Deste modo, pode-se considerar, como uma variável de menor importância no processo.

Determinação das curvas de secagem em frutos de cajá Gouveia et al. 66 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 80 ºC V ar=1,0 m s -1 70 ºC V_ar=1,0 m s-1 60 ºC V ar=1,0 m s -1 50 ºC V ar=1,0 m s -1 80 ºC V ar=1,5 m s -1 70 ºC V ar=1,5 m s -1 60 ºC V ar=1,5 m s -1 50 ºC V ar=1,5 m s -1 (x -xe )/ (x0 -xe ) Tempo (h)

Figura 1. Cinética de secagem do cajá para quatro temperaturas e duas velocidades do ar de secagem

Analisando-se ainda as curvas de secagem da Figura 1, observou-se que a cinética de secagem foi fortemente influenciada pela temperatura, a aplicação de temperatura mais elevada reduz significativamente o tempo necessário para secar o cajá, ou seja, para um mesmo tempo de processo, quanto maior for a temperatura do ar, maior é a taxa de secagem. Nota-se que a perda do conteúdo de umidade é bem rápida, no início do processo de secagem, cuja estabilização para a temperatura mais baixa (50 ºC) ocorre num período de tempo de, aproximadamente, 38 h e 30 min, e para a temperatura mais alta (80 ºC) a partir de aproximadamente 9 h e 30 min, indicando que a temperatura é a variável de maior influência no processo. Moura et al. (2001) também

encontraram resultados semelhantes ao

afirmarem que o tempo gasto para secar caju

em temperaturas mais baixas (35 e 40 ºC) foi o dobro do tempo utilizado em temperatura mais elevada (65 ºC) que foi de 6 h.

A fim de se encontrar uma equação de ajuste para as curvas de secagem do cajá foram feitos ajustes (Tabelas 1 e 2), a partir de equações polinomiais.

Observa-se que os coeficientes ajustados

para cada temperatura correspondem a

coeficientes de regressão (R2), entre 95,81% e 99,89%, e erro médio relativo (E), entre 0,88% e 0,98%. Contudo, todas as equações podem ser usadas como modelo de ajuste das curvas de secagem de cajá por apresentarem valores de R2 superiores a 95%. Por serem de natureza empírica, essas equações só podem ser utilizadas para predizer dados de secagem para as condições de temperaturas e velocidades do ar de secagem estudadas.

Determinação das curvas de secagem em frutos de cajá Gouveia et al.

Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Especial, n.1, p.63-68, 2003

67 Tabela 1. Equações da cinética de secagem do cajá para a velocidade do ar de 1,0 m s-1

Equação polinomial Temperatura (ºC) Var = 1,0 m.s-1 R2 (%) E (%) 50 Y = 8.10 8x2 0,001x + 0,95 99,88 0,94 60 Y = 5.10 7x2 0,001x+ 0,99 99,64 0,97 70 Y = 1.10 6x2 0,002x + 0,99 99,73 0,98 80 Y = 4.10 6x2 0,004x + 0,92 95,81 0,90

Tabela 2. Equações da cinética de secagem do cajá para a velocidade do ar de 1,5 m s-1 Equação polinomial Temperatura (ºC) Var = 1,5 m.s-1 R2 (%) E (%) 50 Y = 5.10 8x2 0,001x + 0,96 99,89 0,95 60 Y = 6.10 7x2 0,002x+ 0,97 99,83 0,96 70 Y = 3.10 6x2 0,003x + 0,90 98,71 0,89 80 Y = 4.10 6x2 0,004x + 0,88 95,17 0,88

1. A cinética de secagem do cajá ocorre no do período de secagem a taxa decrescente.

2. A velocidade do ar tem um pequeno efeito sob as curvas de secagem.

3. A temperatura é fortemente

influenciada na cinética de secagem 4. As equações polinomiais encontradas

são ajustadas eficientemente para

valores dentro da faixa de temperatura e velocidade do ar estudada.

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