Efeito da secagem em leito de jorro bidimensional sobre as propriedades físicas e tecnológicas do feijão preto (Phaseolus vulgaris, L.)

Effect of drying in two-dimensional spouted bed drying on physical and technologycal properties of black beans ( Phaseolus vulgaris, L)

EFEITO DA SECAGEM EM LEITO DE JORRO BIDIMENSIONAL SOBRE AS PROPRIEDADES FÍSICAS E TECNOLÓGICAS DO FEIJÃO PRETO (Phaseolus vulgaris, L.)¹

Mariângela C. DIAS²,^*; Walisson M. MARQUES; Soraia V. BORGES²; Maurício C. MANCINI²

RESUMO

A secagem de feijão preto (Phaseolus vulgaris, L.) em leito de jorro bidimensional foi estudada num equipamento em escala piloto de 100cm de altura total, 10cm de largura e 40cm de comprimento. Um soprador centrífugo de 7cv foi utilizado para fornecer o ar responsável pela formação do jorro ao sistema e nenhum aquecimento adicional foi realizado, ficando a temperatura de operação em torno de 50ºC. Foi feito um estudo sobre a influência do tempo de secagem, da vazão de ar injetado no sistema e da carga de grãos em cada batelada sobre o tempo de cozimento, a capacidade de absorção, a densidade e o diâmetro da partícula. A taxa de secagem também foi estudada. Observou-se que em 6 horas a redução de umidade do grão é cerca de 60% e as condições operacionais estudadas não afetaram significativamente as propriedades físicas e tecnológicas do feijão.

Palavras-chave: secagem; feijão preto; leito de jorro bidimensional

SUMMARY

EFFECT OF DRYING IN TWO-DIMENSIONAL SPOUTED BED DRYING ON PHYSICAL AND TECHNOLOGYCAL PROPERTIES OF BLACK BEANS ( Phaseolus vulgaris, L): a two-dimensional spouted bed dryer was used to study the drying process of black beans (Phaseolus vulgaris, L). The equipment dimensions were: height of 100 cm, width of 10 cm and length of 40 cm. A blower of 7 cv was used to supply the air necessary for the spout formation on the apparatus and no additional heat was necessary. The temperature at the air inlet was around 50º C. The experiments were carried out according to factorial planning, with a complementary experiment set. In this work the effects of the drying time, and the apparatus air velocity were evaluated in relation to mass grain capacity of each batch as well as cooking time, water absorption, particle diameter and particle density. It also fitted the acquired data from experimental runs into the correlations based on the variables: drying time, air velocity and mass of particulated material used in the dryer. The drying rate was studied. The experimental results led to the conclusion that the conditions process studied did not significantly affected the physical and technological properties of beans and reduced the grain moisture content to 40 % of the initial value.

Key-words: drying; black beans; two- dimensional spouted bed

1 - INTRODUÇÃO

O feijão tem importância econômica para o país, pois o Brasil é um dos maiores produtores e consumidores mundiais deste grão. Porém, as perdas pós-colheita., causadas por más condições de armazenamento, são responsáveis por quebras significativas na produção deste grão [1].

A secagem de grãos é uma prática importante, utilizada principalmente com o objetivo de aumentar o tempo de conservação dos grãos, levando assim a um melhor aproveitamento da produção agrícola. Tradicionalmente a secagem ao sol tem sido usada para secar a maioria das sementes de leguminosas maduras, porém, o uso de equipamentos de secagem, leva a produtos de qualidade mais elevada.

Grãos de origem agrícola podem ser secos satisfatoriamente em leito de jorro. CREMASCO et al [2] concluíram que a secagem de milho em leito de jorro cônico com tubo interno pode ser uma alternativa para o pequeno produtor, desde que haja uma rotatividade de plantio. LIMA e ROCHA [5] avaliaram a secagem de feijão em leito de jorro e leito de jorro fluidizado, observando que estes equipamentos apresentam potencial de utilização para secagem desse grão. KALWAR et al [4] realizaram a secagem de milho, soja e trigo em leito de jorro bidimensional com chicanas em larga escala mostrando que pode ser efetivo o controle da queda de pressão, do escoamento do ar através do leito e da velocidade de circulação dos sólidos. ZULKE e GUBULIN [7] secaram soja em leito de jorro com tubo interno e aeração complementar na região anular e mostraram que este equipamento tem melhor desempenho que o leito de jorro convencional e o leito de jorro com tubo interno.

Baseado neste contexto este trabalho tem como objetivo avaliar o efeito das condições operacionais de secagem sobre as propriedades tecnológicas e físicas do feijão.

2 - MATERIAL E MÉTODOS

2.1 - Equipamento: Secador de Leito de Jorro Bidimensional

É representado esquematicamente na Figura 1. É construído em folhas de ferro galvanizado de 1mm de espessura, sendo a parte frontal feita de acrílico, para melhor visualização dos processos. A coluna do leito tem largura de 10cm, comprimento de 40cm e altura de 80cm. Na lateral superior da coluna há uma saída para o ar com diâmetro igual a 3/4 polegadas. A base do leito é um tronco de pirâmide, construído com mesmo material metálico utilizado na construção da coluna, com ângulo igual 60º e altura de 20cm. Na extremidade inferior da base está acoplada uma tela de fixação de metal, a fim sustentar o leito de partículas e impedir que os grãos penetrem pela tubulação de alimentação de gás. A entrada do ar do jorro é quadrangular, centralizada na base, e possui 10cm de aresta.

O sistema de injeção do gás de secagem é constituído de um soprador de 7cv de potência e a linha de transporte de ar até o corpo do secador de leito de jorro bidimensional. A linha de transporte do ar é uma tubulação de ferro galvanizado de 2,0in de diâmetro e comprimento total de 3,0m que conduz o ar do soprador até o sistema de aquecimento. O controle da vazão de gás é feito com o auxílio de duas válvulas gaveta, uma que controla a injeção de ar no sistema de secagem e outro utilizada apenas como purga para o ar excedente, evitando danos ao soprador.

Na região imediatamente abaixo da entrada do secador há um retificador de fluxo. O retificador consiste de um feixe de tubos de cobre com 3/8in de diâmetro, arranjados no formato de uma colméia, a sua função é melhorar a distribuição de gás de secagem na entrada e estabilizar o jorro.

As medidas de vazão são obtidas através de medidor de tubo de Pitot acoplado a um manômetro de tubo em U, cujo fluido manométrico é a água. O tubo de Pitot está instalado a uma distância de 29D_N (vinte e nove vezes o diâmetro da tubulação), para assegurar a inexistência de efeitos de entrada sobre as medidas.

As medidas de pressão no leito são feitas com a utilização de manômetros de tubo em U. Há um manômetro acoplado à base do secador, o qual usa mercúrio como fluido manométrico, que é utilizado para determinar a pressão absoluta na entrada do leito (P₁). Outro manômetro, cujo fluido manométrico é a água, é utilizado para medir a queda de pressão no leito, (P₁ - P₂).

Para medidas de temperatura no leito utilizaram-se termômetros, que são colocados em diferentes posições no secador: na entrada do ar no leito, abaixo da tela de metal, na região do jorro, na região anular, e na saída do ar do leito.

2.2 - Planejamento experimental

A cada 10 minutos foram verificadas as temperaturas de entrada do ar de secagem (T_e), temperatura de saída do ar de secagem (T_s), temperatura no jorro (T_j) e temperatura na região anular (T_a).

Utilizou-se um planejamento fatorial 2³ e duas repetições, onde as variáveis: velocidade do ar de secagem( V_s ), a carga de grãos (W) e o tempo de secagem (t), foram estudadas a diferentes níveis, cuja representação é apresentada na Tabela 1. Y_so é a umidade inicial do grão.

Após a secagem pelo tempo determinado em cada experimento, os grãos de feijão eram recolhidos e reservados para a determinação, também em duplicata, do tempo de cozimento, da capacidade de absorção, da densidade e do diâmetro de partícula.

Adicionalmente foram realizados ensaios de secagem com vistas à determinação das curvas de secagem de feijão. A matéria prima, com umidade inicial de 0,32 % b.s foi submetida às seguintes condições de operação: W = 4,0 Kg; V_s= 29,14 m/s e t = 6h e T=50 ºC.

2.3 - Propriedades tecnológicas e físicas

- Determinação do tempo de cozimento: descrito por JACKSON e MARSTON [3], o qual utiliza um cozedor com barras cilíndricas perfurantes, sendo o tempo de cozimento correspondente àquele no qual 50% dos grãos de feijão são perfurados.

- Determinação da Capacidade de Absorção: de acordo com a técnica descrita no trabalho de MOLINA et al. [6].

- Diâmetro e da densidade dos grãos: técnica de picnometria, na qual foram avaliados 100 grãos intactos.

3 - RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados das análises feitas para a determinação do tempo de cozimento (TC), da densidade (r_s) e do diâmetro de partícula (D_p) do material adquirido no comércio (FS), reumidificado (FM) e seco em leito de jorro bidimensional em diversas condições operacionais são apresentados na Tabela 2.

Com base nos resultados obtidos, foram avaliadas correlações que levassem em conta os efeitos das variáveis de operação sobre TC, r_s e D_p de acordo com a Equação 1. Na Tabela 3 são apresentados os resultados das estimativas dos parâmetros da Equação 1, feitas usando métodos estatísticos para o ajuste de equações

P = a+bt+cV_s+dW+etV_s+ftW+gWV_s+htV_sW (1)

onde P pode ser TC, r_s ou D_p.

Pela análise da Tabela 3, pode-se constatar que nenhum dos parâmetros da Equação 1 é significativamente diferente de zero, o que implica que o tempo de cozimento não sofre efeitos consideráveis das variáveis de operação na faixa estudada.

O mesmo resultado foi obtido para o diâmetro e a densidade das partículas, e as médias globais para estas propriedades foram r=1,2186 + 0,0368g/cm³ e D_p = 0,6579 + 0,0197 cm. Esses valores variaram pouco em relação aos obtidos para o grão reumidificado antes da secagem.

AFigura 2 mostra as curvas de três repetições de experimentos de secagem de grãos de feijão no leito de jorro. Observou-se que nas condições-teste o leito de jorro pode proporcionar uma redução de até 60 % da umidade inicial do grão para um tempo de secagem de 6 h. O tempo teve efeito significativo sobre a redução da umidade inicial quando comparada com a amostra umedecida. Não foi observado, no entanto, nenhuma interação entre as variáveis na faixa de operação estudada.

A Figura 3 mostra a capacidade de absorção de água em diferentes tempos de absorção para os grãos de feijão não umedecidos, umedecidos e os submetidos à velocidade de ar de secagem de 29,14 m/s.

Observa-se que o tempo de secagem e a carga de grãos no secador não afetaram significativamente a capacidade de absorção de água dos grãos.

4 - CONCLUSÕES

Pela análise dos resultados obtidos neste trabalho, pode-se concluir que: nas condições operacionais estudadas não houve variação significativa das propriedades físicas e tecnológicas do feijão preto e o equipamento tem capacidade para reduzir a umidade do grão a cerca de 40 % do valor inicial, em seis horas de secagem.

5 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Parte da Dissertação de Mestrado da primeira autora.

² Docentes DTA e DTQ/IT/UFRRJ km 47 da Antiga Rodovia Rio-SP CEP: 23851-970- Seropédica - RJ

e-mail: [e-mail] [e-mail]

*

A quem a correspondência deve ser enviada.

• [1] ARAUJO, R. S.; RAVA, C. A.; STONE, L. F.; ZIMMERMANN, M. J. O. 1996. Cultura do Feijoeiro Comum no Brasil Potafos, Piracicaba.
• [2] CREMASCO, M. A.; ROCHA, S. C. S.; MASSARANI, G. Secagem de Milho em Leito de Jorro. In: XV Encontro sobre escoamento em meios porosos 2. Uberlândia, 1987. Anais. Uberlândia: UFU, 1987. p. 382 - 393.
• [3] JACKSON, G. M. ; MARSTON, E. V. Hard-to-cook Phenomenon in Beans: Effects of Accelerated Storage on Water Absorption and Cooking Time. Journal of Food Science, v. 46, p. 799 - 803 ,1981.
• [4] KALWAR, M. I.; RAGHAVAN, G. S. V. & MUJUMDAR, A. S.; FANOUS, M. A. Aerodynamics of Grains in a Large Scale Two-Dimensional Spouted Bed With Draft Plates. In: Mujumdar, A S. Drying'89, New York: Hemisphere Publishers, p. 433-439, 1989.
• [5] LIMA, A. C. C. ; ROCHA, S.C.S. Análise Experimental da Secagem de Feijăo em Leito Fixo, Leito de Jorro e Leito de Jorro Fluidizado. In: XXIII Congresso Brasileiro de Sistemas Particulados 1 Maringá,1995. Anais, Maringá:UEM,1995. p 259-270.
• [6] MOLINA, M. R.; BATEN, R. A.; GOMEZ-BRENES, K. W. & BRESSANI, R.. Heat Treatment: A Process to control the Development of the Hard-to-Cook Phenomenon in Black Beans ( Phaseolus vulgaris). Journal of Food Science, v. 41, p.661 - 666, 1976.
• [7] ZULKE, K. R.; GUBULIN, J. C. Leito de Jorro com Aeraçăo Complementar - Aspectos de Secagem. In: XV Encontro sobre escoamento em meios porosos 2. Uberlândia, 1987. Anais Uberlândia: UFU,1987. p.363 - 373.

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Recebido para publicação em 19/10/00 . Aceito para publicação em 22/11/00.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  11 Maio 2001
• Data do Fascículo
  Dez 2000

Histórico

• Recebido
  19 Out 2000
• Aceito
  22 Nov 2000