Estudo numérico da dinâmica de partículas em secador rotatório não-convencional e sua relação com a desidratação de polpa de acerola

• Autor(a) principal: Nunes, Gabriela
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
• Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/33756; http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.645
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES DE SEPARACAO E MISTURA; Secador Rotatório com Recheio de Inertes; Colisões entre Partículas; Método dos Elementos Discretos (DEM); Compostos Bioativos; Malpighia emarginata DC; Rotary Dryer with Inert Bed; Particles Collisions; Discrete Element Method (DEM); Bioactive Compounds; Engenharia Química; Engenharia Química; Compostos Bioativos; Secagem

A acerola (Malpighia emarginata DC) é um fruto conhecido por ser uma das maiores fontes naturais de vitamina C, além de possuir outros compostos benéficos à saúde humana, sendo aplicada não só no setor alimentício, mas também no ramo farmacêutico. No entanto, a alta perecibilidade do fruto in natura acarreta em desafios nas etapas pós-colheita, de modo que um processamento adequado é necessário para garantir o aproveitamento do seu potencial nutricional. Nesse sentido, o secador rotatório com recheio de inertes (SRRI) é uma alternativa para conservação da polpa de acerola, fornecendo produtos na forma de pó, com baixa degradação de compostos bioativos. Neste equipamento, os inertes são aquecidos pelo ar de secagem e os choques entre eles promovem a fragmentação da polpa que se secou na superfície dos sólidos para formação do pó. O movimento das partículas inertes ocorre pela presença de suspensores nas paredes internas do tambor e essa dinâmica tem grande impacto na performance do secador. Diante disso, este trabalho teve como objetivo estudar experimental e numericamente os efeitos de diferentes variáveis operacionais no desempenho de um SRRI para a desidratação de polpa de acerola. No estudo numérico, foram realizadas simulações, por meio do método dos elementos discretos (DEM), que forneceram informações sobre a força de colisão e o número de colisões partícula-partícula e partícula-parede. Tais simulações seguiram planejamentos 2k para diferentes números de suspensores e tinham como variáveis independentes a velocidade de rotação e o grau de enchimento do tambor, a fração entre os sólidos inertes de 12,70 e 25,40 mm de diâmetro, bem como a altura e o tipo dos suspensores. As respostas DEM obtidas foram combinadas numa única resposta, baseada na função desejabilidade, que permitiu a classificação dos resultados de todas os casos simulados (128) no intervalo entre 0 e 1. Dessa análise, verificou-se que a melhor resposta combinada correspondia à geometria atual do secador (tambor com 3 suspensores contínuos de 25 mm de altura), o que comprovou que as decisões de projeto do equipamento foram adequadas. Também, constatou-se que valores elevados de rotação maximizaram a força de colisão e não tiveram influência significativa no número de colisões; enquanto o aumento do grau de enchimento favoreceu o número de colisões e teve pequeno efeito na força de colisão. Desse modo, para os experimentos, fixou-se as variáveis rotação e grau de enchimento do tambor nos valores mais altos explorados numericamente. O estudo experimental iniciou-se com a caracterização físico-química da polpa, que envolveu, entre outras análises, a determinação do ângulo de contato entre a polpa de acerola – com adição de diferentes concentrações de um agente carreador (maltodextrina) – e a superfície dos inertes cerâmicos. Os ensaios de secagem foram realizados com base em um planejamento composto central (PCC), que avaliou os efeitos dos fatores temperatura do ar de secagem, fração entre inertes e concentração de maltodextrina, no rendimento de secagem e nos teores de compostos bioativos (fenólicos, flavonoides e ácido ascórbico). Para todas as condições do PCC, o resultado máximo de atividade de água obtido para os pós produzidos foi de 0,103, o que garante a inibição de atividade microbiana durante armazenamento. O rendimento de secagem foi influenciado positivamente pela elevação da temperatura e da fração entre inertes, isto é, pela presença de mais inertes de menor diâmetro; e a adição de maltodextrina foi benéfica em concentrações próximas de um valor médio. Em relação aos compostos bioativos, a concentração de maltodextrina foi a variável que teve maior influência, pela diluição dos demais compostos no alimento. A otimização multiresposta, realizada em busca de maior rendimento e menor degradação de compostos bioativos, resultou em concentração de 6,28% de maltodextrina, fração entre inertes de 46,19% e temperatura de 77,2°C, e obteve-se, para o experimento realizado nesta condição, os melhores teores de compostos bioativos e rendimento de 59,87%. Portanto, concluiu-se que o SRRI foi eficiente para a desidratação de polpa de acerola e tem grande potencial para ser explorado industrialmente, uma vez que produziu, com elevados rendimentos, pós de acerola com características apreciáveis.