Drying kinetics and modeling of the physical properties of bean grains

• Autor(a) principal: Araujo, Marcos Eduardo Viana de
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: eng
• Título da fonte: LOCUS Repositório Institucional da UFV
• Texto Completo: https://locus.ufv.br//handle/123456789/31588; https://doi.org/10.47328/ufvbbt.2023.230
• topic: Feijão - Medição; Grãos - Medição; Grãos - Tamanho; Análise numérica; Análise volumétrica; Engenharia de Processamento de Produtos Agrícolas

O feijão é uma das leguminosas mais produzidas e consumidas em todo mundo. A qualidade nutricional desse alimento, o tornou constituinte fundamental na dieta de milhares de pessoas todos os dias. No entanto, as perdas observadas durante a cadeia produtiva dessa cultura, mostram que os equipamentos e operações são dimensionados/conduzidas de forma ineficiente. Ao longo dos anos, o avanço tecnológico da indústria de alimentos tem exigido dados atualizados sobre as propriedades de engenharia dos produtos agrícolas, com o objetivo de otimizar os processos e reduzir perdas em todos os passos da cadeia produtiva agrícola. Embora a determinação das propriedades de vários produtos esteja disponível na literatura, o melhoramento genético e avanço de cultivares tem feito com que a indústria otimize seus processos baseando-se em dados obsoletos, que não mais representam as características do material. Diante do exposto, este estudo objetivou determinar e modelar as propriedades geométricas (circularidade, esfericidade, diâmetro geométrico, área projetada, área superficial, volume e relação superfície-volume), físicas (massa especifica real e aparente, porosidade e massa de 1000-grãos), aerodinâmicas (velocidade terminal e coeficiente de arrasto), e térmicas (calor específico, condutividade térmica e difusividade térmica) de grão de feijão comum em função do teor de água. Além disso, a cinética de secagem e as propriedades termodinâmicas (entalpia, entropia e energia livre de Gibbs) da secagem foram obtidas para diferentes temperaturas. Essa determinação abrangente das propriedades e comportamento dos grãos de feijão durante a secagem será de grande utilidade não apenas para indústria, mas para todas as áreas que exijam o conhecimento específico das propriedades avaliadas. Para determinação das propriedades supracitadas, com exceção da cinética de secagem e propriedades termodinâmicas, grãos de feijão com teor de água inicial de 0,41 (decimal, d.b.) foram secos à 45 ± 2 °C até diferentes níveis de teor de água. As propriedades foram obtidas experimentalmente e modelos de regressão foram ajustados para representar a variação das propriedades em função do teor de água. Para obtenção das propriedades geométricas, um algoritmo em linguagem Phyton foi desenvolvido para obter as dimensões características dos grãos a partir de imagens digitais. Os resultados foram comparados ao método tradicional, onde as medições são obtidas por um paquímetro digital. Para determinação da cinética de secagem e das propriedades termodinâmicas da secagem dos grãos de feijão, os grãos foram submetidos à secagem em diferentes temperaturas (40, 50, 60, 70 e 80 ± 2 °C). Os dados experimentais foram ajustados à modelos da literatura comumente utilizados para descrever o processo de secagem de produtos agrícolas. Além disso, uma análise em CFD (Computational Fluid Dynamics) foi realizada para demonstrar a viabilidade da modelagem computacional na previsão do processo de secagem. Os resultados obtidos neste estudo mostraram que o uso de imagens digitais para obtenção das dimensões características dos grãos foi altamente eficaz. Dentre as propriedades geométricas, área projetada e volume apresentaram as maiores variações durante a secagem. O modelo Araujo-Copace descreveu satisfatoriamente a contração volumétrica dos grãos. Dentre as propriedades físicas, aerodinâmicas e térmicas, o peso de 1000-grãos, o coeficiente de arrasto e a condutividade térmica apresentaram as maiores variações durante o processo de secagem. O modelo de Henderson e Pabis modificado representou satisfatoriamente a cinética de secagem dos grãos de feijão em todas as temperaturas de secagem avaliadas. A análise em CFD se mostrou uma poderosa ferramenta para predição do processo de secagem, com erros baixos se comparado aos dados experimentais. O coeficiente de difusão efetivo e as propriedades termodinâmicas da secagem apresentaram valores consistentes com os encontrados para demais produtos agrícolas. Palavras-chave: Difusividade de umidade. Modelagem numérica. Phaseolus vulgaris. Tamanho e forma. Contração volumétrica.