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Type: TESE
Title: Efeitos da secagem em altas temperaturas por curtos periodos de tempo, em camada estacionaria, sobre a armazenabilidade de sementes de feijão (Phaseolus vulgaris L.), variedade "carioca" : avaliação experimental, modelagem e simulação
Author: Mata, Mario Eduardo Rangel Moreira Cavalcanti
Advisor: Menegalli, Florência Cecília, 1944-
Abstract: Resumo: No início da secagem a semente requer energia para evaporar a água e a ação da temperatura elevada sobre a qualidade fisiológica das sementes deve ser menor. Com o decorrer da secagem essa quantidade de água vai ficando menos disponível na periferia da semente, provocando um aumento de temperatura no seu tegumento. Assim, uma investigação mais profunda se faz necessária no sentido de determinar-se a partir de que ponto a semente começa a ser afetada na sua qualidade fisiológica pela ação da secagem as altas temperaturas (> 45°C). Uma vez identificado este ponto é possível que a secagem possa ser prosseguida com temperaturas menores, no entanto, o maior risco de diminuição da qualidade fisiológica devido a altas umidades já foi eliminado. O presente trabalho baseado neste princípio teve como principal objetivo identificar até que ponto as sementes de feijão variedade "carioca" podem ser secas a altas temperaturas sem que a sua qualidade seja afetada. Como, após a secagem, pode-se levar para o armazenamento efeitos latentes dessa secagem feita a altas temperaturas, que inicialmente não são identificados, este trabalho teve também como objetivo verificar se a secagem conduzida a altas temperaturas por determinados períodos de tempo de modo a não afetar a qualidade fisiológica das sementes, aparecem durante o seu armazenamento. Portanto, para melhor organização desta pesquisa este trabalho foi dividido em 5 Capítulos: No primeiro (1o) Capítulo foram estudadas as propriedades fisicas das sementes de feijão necessárias à secagem e à simulação determinando-se as curvas de sorção e dessorção, calor latente de vaporização, calor específico e forma e tamanho do feijão; no segundo (2o) Capítulo o estudo refere-se às curvas de secagem em camada delgada levando-se em consideração a influência da temperatura, teor de umidade inicial, umidade relativa e velocidade do ar de secagem, para tanto foram testadas as equações de difusão de líquido simplificada com um e dois termos da série e as propostas por Page e Thompson. O terceiro (3o) Capítulo é dedicado a estudar o efeito da secagem a altas temperaturas por curtos períodos de tempo na qualidade fisiológica das sementes de feijão com a finalidade de identificar até que teor de umidade as sementes podem ser secas a altas temperaturas sem que a sua qualidade fisiológica seja afetada e qual é o tempo correspondente de residência no secador. O quarto (4o) Capítulo é destinado ao estudo da simulação de secagem das sementes de feijão utilizandose o modelo de Thompson em secador de leito fixo com base nas equações obtidas no primeiro e segundo Capítulos e levando-se em consideração as situações favoráveis obtidas no terceiro Capítulo. No quinto (5o) Capítulo foi estudada a armazenabilidade das sementes de feijão por 12 meses quando secas a altas temperaturas por curtos períodos de tempo e secagem complementar a 40°C com a finalidade de determinar se algum efeito latente da secagem a altas temperaturas por curtos período de tempo foi levado para o período de armazenagem dessas sementes. Diante dos resultados obtidos pode-se concluir que: a) Para as faixas de temperaturas de 10 a 60°C e umidades relativas de 10 a 90%, o teor de umidade de equilibrio é maior quando obtida pelo processo de dessorção do que pelo processo de sorção o que caracteriza a existência do fenômeno de histerese nas sementes de feijão "carioca"; b) Das equações estudadas para representar as curvas de dessorção e sorção das sementes de feijão, a que apresenta o melhor coeficiente de determinação é a de Roa, sendo que, para as isotermas de dessorção, a equação de Henderson modificada por este autor, pode expressar satisfatoriamente os dados experimentais; c) O calor latente de vaporização das sementes de feijão cresce com a diminuição do teor de umidade do produto de 35 para 5 % base seca e com o aumento da temperatura de 10 para 60°C, sendo esta variação de 577,46 a 699,94 kcal. kg -1; d) O calor específico do feijão em estudo varia linearmente de 1026,43 a 1458,52 J.kg-1.°C-1 para um aumento do teor de umidade de 5 a 45 % base seca; e) O raio da esfera equivalente das sementes de feijão variam linearmente com o aumento do seu teor de umidade de 10 para 45 % base úmida e a equação é expressa por: r = 0,333985 + 0,00183.Ui; t) A equação proposta por Page é a que melhor representa os dados experimentais quando se compara esta equação com as equações de difusão líquida simplificada utilizando-se um e dois termos da série e a proposta por Thompson; g) Não foi verificado neste trabalho, efeito da velocidade do ar de 0,2 a 0,8 m.s-l na taxa de secagem das sementes de feijão; h) Na taxa de secagem determinada pela equação de Page apenas o coeficiente K expressa sua dependência em função da umidade relativa do ar, sendo a equação genérica dada por: RU=[( -0,20348.Ui 0,366578 .T 0,7911066)*(0,002514-1,9568.10-5 .UR+ 1,83637.1 0-(UR)2)].t 0,605977; i) A secagem das sementes de feijão pode ser realizada a altas temperaturas desde que os tempos de residência no secador sejam obedecidos para cada temperatura e teor de umidade inicial; j) À temperatura de 45°C e teor de umidade inicial das sementes de 35 e 25 % b.s., a secagem pode ser realizada até o teor de umidade final de armazenagem que as sementes não serão afetadas na sua qualidade fisiológica. Para o teor de umidade inicial de 45 % b.s. o tempo de residência no secador, para que a qualidade fisiológica das sementes não seja afetada, é de 360 minutos o que corresponde. uma secagem até o teor de umidade de 17% b.s. O restante da secagem deve ser feita a 40°C até o teor de umidade de 13,5 % b.s.; k) À temperatura de 50°C e teor de umidade inicial das sementes de 25 % b.s. a secagem pode ser realizada até o teor de umidade final de armazenagem que as sementes não serão afetadas na sua qualidade fisiológica. Para os teores de umidade inicial de 45 e 35% b.s. os tempos de residência no secador, para que a qualidade fisiológica das sementes não seja afetada, são de 87 e 60 minutos o que corresponde uma secagem de 45% até 21,5% b.s. e de 35% até o teor de umidade de 28,8% b.s., respectivamente; I) À temperatura de 60°C as secagens das sementes podem ser realizadas dos teores de umidade inicial de 25, 35 e 45% b.s. até os teores de umidade final de 17, 24,5 e 32,5% b.s., respectivamente, que as sementes não serão afetadas na sua qualidade fisiológica. Estas secagens correspondem respectivamente a um tempo de residência no secador de 70,40 e 30 minutos; m) À temperatura de 70°C as secagens das sementes podem ser realizadas dos teores de umidade inicial de 25,35 e 45% b.s. até os teores de umidade final de 19,5, 27,5 e 37,5% b.s., respectivamente que as sementes não serão afetadas na sua qualidade fisiológica. Estas secagens correspondem respectivamente a um tempo de residência no secador de 25, 15 e 10 minutos; n) A compatibilidade entre os dados experimentais e os simulados validam o modelo de Thompson para a secagem de sementes em camada espessa dentro de uma faixa de temperatura de 40 a 70°C e teor de umidade inicial das sementes de 45 a 25 % base seca, sendo que as equações de dessorção, calor latente de vaporização, calor específico e de secagem em camada delgada específicas para este produto, e determinadas neste trabalho, são as principais responsáveis por esta validação; o) As secagens de sementes de feijão em camada espessa, podem ser feitas a temperatura de 70°C por uma hora (1 h) e teor de umidade inicial de 25% b.s.; ou a 60°C por uma hora e meia (1,5 h.) e teor de umidade inicial de 25 % b.s. ou ainda a 60°C por duas horas e meia (2,5 h.) e teor de umidade inicial de 35% b.s.com complementar secagem a 40°C até o teor de umidade de 13,5 % b.s., que as sementes não serão afetadas na sua qualidade fisiológica logo após a secagem; p) As sementes de feijão secas as temperaturas de 40 e 50°C não apresentam diferenças significativas entre si na sua qualidade fisiológica, quando armazenadas as temperaturas de 10,20 e 30°C; q) Secagem das sementes de feijão a 70°C por uma hora (1 h) e secagem complementar a 40°C provoca um efeito degenerativo latente e este aparece com mais evidência quando as sementes são armazenadas a 30°C; na armazenagem a 20°C este efeito aparece moderadamente e praticamente não se evidencia quando as sementes são armazenadas a 10°C

Abstract: At the beginning of the drying the seed requires energy to evaporate water particles and the action of the high temperature on the physiological quality of the seeds must be smaller. Throughout the drying this amount of water is less available in the periphery of the seed and this causes an increase in temperature in its tegument. Therefore, a deeper investigation is necessary to determine from what point the seed starts to be affected in its physiological quality by the drying action at high temperatures (> 45°C). Once this point is identified, it is possible to go on with the drying at lower temperatures. However, the greater risk due to the reduction of the physiological quality has already been eliminated. The main objective of this work, which is based on this principle, is to identify to what extent the "carioca" bean seeds can be dried at high temperatures without is quality being affected. An additional objective of this work was to check if drying conducted at high temperatures for determined periods of time can take latent degenerative effects to the storing period. Therefore, for a better organization of this research, this work has been divided into 5 Chapters: In the first (1st.) Chapter the bean seeds physical properties required for drying and the simulation determining the sorption and desorption curves, vaporization latent heat, specific heat and shape and size of the beans, in the second (2nd.) Chapter the study refers to the curves of drying in thin layers, taking the influence of temperature into consideration, initial moisture content, relative humidity and drying air velocity. To do so, the liquid diffusion equations with one or two terms of the series and those proposed by Page and Thompson were tested. The third (3rd.) Chapter is dedicated to the study of the effect of drying at high temperatures for short periods of time on the physiological quality of the bean seeds in order to identify up to what moisture content seeds can be dried at high temperatures without affecting their physiological quality and what is the corresponding time of residence in the drier. The fourth (4th.) Chapter is dedicated to study the simulation of bean seeds drying using the Thompson model on a fixed bed drier based on equations obtained in the first and second Chapters and taking into consideration the favorable situations obtained in the third Chapter. On the fifth (5th.) Chapter the storability of bean seeds was studied for 12 months when dried at high temperatures for short periods of time and complementary drying at 40°C in order to determine if any latent effects of drying at high temperatures for short periods of time was taken to the period of storage of these seeds. Considering the results obtained, we can conclude that: a) For the temperature ranges from 10 to 60°C and relative humidities from 10 to 90%, the equilibrium moisture content is greater when obtained by the desorption process than by the sorption process, which characterizes the existence of the phenomenon of hysteresis in the "carioca" bean seeds; b) Out of the equations studied to represent the desorption and sorption curves of bean seeds, the one that presents the best determination coefficient is the Roa equation and, for the desorption isotherms, Henderson equation modified by this author, can express satisfactorily the experimental data; c) The vaporization latent heat of bean seeds increases with the decrease in the moisture content ofthe product from 35 to 5 % dry basis and with the increase in temperature from 10 to 60°C. This variation is from 577.46 to 699.94 kcal. kg-1; d) the specific heat of the beans under study varies linearly from 1026.43 to 1458.52 J.kg-1 .°C-1 for an increase in moisture content from 5 to 45 % dry basis; e) the radius of the equivalent sphere of the bean seeds varies linearly with the increase of their moisture content from 10 to 45 % wet basis and the equation is expressed by: r = 0.333985 + 0.00183.Ui; 1) The equation proposed by Page is the one that best represents the experimental data when comparing this equation to the simplified liquid diffusion equations using one and two terms of the series and the one proposed by Thompson; g) In this work we did not verify the effect of the air velocity from 0.2 to 0.8 m.s-1 on the drying rate of the bean seeds; h) In the drying rate determined by Page equation only the coefficient K expresses its dependence to the air relative humidity, and the generic equation is given by: RU=[( -0,20348.Ui 0,366578 .T 0,7911066)*(0,002514-1,9568.10-5 .UR+ 1,83637.1 0-(UR)2)].t 0,605977; i) The drying of bean seeds can be made at high temperatures provided that the times of residence in the drier are respected for each temperature and initial moisture content.. j) At the temperature of 45°C and initial moisture content of the seeds of 35 and 25 % d.b. drying can be made up to the final storage moisture content, and seeds are not affected in their physiological quality. For the initial moisture content of 45 % d. b. the time of residence in the drier, in order not to affect the physiological quality of the seeds, is 360 minutes, which corresponds to a drying up to the moisture content of 17% d. b. The rest of the drying should be made at 40°C up to the moisture content of 13.5 % d. b. k) At the temperature of 50°C and initial moisture content of the seeds of25 % d.b. drying can be made up to the final storage moisture content, and seeds will not be affected in their physiological quality. For the initial moisture content of 45 and 35% d.b. the time of residence in the drier in order not to affect the physiological quality of the seeds, is 87 and 60 minutes, which corresponds to a drying of 45% up to 21.5% d.b. and of 35% up to the moisture content of 28.8% d.b., respectively; I) At the temperature of60 °c, the drying of the seeds can be made from the initial moisture contents of25, 35 and 45% d.b. up to the final moisture contents of 17,24.5 and 32.5% d.b., respectively, and seeds will not be affected in their physiological quality. These dryings correspond respectively to a time of residence in the drier of 70, 40 and 30 minutes; m) At the temperature of 70°C, the dryings of the seeds can be made from the initial moisture contents of25, 35 and 45% d.b. up to the final moisture contents of 19.5,27.5 and 37.5% d.b., respectively, and seeds will not be affected in their physiological quality. These dryings correspond respectively to a time of residence in the drier of 25, 15 and 10 minutes; n) The compatibility among experimental data and the simulated data validate the Thompson model for seed drying in thick layers within a temperature range from 40 to 70°C and initial moisture content of seeds from 45 to 25 % dry basis. The desorption equations, vaporization latent heat, specific and drying heat in thin layers specific for this product and determined in this work, have the main responsibility for this validation; o) The drying of bean seeds in thick layers can be made at a temperature of 70°C for one hour (1 h) and initial moisture content of 25% d.b.; or at 60°C for one and a half hours (1.5 h.) and initial moisture content of 25 % d.b. or still at 60°C for two and a half hours (2.5 h.) and initial moisture content of35% d.b. with complementary drying at 40°C up to the moisture content of 13.5 % d.b., and seeds will not be affected in their physiological quality right after drying; p) Bean seeds dried at temperatures of 40 and 50°C do not have significant differences on from the other as to their physiological quality, when stored at temperatures of 10,20 and 30°C; q) Drying of bean seeds 70°C for one hour (1 h) and complementary drying at 40°C causes a latent degenerative effect and this shows more evidently when seeds are stored at 30°C; in the storage at 20°C this effect appears moderately and practically is not evident when seeds are stored at 10°C
Subject: Sementes
Feijão - Armazenamento
Secagem
Altas temperaturas
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 1997
Appears in Collections:FEA - Dissertação e Tese

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