Publicação: Influência da dinâmica de partículas inertes no rendimento da secagem de polpa de acerola utilizando secador rotatório não-convencional
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA, CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA
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Orientador
Coorientador
Duarte, Claudio Roberto
Resumo
A acerola (Malphigia emarginata D.C.) é uma fruta tropical originada nas Antilhas e o Brasil
é o maior produtor do mundo. Por possuir altos índices de vitamina C e outros compostos
bioativos, a acerola se popularizou, sendo conhecida pela sua capacidade antioxidante. Devido
à alta perecibilidade desse fruto, a secagem é uma alternativa simples e de baixo custo para a
preservação, melhorando a forma de armazenamento e transporte, além de reduzir peso, volume
e inibir a atividade microbiana. Sendo assim, o secador rotatório com recheio de inertes (SRRI)
apresenta-se como uma alternativa promissora para a produção de produtos desidratados em pó
através de pastas de alimentos. Nesse equipamento, uma corrente de ar aquecida entra em
contato com a polpa e com as partículas inertes no interior do tambor que, durante a sua rotação,
promove as colisões partícula-partícula e partícula-parede. Através dos fenômenos de
transferência de calor e massa, ocorre a formação do pó, que é coletado por um ciclone. Diante
do apresentado, esse trabalho teve como objetivo investigar a secagem de polpa de acerola
utilizando um secador rotatório com recheio de inertes (SRRI) experimentalmente visando a
obtenção de um produto desidratado em pó, além de avaliar como partículas inertes de
diferentes densidades influenciam no rendimento da secagem. O estudo numérico foi realizado
através de simulações usando a abordagem numérica Lagrangeana (Método dos Elementos
Discretos – DEM), cuja lei de contato permitiu obter informações sobre como ocorrem as
interações partícula-partícula e partícula-parede do tambor. Para cada tipo de partícula inerte
(aço inoxidável, cerâmica e polipropileno) de dois tamanhos diferentes (25,40 mm de diâmetro
e 12,70 mm de diâmetro), foram realizadas 5 simulações variando a fração de inertes menores
(FI), totalizando 15 simulações, com intuito de avaliar a força normal de colisão, a velocidade
de colisão e o número de colisões. Foram fixados os parâmetros de grau de enchimento 35% e
velocidade de rotação em 70 rpm. Foi possível analisar que, com o aumento da fração de inertes
menores, o número de colisões entre as partículas por segundo também aumentou, o que é
favorável ao processo de secagem. Na condição com a menor porcentagem de FI, a força de
colisão para as esferas de aço inoxidável foi 424,77% maior do que as de cerâmica e 1209,27%
maior do que as de polipropileno. As propriedades das esferas inertes também tiveram
influência na velocidade de partículas. A velocidade das esferas de aço inoxidável foi 10,79%
maior quando comparadas com as de cerâmica e 66,40% maior quando comparadas com as de
polipropileno no caso em que foram obtidos os maiores valores de velocidade. Em relação ao
estudo experimental, foi realizada primeiramente a caracterização da polpa de acerola, com análise de umidade, atividade de água, pH, densidade, teor de cinzas e análise de composição
no FRX. Foram realizados três PCC’s (um para cada tipo de partícula inerte) a fim de avaliar o
efeito da concentração de maltodextrina, fração de inertes menores e temperatura no rendimento
da secagem. Cada PCC contou com 16 experimentos, totalizando 48 experimentos. Para todas
as condições analisadas, a umidade máxima do produto obtido foi de 3,2% e a maior atividade
de água foi de 0,193, garantindo a inibição da atividade microbiana. Com relação ao rendimento
de secagem, os maiores resultados foram obtidos utilizando partículas inertes de aço inoxidável,
seguidos das de cerâmica e de polipropileno. Os maiores valores de concentração de
maltodextrina, fração de inertes e temperatura geraram um maior rendimento da secagem. A
otimização realizada resultou em uma concentração de 21,72% de maltodextrina, 75,03% de
fração de inertes menores e 95,74°C, com uma desejabilidade de 1,0 (maior valor possível).
Para os experimentos realizados nessas condições, obteve-se o rendimento de 82,73% para aço
inoxidável, 67,15% para cerâmica e 53,91% para polipropileno. Sendo assim, conclui-se que o
SRRI apresentou uma boa eficiência para a desidratação da polpa de acerola e é promissor para
novos estudos e para a aplicação industrial.
Abstract
Acerola (Malphigia emarginata D.C.) is a tropical fruit originating in the Antilles and Brazil is
the largest producer in the world. For owning high levels of vitamin C and other bioactive
compounds, acerola has become popular, being known for its antioxidant capacity. Due to the
high perishability of this fruit, drying is a simple and low-cost alternative for preservation,
improving storage and transportation, in addition to reducing weight, volume and inhibiting
microbial activity. Therefore, the rotary dryer with inert filling (SRRI) presents itself as a
promising alternative for the production of powdered dehydrated products from food pastes. In
this equipment, a current of heated air comes into contact with the pulp and the inert particles
inside the drum which, during its rotation, promote particle-particle and particle-drum wall
collisions. Through the phenomena of heat and mass transfer, the formation of powder occurs,
which is collected by a cyclone. In view of the above, this work aimed to investigate the drying
of acerola pulp using a rotary dryer with inert filling (SRRI) experimentally in order to obtain
a powdered dehydrated product, in addition to evaluate how inert particles of different densities
influence the drying performance. The numerical study was carried out through simulations
using the Lagrangian numerical approach (Discrete Element Method – DEM), whose contact
law allowed obtaining information about how particle-particle and particle-drum wall
interactions occur. For each type of inert particle (stainless steel, ceramic and polypropylene)
of two different sizes (25.40 mm in diameter and 12.70 mm in diameter), 5 simulations were
performed varying the fraction of minor inerts (FI), totaling 15 simulations, in order to evaluate
the normal collision force, the collision velocity and the number of collisions. The filling degree
parameters were fixed at 35% and rotation speed at 70 rpm. It was possible to analyze that, with
the increase in the revenue of smaller aggregates, the number off collisions between particles
per second also increased, which is favorable to the drying process. In the condition with the
lowest percentage of FI, the collision force for stainless steel spheres was 424.77% greater than
ceramic spheres and 1209.27% greater than polypropylene spheres. The properties of the inert
spheres also had influence on the particle velocity. The speed of the stainless steel spheres was
10.79% higher when compared with the ceramic ones and 66.40% higher when compared with
the polypropylene ones in the case in which the highest values of speed were obtained.
Regarding the experimental study, the characterization of the acerola pulp was first carried out,
with analysis of moisture, water activity, pH, density, ash content and composition analysis in
FRX. Three PCC's were carried out (one for each type of inert particle) in order to evaluate the effect of maltodextrin concentration, minor inert fraction and temperature on the drying yield.
Each PCC had 16 experiments, totaling 48 experiments. For all analyzed conditions, the
maximum moisture of the product obtained was 3.2% and the highest water activity was 0.193,
guaranteeing the inhibition of microbial activity. With regard to drying performance, the best
results were obtained using inert stainless steel particles, followed by ceramic and
polypropylene particles. The highest values of maltodextrin concentration, inert fraction and
temperature generated a higher drying yield. The optimization performed resulted in a
concentration of 21.72% of maltodextrin, 75.03% of minor inert fraction and 95.74°C, with a
desirability of 1.0 (highest possible value). For the experiments carried out under these
conditions, yields of 82,73% were obtained for stainless steel, 67,15% for ceramics and 53,91%
for polypropylene. Therefore, it is concluded that the SRRI showed good efficiency for the
dehydration of acerola pulp and is promising for further studies and for industrial application.
Palavras-chave
Secador Rotatório com Recheio de Inertes, Abordagem Lagrangeana, Malphigia emarginata D.C, Planejamento Composto Central, Otimização, Rotary Dryer with Inert Bed, Lagrangian Approach, Malphigia emarginata D.C, Central Composite Planning, Optimization, Engenharia química, Chemical engineering
Citação
MENEZES, Isabela Pereira. Influência da dinâmica de partículas inertes no rendimento da secagem de polpa de acerola utilizando secador rotatório não-convencional. 2023. 66 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, 2023. http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.81
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