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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-9824-318X
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Estudo da fluidodinâmica de inertes em secador rotatório não-convencional e sua relação com a secagem da polpa de camu-camu
Alternate title (s): Fluidodynamic study of inerts in a non-conventional rotary dryer and the relation with the drying of camu-camu pulp
Author: Santos, Raphael Lima
First Advisor: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
Second Counselor: Duarte, Claudio Roberto
First member of the Committee: Pereira, Marina Seixas
Second member of the Committee: Santana, Ricardo Correa de
Third member of the Committee: Martins, Jaqueline Costa
Summary: O camu-camu é um fruto nativo da região amazônica reconhecido por ser a principal fonte natural de vitamina C e uma importante fonte de compostos bioativos com um potencial benéfico para a saúde. Apesar disso, a alta perecibilidade e cultivo ainda não-domesticado ainda são fatores que dificultam sua comercialização fora do mercado local e no período pós-colheita. Nesse contexto, o secador rotatório com recheio de inertes (SRRI) apresenta-se como uma alternativa ao aproveitamento da polpa do camu-camu ao obter um produto na forma de pó e de alta qualidade no sentido da menor degradação dos bioativos. Na operação desse secador, a dinâmica dos inertes desempenha um papel fundamental na eficiência de processamento, as sucessivas colisões são responsáveis pela fragmentação da polpa já seca e na formação de pó. O presente trabalho teve por objetivo estudar experimental e numericamente os efeitos de variáveis operacionais de um SRRI no desempenho de secagem da polpa em termos do rendimento, do teor de bioativos (fenólicos, flavonoides e ácido ascórbico) e da atividade antioxidante do produto. Como inertes, foram utilizadas esferas de porcelana de calcita com diâmetros de 25,40, 19,05 e 12,70 mm. A dinâmica desses inertes foi avaliada aplicando-se a modelagem Lagrangeana através do método dos elementos discretos (DEM), cuja lei de contato permitiu obter informações de como as partículas interagem entre si e com o equipamento. Realizaram-se seis planejamentos composto central (PCC), três deles avaliando o tambor carregado com os inertes de apenas um diâmetro, e os demais avaliando o carregamento com a combinação binária entre inertes de diâmetros distintos. As variáveis independentes foram velocidade de rotação (R), grau de enchimento (E) e a fração entre inertes (FI), as respostas foram força de colisão e número de colisões partícula-partícula e partícula-parede obtidas via simulação. Com os resultados, realizou-se uma otimização no intuito de maximizar simultaneamente as duas respostas DEM em cada PCC, obtendo-se seis condições para operação do SRRI. Tais condições foram testadas experimentalmente e o maior rendimento de secagem verificado (86,66%) decorreu do uso dos inertes de 25,40 e 12,70 mm, que combinou o efeito da maior força de colisão dada pelo inerte de 25,40 mm e de um maior número de colisões dado pelo inerte de 12,70 mm. Essa configuração foi então explorada na secagem da polpa a partir de um PCC no qual avaliou-se a temperatura como quarta variável independente. Quanto as respostas, determinou-se o rendimento e o teor de compostos bioativos. Em todas as condições avaliadas, o produto apresentou atividade de água inferior a 0,28, indicando uma inibição o crescimento microbiano. Quanto ao rendimento, os principais efeitos foram identificados pelas variáveis enchimento e temperatura, no qual os maiores níveis das duas variáveis contribuíam ao aumento da resposta experimental. Verificou-se que uma maior proporção da partícula de 12,70 mm frente a 25,40 mm favorece o rendimento (maior número de colisões), enquanto que a rotação pouco o influenciou. Quanto aos bioativos, o principal efeito foi verificado para temperatura. Maiores níveis de temperatura levaram a sua maior degradação dos compostos bioativos, reduzindo os teores de fenólicos totais, flavonoides e ácido ascórbico, e resultando em uma menor da capacidade antioxidante do produto. Verificou-se, também, que as condições de maior força de colisão acarretaram em maior degradação dos bioativos. Ao realizar uma otimização multi-resposta, o cálculo resultou em um FI de 26,28%, enchimento de 49,83%, e rotação de 74,82 RPM condições associadas principalmente a um maior rendimento do processo e temperatura de 44,30°C visando a menor degradação dos compostos bioativos.
Abstract: Camu-Camu is a fruit native to the Amazon region, recognized for being the largest natural source of vitamin C, and an important source of bioactive compounds with a beneficial potential for health. Despite this, the high perishability and cultivation non-domesticated are still factors that hinder its commercialization outside the local market and in the post-harvest period. In this context, the rotary dryer with inert filling (SRRI) presents itself as an alternative to the use of camu-camu pulp when obtaining a product in the form of powder and high quality in the sense of less degradation of bioactive agents. In the operation of this dryer, the dynamics of the aggregates play a fundamental role in the processing efficiency, the successive collisions are responsible for the fragmentation of the already dried pulp and the formation of dust. The present work aimed to study the effects of operational variables of an SRRI on the drying performance of the pulp in terms of yield, bioactive content (phenolic, flavonoids and ascorbic acid) and the antioxidant capacity of the product. As inert, calcite porcelain spheres with diameters of 25.40, 19.05 and 12.70 mm were used. The dynamics of these aggregates were evaluated by applying Lagrangean modeling using the discrete element method (DEM), whose contact law allowed to obtain information on how the particles interact with each other and with the equipment. Six central composite plans (PCC) were carried out, three of them evaluating the drum loaded with aggregates of only one diameter, and the others evaluating the loading with the binary combination between aggregates of different diameters. The independent variables were rotation speed (R), filling degree (E) and the fraction between inerts (FI), the responses were collision force and number of particle-particle and particle-wall collisions obtained through simulation. With the results, an optimization was carried out in order to simultaneously maximize the two DEM responses in each CCP, obtaining six conditions for SRRI operation. Such conditions were tested experimentally and the highest drying efficiency verified (86.66%) resulted from the use of 25.40 and 12.70 mm aggregates, which combined the effect of the greater collision force given by the 25.40 mm aggregate and a greater number of collisions due to the 12.70 mm inert. This configuration was then explored in the drying of the pulp from a PCC in which the temperature was evaluated as the fourth independent variable. Regarding the responses, the yield and the content of bioactive compounds were determined. In all evaluated conditions, the product showed water activity below 0.28, indicating an inhibition of microbial growth. As for yield, the main effects were identified by the filling and temperature variables, in which the higher levels of the two variables contributed to the increase in the experimental response. It was found that a greater proportion of the particle of 12.70 mm compared to 25.40 mm favors the yield (greater number of collisions), while the rotation has little influence. As for bioactives, the main effect was verified for temperature. Higher temperature levels led to a greater degradation of bioactive compounds, reducing the levels of total phenolics, flavonoids and ascorbic acid, and resulting in a lower antioxidant capacity of the product. It was also found that the conditions of greater collision force resulted in greater degradation of bioactive substances. When performing a multi-response optimization, the calculation resulted in an IF of 26.28%, filling of 49.83%, and rotation of 74.82 RPM conditions associated mainly with a higher process yield and a temperature of 44.30 °C aiming at less degradation of bioactive compounds.
Keywords: Camu-Camu
Abordagem Lagrangeana
Secador Rotatório com Recheio de Inertes
Compostos Bioativos
Rotary Dryer with Inert Bed
Lagrangian Approach
Bioactive Compounds
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES DE SEPARACAO E MISTURA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: SANTOS, Raphael Lima. Estudo da fluidodinâmica de inertes em secador rotatório não-convencional e sua relação com a secagem da polpa de camu-camu. 2020. 103 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.213.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.213
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/28885
Date of defense: 28-Feb-2020
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