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Tipo de Documento: Dissertação
Título: Aplicação de um secador de leito fluidizado assistido por aquecimento infravermelho para o beneficiamento de pólen apícola
Autor(es): Borel, Lidja Dahiane Menezes Santos
Data do documento: 11-Jul-2014
Orientador: Prado, Manoel Marcelo do
Resumo: Diante da crescente demanda por produtos naturais, o pólen apícola vem recebendo atenção especial em razão da alta disponibilidade de compostos bioativos em sua composição química, que o tornam um produto com alto valor agregado. Grãos de pólen apresentam alto teor de umidade, requerendo a aplicação de um processo de secagem que, usualmente, é feita de forma natural ou em estufas, técnicas com baixa capacidade de processamento e dificuldades para atingir padrões de qualidade aceitáveis. Dentro deste contexto, este trabalho teve como objetivo estudar a aplicação de um secador de leito fluidizado assistido por uma fonte alternativa de energia, a radiação infravermelho, para o beneficiamento do pólen apícola. Para tanto, estudos específicos envolvendo diferentes estratégias de secagem foram realizados, através de uma abordagem experimental dos aspectos relacionados à transferência de quantidade de movimento, calor e massa, eficiência energética do equipamento e qualidade do produto. Foram recebidos grãos de pólen apícola in natura, originários de coqueiro (Cocos nucifera L.), com umidade inicial variando de 0,21 a 0,30 b.u, e cuja caracterização física foi feita via peneiramento, análise de imagens e permeametria. O comportamento fluidodinâmico dos grãos foi analisado com diferentes cargas do leito (100 a 1800 g), com partículas de diferentes diâmetros e em diferentes teores de umidade (7, 13 e 21% b.u.). A secagem em leito fluidizado convencional foi conduzida com carga inicial de 500 g nas condições de mínima fluidização com temperaturas do ar de secagem a 35, 45 e 55°C. A fim de avaliar a faixa de intensidade e o efeito isolado da radiação infravermelho (IV) a ser aplicada durante a secagem híbrida, estudou-se o comportamento cinético da secagem IV dos grãos de pólen em monocamada sob intensidades de radiação (IR) de 100, 400 e 700 W/m2 . A secagem híbrida, combinando a fluidização das partículas e o aquecimento IV, foi então conduzida com IR de 100, 400 e 700 W/m2 , sem aquecimento (Tar= 25°C) e com aquecimento do ar (Tar= 45°C). Durante o processo, foram monitorados o consumo de energia e as coordenadas cromáticas (L * , a * e b * ) do material. A secagem dos grãos de pólen, em todas as técnicas empregadas, foi governada pela difusão interna de umidade. A solução transiente da segunda lei de Fick contendo dez termos da série foi empregada para descrever a cinética de secagem do material no período de taxa decrescente. A difusividade efetiva de umidade (Deff) ao se aplicar intensidades de radiação de 100, 400 e 700 W/m2 ao leito de partículas percolado por ar não aquecido ficaram na faixa de 3,1 a 3,98 x 10-11 m 2 /s. A comparação entre os resultados da secagem híbrida e a secagem convencional, em situações nas quais o material atingiu a mesma temperatura, mostrou um aumento em Deff em torno de 30%, denotando a intensificação na taxa de transferência de massa ao se aplicar a radiação IV na secagem em leito fluidizado, o que conduziu à redução do consumo energético em 51%. A análise dos parâmetros colorimétricos do material indicou a ocorrência de reações de escurecimento ao se aplicar de forma isolada a radiação IV para a secagem do pólen em camada fina. Por outro lado, a sinergia entre o aquecimento IV e o efeito de arrefecimento das partículas associado à vazão do ar de fluidização durante a secagem combinada contribuiu para a manutenção dos atributos de cor, bem como para a preservação do teor de carotenóides totais e betacaroteno no pólen apícola desidratado.
Abstract: In view of the increasing demand for natural products, bee pollen has received special attention due to the high availability of bioactive compounds in their chemical composition, which make it a product with high added value. Pollen grains have high moisture content, thus requiring to be submitted to a drying process, which is usually made naturally or in ovens with low processing capacity and difficulties to achieve quality standards. Within this context, o objective of this work was to study the application of a fluidized bed dryer assisted by an alternative energy source, such as the infrared radiation, for the processing of bee pollen. For this purpose, specific studies on different strategies drying were performed , through an experimental approach of aspects related to momentum, heat and mass transfer, energy consumption of the equipment and product quality. Grains of pollen in nature, from coconut (Cocos nucifera L.), with initial moisture ranging from 0.21 to 0.30 wb, and whose physical characterization was made via sieving, image analysis and permeametry, were used. The fluid dynamics behavior of beds filled with pollen grains was analysed at different loads (100 to 1800 g), different particle diameters and different moisture contents (7, 13 and 21% wb). The conventional fluidized bed drying was conducted with an initial load of 500 g under conditions of minimum fluidization and drying air temperatures of 35, 45 and 55°C. In order to evaluate the band intensity and the isolated effect of the infrared radiation (IR) to be applied during the hybrid drying, the IR drying kinetics of pollen was studied exposing a monolayer of particles to radiation intensities (IR) of 100, 400 and 700 W/m2 . The hybrid drying, combining the fluidization of particles and the IR heating, was performed with IR 100, 400 and 700 W/m2 without heating (Tair = 25 ° C) and heating the air (Tair = 45 ° C). During the process, energy consumption and the chromatic coordinates (L*, a*, b*) of the material were monitored. The drying of pollen grains, in all techniques investigated, was governed by the internal mass diffusion. The ten-terms solution of the second Fick’s law of diffusion was used to describe the drying kinetics of the material in the period of decreasing rate. The effective diffusivities obtained by applying radiation intensities of 100, 400 and 700 W/m2 to the bed of particles percolated by unheated air were in the range 3.1 to 3.98 x 10-11 m 2 /s. By comparing the results obtained for conventional and hybrid drying under conditions in which the material has reached the same temperature it was found an increase in Deff of about 30%, indicating an enhancement in the rate of mass transfer due to the application of IR heating in fluidized bed drying, what led to the reduction of energy consumption by 51%. The analysis of the colorimetric parameters in dehydrated pollen indicated the occurrence of browning reactions when IR radiation is applied alone for drying the material in a thin layer. However, the synergy between the IR heating and the cooling effect associated to the fluidizing air flow during the combined drying has contributed to maintain the color attributes as well as to preserve total carotenoids and betacarotene in the dehydrated bee-pollen.
Palavras-chave: Fluidização
Radiação infravermelha
Pólen
Secagem
Calor
Transferência
Massa
Fluidização
Aquecimento infravermelho
Secagem híbrida
Fluidodinâmica
Transferência de calor e massa
Qualidade do produto
Fluidization
Infrared heating
Hybrid drying
Hydrodynamics
Heat and mass transfer
Product quality
área CNPQ: ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Agência de fomento: Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq
Idioma: por
Sigla da Instituição: Universidade Federal de Sergipe
Programa de Pós-graduação: Pós-Graduação em Engenharia Química
Citação: BOREL, Lidja Dahiane Menezes Santos. Aplicação de um secador de leito fluidizado assistido por aquecimento infravermelho para o beneficiamento de pólen apícola. 2014. 152 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2015.
URI: http://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/17115
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Química

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