Anais do VIII Seminário de Iniciação Científica e V Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
10 a 12 de novembro de 2010
Construção e Avaliação de um Aparelho de Baixo Custo para a
Determinação da Porosidade de Grãos
Pâmella de Carvalho Melo, Poliana Tatiana da Silva Gratão, Jordana Moura
Caetano, Leison Martins Teles.
D.S. Ivano Alessandro Devilla
Universidade Estadual de Goiás – UnUCET
Anápolis - Goiás
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PALAVRAS-CHAVE: porosidade, propriedades físicas dos grãos, picnômetro.
1
INTRODUÇÃO
O conhecimento das propriedades físicas dos produtos agrícolas, tais como a
porosidade e a massa específica, é de fundamental importância para os estudos envolvendo transferência de calor e movimentação de ar em massas de produtos granulares (SILVA et. al., 2003).
Visando produtos qualidade e a fim de minimizar os custos da produção, o conhecimento das propriedades físicas dos grãos são características relevantes para
uma correta conservação e otimização em processos industriais e, também no dimensionamento e desenvolvimento de novos projetos e equipamentos para serem
utilizados nas operações de pós-colheita (GONELI, 2008; NUNES, 2009).
Sasseron (1980) definiu a porosidade de uma massa como a relação entre o
volume de espaços vazios ocupados pelo ar nos espaços intergranulares e o volume
total da massa de grãos. A porosidade pode ser determinada por métodos diretos,
volume de líquido acrescentado à massa de grãos, e por métodos indiretos, com o
uso de picnômetro de comparação ar.
MOHSENIN (1986) afirma que o picnômetro para as determinações de
porosidade, ao contrário do método de complementação do volume, deve ser
preferido, pois minimiza a incorporação de erros decorrente da tensão superficial do
líquido utilizado.
CORRÊA et al. (2001), comprovaram, utilizando um picnômetro de
comparação a ar e feijão (variedade Carioquinha e Jalo) com teor de água de 13,6%
b.s. que, com o aumento de impurezas finas, ocorre redução de porosidade da
massa do produto, e com o aumento do nível de impurezas grossas, para ambas as
variedades, há aumento da porosidade da massa do produto. Constaram, também,
que os valores da porosidade da massa de grãos de feijão, diferiram entre as
variedades analisadas (Carioquinha e Jalo).
RIBEIRO et al. (2005), verificaram em seus estudos de secagem de soja, que
a porosidade diminui linearmente de 44,7 para 41,1% com a redução do teor de
água na faixa entre 0,31 a 0,15 b.s. Acima de 0,31 b.s. a porcentagem de espaços
vazios entre os grãos permanece constante.
A determinação e o conhecimento do comportamento das propriedades
físicas dos grãos são os principais fatores que contribuem ao adequado
desenvolvimento
dos
processos
de
separação,
limpeza,
secagem
e
armazenamento, que visam aperfeiçoar e desenvolver equipamentos para estes fins.
Sabendo a importância dessas propriedades físicas, o presente trabalho visou
construir e avaliar um determinador de porosidade de massa de grãos de
comparação a ar, denominado “picnômetro”. Os resultados obtidos são de grande
importância para o estudo envolvendo a movimentação de ar em massas
granulares.
2
MATERIAL E MÉTODOS
2.1 Matéria prima
Para realização deste trabalho foram utilizados grãos de girassol
(Helianthus annuus L.), cultivar M734 com teor de água de 26,7 %b.s., grão de feijão
(Phaseolus vulgaris L.) com teor de água de 14,6% b.s. e grãos de milho (Zea mays
L.) com teor de água 12,2% b.s.
2.2 Determinação da Umidade
Conforme sugerido por BRASIL (2009), os teores de água dos produtos
foram determinados pelo método gravimétrico em estufa com ventilação forçada de
ar, à temperatura de 105 ± 3 ºC por 24h, em três repetições.
2.3 Construção do picnômetro
O picnômetro de baixo custo foi construído utilizando-se 1 metro de tubo
de PVC 25mm, 3 registros metálicos de esfera de ¾, 5 adaptadores de registro de
25mm, 3 Tês soldáveis de 25mm, 1 manômetro de 7 kgf cm -2, 2 garrafas pet, 1
compressor de ar, além de silicone para fazer vedação do sistema, Figura 1.
Figura 1. Esquema de montagem dos componentes do picnômetro de baixo custo.
1, 2 e 3. Válvula: registro de esfera que controlam a fluxo de ar;
4. Tubulação de PVC para transporte do ar;
5. Manômetro: indica a pressão no sistema;
6 Garrafa Pet: recipiente onde é adicionado o ar;
7. Garrafa Pet: recipiente onde é adicionada a amostra de ar.
2.4 Determinação do Volume da Garrafa Pet
Para determinar o volume da garrafa pet, foi utilizada uma proveta de
1000 mL e outra de 250 mL e como líquido de complementação utilizou-se a água.
Despejou-se a água contida na proveta de 1000 mL por duas vezes, totalizando
2000 mL e este foi graduado na garrafa. Visando maior precisão da leitura do
volume da massa de grãos, com o auxílio da segunda proveta graduou-se na garrafa
volumes de 10 mL, até atingir volume de 2070 mL.
2.5 Determinação da Porosidade Utilizando o Picnômetro
Utilizando-se um funil, colocou-se as amostras na garrafa pet, até atingir a
marca de 2030 mL, já prevendo a compactação do produto no momento do
rosqueamento da garrafa ao sistema. A altura de queda máxima dos grãos foi de
0,57 m. Abriu-se a válvula 1 e fechou-se a válvula 2. Forneceu-se ar ao sistema,
observando o manômetro, até que a pressão medida estivesse na faixa de 1,0 à 1,5
kgf cm-2. Acima deste valor há risco de explosão do recipiente. Fechou-se a válvula 1
e esperou-se o sistema entrar em equilíbrio. Logo após, fez-se a leitura da pressão
inicial P1. Fechou-se a válvula 3, abriu-se a válvula 2 e esperou-se o sistema entrar
em equilíbrio e fez-se a leitura P2.Esse procedimento foi efetuado por cinco vezes.
A porosidade, no picnômetro de baixo custo, foi estimada utilizando-se as
leituras de pressão (P1 e P2) na equação 1.
Em que,
ξ - porosidade, decimal;
P1 e P2 – pressão, kgf cm-2.
2.5 Determinação da Massa Específica Aparente dos Grãos
A garrafa pet, que continha os grãos, foi retirada do aparelho e pesada em
uma balança de precisão 0,001 g para determinar a massa de grãos. A massa
especifica aparente foi estimada utilizando-se a equação 2. O volume de grãos
utilizado em todas as 5 repetições foi de 2030 mL.
Em que,
– massa específica aparente ou granular do produto, kg m -3;
m – massa de produto, kg;
V – volume ocupado pela massa de produto, m 3.
2.6 Determinação da Massa Específica Unitária dos Grãos
Para determinação da massa especifica unitária foi utilizado o princípio de
Arquimedes: 25 grãos do produto foram colocados em um artefato de vidro, com o
volume conhecido, contendo Tolueno, em três repetições. Com o volume de Tolueno
e o peso dos 25 grãos, a massa especifica unitária foi calculada utilizando-se a
equação 3.
Em que,
– massa específica unitária, kg m-3;
m – massa do produto, kg;
Vd – volume deslocado ocupado, m3.
2.7 Determinação da Porosidade por Meio da Relação Matemática
A porosidade dos grãos foi estimada utilizado a Equação 4, conforme
sugerido por MONSENIN (1986).
Em que,
ξ - porosidade da massa de produto, decimal;
– pressão, kg m-3;
– massa específica unitária, kg m-3;
2.8 Teste Estatístico
Aos dados experimentais da porosidade determinada no aparelho
construído e aos dados da porosidade calculada pela equação 4, foi aplicado o teste
“t” a 5% de probabilidade.
3
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os materiais utilizados para a construção do aparelho estão especificados
na Tabela 1.
Tabela 1. Materiais utilizados na construção do aparelho.
Material
Tubo PVC 25 mm
Registro metálico de esfera ¾
Adaptadores de registro 25 mm
Tê soldável 25 mm
Cola para PVC
Manômetro 7 Kgf cm-2
Tubo silicone
Caixa Durepoxi
Garrafa pet
Compressor de ar
Quantidade
1m
3
5
3
1
1
1
1
2
1
Na Tabela 2 estão apresentados os resultados das determinações
experimentais dos valores médios para massa específica aparente e unitária, a
porosidade calculada por meio da equação matemática e a porosidade determinada
no aparelho.
Tabela 2. Valores médios das massas específicas (aparente e unitária) e porosidades
estimadas e determinadas no picnômetro para diferentes produtos.
PRODUTO
ρ ap (kg m-3)
ρ u (kg m-3)
Pcalculada (%)
Paparelho (%)
Feijão
856,41±0,46
1247,48±24,80
31,87±1,35
42,86±0*
Milho
808,26±4,04
1234,53±41,22
34,48±1,98
50,00±0*
Girassol
360,19±0,32
765,19±71,12
52,64±4,54
66,67±0*
Nota-se, na Tabela 2, que a massa específica aparente do feijão e do
milho foi superior ao resultado encontrado por BENEDETTI e JORGE (1987), 743 e
741 kg m-3, respectivamente. Este fenômeno pode ser explicado devido à
compactação da massa de grãos que ocorreu durante o acoplamento da garrafa pet
ao sistema. Já para o girassol a massa específica aparente foi superior a encontrada
por LIMA (2005) que foi de 337,74 kg m-3.
Verifica-se também, que as massas específicas unitárias do feijão e do
milho não tiveram diferenças significativas com os resultados encontrados por
BENEDETTI e JORGE (1987), 1910 e 1195 kg m -3, respectivamente. Porém, a
massa específica unitária do girassol foi inferior à encontrada por LIMA (2005) que
foi de 1855 kg m-3.
A porosidade estimada pela equação matemática, para o feijão e o milho
foi inferior ao encontrado por BENEDETTI e JORGE (1987), 38,6 e 37,99%,
respectivamente. Isso pode ser explicado por ter-se utilizado variedades diferentes.
Por outro lado, a porosidade para o girassol foi inferior ao resultado encontrado por
LIMA (2005) que foi de 81,79%.
Ainda na Tabela 1, nota-se que a porosidade determinada por meio do
aparelho, obteve variações significativas nos seus valores, mas estão dentro da
faixa citada por SANSSERON (1980), exceto a do girassol. Verifica-se ainda, que a
porosidade
determinada
no
picnômetro,
para
todos
os
produtos,
diferiu
significativamente da porosidade estimada pela equação matemática, o que pode
ser explicado pela reduzida precisão do manômetro (0,1 Kgf cm -2).
4
CONCLUSÕES
Com base nas condições em que foi realizado este trabalho e nos
resultados obtidos, conclui-se que:
•
O aparelho encontra-se pronto para a determinação de porosidade;
•
Ocorreu uma diferença significativa entre os resultados obtidos no
aparelho determinador de porosidade e os resultados obtidos pela
equação matemática.
5
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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NUNES, D. M.C. PROPRIEDADES FÍSICAS, TÉRMICAS E AERODINÂMICAS DE
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dos
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armazenados.
Viçosa-MG:
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Efeito do beneficiamento nas propriedades físicas e mecânicas dos grãos de arroz
de distintas variedades. Revista brasileira de produtos agroindustriais, Campina
Grande, v.5, n.1, p.33-41, 2003.
RIBEIRO, D. M.; CORREA, P. C.; RODRIGUES, D. H. et. al. Analysis of physical
properties variation of soy grains during the drying process. Ciência e Tecnologia
de Alimentos, vol. 25, n. 3, p. 611-617, 2005.