UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA
Tel. (031)3899-2729
Fax (031)3899-2735 e-mail: [email protected]
36571-000 VIÇOSA-MG–BRASIL
RELATÓRIO FINAL DE ATIVIDADES TÉCNICAS1
RESULTADOS COMPARATIVOS DO RESFRIAMENTO ARTIFICIAL E
AERAÇÃO COM AR AMBIENTE DURANTE A ARMAZENAGEM DE 16.000 t DE
MILHO A GRANEL
Coordenação
Adilio Flauzino de Lacerda Filho2
Participação técnica
Angélica Demito3
Lauro Miranda4
Estudantes
Carlos André da Costa5
Elaine Heberle6
Marcus Bochi da Silva Volk7
1
Resultado dos trabalhos de campo, objeto do convênio número 023/2006, firmado entre a
Coolseed Resfriamento Artificial e a Universidade Federal de Viçosa.
2
Professor DSc., Associado I do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal
de Viçosa (UFV). Tels. (31)3899-1872 e 3899-2729. Viçosa, MG. E-mail: <[email protected]>.
3
Engenheira Agrícola M.Sc., Assessora Técnica da Coolseed Resfriamento Artificial. Tel.
(45)3536-5592. Foz do Iguaçu, PR. E-mail: <[email protected]>.
4
Gerente de Armazenagem da empresa FIAGRIL Agro. Mercantil. Tel. (65)3549-1933. Lucas do
Rio Verde, MT.
E-mail:<[email protected]>.
5
Estudante de Graduação em Engenharia Agrícola na UFV. Tel. (31) 3899-2729. Viçosa, MG.
6
Estudante de Mestrado em Tecnologia de Sementes no DFT/UV. Tel. (31)3899-2729. Viçosa,
MG.
7
Estudante de Doutorado em Engenharia Agrícola na UFV. Tel. (31)3899-2729. Viçosa, MG.
Viçosa-MG
dezembro de 2007
1. INTRODUÇÃO
A armazenagem tem por objetivo preservar as qualidades físicas, sanitárias e nutricionais
dos grãos, depois de colhidos.
Durante a fase de armazenagem, os fatores que influenciam a boa conservação dos grãos
são a temperatura e a umidade relativa do ar intergranular e a temperatura e teor de água dos
grãos. Além desses fatores, as características estruturais e de higiene das instalações são
indispensáveis para a obtenção de boas práticas de armazenagem.
Uma das técnicas utilizadas para melhorar a preservação das qualidades dos grãos, em
sistemas de armazenagem a granel, é a aeração com ar ambiente, objetivando-se equabilizar a
temperatura da massa, minimizar as atividades fúngicas, diminuir a taxa de respiração do produto
armazenado e, quando possível, reduzir a temperatura da massa de grãos.
Em relação ao uso do ar ambiente, nem sempre se dispõe de condições adequadas de
umidade relativa e temperatura durante o tempo necessário de aeração. Isso obriga o
armazenador a realizar a operação em condições impróprias, o que acarreta grandes perdas de
peso ou umedecimento indesejável do produto e conseqüentes fermentações, causando prejuízos
econômicos consideráveis.
Os insetos-praga dos grãos armazenados podem apresentar resistência a alguns
inseticidas, o que dificulta o controle químico e eleva o custo de aplicação e os riscos durante a
armazenagem. Além disso, estudos dão conta de que a aplicação de determinados inseticidas em
ambientes com temperaturas elevadas (aproximadamente 30 ºC) pode resultar em degradação do
principio ativo do veneno e reduzir a sua eficácia.
Outro aspecto importante é a crescente pressão do consumidor pela segurança alimentar.
Nesse ponto, a armazenagem desempenha papel fundamental com relação à qualidade final do
produto industrializado. Assim, o setor armazenador de grãos necessita de novas tecnologias e
que estas sejam limpas, não tóxicas, não agressivas ao meio ambiente e viáveis economicamente,
de modo a reduzir custos e perdas e proporcionar produtos saudáveis para a alimentação humana
e animal.
Objetivou-se, com este trabalho, avaliar as características técnicas da armazenagem de
milho a granel em ambientes aerados com ar ambiente e com ar resfriado artificialmente.
Especificamente, buscou-se avaliar o custo operacional dos sistemas propostos, a infestação por
insetos-praga, o desenvolvimento de fungos, a perda de massa por ação da aeração com ar
ambiente, o índice de acidez e as variações nos índices de germinação e de envelhecimento
acelerado, durante quatro meses de armazenagem.
2. REVISÃO DE LITERATURA
Estudos realizados nas últimas décadas têm objetivado identificar os problemas de
armazenagem, suas causas e as alternativas de solução.
Grãos de milho armazenados à temperatura ambiente podem sofrer degradação das suas
características físicas, sanitárias e nutricionais. Se armazenados em condições de umidade e
temperatura do ar intergranular que possibilitem a manutenção da umidade de equilíbrio, os grãos
irão manter suas qualidades durante longos períodos de armazenagem sem perder ou ganhar
umidade. Nessa condição, se a temperatura for mantida baixa, entre 14 e 20 ºC, além de não
reduzir o peso por perdas de água, terá um ambiente desfavorável ao desenvolvimento de insetos
e significativa queda na infestação por fungos.
Na Tabela 1, observa-se que milho armazenado em temperaturas variando entre 25 e 35
°C apresentaram de 6 a 27 vezes mais perda de matéria seca, respectivamente, do que grãos
refrigerados a 10 °C.
Tabela 1 - Perda de matéria seca em 1.000 t de milho armazenado durante 30 dias
Condições ambientes
Temperatura (°C)
Perda de matéria seca
Temperatura ambiente - média
25
Perda de 0,12% (= 1,2 t)
Temperatura ambiente - alta
35
Perda de 0,54% (= 5,4 t)
Grãos refrigerados
10
Perda de 0,02% (= 0,2 t)
Fonte: BRUNNER, citado por LAZZARI, 2007.
Estudando a aeração com ar ambiente, Noyes e Navarro (2002) concluíram ser impossível
resfriar grãos armazenados nas regiões cujas temperaturas médias ultrapassam os limites de 20
°C.
2
Segundo Araújo (2004), entre os fatores de degradação de lipídios, a oxidação é a
principal causa, alterando diversas propriedades dos alimentos, como a qualidade sensorial, o
valor nutricional, a funcionalidade e a toxidez. Afirmou que, embora a oxidação se inicie
geralmente na fração lipídica, eventualmente outros componentes são afetados: proteínas,
vitaminas e pigmentos.
Pomeranz (1974) afirmou que a alta temperatura acelera a respiração dos grãos e é difícil
distinguir entre a respiração da microflora e a dos próprios grãos. Entretanto, a respiração dos
grãos poderá ser limitada pela inativação térmica de enzimas, envolvendo a inativação de
substratos, pela limitação no suprimento de oxigênio ou pelo aumento na concentração de dióxido
de carbono.
Os grãos são materiais higroscópicos e podem ceder ou adsorver água do ar, dependendo
das condições da temperatura e umidade relativa do ar intergranular onde se encontram
armazenados. Na Tabela 2, pode-se observar esse comportamento, no caso do milho.
Tabela 2 - Valores de umidade de equilíbrio de milho em diferentes valores de temperatura e
umidade relativa
T
Umidade de equilíbrio (% b.u.)
Produto
ºC
10
20
30
40
50
60
70
80
90
15 6,08 7,91 9,34 10,64
11,94
13,31
14,88
16,83
19,79
20 5,54 7,38 8,83 10,15
11,46
12,85
14,43
16,40
19,39
Milho
25 5,03 6,90 8,36
9,69
11,02
12,24
14,01
16,01
19,02
30 4,57 6,46 7,93
9,27
10,61
12,03
13,63
15,65
18,68
35 4,14 6,04 7,53
8,89
10,23
11,66
13,28
15,31
18,37
Fonte: Equação de Chung e Pfost, citados por SILVA, 2000.
de
99
27,81
27,49
27,19
26,92
26,92
Observa-se, nessa tabela, que quanto menor a temperatura da massa do produto, na
mesma umidade relativa do ar intergranular, maior o teor de água dos grãos durante a
armazenagem.
As espécies de fungos que infectam os grãos armazenados não se desenvolvem,
satisfatoriamente, em ambientes cuja umidade relativa seja inferior a 70%, e, havendo diminuição
na temperatura para valores abaixo de 20 ºC, as suas atividades fisiológicas se tornam mais
reduzidas (Tabelas 3 e 4).
Tabela 3 - Comportamento de fungos nas variações de umidade e temperatura
Teor de água (% b.u.)
T (°C)
Desenvolvimento
< 12
< 15
Inexistente
12 - 13
16 - 18
Muito lento
14 - 15
20 - 25
Moderado
> 15
25 - 35
Muito rápido
Fonte: LAZZARI, 1997.
Tabela 4 - Resposta de insetos-praga de produtos armazenados à temperatura
Condição de
Faixa de temperatura ( °C)
Resposta dos insetos à temperatura
desenvolvimento
Ótima
23,9 – 32,2
Desenvolvimento máximo
18,3 – 21,1
Desenvolvimento mínimo
Subótima
12,8 – 15,6
Desenvolvimento interrompido
Fonte: DOSLAND et al., 2006.
3. MATERIAL E MÉTODOS
O trabalho foi realizado na unidade de armazenagem da empresa Fiagril Agro Mercantil,
localizada no Município de Lucas do Rio Verde, MT.
Foram utilizados dois silos metálicos, com capacidade estática de 16.000 t, considerando-3
se a massa específica aparente do milho igual a 750 kg m . O período de armazenagem foi de
aproximadamente 110 dias.
As dimensões dos silos metálicos eram: a altura do cilindro era de 20 m e o diâmetro
interno de 31,8 m. O fundo dos silos tinha a forma de um tronco de cone, com diâmetro de 19,8 m
na base, onde foram instalados os dutos utilizados para a distribuição do ar de aeração.
3
3.1. Características do sistema de aeração
Para a distribuição do ar natural e resfriado artificialmente, através da massa de grãos,
foram utilizados os dutos de aeração já instalados nos respectivos silos, de iguais dimensões e
área de perfuração.
Para insuflar o ar no silo aerado com ar natural, empregaram-se dois ventiladores,
acionados por dois motores elétricos, cuja potência era de 55,2 kW (75 cv), cada um deles
operando simultaneamente em rotação de 1.770 rpm, em conformidade com as indicações
técnicas e da literatura.
Para insuflar o ar resfriado artificialmente, foi utilizado um equipamento com potência de
180 kW (244,8 cv), cuja vazão de ar estava em conformidade com as indicações técnicas e da
literatura.
3.2. Planejamento amostral
As amostras simples, na fase inicial, foram coletadas depois de os silos estarem
carregados. Para tanto, utilizou-se da fita transportadora de descarga, cuja capacidade nominal
-1
era de 300 t h , quando se obtiveram aproximadamente 2 t de amostra. O produto foi
movimentado especificamente para a realização deste trabalho.
As amostras foram homogeneizadas e divididas em um quarteador tipo Bertini, modelo
30304 (Gehaka), até que se obtivessem três amostras de trabalho com massa de 1,0 kg cada
uma, totalizando 3,0 kg de amostras de trabalho em cada silo.
Depois de 110 dias de armazenagem, foram obtidas as amostragens simples na fita
transportadora de descarga dos silos. Esse procedimento foi executado durante a operação de
descarga.
Foi obtido aproximadamente 0,5 kg de amostras simples, em intervalos regulares de 20
min. Depois de homogeneizada e dividida, conforme procedimentos já descritos, obtiveram-se três
amostras de trabalho de 1,0 kg cada, totalizando 3,0 kg de amostra de trabalho por silo.
Em ambos os casos, as amostras de trabalho foram acondicionadas em sacos de papel e
estes, em sacos plásticos (1,0 kg). As amostras foram enviadas aos Laboratórios de Análise de
Grãos – DEA/UFV e ao Laboratório de Análise de Sanidade de Sementes do Departamento de
Fitopatologia da UFV, para as análises qualitativas e de infecção por fungos, respectivamente.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os trabalhos referentes à avaliação proposta foram iniciados em 07/08/2007. O milho já se
encontrava armazenado nos dois silos objeto desta análise. Até o momento, o produto
armazenado em ambos os silos recebia aeração com ar natural, e, a partir da data inicial citada,
um dos silos passou a ser aerado com ar resfriado artificialmente, e o outro continuou com o
processo convencional de aeração. A carga de milho em cada silo foi de 16.000 t.
4.1. Comportamento da temperatura do produto durante o processo de resfriamento
artificial
Na Figura 1, observa-se que foram necessários 14 dias para reduzir a temperatura da
massa de milho, inicialmente na faixa de 17 a 26 ºC, para valores entre 10 e 14 ºC, totalizando
872,86 h efetivas de funcionamento, conforme registrado no contador de tempo do equipamento.
Informa-se que, no período de armazenagem, a média mensal das temperaturas
mínimas atingiu 18 °C e a das máximas, 35 °C, enquanto a média mensal das umidades
relativas mínimas foi de 38% e a das máximas, 98%.
4
29
27
Camada1
Camada2
Camada3
Camada4
Camada5
Camada8
Camada9
Camada10
Camada11
Camada12
Camada6
Camada7
25
Temperatura °C
23
21
19
17
15
13
11
7/
8/
07
8/
8/
07
9/
8/
07
10
/8
/0
7
11
/8
/0
7
12
/8
/0
7
13
/8
/0
7
14
/8
/0
7
15
/8
/0
7
16
/8
/0
7
17
/8
/0
7
18
/8
/0
7
19
/8
/0
7
20
/8
/0
7
21
/8
/0
7
22
/8
/0
7
23
/8
/0
7
24
/8
/0
7
25
/8
/0
7
9
Figura 1 - Variações de temperatura por nível, durante o processo de resfriamento.
4.2. Comportamento da temperatura durante o período de armazenamento –
térmica
Estabilidade
O produto foi armazenado durante 110 dias. Na Figura 2, pode-se observar a evolução da
temperatura média do produto resfriado e aerado com ar ambiente, no período de armazenagem
considerado.
No silo resfriado, a massa de grãos se manteve com valores de temperatura entre 12 e 18
ºC, até o final do mês de outubro, com excelente estabilidade térmica, o que confirma os
resultados esperados. É importante esclarecer que, nessa faixa de temperatura, o
desenvolvimento de insetos-praga é extremamente reduzido, pelo fato de a temperatura interna do
silo estar desfavorável ao seu "habitat", cuja temperatura ótima para seu desenvolvimento varia
entre 25 e 35 °C.
Na primeira semana de novembro foi iniciada a descarrega dos silos, o que ocasionou
elevação de 4 °C na média da temperatura observada no referido período (ver seta na Figura 2).
Durante a movimentação do produto, além de ocorrer a mistura do ar com os grãos frios,
houve a exposição dos sensores, os quais estavam cobertos pelas camadas de ar superiores.
Quanto mais produto era expedido, mais sensores eram expostos ao ar, cuja temperatura era
maior que a dos grãos, o que resultou na indicação de um falso incremento na média de
temperatura da massa de grãos (Figura 3). Entretanto, esse valor não ultrapassou 22 °C. Observase, nessa figura, que durante as duas primeiras semanas de descarga a média de temperatura foi
mantida em 19 °C, mesmo sendo considerados os problemas apresentados
No silo não resfriado, a massa de grãos se manteve entre 20 e 27 °C, cuja faixa de
temperatura era altamente favorável à infecção e ao desenvolvimento de fungos e, também, dos
insetos-praga.
4.3. Teor de água (umidade) do produto armazenado
Os teores de água considerados neste trabalho foram determinados em estufa, conforme
os procedimentos indicados em Regras para Análises de Sementes (BRASIL, 1992).
Observa-se, na Tabela 5, que houve aumento de aproximadamente 0,57% na umidade do
milho armazenado no silo resfriado, o que correspondeu ao ganho, em peso, de 92,5 t, enquanto
no aerado a umidade reduziu em 1,8%, implicando redução de 289,3 t. O saldo resultante
correspondeu a 380,8 t (6.346,7 sacos de 60 kg). Ao preço de R$18,00/saco de 60 kg (praticado
na época do experimento), totalizou-se um ganho de R$114.240,00 com o resfriamento.
5
Média aerado
18 °C
25,0
22,0
19,0
16,0
13,0
Agosto
Setembro
Outubro
4ª
3ª
2ª
1ª
5ª
4ª
3ª
2ª
1ª
5ª
4ª
3ª
2ª
1ª
5ª
4ª
3ª
10,0
2ª
Temperatura média (°C)
Média resfriado
28,0
Novembro
Tempo (semanas)
Figura 2 - Comportamento da temperatura da massa de grãos durante o período de
armazenamento.
Figura 3 - Croqui: posicionamento dos cabos e sensores de termometria no interior dos silos.
4.4. Comportamento de insetos-praga e custos de tratamento com inseticidas
Não foram observadas infestações de insetos no produto resfriado. Entretanto, no sistema
aerado com ar ambiente houve infestação por insetos-praga e a conseqüente necessidade de
aplicação de fosfina.
Conforme informações da Fiagril, o tempo necessário para a aplicação do inseticida foi de 1,0 h,
para o que se utilizaram três operários e foram gastos R$450,00 com inseticida. O produto foi
movimentado para fazer a distribuição das pastilhas.
As variáveis quantitativas e de custo envolvidas no processo foram:
a) Preço do inseticida – R$450,00.
b) Número de operários – 3.
c) Salário dos operários – R$4,38/h.
d) Encargos sociais – R$3,15/h.
e) Movimentação dos grãos – 300 t.
f) Suscetibilidade de quebra – 2%.
g) Massa de grãos quebrados – 6,0 t (100 sacos de 60 kg).
h) Preço do milho – R$18,00/sc (valor na época do experimento).
i) Perda de grãos quebrados – R$1.800,00.
j) Energia para a movimentação – 204 kWh.
k) Custo da operação – R$ 4.341,23.
l) Estimativa do custo do expurgo em um silo com 16.000 t – R$ 15.200,00.
4.5. Análises técnicas e de custos
Na Tabela 5 estão apresentados os resultados comparativos, em termos de custos, entre
ambos os sistemas: resfriamento artificial e aeração com ar ambiente, com milho armazenado em
silos de capacidade para 16.000 t.
6
Tabela 5 - Dados de viabilidade econômica de ambos os sistemas
Varáveis
1. Capacidade dos silos, t
2. Temperaturas
. Inicial, ºC
. Final, ºC
3. Teor médio de água
. Inicial, % b.u.
. Final, % b.u.
4. Variação de massa
. Ganho, t
. Perda, t
5. Potência
. Total para o serviço, kW
. Demandada por tonelada, kW t-1
6. Energia elétrica
. Consumo total, kWh
. Consumo específico, kWh t-1
7. Capacidade de resfriamento, t h-1
8. Custo operacional
. Total, R$
. Por tonelada, R$ t-1
9. Variáveis de ganhos e perdas
. Massa de produto, R$
. Diferença comparativa, R$
10. Variação líquida
. Diferença de custo operacional, R$
. Diferença de perda de massa, R$
. Total, R$
11. Ganho com resfriamento, R$ mês-1 t-1
Armazenagem
Ar natural
Ar resfriado
16.000
16.000
21,6 – 22,2
23,0 – 35,0
19,0 – 26,0
15,0 – 22,0
12,2
10,6
13,0
13,5
0,0
289,3
92,49
0,0
110,4
0,007
180
0,01
94.902,7
5,93
0,0
33.987,0
2,12
18,33
135.693,25
8,65
17.924,09
1,10
- 89.790,00
+ 27.747,00
+117.537,00
114.437,00
117.769,16
232.306,16
3,63
4.6. Análise de infecção por fungos
As análises foram realizadas com o objetivo de avaliar a colonização interna dos grãos. A
porcenteagem de infecção observada na amostras coletadas durante a carga e descarga do milho
está apresentada na Tabela 9.
Verifica-se, nessa tabela, que houve aumento de 11,1% na infecção por A. restrictus nas
amostras coletadas no silo resfriado e redução de 20% nos silos aerados. Com relação ao A.
glaucos, observou-se redução na infecção de 39% no silo resfriado, bem como aumento de
228,6% no silo aerado. A relação porcentual de infecção por A. flavus foi a mesma em ambos os
silos.
Tabela 9 - Resultados porcentuais, em número de grãos infectados por diferentes espécies de
fungos, observados durante a armazenagem, em silos, de milho resfriado e aerado
com ar na temperatura ambiente
Armazém
Aerado com ar à temperatura
Resfriado (%)
ambiente (%)
Espécies de fungos
Entrada
Descarga
Entrada
Descarga
Aspergillus restrictus
09
10
10
8
Aspergillus glaucus
18
11
07
23
Aspergillus flavus
03
01
03
01
Rhizopus
00
00
00
00
Nota: 1) Os valores são oriundos da contagem de 1.000 grãos provenientes de amostras obtidas
em diferentes pontos da massa de grãos.
2) Em cada amostragem foram coletadas aproximadamente 4.000 kg de grãos.
7
5. CONCLUSÕES
Os resultados desta pesquisa permitiram as seguintes conclusões:
1) O custo operacional do resfriamento de grãos, com ar resfriado artificialmente, foi menor que o
de aeração com ar ambiente.
2) A aplicação de ar ambiente na massa foi eficiente na secagem e, conseqüentemente, resultou
na perda de massa dos grãos aerados.
3) É impossível, em condições práticas, realizar resfriamento de grãos agrícolas utilizando-se ar
ambiente nas condições psicrométricas observadas durante o experimento.
4) A técnica de resfriamento artificial de grãos se mostrou viável técnica e economicamente para a
conservação de grãos.
5) A técnica de resfriamento artificial de grãos propiciou condições de umidade relativa de
equilíbrio do ar intergranular e temperatura entre 14 e 20 ºC, com estabilidade de peso dos grãos
e até pequenos ganhos durante o período de 110 dias de armazenamento.
6) Em virtude da manutenção da baixa temperatura da massa de grãos, não houve a necessidade
de aplicação de inseticidas no produto resfriado, visando ao controle de insetos-praga.
7) Durante o período de armazenagem, o ar ambiente proporcionou aquecimento natural da
massa de grãos.
6. REFERÊNCIAS
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Abastecimento, MAPA, 1992. 365 p.
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NAVARRO, S.; NOYES, R. The mechanics and physics of modern grain aeration
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8