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Resultados e Discussão
A primeira amostra submetida a secagem em estufa solar iniciou o processo com uma
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A terceira amostra secada na estufa solar teve iniciou com uma humidade de 55,6% e no
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A relação entre estas grandezas detém uma correlação linear inversa com um coeficiente
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Construção e analise de permormance de um secador solar directo

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Construção e analise de permormance de um secador solar directo

  1. 1. Construção e Analise de Eficiência de Um Secador Solar Directo1 Álvio Carlos Durão do Rosário2; Basílio Zeloso Tamele3; Daniel Quissico4 RESUMO O objecto deste trabalho foi a construção de um protótipo de secador solar directo e fazer a análise do seu desempenho. O secador foi construído de material local: chapa de unitex, madeira de pinho, chapa metálica de zinco, papel de alumínio, com cobertura de vidro liso e uma rede plástica para protecção do sistema de circulação de ar. A secagem no secador foi comparada com a secagem ao ar livre nos seguintes aspectos: tempo de secagem, teor de humidade adquiridos, taxas de secagem e a qualidade do produto resultante das amostras. Todos os pares de amostras foram obtidos nos mesmos locais de modo que não haja influência das suas naturezas, foram testados dois produtos, a couve-flor e folha de mandioca, este último pela facilidade de acesso foi testado duas vezes. O estudo consistiu em avaliar as combinações das variáveis em estudo (radiação solar, temperatura, humidade relativa, velocidade de vento e a qualidade do produto final), comparando a eficácia dos dois métodos. Os resultados obtidos indicaram que em relação ao tempo de secagem, a estufa solar foi mais eficiente, isto é, foi duas (2) vezes mais que a secagem ao ar livre. A estufa apresentou temperaturas mais elevadas e menores índices de humidade relativa do ar que o meio ambiente. Quanto às taxas de secagem a estufa solar sempre apresentou as maiores. A eficiência média obtida para a primeira amostra foi de 31,6 e 47,4 para a terceira amostra. Palavras – chaves: Radiação Solar, Secador solar, Material Local, Eficiência. INTRODUÇÃO O aproveitamento da luz solar para a secagem e desidratação de alimentos como modo de conservação é visível no mundo e em Moçambique em particular desde tempos remotos. Contudo, o desenvolvimento e aperfeiçoamento têm sido muito lento, por exemplo, o mais comum, em nossas comunidades é uso directo da radiação solar para a desidratação de alimentos, o que reduz significativamente as propriedades nutritivas, além de levar muito tempo em comparação com a desidratação usando forno ou estufa eléctrica. ___________________________ 1) Parte da Monografia do primeiro autor apresentado ao departamento de ciências naturais e matemática curso de Física, universidade pedagógica delegação de Gaza. 2) Licenciado em Ensino de Física pela universidade pedagógica delegação de Gaza. alvioblunt@yahoo.com.br 3) Licenciado em Meteorologia pela universidade Eduardo Mondlene, docente da universidade pedagógica e da universidade técnica de Moçambique, estudante de pós-graduação em energias renováveis. bazeta2004@gmail.com 4) Licenciado em Meteorologia pela universidade Eduardo Mondlane, docente da universidade pedagógica, delegado provencial da Meteorologia em Gaza-Moçambique.
  2. 2. Portanto esta pesquisa pretendias saber qual seria o desempenho de um secador solar directo na desidratação de vegetais, para tal foi necessário construir um secador solar directo com recurso a material local, comparar a secagem ao ar livre com a secagem na estufa solar e por final avaliar a eficiência térmica do secador solar e a qualidade de secagem dos produtos. Esta é pertinente pôs, conservar alimentos é uma forma de combater a crise alimentar e a pobreza absoluta. Referencial Teórico A radiação solar, como forma de energia complementar é de grande interesse devido à sua abundância, facilidade de captação e, acima de tudo, pelo facto de gerar menos impactos negativos ao meio ambiente quando comparada com as fontes derivadas da queima de combustíveis fósseis. A radiação solar comporta-se como uma onda electromagnética, no espectro desta radiação a luz visível (0,4-0,7µm) se encontra na parte de frequência mais alta do espectro electromagnético. Diversas leis podem ser citadas ao estudar a radiação solar, contudo podem-se ditar como básicas as seguintes: Lei de Planck, afirma que a composição espectral da luz solar (em termos energéticos) corresponde aproximadamente aquela que seria de esperar na radiação de um corpo negro aquecido cerca de 6000º C, e matematicamente é: fhE . (1) Onde, h [J.s] é a constante de Planck e f [1/s] é a frequência da radiação. Lei de Wien, afirma que o produto do comprimento de onda correspondente ao máximo da radiação no espectro do corpo negro absoluto pela sua temperatura absoluta é uma grandeza constante (JDÁNOV, 1985), matematicamente se escreve: bTmáx  (2) Onde, b é constante de Wien igual a 2,89×10-3. Lei de Stefan – Boltzmann, diz que a máxima taxa com a qual radiação pode ser emitida a partir de uma superfície (ou corpo) depende exclusivamente da temperatura absoluta do mesmo. É expressa por: TS o AQ 4  (3)
  3. 3. Onde, 428 /1067,5 KmW  ;  - é a emissividade e A é a área. Lei de Kirchhoff, diz que as taxas de emissão e absorção dependem da temperatura e do comprimento de onda da radiação, e são iguais a uma da proporção. É expressa por: incidenteQabsQ oo  (4) Onde, absQ o - Taxa com a qual a superfície absorve radiação incidente; incidenteQ o - Taxa com a qual radiação incide sobre a superfície; α é a absorvitidade. A radiação solar pode ser calculada na superfície horizontal pode ser calculada pelo modelo de Angstron:   0)( H N nbaH  (5) Onde, b e a são coeficientes que dependem das condições climáticas do local e são iguais a 25,0cos.29,0 e respectivamente, n é a insolação medida pelo Heliógrafo; N insolação astronómica. Para o calculo da radiação solar na superfície inclinada tem-se como padrão o modelo de Liu e Jordan, que de podem resumir em: refdfdir refref dfdf dirdirdrtdir HHHH HHH HH H tagh senHKH ´´´´ ) 2 cos1 )(() 2 cos1 (),(´ ) 2 cos1 (),(´ )) )cos( ((cos),(´                (6) Onde, H´dir é a radiação directa em superfície inclinada; Kdrt é o factor de correcção devido a mudança no ângulo de incidência dos raios solares sobre a superfície incidente; é o albedo da superfície local; β é inclinação da superfície.  é azimute da Superfície;  é Azimute Solar; h é a altura do sol; H´df é a radiação difusa na superfície inclinada; H´ref é a radiação reflectida pelo solo; H´ é a radiação global na superfície horizontal. Um secador solar básico é constituído por paredes isoladoras, sistema de ventilação, cobertura translúcida e uma placa absorvedora. O principio de geração de calor é com base no efeito estufa. A eficiência de um secador solar pode ser dado por:
  4. 4.   ´HA TTCm iOP      (7) Onde,  m é vazão maciça do fluído (kg/s); pC é calor específico do fluído (J/kg.°C); 0T é temperatura do fluído na saída do colector (°C); iT é temperatura do fluído na entrada do colector (°C); A é área da superfície colectora (m2), e a intensidade da radiação solar incidente (H) em W/m2. A secagem tem por finalidade o controle do teor de humidade do produto. O teor de humidade pode ser obtido pela expressão 18: u su u M MM T   (8) Onde: uT = teor de humidade (%); uM = Massa húmida (g); sM = Massa seca (g). Quando se pretende saber a humidade relativa num sólido na base seca (Ti ) é dada pelo quociente entre a massa húmida (Mu ) e a massa do sólido isenta desta humidade (Ms ): s u i M M T  (9) E quando se trata da base húmida tem: su u f MM M T   (10) A taxa de secagem pode ser obtida de acordo com a equação (21): t TT T fi s   (11) Onde, Ti é teor inicial; Tf é teor final e t é o tempo de secagem.
  5. 5. Metodologia De acordo com as suas características/propriedades Fisicas foram adqueridos os materias para a construção do secador modelo greenhouse (figura 1). Figura 1. Secador solar usado no estudo. Para a observação da variaveis dependes os instrumentos eram dispostos de acordo com a figura 2. Figura 2. Disposição dos equipamentos de controle da variáveis. (a) Dentro do secador; (b) ao ar livre. As amostras eram colocadas ao mesmo tempo nos seus locais de secagem. O tempo de esposição era da 8 as 17 horas. As variáveis eram controladas periodicamente, de hora em hora. A radiação solar foi determinada de acordo com a equação 6. O teor de humidade e taxa de secagem foram determinadas pelas equações 8 e 11 respectivamente.
  6. 6. Resultados e Discussão A primeira amostra submetida a secagem em estufa solar iniciou o processo com uma humidade de 81,2% e depois de sete (7) dias de secagem teve humidade final de 2,25%. O que corresponde a uma taxa de remoção da humidade igual 7,89%, já a secagem ao ar livre não teve o seu término por ter ficado comprometida (putrificado) devido a elevada humidade. A fraca taxa de remoção da humidade apresentada nesta amostra, pode ser explicada pela deficiente radiação, fraca ventilação e alta humidade relativa ambiente apresentada neste período de secagem, por outro lado pode-se ainda citar a massa específica, uma vez que maior massa específica implica maior tempo de secagem. A segunda amostra submetida a secagem em estufa solar teve o seu inicio com uma humidade de 52,6% e após três (3) dias, foi finalizada com uma humidade de 0,84% o que correspondente a uma taxa de remoção da humidade igual a 17,25%, já secada ao ar livre teve no inicio uma humidade de 53,125% e ao final de cinco (5) dias de secagem obteve-se 0,9815%, o que corresponde a uma taxa de remoção de humidade igual 10,428%. A amostra da estufa solar apresentou uma taxa de remoção maior que a do ar livre, a favor desta diferença está as condições ambientais estáveis na estufa do secador. A curva de secagem para estas amostras pode ser observada na figura 3. Figura 3. Curvas de secagem das segundas amostras
  7. 7. A terceira amostra secada na estufa solar teve iniciou com uma humidade de 55,6% e no final de dois (2) dias obteve-se uma humidade igual á 0,97% correspondente a uma redução da humidade em 27,312% por dia. A mostra ao ar livre iniciou com uma humidade de 56,1% e no final de quatro (4) dias detinha uma humidade de 0,98%, correspondente a uma taxa de remoção igual 13,78%. É visível através da diferença das taxas de secagem que a estufa apresentou melhores condições de secagem. As curvas são visíveis na figura 4. Figura 4. Curva de secagem das terceiras amostras Observa-se no geral que as taxas de remoção diária da água foram mais elevadas na estufa solar que ao ar livre, isto pode-se dever ao facto de a secagem ao ar livre ser influenciada apenas por condições ambientais (temperatura, ventilação, humidade do ar e humidade de equilíbrio) por sua vez a estufa solar alem desses factores é influenciada pela radiação solar. Segundas e terceiras amostras levaram tempos diferentes de secagem apesar de serem da mesma espécie, terem tido o teor de humidade iniciais muito próximos com o teste conduzido sob condições radiação similares. Este evento pode ser explicado, pela velocidade do vento que foi óptima durante a secagem das terceiras amostras assim como o sentido do vento que era de Sul-Norte. Ao estudar a eficiência de um secador é necessário tomar em consideração certas correlações importantes.
  8. 8. A figura 5, mostra a recta que correlaciona a temperatura interna e a radiação solar global. Figura 5. Relação entre a Radiação Solar e Temperatura Interna Máxima, durante o período das três (3) secagens. Pode-se afirmar que esta boa correlação directa entre a temperatura interna máxima e a radiação solar; com o coeficiente de correlação óptimo (r = 0,8942). Isto significa que o aumento da radiação solar resulta no aumento da temperatura interna no secador. Na figura 6 apresenta-se a influência do teor de humidade na temperatura interna máxima da estufa solar. Figura 6. Relação entre a Humidade Relativa e Temperatura Interna Máxima, durante o período das três (3) secagens.
  9. 9. A relação entre estas grandezas detém uma correlação linear inversa com um coeficiente igual a 0,9631, o que significa que a humidade relativa diminui com o aumento da temperatura (conforme verificado por STANGERLIN (2009)), esta ocorrência é devido ao facto de que no inicio da secagem o produto precisar de muita quantidade de calor para retirada de elevadas quantidade de água, causando limitação da elevação de temperatura no inicio do processo. A determinação das eficiências média encontrada para a 1ª e 3ª amostras foram 31,6% e 47,4% respectivamente, e o coeficiente médio de perdas de energia foi para a 1ª amostra de 2,80 W/m2 oC e para 3ª foi de 6,6 W/m2 oC. O aumento da energia incidente eleva a temperatura e a intensificação destas duas grandezas provocam maiores perdas de energia o que concorre para que o aumento do rendimento não seja significativo comparativamente a energia fornecida. Na maioria dos casos observado durante a pesquisa, os valores das perdas totais são maiores a onde temos registos de maiores variações da temperatura. A qualidade nutricional foi obtida com os equipamentos do Laboratório Nacional de Higiene Alimentar e Água, os resultados obtidos podem observados na tabela 6. Tabela 1. Resultados do poder nutritivo. Analise Química (250g para cada amostra) Amostra Humidade (%w/w) Gordura (%w/w) Proteína (%w/w Nx6,25) Fresca 61,32 38,64 78,69 Seca em estufa 7,45 11,61 49,71 Seca ao ar livre 10,25 6,44 25,23 Dos dados postados na tabela 6, verifica-se que a amostra secada em estufa solar conservou melhor (quantidades) os nutrientes (gordura e proteínas) comparativamente a amostra ao ar livre conforme foi verificado por CORRÊA (2004), em detrimento desta diferença estão as energias usadas para as desidratações, o produto ao ar livre seca por acção directa dos raios solares, o que contribui para que certas propriedades químicas se percam com maior velocidade neste processo, enquanto o produto na estufa do secador seca por acção da energia térmica gerada no interior do secador. A tabela também mostra que o secador solar teve maior redução da humidade, isto deve-se as favoráveis condições ambientais que esta dispõe comparativamente ao ar livre. As quantidades dos
  10. 10. sais minerais, cianeto e tanino não foram determinadas porque o laboratório não disponha de equipamento operacionais na altura. Conclusões Com base nos resultados discutidos sobre a eficiência do secador solar na desidratação da couve-flor e da folha de mandioca, podemos dizer que: È possível construir um secador com base em materiais locais e obter resultados satisfatórios desde que na construção tenha em consideração as propriedades dos materiais (condutividade térmica, emissividade e absorvitidade) A inclinação do colector é fundamental para a maior colheita da energia solar, os estudos revelaram que a óptima inclinação para um secador solar em Xai-Xai ou em locais circunvizinhos deve ser de 26º. O tempo de secagem em estufa solar, para as três amostras estudadas, é inferior em relação ao verificado no processo ao ar livre. Contudo, o secador solar apresentou temperaturas óptimas para a desidratação de vegetais (30ºC á 60ºC). A desidratação feita no secador apresentou baixas reduções do teor nutritivo o que era esperado, assim como baixas humidades comparativamente a secagem ao ar livre. Referencias Bibliográficas Angelina Duarte CORRÊA. ´´ Pesquisa elimina substancias tóxicas e transforma a folha em alimento mais nutritivo``. Revista Minas Faz Ciências. Vol. 18, Brasil, 2004 CENGEL, Yunus A. BOLES, MICHAEL A. Termodinâmica. 5ª ed. McGraw Hill. São Paulo, 2006, p. 74-78. MOLONI, Pedro Luís Santos. Apostila Desidratação de Frutas e Hortaliças. 10ª Semana internacional da fruticultura, floricultura e agroindústria. Brazil, 2003. STANGERLIN Diego Martins. Avaliação do Uso de Estufa Solar Para Secagem de Madeira Serrada de Eucalipto. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Santa Maria Centro de Ciências Rurais Programa de Pós-graduação em Engenharia Florestal, Santa Maria, RS, Brasil,2009.

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