Este documento descreve a construção e análise da eficiência de um secador solar direto. O secador foi construído com materiais locais e comparado com a secagem ao ar livre em termos de tempo de secagem, teor de humidade e taxa de secagem. Os resultados indicaram que o secador solar foi mais eficiente, reduzindo o tempo de secagem pela metade e apresentando temperaturas mais elevadas e menores índices de humidade.

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. 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. 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.  
´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. 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. 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. 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. 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. 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. 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.