Título: ESTUDO DA SECAGEM CONVECTIVA ASSISTIDA POR MICRO-ONDAS DE CAFÉS ESPECIAIS
Título alternativo: STUDY OF MICROWAVE-ASSISTED CONVECTIVE DRYING OF SPECIALTY COFFEES
Autoria de: Laura Leitao Ponciano Freire
Orientação de: Irineu Petri Junior
Presidente da banca: Irineu Petri Júnior
Primeiro membro da banca: Suellen Mendonça Nascimento
Segundo membro da banca: Guilherme Mathias Lopes
Palavras-chaves: café arábica, cinética de secagem, taxa de secagem, cavidade hexagonal, leito fixo
Data da defesa: 17/11/2023
Semestre letivo da defesa: 2023-2
Data da versão final: 23/11/2023
Data da publicação: 23/11/2023
Referência: Freire, L. L. P. ESTUDO DA SECAGEM CONVECTIVA ASSISTIDA POR MICRO-ONDAS DE CAFÉS ESPECIAIS. 2023. 48 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.
Resumo: Nos últimos anos, os cafés especiais conquistaram espaço a nível global e, dentre as etapas fundamentais de produção desses cafés, a que possui influência significativa na qualidade final da bebida é a secagem. Apesar dos seus benefícios, esse processo é a etapa com maior demanda de energia e, consequentemente, a mais cara, e com maior probabilidade de causar danos aos grãos. Novas tecnologias estão sendo aplicadas para melhorar o processo de secagem de grãos, dentre elas se destaca a secagem micro-ondas. Logo, o objetivo deste trabalho é aplicar a secagem convectiva assistida por micro-ondas com ar à temperatura ambiente em cafés especiais, a fim de avaliar a influência da temperatura, massa de grãos e presença da convecção nos resultados de cinética e taxa de secagem e verificar sua viabilidade de utilização. Primeiramente foram caracterizadas as propriedades físicas dos grãos de café arábica cv. Paraiso II por meio de sua densidade, umidade, teor de cinzas e diâmetro médio. As secagens foram realizadas em um secador micro-ondas hexagonal (600W) em leito fixo com tampas perfuradas para permitir o fluxo cruzado ascendente de ar à temperatura ambiente. O leito de grãos era alocado em uma haste de metal acoplada em uma balança semi-analítica e, durante a secagem, os grãos eram aquecidos pelas micro-ondas, sua temperatura aferida por um termopar e controlada por meio do ligadesliga do magnetron. Foram avaliadas as massas de 200, 300 e 400 g, temperaturas de 45 e 55ºC, presença ou ausência de convecção de ar ambiente, na secagem de cafés em coco e descascados. A caracterização dos grãos obteve resultados compatíveis com os valores da literatura, com pequenos desvios justificados pela diferença de cultivares. Os resultados de cinética e taxa de secagem dos grãos comprovaram que a redução de temperatura gera uma secagem mais lenta, assim como o aumento da massa, a utilização da secagem sem convecção e a presença da casca no grão de café. O ajuste dos dados aos modelos matemáticos de cinética de secagem possibilitou a seleção do modelo de Page como o melhor baseado seu coeficiente de determinação. A eficiência energética apresentou resultados semelhantes aos de taxa e cinética de secagem referente à vantagem do aumento da temperatura e da aplicação da secagem híbrida. Esse estudo comprovou a superioridade da secagem convectiva assistida por micro-ondas para grãos de cafés especiais em relação à secagem puramente micro-ondas, sendo um método promissor para diminuição do tempo de secagem, necessitando apenas avaliar a influência desse tipo de secagem na qualidade sensorial da bebida.
Abstract: In recent years, specialty coffees have gained global prominence, and among the fundamental stages of their production, the one that significantly affects the final quality of the beverage is the drying process. Despite its benefits, this process is the most energy-intensive and consequently the most expensive stage, with the highest likelihood of causing damage to the beans. New technologies are being applied to enhance the grain drying process, with microwave drying standing out. Therefore, the objective of this work is to apply convective drying assisted by microwave with ambient temperature air to specialty coffees, in order to evaluate the influence of temperature, grain mass, and the presence or absence of convection on drying kinetics and drying rate results, and to assess its feasibility for use. Firstly, the physical properties of Arabica coffee beans cv. Paraiso II were characterized through density, moisture content, ash content, and mean diameter. Drying experiments were carried out in a hexagonal microwave dryer (600W) with a fixed bed and perforated lids to allow for cross-flow of ambient temperature air. The grain bed was placed on a metal rod attached to a semi-analytical balance, and during drying, the beans were heated by microwaves, with their temperature measured by a thermocouple and controlled through the onoff operation of the magnetron. Masses of 200g, 300g, and 400g, temperatures of 45ºC and 55ºC, and the presence or absence of ambient air convection were evaluated in the drying of both husked and peeled coffees. The grain characterization yielded results for density, moisture content, ash content, and mean diameter consistent with literature values, with slight deviations justified by the difference in cultivars. The drying kinetics and drying rate results demonstrated that a reduction in temperature leads to slower drying, as does an increase in mass, the use of drying without convection, and the presence of the coffee husk. The use of thinner layers (200g) resulted in more uniform drying. Drying rates revealed a purely diffusive drying period, indicating minimal influence from the drying air flow rate. Purely microwave drying (without air convection), while widely used in the literature, did not yield satisfactory results compared to microwave-assisted convective drying. The presence of the coffee husk hinders mass transfer, making the drying process slower, even for microwave drying, where heating occurs from the inside out. Fitting the data to mathematical drying kinetics models allowed for the selection of the Page model as the best fit based on its coefficient of determination. Energy efficiency showed results similar to drying rate and kinetics in terms of the advantages of higher temperature and hybrid drying application. This study confirmed the superiority of the microwave-assisted convective drying for specialty coffee beans in relation to purely microwave drying, representing a promising method for reducing drying time, with the need to only assess the sensory quality influence of this drying method on the beverage.
URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_quimica/20232201910541
URI alternaviva: sem URI do Repositório Institucional da UFLA até o momento.
Curso: G033 - ENGENHARIA QUÍMICA (BACHARELADO)
Nome da editora: Universidade Federal de Lavras
Sigla da editora: UFLA
País da editora: Brasil
Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso
Nome da língua do conteúdo: Português
Código da língua do conteúdo: por
Licença de acesso: Acesso aberto
Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras
URI da licença: repositorio.ufla.br
Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br
Detentores dos direitos autorais: Laura Leitao Ponciano Freire e Universidade Federal de Lavras
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