Desenvolvimento de um secador solar híbrido operando a vácuo

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2019.

O Brasil é um dos maiores produtores mundiais de frutas, mas processa apenas uma parte de sua produção. Frutas e hortaliças têm uma vida útil curta, o que provoca elevada perdas pós-colheita, e a desidratação é uma alternativa viável para diminuir os desperdícios. Porém, os processos tradicionais de secagem usam temperaturas elevadas e consomem muita energia, que oneram a produção e elevam os preços dos produtos desidratados. Além disso, o uso de combustíveis fósseis como fonte de energia provoca a emissão de gás carbônico para a atmosfera, associando a secagem a um processo com elevada emissão de carbono. A energia solar é uma fonte de energia abundante e sustentável, que não emite gases causadores do efeito estufa. No entanto, o uso direto dessa forma de energia permite pouco controle das condições de secagem. O presente estudo teve como objetivo desenvolver um secador de alimentos a vácuo, utilizando energia solar térmica acumulada na forma de água quente, permitindo o controle das condições de secagem. Foi empregada a secagem por múltiplos ciclos de aquecimento-pulso de vácuo, utilizando a condução como forma de transferência de calor (conductive multi-flash drying KMFD) para produzir bananas desidratadas e crocantes. Foram utilizados coletores solares de tubo evacuado e um reservatório térmico com resistência elétrica para aquecimento da água do sistema até 90 ºC. Neste equipamento, utilizado na região de Florianópolis-SC, foi possível desidratar de maneira homogênea 4 kg de de banana prata em 4 horas, utilizando apoio elétrico quando necessário. Três diferentes taxas de descompressão do sistema foram estudadas. Os produtos resultantes possuem alta porosidade (acima de 60%), baixo teor de umidade (menor que 0,02 g g-1) e de atividade de água (menor que 0,25). As amostras secas apresentaram estrutura expandida com poros largos, que resultaram em curvas de força-penetração e acústicas irregulares, características de produtos crocantes. Em alguns experimentos de secagem, a resistência elétrica de apoio foi desligada no início do processo. Nesses casos, houve redução da temperatura da água para 80 ºC, apesar da alta radiação solar no período. Em 4 h de secagem, o produto final apresentou umidade de 0,039 g g-1 (bs) e atividade de água igual a 0,285. O sistema de secagem permite a produção de bananas desidratadas de qualidade, crocantes, podendo ser usado em pequenas propriedades para produção de alimentos desidratados.<br>

Abstract : Brazil is one of the world's largest producers of fruit, but only part of its production is processed. Fruits and vegetables have a short shelf life and drying is a viable alternative to reduce food waste. However, traditional drying processes consume a lot of energy, which increase the production and the products costs. Besides, the use of fossil fuels as a source of energy causes the emission of carbon dioxide into the atmosphere, associating drying with a high carbon footprint. Solar energy is an abundant and sustainable source of energy that does not emit greenhouse gases. However, the direct use of this form of energy does not allow control of the drying conditions. The present study aimed to develop a vacuum food dryer, which uses solar thermal energy accumulated in form of hot water, allowing the control of the drying conditions. The drying process that was used to produce dried-and-crisp bananas was the conductive multi-flash drying (KMFD). Solar collectors with evacuated tubes and a thermal reservoir with electrical resistance were installed to heat the water used in the system up to 90 °C. In this equipment, used in the region of Florianópolis-SC, it was possible to homogeneously dehydrate 4 kg of raw material in 4 hours, using electric support when needed. Three different decompression rates were studied. The resulting products presented high porosity (above 60%), low moisture content (less than 0.02 g g-1) and water activity (less than 0.25). The dried samples presented an expanded structure with large pores, resulting in irregular mechanical and acoustic curves with numerous peaks, characteristic of crisp products. In some drying experiments, the electrical resistance was switched off at the beginning of the process. In these cases, there was a reduction of water temperature to 80 ° C, despite the high solar radiation in the period. The final product presented moisture of 0.039 g g -1 (bs) and water activity equal to 0.285 in 4 h of drying. The drying system has a great potential for the production of dried and crisp bananas and can be incorporated into family agriculture, increasing the income and productivity of rural workers, improving their living conditions.