ABSTRACT Knowledge regarding the static pressure drop in granular layers is of fundamental importance in the development of efficient drying and aeration projects of agricultural products. Thus, the objective of this study was to evaluate the effects of impurity contents on the static pressure drop in different bed depth of castor bean grains, as well as modify the mathematical models per the obtained experimental data and select the model that best represents this phenomenon. First, impurities in castor bean grains of the Guarani variety were eliminated and 6% of the moisture content (dry basis) was retained. The coarse impurity contents were obtained with 2%, 4%, and 6% of mass addition. The pressure drop in different bed depth of clean and impure castor bean grains were determined using an experimental determination equipment of pressure drop in bed depth with an airflow rate ranging 0.2 - 1.0 m3 s−1 m−2. The pressure drop linearly increases with an increase in the depth of the grain layer, and the increase in the airflow rate leads to an increased pressure drop in the castor bean grains layer. The impurity contents increase causes a reduction in pressure drop. The models that best represent castor beans grains pressure drop experimental data, without and with impurities, are Hukill & Ives (1955) and Nimkar & Chattopadhyay (2002), respectively.

RESUMO O entendimento dos fenômenos de sorção de água em sementes de castanheira do Brasil permitirá manejar adequadamente esse produto principalmente no que se refere às condições adequadas para um armazenamento seguro. Assim, objetivou-se determinar as isotermas de sorção (dessorção e adsorção) de água de castanha do Brasil, ajustando-se diferentes modelos matemáticos aos dados experimentais, além da histerese. Para a obtenção das isotermas de sorção foi utilizado o método estático, nas temperaturas de 25, 35, 45 e 55 °C para umidades relativas do ar variando entre 10 a 80%. As condições psicrométricas do ar foram obtidas colocando-se no interior de dessecadores materiais higroscópicos, soluções ácidas e salinas saturadas específicas. Verificou-se que para uma dada isoterma, o teor de água de equilíbrio da castanha do Brasil aumenta com a elevação da atividade de água. Além disso, para uma dada atividade de água, o teor de água de equilíbrio diminui com a elevação da temperatura. Os modelos Copace, Henderson e Oswin são os que melhor descrevem a higroscopicidade das sementes de castanheira do Brasil, tanto na adsorção quanto na dessorção. A histerese foi mais pronunciada nas menores temperaturas e para maiores valores de atividade de água. O teor de água que se deve armazenar a castanha em temperaturas menores que 55 °C sem que haja risco de desenvolvimento fúngico deve ser menor que 8,2% (b.s.).

ABSTRACT Knowledge of the water sorption phenomenon in Brazil nut seeds will allow proper handling of this product, especially with regard to adequate conditions for safe storage. Thus, the present study aimed to determine the sorption isotherms (desorption and adsorption) of Brazil nuts, fitting different mathematical models to the experimental data, as well as to examine the hysteresis effect. To obtain the sorption isotherms, the static method was employed at temperatures of 25, 35, 45 and 55 °C and air relative humidities varying from 10 to 80%. The psychrometric conditions of the air were acquired with the aid of acid solutions and specific saturated saline left inside desiccators with the samples. It was verified that for a given isotherm, the equilibrium moisture content of Brazil nuts increases with water activity increment. In addition, at a constant water activity, equilibrium moisture content decreases with temperature increase. The Copace, Henderson and Oswin are the models that best describe the hygroscopicity of the Brazil nut seed for both the adsorption and desorption processes. Hysteresis was more pronounced at lower temperatures and higher values of water activity. The moisture content value for storage at temperatures less than 55 °C, without the risk of fungal development, must be lower than 8.2% (d.b.).

ABSTRACT The knowledge of physical properties of grains is important for the optimization of postharvest operations. Thus, this study aimed to evaluate the effect of moisture content over physical properties of different cultivars of soybean. Soybean of cultivars NS7901RR, TMG1180RR, P98Y70 and TMG132RR were used, with initial moisture content of 0.32, 0.27, 0.25 and 0.21 dry basis (d.b.), respectively. In order to dry the samples, an oven of forced air circulation was used. Samples were dried at temperature of 50 °C, being the drying procedure stopped when the moisture content of soybean was equal or inferior than 0.15 (d.b.). During drying, for interested moisture contents, physical properties were determined: bulk density, equivalent diameter, sphericity, circularity and surface/volume ratio. It was noticed that all physical properties analyzed presented a direct relationship with moisture content. With exception of the equivalent diameter, all the remaining physical properties increased linearly with moisture content reduction. Physical differences were observed among soybean cultivars during drying. However, variation of analyzed properties occurred in different proportions during drying for each cultivar.

RESUMO Objetivou-se determinar as propriedades termodinâmicas de grãos de feijão danificados. Foram utilizados grãos com teor de água inicial de 53,85% (b.s.); parte dos grãos foi utilizada para se obter as isotermas de dessorção, enquanto que a outra foi submetida a secagem até o teor de água de 5,26% (b.s.), para que a mesma fosse submetida ao processo de adsorção. Para a indução da danificação foi utilizado um Stein Breakage Tester. Para obter o teor de água de equilíbrio, os grãos foram colocados em câmara climática cujas temperaturas foram de 20, 30, 40 e 50 ± 1 ºC combinadas com umidades relativas de 30, 40, 50, 70 e 90 ± 3%. Na dessorção, os grãos danificados apresentaram menor entalpia diferencial quando comparados com a testemunha enquanto o inverso foi observado na adsorção. A danificação mecânica provocou a formação de um número maior de sítios disponíveis de sorção, resultando em maiores valores de entropia diferencial na adsorção e menores valores na dessorção quando comparados com a testemunha. A danificação mecânica não teve efeito sobre a energia livre de Gibbs.

ABSTRACT This study aims to determine the thermodynamic properties of damaged beans. Grains with initial moisture content of 53.85% (d.b.) were used. A part of the grains was used to obtain the desorption isotherms, while another part was subjected to drying until a moisture content of 5.26% (d.b.) was achieved; therefore, it was subjected to the adsorption process. To induce damage, a Stein breakage tester was used. To obtain the equilibrium moisture content, grains were placed in a climatic chamber whose temperatures were 20, 30, 40, and 50 ± 1 °C combined with a relative humidity of 30, 40, 50, 70, and 90 ± 3%. Although in the desorption process, damaged grains had a lower differential enthalpy compared with the control, the reverse behavior was observed in the adsorption process. Mechanical damage caused the formation of a greater number of available adsorption sites, resulting in higher differential entropy values in adsorption and lower values in desorption compared with the control. The mechanical damage had no effect on the Gibbs free energy.

RESUMO Objetivou-se, neste trabalho, modelar a cinética de sorção de água de grãos de feijão danificado. Foram utilizados grãos com teor de água inicial de 53,85% base seca (bs). Parte dos grãos foi utilizada para se obter as isotermas de dessorção enquanto outra foi submetida à secagem até o teor de água de 5,26% (bs), para que a mesma fosse submetida à adsorção. Para a indução da danificação foi utilizado um Stein Breakage Tester. Visando obter o teor de água de equilíbrio, os grãos foram colocados em câmara climática cujas temperaturas foram de 20, 30, 40 e 50 ± 1 ºC combinadas com umidades relativas de 30, 40, 50, 70 e 90 ± 3%. O modelo de GAB ajustou-se bem aos dados experimentais de equilíbrio higroscópico de grãos danificados e testemunha. Com o aumento de temperatura os valores do teor de água da monocamada diminuíram para processos de adsorção e dessorção variando entre 9,84 a 5,10% b.s. O menor teor de água da monocamada nos grãos danificados indica que é necessário menor teor de água para garantir sua conservação.

ABSTRACT The objective of this study was to model the water sorption kinetics of damaged beans. Grains with initial moisture content of 53.85%, dry basis (d.b.), were used. One portion of the grains was used to obtain desorption isotherms, while the other was subjected to drying until the moisture content of 5.26% (d.b.), so that it was subjected to the adsorption. For the induction of damage, a Stein Breakage Tester was used. To obtain the equilibrium moisture content, grains were placed in a climatic chamber at 20, 30, 40 and 50 ± 1 °C combined with relative humidity of 30, 40, 50, 70 and 90 ± 3%. The GAB model fitted well to the equilibrium moisture experimental data of damaged grains and control. With increasing temperature, the monolayer moisture contents decreased in adsorption and desorption processes, ranging from 9.84 to 5.10% d.b. The lower moisture content in the monolayer in damaged grains indicates that lower moisture content is necessary to ensure their conservation.

Objetivou-se, neste trabalho, avaliar e modelar as curvas de equilíbrio higroscópico obtidas pelos processos de adsorção e dessorção para os frutos de café (Coffea canephora) maduros (cerejas) para diferentes condições psicrométricas do ar. Nos processos de sorção foram utilizadas diferentes condições de temperatura (entre 10 e 50 °C) e umidade relativa (entre 10 e 95%) até que o produto atingisse o teor de água de equilíbrio com a condição do ar especificada. Aos dados experimentais de sorção foram ajustados diversos modelos matemáticos frequentemente utilizados para representação da higroscopicidade de produtos agrícolas. Verificou-se que o teor de água de equilíbrio dos frutos de café aumentou com a umidade relativa para dada temperatura e diminuiu com o aumento da temperatura para determinada umidade relativa. A histerese foi mais pronunciada na faixa de umidade relativa do ar entre, 65 e 75%. O modelo Sigma-Copace foi o que melhor descreveu a higroscopicidade dos frutos de café, tanto na adsorção quanto na dessorção.

The objectives of this study were to evaluate and to model the isotherms curves obtained by adsorption and desorption processes for the fruits of ripe (cherries) coffee (Coffea canephora), for different psychrometric conditions of the air. For all sorption processes, different conditions of temperature (between 10 and 50 °C) and relative humidity (between 10 and 95%) were used, until the product reached its equilibrium moisture content with the air condition specified. For experimental data of sorption, different mathematical models often use to represent hygroscopicity of agricultural products were adjusted. It was verified that the equilibrium moisture content of the fruits of coffee increased with relative humidity for a given temperature and decreased with increasing temperature for a given relative humidity. The hysteresis, regardless of temperature, was more pronounced for relative humidity of the air between 65 and 75%. The Sigma-Copace model was the best in describing hygroscopicity of the fruits of coffee both in desorption and adsorption.

Com este trabalho objetivou-se estudar o processo de secagem por infravermelho das fatias de cenoura e determinar alguns coeficientes referentes à transferência de calor e massa do processo. Utilizaram-se cenouras frescas, secadas até massa constante em um secador com fonte de aquecimento por infravermelho. Aos dados experimentais se ajustaram diferentes modelos para os períodos de taxa de secagem constante e decrescentes. Verificou-se que os coeficientes transferência de calor e massa, referentes ao período de secagem constante, aumentaram significativamente com o aumento da temperatura e que os modelos Aproximação da Difusão, Dois Termos, Midili e Verna representaram satisfatoriamente o período de secagem decrescente das fatias de cenoura. O coeficiente de difusão efetivo aumentou com a temperatura e esta relação pode ser representada pela Equação de Arrhenius, obtendo-se uma energia de ativação para o processo de secagem de 29,092 kJ mol-1.

The aim of this work was to study the infrared drying process of carrot slices and to determine coefficients related to the heat and mass transfer of the process. Fresh carrots were used, dried until constant weight in a dryer with infrared heating source. Different models were utilized to fit the experimental data of constant and falling drying rate periods. It was verified that the coefficients of heat and mass transfer, during the constant drying rate, significantly increased with temperature on rise. The Diffusion Approximation, Two Terms, Midili and Verna models satisfactory represented the falling period of drying rate of carrot slices. The effective diffusion coefficient increased with temperature and this relationship can be represented by the Arrhenius equation, obtaining activation energy to the drying process of 29.092 kJ mol-1.

O objetivo do presente trabalho foi a obtenção e a avaliação das curvas de secagem do feijão (Phaseolus vulgaris L.) e ajustar diferentes modelos matemáticos aos valores experimentais do teor de água para diversas condições do ar. Foram utilizados grãos de feijão colhidos com teor de água de 0,92 (b.s.) e submetidos à secagem até o teor 0,14 (b.s.) sob condições controladas de temperatura (35; 45 e 55 °C) e umidade relativa do ar de secagem de 40 ± 2%. Aos dados experimentais, foram ajustados 12 modelos matemáticos citados na literatura específica e utilizados para a representação do processo de secagem de produtos agrícolas. Pelos resultados obtidos e baseando-se em parâmetros estatísticos, pode-se concluir que metade dos modelos testados representa bem o fenômeno de secagem do feijão. Dentre esses, o modelo clássico de Page foi selecionado, pela sua simplicidade e pelo seu uso disseminado no meio científico, para descrever a cinética de secagem dos produtos vegetais. A relação entre a constante de secagem k desse modelo e a temperatura do ar pode ser descrita pela relação de Arrhenius, apresentando energia de ativação de 10,08 kJ mol-1.

The objective of this work was to obtain and to evaluate the drying curves of edible bean (Phaseolus vulgaris L.) and to fit different mathematical models to different experimental data of moisture content and drying air conditions. Edible beans harvested at moisture content of 0.92 (d.b.) were dried until achieving the moisture content of 0.14 (d.b.) under controlled drying air temperatures (35; 45 and 55 °C) and relative humidity of 40 ±2%. Twelve mathematical models cited in the literature were fitted to the experimental data in order to represent the drying process. According to the results and based on the statistical parameters it can be concluded that half of the tested models represent well the edible bean drying phenomena. Within them the classic Page model was selected due to its simplicity and widely use within researchers to describe the agricultural product drying kinetic. The relationship between the drying constant k and the drying air temperature can be described through Arrhenius’s equation presenting activation energy of 10.08 kJ mol-1.

O presente trabalho foi realizado com o objetivo de se avaliar o efeito da variação do teor de água nas propriedades físicas dos grãos de trigo e ajustar diferentes modelos matemáticos aos valores experimentais, em função do teor de água do produto; além disso, analisaram-se duas metodologias de determinação da massa específica aparente e da massa específica real. Com base nos resultados obtidos, concluiu-se que a redução do teor de água influencia as propriedades físicas dos grãos de trigo, provocando a diminuição da porosidade, o aumento da massa específica aparente e da massa específica real. Outrossim, os valores das massas específicas real e aparente, calculados a partir da composição química dos grãos de trigo, são inferiores aos valores experimentais; contudo, as diferenças entre os valores obtidos pelas duas metodologias diminuem com a redução do teor de água do produto. O modelo de Bala & Woods adaptado é o que melhor se ajusta aos dados experimentais de contração volumétrica do grão e da massa de grãos de trigo. Embora tenha ocorrido contração de volume dos grãos de trigo, sua forma (esfericidade e circularidade) não varia durante o processo de secagem, para a faixa de umidade estudada.

The objectives of this work was to evaluate the effect of variation of water content on the physical properties of wheat grain and to adjust different mathematical models to the obtained experimental values as a function of moisture content. Also two different methodologies for determining bulk density and the real density were analysed. Based on the obtained results it may be concluded that the reduction of the moisture content affects the physical properties of wheat grain promoting the decrease of porosity and increase of both the bulk density and the specific gravity. Also the wheat grain bulk density and specific and real gravity values found through the chemical composition of grain were lower than the experimental data. However, the differences in values found between the two methodologies decreased as the moisture content decreases. The adapted Bala & Woods model fits best the individual wheat grain shrinkage as well as the bulk grain volume shrinkage. The grain shape (sphericity and circularity) did not vary for the moisture content range in this experiment.