Modelagem matemática e determinação das propriedades termodinâmicas do café (Coffea arabica L.) durante o processo de secagem

Abstract

Mathematical modeling and determination of thermodynamic properties of coffee (Coffea arabica L.) during the drying processThe aim of the present work was to model the drying process and to obtain the thermodynamic parameters of coffee beans (Coffea arabica L.), cultivar Catuaí Amarelo, for three different conditions of temperature and relative humidity (35 ºC and 32.1 %; 45 ºC and 15.7 %; 55 ºC and 10.2 %). Coffee beans were hand picked with an initial moisture content of 1.25 (d.b.) and dried to a mean moisture content of 0. 13 (d.b.). Six mathematical models commonly used to represent the drying process of agricultural products were fit to the experimental data. Fick's second law was used to obtain the diffusion coefficients of coffee beans using the drying kinetics. The activation energy for the drying process of coffee beans, as well as the entropy, enthalpy and Gibbs free energy were determined. The modified Midili model best represented the drying phenomenon of coffee beans. The calculated diffusion coefficients were 2.99 x 10 -11 , 2.39 x 10 -11 and 5.98 x 10 -11 m 2 s -1 , to the temperatures of 35, 45 and 55 ºC, respectively. Enthalpy decreased with the increase in the drying air temperature, as well as the entropy. The Gibbs free energy increased with the temperature.Key words: Arrhenius, moisture diffusion, enthalpy, activation energy. Modelagem matemática e determinação das propriedades termodinâmicas do café (Coffea arabica L.) durante o processo de secagem A secagem de produtos agrícolas é largamente utilizada no mundo para o controle e a manutenção da qualidade dos produtos agrícolas. O objetivo do presente trabalho foi modelar o processo de secagem e obter os parâmetros termodinâmicos de frutos de café (Coffea Arabica L.), cultivar Catuaí Amarelo, para três diferentes condições de temperatura e umidade relativa (35 ºC e 32,1%; 45 ºC e 15,7%; e 55 ºC e 10,2%). Foram utilizados frutos de café colhidos manualmente com teor inicial de água de 1,25 (b.s.) e submetidos à secagem até atingirem o teor médio de 0,13 (b.s). Seis modelos matemáticos usualmente utilizados para a representação do processo de secagem de produtos agrícolas foram ajustados aos dados experimentais. A segunda lei de Fick foi utilizada para obter os coeficientes de difusão dos frutos de café por meio da cinética da secagem. A energia de ativação para a secagem dos frutos de café, bem como a entropia, entalpia e energia livre de Gibbs, foram obtidas. O modelo de Midili modificado foi o que melhor representou o fenômeno de secagem de frutos de café. Os valores do coeficiente de difusão obtidos foram 2,99 x 10 -11 , 2,39 x 10 -11 e 5,98 x 10 -11 m 2 s -1 para as temperaturas de 35, 45 e 55 ºC, respectivamente. A entalpia diminuiu com o aumento da temperatura do ar de secagem, bem como a entropia. A energia livre de Gibbs aumentou com o aumento da temperatura.Palavras-chave: Arrhenius, difusão de umidade, entalpia, energia de ativação.

Mathematical modeling of the foam-mat drying curves of guava pulp

“…According to Corrêa et al (2010), this behavior of the parameter "k" is expected, because higher temperatures lead to higher drying rates. Still according to these authors, equilibrium moisture is obtained faster with shorter time of exposure of the product to drying.…”

“…The graphical representation is made from the drying and drying rate curves (Menezes et al, 2013). The mathematical representation of the drying process through mathematical models has aroused the interest of various researchers in the most varied agricultural products, such as apple (Rayaguru & Routray, 2012), coffee (Corrêa et al, 2010), 'mulungu' husks (Martins et al, 2014), basil leaves (Reis et al, 2012), strawberry (Sousa et al, 2014).…”

Mathematical modeling and determination of thermodynamic properties of jabuticaba peel during the drying process

“…According to Corrêa et al (2010), the coefficient of determination for non-linear models is a good tool for decision-taking, and it is necessary a joint analysis of the three statistical parameters. However, R 2 showed high values and was above 99% for all treatments.…”

“…Midilli model fitted to the experimental data of drying of jabuticaba (Myrciaria jaboticaba) peel The activation energy calculated from the line obtained in Figure 3 was 37.29 kJ mol -1 . According to Corrêa et al (2010), in the drying processes, the lower the activation energy, the higher will be the water diffusivity in the product, i.e., the lower will be the energy necessary for the physical transformation to occur, which refers to the transformation of liquid free water to vapor (drying).…”

Modelagem e propriedades termodinâmicas na secagem de morangos

“…Segundo Corrêa et al (2010), nos processos de secagem, quanto menor for a energia de ativação maior será a difusividade de água no produto. Ou seja, menor será a energia necessária para que a transformação física ocorra, nesse caso, a transformação da água livre líquida em vapor (secagem).…”