Secagem convectiva de produtos alimentares: otimização e controlo

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo analisar a cinética de secagem do bacalhau salgado verde (Gadus morhua) em secador convectivo. É apresentada a análise da composição físico-química dos bacalhaus utilizados nos ensaios experimentais, bem como o estudo das isotermas de sorção do produto, através de experiências e modelação matemática. Dos modelos usados para o ajuste das isotermas de sorção do bacalhau salgado verde, o que melhor se adaptou aos resultados experimentais foi o modelo de GAB Modificado, com coeficientes de correlação variando entre 0,992 e 0,998. Para o controlo do processo de secagem (nomeadamente os parâmetros temperatura, humidade relativa e velocidade do ar) foi utilizada lógica difusa, através do desenvolvimento de controladores difusos para o humidificador, desumidificador, resistências de aquecimento e ventilador. A modelação do processo de secagem foi realizada através de redes neuronais artificiais (RNA), modelo semi-empírico de Page e modelo difusivo de Fick. A comparação entre dados experimentais e simulados, para cada modelo, apresentou os seguintes erros: entre 1,43 e 11,58 para o modelo de Page, 0,34 e 4,59 para o modelo de Fick e entre 1,13 e 6,99 para a RNA, com médias de 4,38, 1,67 e 2,93 respectivamente. O modelo obtido pelas redes neuronais artificiais foi submetido a um algoritmo de otimização, a fim de buscar os parâmetros ideais de secagem, de forma a minimizar o tempo do processo e maximizar a perda de água do bacalhau. Os parâmetros ótimos obtidos para o processo de secagem, após otimização realizada, para obter-se uma humidade adimensional final de 0,65 foram: tempo de 68,6h, temperatura de 21,45°C, humidade relativa de 51,6% e velocidade de 1,5m/s. Foram também determinados os custos de secagem para as diferentes condições operacionais na instalação experimental. Os consumos por hora de secagem variaram entre 1,15 kWh e 2,87kWh, com uma média de 1,94kWh.

This work aims to analyse about salted codfish (Gadus morhua) drying kinetics in convective dryer. It is presented the analysis of physical and chemical composition of codfish used in experimental tests, and the study of the sorption isotherms of the product through experimentation and mathematical modeling. The model used for the adjustment of the salted codfish sorption isotherms, which is best adapted to the experimental results was the Modified GAB model, with correlation coefficients ranging between 0.992 and 0.998. To control of drying process (namely the parameters temperature, relative humidity and air velocity) was used fuzzy logic, through the development of fuzzy controllers for the humidifier, dehumidifier, electrical resistances and centrifugal blower. The drying process modeling was carried out using artificial neural networks (ANN), semi-empirical Page’s model and Fick's diffusion law. The comparison between experimental and simulated data for each model, presented the following errors: between 1.43 and 11.58 for the Page’s model, 0.34 and 4.59 for the Fick’s model and between 1.13 and 6.99 for RNA, with averages of 4.38, 1.67 and 2.93 respectively. The model obtained by neural networks was subjected to an optimization algorithm, in order to find the ideal parameters of drying which minimises the processing time and maximizes codfish water loss. The optimal parameters obtained for the drying process, carried out after optimization, to obtain a final dimensionless moisture of 0.65 were a total drying time of 68.6h, a temperature of 21.45°C, a relative humidity of 51.6% and air velocity of 1.5 m / s. The drying cost for different operating conditions in the experimental installation were also determined. Energy consumption per hour of drying varied between 1.15kWh and 2.87 kWh, with an average of 1.94 kWh