Solar drying system for tropical fruits and a model for drying bananas in a static column dryer

Neste trabalho foi projetado, construído e testado um secador elétrico-solar composto por um coletor solar, uma câmara de secagem, um exaustor eólico e um ventilador para promover a convecção forçada do ar quente. Também foram realizados experimentos de secagem de banana em um secador de coluna estática, para modelar a secagem e obter parâmetros que podem ser usados, como uma primeira aproximação, na modelagem de um secador elétrico-solar, dependendo da similaridade das condições experimentais entre os dois sistemas de secagem. Dos experimentos de secagem de banana no secador de coluna estática, foram obtidos dados do peso do alimento em função da concentração aquosa e temperatura. Foram feitas modelagens matemáticas simplificadas da secagem de bananas, baseadas na 2a equação de Fick e na 2a de Fourier, as quais foram testadas com dados experimentais. Foram determinados e/ou modelados parâmetros como teor de umidade de banana, densidade, curvas de secagem em camada delgada, umidade de equilíbrio, difusividade molecular de água em banana DAB, coeficiente externo de transferência de matéria kM, calor específico Cp, condutividade térmica k, calor latente de vaporização de água no alimento Lalim, tempo para aquecer o alimento, energia e potência mínima para aquecer o alimento e evaporar água. Quando foi considerado o encolhimento no raio R de uma banana, em geral, os valores calculados de DAB e kM representaram melhor o fenômeno de difusão de água no sólido. O calor latente de vaporização da água no alimento Lalim calculado pela modelagem é maior que o calor latente de vaporização da água pura Lágua. Os valores calculados de DAB e kM que melhor representam a secagem foram obtidos com o modelo analítico da presente tese, os quais tiveram boa concordância com os valores avaliados com um modelo numérico da literatura, no qual se considera condição de contorno convectiva e encolhimento do alimento. Usando parâmetros como, por exemplo, Cp, DAB, k, kM e Lalim, se pode fazer o projeto preliminar de um secador e calcular a economia empregando somente energia solar, em vez de usar energia solar combinada com energia elétricaIn this study were projected, built and tested an electric solar dryer consisting of a solar collector, a drying chamber, an exhaust fan and a fan to promote forced hot air convection. Banana drying experiments were also carried out in a static column dryer to model the drying and to obtain parameters that can be used as a first approximation in the modeling of an electric solar dryer, depending on the similarity of the experimental conditions between the two drying systems. From the banana drying experiments conducted in the static column dryer, we obtained food weight data as a function of aqueous concentration and temperature. Simplified mathematical models of the banana drying were made, based on Fick s and Fourier s second equations, which were tested with the experimental data. We determined and/or modeled parameters such as banana moisture content, density, thin layer drying curves, equilibrium moisture content, molecular diffusivity of the water in banana DAB, external mass transfer coefficient kM, specific heat Cp, thermal conductivity k, latent heat of water evaporation in the food Lfood, time to heat food, and minimum energy and power required to heat the food and evaporate the water. When we considered the shrinkage of radius R of a banana, the calculated values of DAB and kM generally better represent the phenomenon of water diffusion in a solid. The latent heat of water evaporation in the food Lfood calculated by modeling is higher than the latent heat of pure water evaporation Lwater. The values calculated for DAB and KM that best represent the drying were obtained with the analytical model of the present paper. These values had good agreement with those assessed with a numeric model described in the literature, in which convective boundary condition and food shrinkage are considered. Using parameters such as Cp, DAB, k, kM and Lfood, one can elaborate the preliminary dryer project and calculate the economy using only solar energy rather than using solar energy along with electrical energ