Moisture content on the mechanical behavior of crambe grains / Influência do teor de água no comportamento mecânico dos grãos de crambe

ABSTRACT: This study aimed to verify the influence of moisture content on the values of maximum compressive strength, proportional deformity modulus, elastic coefficients d, e, and f beyond the tangent values, and maximum grain drying of crambe (Crambe abyssinica Hochst) under compression in natural resting position. Crambe grains with moisture contents ranging from 0.1547 to 0.0482 decimal db were dried at 40°C and uniaxially compressed between two parallel plates in the natural rest position. The gravimetric method was used to monitor reduction in moisture content during drying (weight loss). It was concluded that the compression force required to deform the crambe grains decreases as the moisture content increases. The proportional deformity modulus increases as the deformation decreases, yielding values between (0.09-0.27)×102MPa. Sigmoidal model described by Taylor series adequately represents the compression resistance of crambe grains in the natural rest position with moisture content lower than 0.0813db.

RESUMO: Neste trabalho objetivou-se verificar a influência do teor de água nos valores da força máxima de compressão, módulo proporcional de deformidade, coeficientes elásticos d, e, f, além dos valores da tangente e secante máximas nos grãos de crambe (Crambe abyssinica Hochst), submetidos à compressão na posição natural de repouso. Os grãos de crambe, utilizados com teores de água entre 0,1547 e 0,0482 (decimal b.s.), foram secos nas temperaturas de 40°C e comprimidos uniaxialmente entre duas placas paralelas, na posição natural de repouso, cuja redução do teor de água ao longo da secagem foi acompanhada pelo método gravimétrico (perda de massa). A força de compressão necessária para deformar os grãos de crambe diminui com o aumento do teor de água. O módulo proporcional de deformidade aumenta com a redução da deformação, obtendo-se valores entre 0,09 e 0,27 (x 102MPa), em que o modelo sigmoidal, descrito por meio da série de Taylor, representa adequadamente a resistência dos grãos de crambe à compressão na posição natural de repouso, para os teores de água menores que 0,0813 (b.s.)

Determinação das isotermas de equilíbrio higroscópico de frutos de crambe pelo método dinâmico / Determination of hygroscopic equilibrium isotherms of crambe fruit by dynamic method

Objetivou-se neste trabalho determinar as isotermas de sorção dos frutos de crambe pelo método dinâmico para diversas condições de temperatura e atividades de água e ajustar diferentes modelos matemáticos aos dados experimentais, bem como obter os valores do calor isostérico de dessorção em função do teor de água de equilíbrio do produto. O teor de água de equilíbrio dos frutos de crambe foi determinado pelo método dinâmico-gravimétrico para temperaturas de 25, 30, 35, 40 e 45 °C e atividades de água para cada temperatura, entre 0,270 a 0,825. A partir dos resultados obtidos calculou-se o calor isostérico para cada teor de água de equilíbrio. Aos dados experimentais foram ajustados diversos modelos matemáticos disponíveis na literatura (Chung-pfost, Copace, GAB, Halsey Modificado, Sabbah, Sigma Copace, Cavalcanti Mata, Henderson Modificado, Henderson, BET, Oswin e GAB mod). Observou-se que o teor de água de equilíbrio decresce com o aumento da temperatura para uma dada atividade de água à semelhança dos produtos higroscópicos. O modelo de Sigma Copace foi o que descreveu melhor a higroscopicidade dos frutos de crambe. Observou-se que o calor isostérico aumenta com a diminuição do teor de água do produto, indicando aumento da energia necessária para a remoção de água. Os valores de calor isostérico para os frutos de crambe na faixa de teor de água de 3,85 a 11,86 (% b.s.) variaram de 4731,73 a 2698,35kJ kg-1.

The objective of this work was to determine the sorption isotherms of crambe fruits by dynamic method for several conditions of temperature and water activity and adjust different mathematical models to experimental data, and obtain the values of isosteric heat of desorption versus the equilibrium moisture content of the product. The equilibrium moisture content of crambe fruits was determined by dynamic-gravimetric method to temperatures of 25, 30, 35, 40 and 45 °C and water activity for each temperature, from 0.270 to 0.825. From the results obtained it was calculated for each isosteric heat of moisture content equilibrium. The experimental data were adjusted several models available in the literature (Chung-pfost, Copace, GAB, Modified Halsey, Sabbah, Sigma Copace, Cavalcanti Mata, Modified Henderson, Henderson, BET, Oswin e Modified GAB). It was observed that the equilibrium moisture content decreases with increasing temperature for a given water activity like the hygroscopic products. The model Sigma Copace was best described what the hygroscopicity of the crambe fruits. It was observed that the isosteric heat increases with decreasing moisture content of the product, indicating an increase in energy required for water removal. The values of isosteric heat of crambe fruits in the range of moisture content from 3.85 to 11.86 (d.b.%) varied from 4731.73 to 2698.35 kJ kg-1.

Modelagem matemática da secagem de frutos de crambe em camada delgada / Mathematical modeling of crambe fruits in thin layer drying

Objetivou-se no presente trabalho ajustar diversos modelos matemáticos ao processo de secagem dos frutos de Crambe abyssinica, em diversas condições de ar, bem como determinar o coeficiente de difusão efetivo e obter a energia de ativação. O trabalho foi realizado no Laboratório de Pós-colheita de Produtos Vegetais do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Goiano ­ Câmpus Rio Verde, Goiás, Brasil (IF Goiano ­ Câmpus Rio Verde). A colheita do crambe (Crambe abyssinica Hochst) da cultivar FMS Brilhante foi realizada manualmente, com o teor de água de 38,0±1,0 (% b.s.) e secados até o teor de 8,0±1,5 (% b.s.). A secagem foi realizada sob diferentes condições controladas de temperatura 35, 45, 60, 75 e 90 °C e umidades relativas de 20,9; 8,7; 6,8; 4,8 e 2,3%, respectivamente. Dentre os modelos analisados, Page foi o melhor que se ajustou aos dados nas diferentes condições do ar de secagem. O coeficiente de difusão efetivo aumentou com a elevação da temperatura apresentando valores de 2,84 x 10-11; 3,22 x 10-11; 5,00 x 10-11; 7,27 x 10-11 e 9,14 x 10-11 m2 s-1, para as temperaturas de 35, 45, 60, 75 e 90 °C, respectivamente, durante a secagem dos frutos de crambe. A relação entre o coeficiente de difusão efetivo e a temperatura de secagem pode ser descrita pela equação de Arrhenius, que apresenta uma energia de ativação para a difusão líquida na secagem de 20,998 kJ mol-1.

The arm in this work was set several mathematical models to the process of drying the fruits of Crambe abyssinica in different air conditions and to determine the effective diffusion coefficient and obtain the activation energy. The work was performed at the Laboratory of Postharvest Products Vegetables of Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Goiano ­ Câmpus Rio Verde, Goiás, Brasil (IF Goiano - Câmpus Rio Verde). The harvest of crambe (Crambe abyssinica Hochst) cultivar FMS Brilhante was performed manually with a water content of 38.0±1.0 (% d.b.) and dried until the content of 8.0±1.5 (d.b.% ). The drying procedure was conducted under different temperature controlled conditions of 35, 45, 60, 75 and 90 °C and relative humidity of 20.9, 8.7, 6.8, 4.8 and 2.3% respectively. Among the models that presented the best fit to the experimental data, Page was the best fit for the data in the different conditions of the drying air. The effective diffusion coefficient increased with increasing temperature with values of 2.84 x 10-11, 3.22 x 10-11, 5.00 x 10-11, 7.27 x 10-11 and 9.14 x 10-11 m2 s-1, at temperatures of 35, 45, 60, 75 and 90 °C, respectively, during the drying of crambe fruits. The relation between the effective diffusion coefficient and the drying temperature may be described by the Arrhenius equation, which has an activation energy for the liquid diffusion in drying of 20.998 kJ mol-1.