Resumo:
As plantas medicinais são conhecidas por apresentarem propriedades curativas e/ou preventivas para determinadas doenças. Devido ao crescimento na busca dos medicamentos e tratamentos voltados para a fitoterapia, se faz cada vez mais necessário o conhecimento das composições químicas e maneiras de se conservar e melhorar a quantidade e qualidade dos seus princípios ativos. Sendo assim, o conhecimento do comportamento da secagem destas plantas pode fornecer as informações necessárias para o melhor aproveitamento e preservação das propriedades de interesse para a fabricação e armazenamento da matéria prima. O guaco é uma planta medicinal de origem brasileira a qual existe comprovação de sua eficácia como broncodilatador e expectorante. Por ser reconhecido como fitoterápico, e com o aumento do uso de medicamentos advindos de origem vegetal, faz-se necessário o estudo da cinética de secagem para que as propriedades ativas sejam conservadas com qualidade e alto rendimento. Logo, o presente trabalho tem como objetivo o estudo e modelagem matemática da secagem de folhas de guaco. Neste sentido, foram realizados experimentos de maneira a se obter um conjunto de dados experimentais, pelos quais foi possível avaliar a influência da temperatura e velocidade do ar, sobre as variáveis resposta, bem como descrever o processo de secagem juntamente com os modelos matemáticos propostos. Para tanto, a cinética de secagem foi realizada em um secador de leito fixo em camada fina e em leito profundo, através de um planejamento experimental completo com duas variáveis (temperatura e velocidade do ar) e dois níveis para a secagem em camada fina e um delineamento composto central rotacional também com as variáveis temperatura e velocidade do ar para a secagem em leito profundo, sendo as variáveis resposta para ambos o tempo decorrido do início do processo até se obter 10% de umidade, também chamado de tempo de secagem, e o consumo de energia necessário para aquecer o secador. Foram realizados ensaios para obtenção das isotermas das folhas de guaco nas temperaturas de 40, 50, 60 e 70ºC. A determinação da umidade de equilíbrio foi realizada usando o método estático com o uso de soluções de ácido sulfúrico em diferentes concentrações. Sendo assim, de maneira a se encontrar uma equação que descreva adequadamente a umidade de equilíbrio do material, modelos disponíveis na literatura foram ajustados aos dados obtidos experimentalmente. Os resultados obtidos apresentaram comportamento típico, ou seja, a umidade diminui com o aumento da temperatura do ar e o modelo de Oswin foi o que melhor descreveu as isotermas de sorção para as temperaturas investigadas. A análise estatística foi realizada para verificar o efeito de cada variável nos processos (camada fina e leito profundo), utilizando nível de significância de 5%. A análise estatística para a resposta tempo de secagem demonstrou que a temperatura do ar de secagem apresentou influência direta em ambos os processos, diferentemente da velocidade do ar, que foi significativa apenas na análise dos dados em leito profundo. Já para a variável resposta consumo de energia, a temperatura também revelou ser significativa em ambos os processos, sendo esta a variável dominante. A velocidade do ar, mais uma vez, só demonstrou ser significativa para a secagem em leito profundo. As curvas de secagem obtidas com os dados experimentais nos dois tipos de secagem apresentaram comportamento semelhante, onde o aumento da temperatura do ar de secagem diminui o tempo necessário para atingir o equilíbrio, demonstrando mais uma vez a influência da temperatura no tempo final de processo. Também foram propostos dois modelos fenomenológicos para descrever a secagem das folhas de guaco, sendo o primeiro um modelo de parâmetros distribuídos para o processo em camada fina, utilizando como condição de contorno a condição convectiva e o segundo um modelo para secagem em leito profundo, considerando dupla resistência à transferência de massa. A resolução dos modelos fenomenológicos demonstraram que estes obtiveram boa concordância com os dados experimentais, podendo ser utilizado para descrever e predizer a secagem convectiva de folhas de guaco, tanto em camada fina quanto em leito profundo.
Abstract:
Medicinal plants are known to have curative and/or preventive properties for certain diseases. Due to the growth in the research for medicines and treatments using herbal medicine, it becomes increasingly necessary the knowledge of chemical compositions and ways to conserve and improve the quantity and quality of active principles. Thus, the drying behavior of this plants, can provide the necessary information for the best use and preservation of the interest properties to raw material manufacture and storage. Guaco is a Brazilian medicinal plant, which it’s efficacy as bronchodilator and expectorant has been proved. For being recognized as phytotherapy medication, and with the use of plant origin medicines increased, it’s necessary the drying kinetic study of these plants for active properties conservation with quality and high yield. Therefore, the aim of this work is the study and mathematical modelling of guaco leaves drying. In this sense, experiments were carried out in order to obtain an experimental data set, by which was possible evaluate temperature and air velocity influence, as well describe the drying process with the proposed mathematical models. For this, the drying kinetics were performed in a thin-layer and deep bed fixed bed dryer, through two variables (temperature and air velocity) and two levels complete experimental design for the thin-layer drying and a central composite rotatable design for the deep bed drying with the same variables temperature and air velocity, where the response variables for both was time elapsed from the process beginning until 10% moisture, also called drying time, and energy required to heat the dryer. The guaco leaves sorption isotherms were carried out at 40, 50, 60 e 70ºC, and the static method using different concentrations of sulfuric acid solutions was used to equilibrium moisture determination. Thus, in orden to find an equation who describes the material equilibrium moisture adequately, models available in literature were adjusted to the experimental data. The behavior found in the results was typical, that is, with the temperature increase, the equilibrium moisture decreases and the best model to describe the sorption isotherms in the investigated temperatures was Oswin. The process variables effect was determined by statistical analysis, using a significance level of 5%. For the drying time response, the statistical analysis showed the direct influence of temperature in both processes, differently of the drying air, which was significant just in the deep bed data. For the energy consumption variable response, the temperature in both processes, was also significant, being the dominant variable. The air drying was significant just for the deep bed drying. The behavior of the drying curves obtained with the experimental data, in both drying processes, was similar, where the increase of air drying temperature, decrease the drying time necessary to reach the equilibrium, once again demonstrating the temperature influence in the drying time. Two phenomenological models was proposed to describe guaco leaves drying, the first was a thin-layer distributed parameter model, using convective condition as boundary condition and a deep bed drying model, with double resistance a mass transfer consideration. The phenomenological models resolution demonstrated good agreement with the experimental data, being able to describe and predict thin-layer and deep bed convective drying of guaco leaves.