“Desenvolvimento De Desenhos Inovadores De Defumadores, Fornos E Secadores Para Uso Em Agronegócio”

1. Introdução

2. Objetivos

2.1  Geral

O objetivo principal deste projeto é desenvolver desenhos inovadores de defumadores, fornos e secador de alimentos utilizando tecnologia apropriada para desenvolver um equipamento de baixo custo e com alto rendimento energético (sem perdas térmicas), podendo assim ser comercializado com maior vantagem sobre os demais produtos existentes no mercado.

3. Metodologia

3.1 Pesquisas Bibliográficas

Esta etapa consistiu no levantamento de dados sobre o estudo da arte atual a respeito de diversos processos produtivos, equipamentos, matérias-primas, matriz energética via Internet, Communt, livros didáticos, teses e trabalhos publicados, Cd Rom e revista.

3.2 Visitas Técnicas

Com o apoio de empresas, cooperativas e associações foi possível à realização de visitas técnicas as diversas regiões do Estado, com foco nos arranjos produtivos locais, além de centros de pesquisa como o da EMATER/RN, a fim de coletar dados para aperfeiçoar o desenho do projeto.

3.3 Criação de Cenários

Foram criados cenários (opções de equipamentos), para a realização de estudos de viabilidade tecno-econômica, a fim de escolher o desenho mais viável para implementação.

3.4 Avaliação das Opções Tecnológicas do Sistema Desenhado

            O cálculo da estimativa dos parâmetros tecno-econômicos do projeto proposto foram obtido através de estudos de viabilidade econômica e técnica auxiliada por computador.

As avaliações econômicas foram fundamentadas levando-se em conta os investimentos em equipamentos, plantas, custo operacional, taxa de retorno interno e fluxo de caixa. Para isso utilizou-se a ferramenta computacional Orc2004, em planilha Excel, em interface Delphi desenvolvida pelo nosso grupo (GPEC).

Os estudos prosseguiram através do cálculo com software SuperPro Designer vs 4.9 sendo otimizado os processos de secagem, defumação e queima.

De acordo com o desenvolvimento de desenhos inovadores de defumadores, fornos e secadores foram feitos desenhos gráficos, com o auxilio de ferramenta computacional (AUTOCAD2000), para os equipamentos todos em dois modelos um para média escala e outro em pequena escala.

3.5 Desenvolvimento do Manual de Construção e Operação

Após a escolha do modelo a ser adotado, foi confeccionado um manual de construção detalhado de cada equipamento especificando a quantidade de matéria-prima e mão-de-obra a ser utilizada na fabricação e um manual de operação para que o operador possa trabalhar corretamente aproveitando o máximo do equipamento.

4. RESULTADOS ALCANÇADOS

4.1 Caracterização do Problema

O alto custo e a pouca variedade de equipamentos é um dos grandes problemas observados no setor agroindustrial.

Aliado a esta problemática tem-se um grande desperdiço de material como frutas, verduras, carnes, etc., isto devido, sobretudo a falta de tecnologia apropriada e de baixo custo. Atualmente, um grande volume de caju (pedúnculo) é desperdiçando, principalmente, na região da Serra do Mel; o coco hoje é somente aproveitado para envase sendo outra parte (o “resíduo”) destinada a uma prática não tão nobre que é a queima em caldeiras e fornos.

Outro grande problema constatado, em nosso Estado, este devido à falta de tecnologia apropriada para o beneficiamento do pescado é a proliferação de espécies pouco apreciadas, em lagoas, tratando-se de um problema de biológico.

Atualmente, grande parte deste pescado e vendido a atravessadores por cerca de R$ 1,50/Kg que por sua vez revendem estes produto obtendo um lucro de mais de 100%.

4.2 Implementação na Empresa

O ponto de partida para o desenvolvimento deste projeto foi o interesse do empresariado detectando uma oportunidade de investimento no próprio processo produtivo. Inicialmente foi realizado um estudo de mercado sendo estudados os produtos, as demandas do mercado, os canais de comercialização, custo, etc.

A partir de um levantamento detalhado da cadeia agroindustrial geradora de resíduos foi possível à realização de estudo preliminar, sendo definidos parâmetros importantes, como: quantidades de resíduos; identificação dos resíduos, processos e/ou operações; quantidade disponível de resíduos, etc. Foram elaborados fluxogramas de produção para avaliação previa dos custos com os resíduos, envolvidos com o processo, de forma detalhada. A partir de então deu-se inicio a etapa de planejamento do projeto (proposto) com base no plano de trabalho proposto se elaborou um cronograma observando-se prazos e resultados esperados, bem como recursos financeiros disponíveis para a execução de cada etapa. Para cada etapa foi pré-definida metas a serem cumpridas.

O passo seguinte foi delinear as atividades a serem executadas, em detalhes, procurando nesta fase do trabalho a realização de atividade que por ventura poderiam ser feitas em paralelos e assim por diante. Foi elaborado no inicio do projeto um cronograma de execução o qual foi dividido em 6 meses e em 3 fases. Tendo em vista a complexidade do projeto houve a necessidade, em todas as etapas do projeto, do envolvimento com pessoas de outros setores e com habilidades distintas a fim de que pudéssemos ver e rever as variáveis do projeto daí a periodicidade das reuniões. A partir deste procedimento foi possível eleger as prioridades da empresa sendo possível alocar recursos e tempo de maneira mais eficaz.

4.3 Estudo do Beneficiamento de Biomassa Resíduos na Agroindústria

Diante da realidade constatada no nosso Estado, em boa parte da região do Mato Grande, dado o volume desperdiçado de frutas pode-se elaborar um estudo para viabilizar o aproveitamento destes “resíduos”, ate então desperdiçados, e outro de valorização produtos ate então pouco valorizados.

O estudo teve como base frutas tipo: coco, caju, banana e tomate tendo em vista desperdiço, mercador, preço de venda, etc. Por exemplo, para o coco “in natura” ver Figura 01 foi desenvolvido uma rota desde da sua recepção ate a embalagem para produção de coco seco ralado sendo avaliada cada etapa do processo quanto a rendimento, tecnologia envolvida, desperdiço, preço de venda, etc. Este último podendo alcançar mais de R$ 10,00/ Kg de produto desidratado (seco).

Recepção

Lavagem

Corte

Secagem

385Kg/dia “sub-produtos”

535Kg/dia coco seco

“in natura”

Descascamento

150Kg/dia amêndoa

73Kg/dia coco seco

Embalagem

6Kg/dia película

146Kg/dia polpa

Figura 01 – Etapas no processamento do coco seco ralado

Foi desenvolvido também ver Figura 02 um estudo para o seu beneficiamento de carnes, principalmente pescado, desde a recepção ate a embalagem para produção de peixe defumado sendo avaliada, também, cada etapa do processo quanto a rendimento, tecnologia envolvida, desperdiço, etc.

Lavagem

Corte

Defumação

5Kg/dia “sub-produtos”

26Kg/dia peixe fresco

Ingredientes

16Kg/dia peixe defumado

Embalagem

Figura 02 – Etapas no processamento do coco seco ralado

4.4 Desenvolvimento de Desenhos Inovadores

O projeto proposto teve como resultados alcançados, o desenvolvimento de desenhos inovadores de defumadores, fornos e secadores de alimentos o que irá implicar na ampliação de mercado da empresa podendo esta oferecendo um produto de baixo custo fácil implementação, permitindo ao pequeno produtor rural ou até mesmo pequenos investidores ter acesso a esse tipo de tecnologia, podendo ingressar no mercado com produtos inovadores.

Diante deste quadro, estudaram-se diversos modelos de secadores desenvolvidos por empresas, centros de pesquisa em pequena, média e grande escala.

Neste contexto a utilização da energia solar para a secagem de alimentos e outros produtos apresenta-se como uma excelente alternativa. O uso de secadores solares permite que o beneficiamento dos produtos possa ser feito com baixo capital inicial, além de exigir apenas um treinamento básico para sua operação. As pesquisas atuais são direcionadas no sentido de se construir um secador que possa aproveitar o máximo à energia solar incidente e que ao mesmo tempo acumule parte dessa energia para secagens noturnas.

Nosso estudo se concentrou nos secadores tipo túnel e de convecção forçada sendo realizada avaliações das opções tecnológicas disponíveis no mercado, rendimentos, custos de aquisição, etc.

O modelo em estudo foi baseado num secador solar “tipo túnel” (Figura 03) originalmente desenvolvido e testado na Universidade de Hohenheim, na Alemanha, o critério principal para o desenvolvimento do equipamento foram os ótimos resultados quanto a rendimento, eficiência energética, etc.

Figura 03 – Esquema do secador solar do tipo túnel desenvolvido na Alemanha.

O equipamento de defumação estudado foi baseado em defumadores disponíveis no mercado sendo realizada avaliações das opções tecnológicas disponíveis no mercado, rendimentos, custos de aquisição, etc., sendo os critérios principais para o desenvolvimento o rendimento, eficiência energética, etc.

4.4.1 Secador Solar Tipo Túnel

O secador solar “tipo túnel” foi idealizado com base no modelo desenvolvido na Universidade de Hohenheim, na Alemanha. Inicialmente foram feitas adaptações estruturais e cálculos de dimensionamento, para determinação da área e volume do secador, fluxo do ar necessário, área do coletor solar, etc. Assim como, o problema relacionado com a condensação (da umidade) foi desenvolvido, também, um sistema a garantir um fluxo constante de ar com trocas sistemáticas não ocorrendo a condensação de umidade características dos secadores.

Durante o dia, o coletor capta a energia solar. As pedras (no 5) utilizadas no coletor geram um efeito de capacitor térmico, armazenando energia térmica. Estas são o corpo coletor, portanto devem ser preferencialmente pintadas de preto para obter-se uma maior absortividade. O leito de pedras deve ser coberto por uma camada de vidro ou filme plástico para a diminuição das perdas de calor para o ambiente por meio de radiação e convecção. Por meio de ventiladores, o ar quente do coletor, que se encontra interligado, é impulsionado para o interior da câmara que também recebe incidência da radiação solar. O ar ao sair na parte superior do coletor encontra-se a uma temperatura mais elevada e, conseqüentemente, com uma menor umidade relativa, aumentando seu poder de secagem.

À noite, a temperatura do secador cai, mas mantem-se mais elevada do que a temperatura ambiente devido ao bom isolamento térmico. A umidade do ar dentro do secador também se mantem em patamares inferiores ao do meio externo, isso faz com que o processo de secagem transcorra durante a noite, se necessário, ate que se retorne ao seu ritmo normal durante o dia.

Esse modelo foi construído de forma a garantir um bom tempo de secagem com o acoplamento de um coletor solar a câmara de secagem promovendo alem da incidência da energia solar um fluxo de calor (energia térmica) para o interior da câmara.

O secador possui dois componentes principais: um coletor solar e câmara de secagem.

a)     coletor solar – O coletor solar é do tipo armazenador constituído de 01 caixa metálica (1,0mx1,0mx0,1m) ver figura 04, modificado, com leito de pedra britada número 4 pintada de preto (ou carvão vegetal) e coberto com filme plástico de PE-UV. A utilização do filme plástico o torna bem mais econômico, uma vez que o seu preço, por metro quadrado, é cerca de 4% do preço do vidro. Ao utilizar o vidro no coletor, este deve ter no mínimo 2-3 mm de espessura, também, apresenta isolamento térmico com placas de EPS (isopor).

Plástico transparente

1m

1m

0,5m

0,1m

Figura 04 - Representação esquemática coletor solar com uma inclinação de 30° em relação ao solo.

b)   câmara de secagem – A câmara de secagem foi projetada em alumínio tendo em vista se tratar de produtos alimentícios com dimensões de 2,5mx1,0mx0,1m com capacidade de 75-150 Kg/dia ver Figura 05. Em sua totalidade para o isolamento, utiliza-se placas de EPS (isopor) para promover o isolamento térmico necessário. O equipamento apresenta uma cobertura plástica de PE-UV. Através de um difusor à conexão do coletor com a câmara de secagem.

Figura 05– Vista frontal do secador solar do tipo túnel.

4.4.2 Proposta de Defumador de Alimentos

No modelo denominado Defumador “Domestico”, a câmara de defumação foi adaptada de um tambor metálico de 200L, Figura 06, sendo devidamente realizadas alterações no sentido de facilitar o manuseio com a instalação de alças; corte na base para entrada do carregamento da biomassa de residual de queima; colocação de grades na parte interna para dar suporte aos alimentos. Seu tamanho reduzido foi projetado e desenvolvido para não ocupar muito espaço, facilitando a colocação em residências, sítios, chácaras, etc. Através de uma base removível ver (Figura 07).

Figura 06 – Câmara de defumação em corte

Estrutura base de madeira

Material de queima

Câmara de 1m3

Figura 07 – Vista frontal do defumador com a base removível

Este modelo, em pequena escala, tem a capacidade de processar 2 Kg/h, ou seja entre 12-16 Kg/dia, entre carnes de peixes, aves, bovinas, suínas, embutidos e queijos onde podem ser dispostas conforme abaixo, ver Figura 08.

Figura 08 – Vista frontal do defumador com as carnes dispostas na câmara

Pode-se construir outros tipos de defumadores, com pequena capacidade, ou pode-se fazer uma adaptação de um fogão a lenha doméstico, conduzindo a fumaça obtida e fazendo com que ela passe pelos alimentos dependurados. 

4.5 Analise e Síntese de Viabilidade Econômica

Foi desenvolvido o estudo de viabilidade econômica dos equipamentos tendo por base estudo de caso aplicado ao agronegócio de frutas e peixe. Para o secador de alimentos foi feito um estudo com base na produção de coco, caju, tomate e banana desidratados (secos) atestando assim suas viabilidades (Quadro 01); o mesmo foi feito para o defumador de alimentos sendo que para este foi realizado um estudo com para na produção de peixe defumado (Quadro 02).

Quadro 01 – Análise econômica para produção de 73Kg/dia de produtos desidratados - Secador Solar Túnel

Quadro 02 – Análise econômica para produção peixe defumado

Parâmetros

Defumador caseiro

     Investimento

683,50

Custo de Processo R$/Hg

6,35

  Preço de Venda R$/Kg

15,00

   Matéria-Prima R$/Kg

1,5

     Receita Mês R$

6.240,00

       Lucro Mês R$

2.641,00

      Custo Mês R$

3.599,00

4.6 Criação de Programa de Analise de Investimentos

Foi desenvolvido uma metodologia computacional (Figura 09), em ambiente Delphi, para criação de software, denominado software ProjEquip , que visa facilitar o desenvolvimento de projetos na empresa para diferentes níveis de produção e investimentos.

Opção

Entrada de dado

Figura 09 - Interface gráfica do software ProjEquip de analise de investimentos

5. Conclusão

Com o projeto foi possível a realização de visitas técnicas e treinamentos através de seminários e palestras promovidos pelo Grupo de Pesquisa GPEC/UFRN Os novos conhecimentos adquiridos estão relacionados com:

·           Valorização de resíduos sólidos da agroindústria de frutas e peixe;

 ·          Desenvolvimento de metodologia computacional.

Em longo prazo, o projeto tem amplo alcance no desenvolvimento local devido à inovação de equipamentos de baixo custo.

O fator tempo dificultou de certa forma o andamento do projeto tendo em vista a necessidade de se desenvolver parte das etapas do plano de trabalho na empresa isto se deu devido à demanda de pessoal (mão-de-obra) e tempo.

O projeto proposto pretende alcançar um nicho no mercado defumadores, fornos e secadores de alimentos ampliando a oferta e oferecendo um produto de baixo custo fácil implementação, permitindo ao pequeno produtor rural ou até mesmo pequenos investidores tenham acesso a esse tipo de tecnologia, podendo ingressar no mercado com produtos inovadores.         

6. Referências Bibliográficas

CARIOCA, J. O. B., Pannir Selvam, P. V. et al. “Energy from Biomass”. Impact of Sciences on Society, 148,  p.p.  305, 1988.

CARIOCA, J. D. B. et al Biomassa: Fundamentos , Aplicações, BNB, UFC, 1982. 

COELHO, J. C. Biomassa, Biocombustíveis, Bioenergia, Brasília, 1982.

COSTA, J. M. Construção e operação de secador para produtos agrícolas, Filmes CTP.

HONORATO, G. C. Secagem de Cefalotórax do Camarão (Peneus Vannamei) para a Produção de Concentrado Protéico, UFRN, Agosto, 2002.

LOPES, C. E. B, SANTIAGO, B. H. S e PANNIR SELVAM, P. V. Utilização de Coletores Solares no Processo de Secagem, 14º Cientec, Natal, 2003.

LUTZ, K., MÜHLBAUER, W. Solar Tunnel Dryer with Integrated Collector. Drying Technology 4, Nr. 4, 583-603, 1986.

MARTINS, R. R., FRANCO, J. B. et al. Secador de grãos com uso de energia solar. Agroecologia e Desenvolvimento Rural Sustentável. Porto Alegre, v.3, n.1, jan./mar, 2002.

MELONI, P. L. S. Produção de frutas desidratadas. Instituto Frutal, p. 104, 2002.

PRASAD, S. B. “Modeling Charcoal Production System Fired by the Exhaust of Diesel Engine” In: Energy Conver.v.37, Physics Departament, School of Pure and Applied Sciences, University of South Pacific, Elsevier Scienc Ltd., pp. 1535-1546, 1996.

PERRY, R. H. E CHINLTON, C. H. “Manual de Engenharia Química”. 5a ed, ED Guanabara Dois S/A, Rio de Janeiro, 1980.

PATIL, K. N., RAMANA P. V. and SING, R. N. “Perfomance Evalation of Natural Draff Basead Agricultural Residues Charcoal System” In: Biomass and Bioenergy. v. 18, Lecturer at Sardar Vallababhai Patel Intitute of Technology, Elsevier Science Ltda, pp. 161-173, 2000.

REED, T. B., ANSELMO, E. and KERCHER, K. “Testing and Modeling the Wood-Gas Turbo Stove”. Progress in Thermochemical Biomass Conversion Conference, Tyrol, Austria, 17-22, Sept., 2000.

SANTOS, Z. T. S. Secadores Solares de Exposição Direta e Conectivo para Frutas Tropicais, PPGEM, UFRN, Abril, 1997.

SANTIAGO B. H. S., SELVAM, PANNIR V. P. et al. Utilização de Gás Natural em Sistema Integrado Acoplado com Secador e Defumador para Beneficiamento de Industrias de Processamento de Alimentos. 2o Congresso Brasileiro em P&D em Petróleo e Gás, Anais, Rio de Janeiro, 2002.

SIMONSEN, M. H. e FLAZER, H. Analise de Projetos. São Paulo. Sugestões Literárias, 1974.