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PROJETO DE CONSTRUÇÃO DE UM SECADOR SOLAR DE ALIMENTOS COM PLACAS FOTOVOLTAICAS

Capítulo de livro publicado no livro Ciência e tecnologia de alimentos: Pesquisas e avançosPara acessa-lo  clique aqui.

DOI: https://doi.org/10.53934/9786585062060-01

Este trabalho foi escrito por:

Jomar Berton Junior* ; Sharise Beatriz Roberto Berton ; Danielle Cristina Barreto Honorato ; Nataly Mayara Ferreira ; Milena do Prado Ferreira

*Autor correspondente (Correspondingauthor) – Email: [email protected]

RESUMO

O desperdício de alimentos é considerado um grave problema enfrentado em todo mundo. Desta forma, a desidratação, isto é, a perda de água, é uma maneira de preservação e redução do desperdício dos alimentos que, além disso, não requerem o uso de conservantes para o seu aumento de tempo de vida útil. Sendo assim, este estudo se refere à descrição do projeto de um secador solar para a desidratação de alimentos, usando para isso o calor fornecido pela radiação solar, pois o Brasil é um dos países mais privilegiados em relação a incidência solar. O equipamento conta com placas fotovoltaicas para a conversão da energia solar em energia elétrica, sendo que esta movimenta ventiladores instalados na lateral do mesmo para melhor circulação do ar dentro do secador. Esta circulação do ar permite a retirada da umidade dentro do equipamento. A energia gerada com a ajuda das placas fotovoltaicas poderá ainda ser armazenada em uma bateria para o uso de acionamento de resistência, que estará instalada dentro do secador, para ser utilizada em dias com pouca incidência solar. Portanto, a sugestão de construção de um secador solar para a desidratação de alimentos é extremamente interessante, pois possibilita o aumento do tempo de vida útil dos alimentos. Este é de fácil montagem, utiliza fonte de energia renovável e devido a proposta de inserção de uma bateria para armazenar a energia extra para usos futuros, minimiza os problemas associados ao clima. Este utensílio pode ser considerado viável para ser utilizado por pequenos e médios agricultores.

Palavras-chaves: desperdício de alimentos; placas fotovoltaicas; radiação solar

INTRODUÇÃO

Pesquisas indicam que no geral, o desperdício doméstico é um dos responsáveis pela perda dos alimentos (1). Porém, sabe-se que a vida útil do alimento in-natura é geralmente muito baixa, sendo um dos motivos de desperdício doméstico. Na maioria dos países em desenvolvimento há falta de instalações para compostagem; sendo, assim cerca de 70% do desperdício de alimentos acaba em aterros sanitários (2). Este é um dado extremamente importante, visto que famílias de baixa renda, não possuem nem ao menos a necessidade básica que é a alimentação.

A desidratação de alimentos é uma das técnicas mais antigas de preservação, podendo ser utilizada para evitar o desperdício dos mesmos. Esta técnica envolve a evaporação de água que está na fase líquida, para a fase gasosa, por meio da aplicação de calor adicional (3). O Brasil é um dos países com maiores incidências de raios solares, por isso, o uso desta fonte renovável como calor adicional para a desidratação de alimentos é uma realidade (4).

Existem outros meios de desidratação de alimentos, como a estufa convencional, liofilização, secadores de bandejas, utilizando assim energia elétrica, ou até mesmo por queima de combustíveis fósseis, entre outros meios de desidratação.

Porém, pensando no pequeno e médio agricultor, estas técnicas citadas anteriormente, possuem alto custo, pois o preço da energia elétrica permanece em ascensão. Outros inconvenientes percebidos nestas técnicas citadas, estão na queima de combustíveis fósseis que colaboram para o efeito estufa devido à emissão de CO2 (dióxido de carbono). Além disso, estes meios de desidratação como as estufas, dependendo do seu tamanho, são estruturas estáticas, as quais o seu transporte torna-se inviável (5).

Outra maneira de desidratação dos alimentos é a secagem tradicional diretamente ao ar livre, porém, é necessário um longo tempo e dificilmente se atinge índices baixos de umidade. Por este motivo, o uso de secadores solares é viável, pois o alimento não fica exposto diretamente ao sol, devido ao vidro protetor contido no mesmo, e o tempo de secagem torna-se menor.

Neste sentido, o presente estudo relata o projeto de construção de um secador solar para alimentos por meio da investigação científica, utilizando materiais de fácil acesso, destinado a pequenos e médios agricultores.

MATERIAL E MÉTODOS

O método escolhido é o da secagem por exposição direta ao sol, utilizando um secador solar proposto. Esta proposta é uma adaptação do invento sugerido por Ndukwu et al. (2022) (6). O secador solar proposto deve conter placas fotovoltaicas para a captação da energia solar e conversão em energia elétrica. Sugere-se que o equipamento seja fabricado utilizando uma caixa de madeira pintada na cor preta, com paredes revestidas de fibras de cerâmica para isolamento térmico, e revestida por tijolo refratário, onde será possível manter a temperatura interna por determinado período de tempo.

As placas fotovoltaicas devem ser situadas nas laterais externas do secador, conforme a indicação dos itens 1 e 2 na Figura 1, conectadas a uma bateria (item 7, Figura 1).

Os ventiladores posicionados na lateral do secador, devem ser alternados, para entrada de ar na parte inferior e saída na parte superior, itens 4 e 5 respectivamente. Estes deverão estar ligados à uma bateria carregada (item 7, Figura 1) pelas placas fotovoltaicas.

O secador deve conter ainda uma chapa de aço inoxidável (item 3, Figura 1), para a deposição do alimento, e ser coberto com vidro transparente temperado (item 6), facilitando a entrada da radiação solar.

Na Figura 2, se encontra a parte lateral do secador solar, mostrando assim as ventoinhas (ventiladores) e seus respectivos detalhes, estas deverão conter uma tela também de aço inoxidável para evitar a entrada de interferentes que possam contaminar o alimento presente dentro da caixa. 

O item 8, Figura 2, está representando a resistência elétrica de um dos ventiladores, esta servirá para aumentar a temperatura interna do secador ajudando assim a desidratação dos alimentos a serem desidratados.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

O Brasil é composto por alta incidência solar e com vasto campo de floresta tropical. Devido a isso, as populações são predominantemente agrárias, e muitas famílias dependem do setor primário, isto é, da agricultura para sobreviver (7).

A agricultura pode ser definida como uma atividade econômica que engloba técnicas para o cultivo de plantas, para a obtenção principalmente de alimentos (6,7).

Sendo assim, pesquisas indicam que o agricultor familiar possui uma relação muito íntima com a terra, pois retiram o alimento de cada dia, e isso faz com que busquem novas formas de produção para alcançarem os seus objetivos (7,8).

No entanto, métodos utilizando a secagem diretamente ao sol aberto, método esse muito utilizado por pequenos agricultores, apresentam desvantagens, pois dificilmente irão perder uma quantidade significativa de umidade, além do alimento permanecer exposto a diversas contaminações externas, o que pode levar à perda de qualidade desse alimento.

Neste sentido, um diferente design de secador solar foi proposto no presente estudo, contendo vidro transparente temperado em sua parte superior, para evitar tais contaminações. Além disso, o uso de energia renovável é preferível ao invés do uso de combustíveis fósseis ou por eletricidade, que possui alto custo (6).

Com o uso de placas fotovoltaicas, também proposto no presente trabalho, a energia extra pode ser armazenada em uma bateria e a mesma utilizada em dias com pouca incidência de radiação solar.

Pesquisas indicam o uso de secadores solares para pequenos e médios agricultores, com o objetivo de reduzir substancialmente a perda e o desperdício de alimentos pelos consumidores, além de aumentar a fonte de renda destes agricultores (8).

Autores relatam, via experimentos realizados utilizando secadores solares, que estes podem atingir temperaturas em torno de 40 ºC, sendo este um comportamento muito importante, pois a temperatura afeta diretamente o processo de secagem. Além disso, puderam observar também, que utilizando secadores solares, a secagem pode preservar a qualidade nutricional do alimento (9).

Outros diferentes testes demonstraram, que os secadores solares são apropriados para a produção de frutas desidratadas e de qualidade. Em todos os casos, o uso de energia solar utilizando secadores levou a uma redução considerável do tempo de secagem e da umidade do alimento, em comparação com a secagem diretamente ao sol (8).

Pesquisas indicam que com o uso de secadores solares, é requerido um envolvimento mínimo durante a secagem, como por exemplo virar o alimento para que o mesmo seja desidratado por igual, sendo que o uso de grades vazadas de aço inoxidável (como sugerido no presente trabalho), evitam este tipo de transtorno, pois garantem uma secagem homogênea (10).

Além disso, utensílios de secagem solar geralmente requerem pouca manutenção, e podem ser utilizados para desidratar diversos tipos de frutas como damascos, cocos, tâmaras, figos, goiabas e ameixas, pois são frutas que secam facilmente, enquanto abacates, bananas e uvas são mais difíceis de desidratar (11,12). As frutas são boas opções para preservação utilizando a secagem, visto que elas são ricas em açúcares que agem preservando as frutas secas, além de realçar o seu sabor (10,13).

CONCLUSÕES

Portanto, o presente estudo relatou o projeto de construção de um secador solar destinado à desidratação de alimentos, com o objetivo de ser utilizado por pequenos e médios agricultores, para reduzir desperdícios e aumentar a sua fonte de renda. Pode-se afirmar que a facilidade de construção e de operacionalização, torna-se o projeto viável para desidratação, principalmente de frutas.

Com o objetivo de aumentar a temperatura interna do secador, e diminuir a umidade do alimento, foi proposta a inserção de ventiladores (exaustores) nas laterais do equipamento, pois estes exaustores removerão com maior facilidade a umidade do alimento a ser desidratado, e como este deverá ser fechado por uma tela, dificultará a entrada de insetos e poeira. Estes ventiladores serão movimentados também pela energia solar que será convertida em térmica, com o uso de placas fotovoltaicas, instaladas nas laterais do secador. A energia extra gerada, será armazenada em uma bateria, e poderá ser utilizada quando a incidência solar não estiver intensa. Com o uso de tijolos refratários, a temperatura interna do secador permanecerá maior e por muito mais tempo.

Portanto, para garantir a sustentabilidade ambiental, evitando o desperdício de alimentos, sugere-se aplicar este projeto e testar a desidratação de frutas, para que sua eficiência seja comprovada experimentalmente. Embora a presente pesquisa tenha sido um propósito, ou seja, um projeto de secador solar, foi possível criar propósito indicativo, criando as melhores condições de operações e avaliando via pesquisa científica, o seu potencial e eficiência.

REFERÊNCIAS

  1. Nguyen TT, Malek L, Umberger WJ, Connor PJO. Household food waste disposal behaviour is driven by perceived personal benefits, recycling habits and ability to compost. J. Clean. 2022;379:1–10.
  2. Pinto RB, Oduro-Kwarteng S, Hamidu JA, Essandoh HMK. Sensitivityofnutritionaland microbial contentof food wastestodrying Technologies. Sci. African. 2022;16:1–13.
  3. Iranshahi K, Onwude DT, Martynenko A, Defraeye T. Dehydration mechanisms in electrohydrodynamic drying of plant-based foods. Food Bioprod Process. 2022;131:202–216.
  4. Madhlopa A, Jones AS, Saka JDK. A solar air heater with composite-absorber systems for food dehydration. Renewable Energy. 2002;27:27–37.
  5. López-Vidaña EC, César-Munguía AL, García-Valladares O, Pilatowsky FI, Brito OR. Thermal performance of a passive, mixed-type solar dryer for tomato slices (Solanum lycopersicum). Ren Energ. 2020;147;845–855.
  6. Ndukwu MC, Ibeh MI, Etim P, Augustine CU, Ekop IE, Leonard A, Oriaku L, Abam F, Lamrani B, Simo-Tagne M, Bennamoun L. Assessment ofeco‐thermalsustainabilitypotentialof a cluster oflow‐cost solar dryer designs basedonexergeticsustainabilityindicatorsandearnedcarboncredit. Clea Ener Sys. 2022;3:1–10
  7. Lima AF, Silva EGA, Iwata BF. Agriculturas e agricultura familiar no Brasil: uma revisão de literatura.RevRetratAssent.2019;22:50–68.
  8. Messina S, González F, Saldaña C, Peña-Sandoval GR, Tadeo H, Juárez-Rosete CR, Nair PK. Solar powered dryers in agricultural produce processing for sustainablerural development worldwide: A case study from Nayarit-Mexico. Clea Circ Bioec. 2022;3:1–15.
  9. Krabch H, Tadili R, Idrissi A. Design, realizationandcomparisonofthree passive solar dryers. Orange dryingapplication for the Rabat site (Morocco). Res. Eng. 2022;15:1–11.
  10. Green MG, Schwarz D. Solar drying technology for food preservation. Infogate. 2001;1–9.
  11. Islam M, Islam MI, Tusar M, Limon AH. Effect of cover design on moisture removal rate of a cabinet type solar dryer for food drying application. Ener Proc. 2019;160:769–776.
  12. Belessiotis V, Delyannis E. Solar dring. Solar Energy. 2011;85:1665–1691
  13. Psiloglou BE, Kambezidis HD, Kaskaoutis DG, Karagiannis D, Polo JM. Comparison between MRM simulations, CAMS and PVGIS databases with measured solar radiation components at the Methoni station, Greece. Ren Energ. 2020;146:1372–1391.

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