Nome do Projeto
Monitoramento de CO2, temperatura e umidade relativa do ar no armazenamento de grãos
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/07/2024 - 31/07/2026
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Engenharias
Resumo
O Brasil tem se destacado como um dos principais produtores mundiais de grãos, sendo o maior produtor de arroz mundial fora do continente asiático. Porém ainda sofre com a falta de capacidade estática para armazenar toda a sua produção, havendo um déficit de mais de 100 milhões de toneladas. Nas últimas décadas, o desenvolvimento de tecnologias para monitorar e controlar o armazenamento se basearam nas alterações de temperatura da massa de grãos. Porém, no processo de respiração, os grãos eliminam dióxido de carbono (CO2), que pode ser mais rapidamente detectado do que a elevação da temperatura e servir como parâmetro de controle para processo de aeração dos grãos e diminuição da temperatura intergranular nos silos e armazéns. Este avanço tecnológico nos sistemas de termometria e controle da aeração de grãos pode ser um marco tecnológico, porém é necessário estudos que garantam a eficácia desta variável de controle. A hipótese deste projeto é que os sensores de CO2 podem detectar a deterioração dos grãos de arroz antes do aumento de temperatura, servindo de base para a tomada de decisão no controle da aeração. A metodologia proposta para investigar este problema é a de equipar silos experimentais com sensores de temperatura, umidade relativa do ar e CO2 para comparar as alterações na temperatura com a produção e concentração de CO2 na massa de grãos. Para tal, grãos de arroz com diferentes graus de umidade (12, 14 e 16%) serão monitorados ao longo de 1 ano em silos metálicos expostos as condições e intempéries ambientais. A qualidade dos grãos será avaliada ao longo do ano por: umidade dos grãos, rendimento de grãos inteiros, incidência de defeitos, teor de óleo, acidez, índice de peróxidos, condutividade elétrica, ɣ-orizanol, carotenóides e clorofilas. Além disso, serão verificados o consumo energético e o total de horas de aeração. A partir dos resultados, serão testados modelos matemáticos para predição da deterioração dos grãos de arroz.

Objetivo Geral

Um dos requisitos mais importantes para o armazenamento é controlar a umidade e a temperatura dos grãos para inibir o surgimento de fungos e insetos, regular a atividade fisiológica e manter a qualidade dos grãos. Para isto, a aeração dos grãos é um importante mecanismo de controle, por meio de sistemas de termometria. Porém, a detecção da elevação da temperatura dos grãos é lenta. Com isso, torna-se importante entender como o aumento da concentração de dióxido de carbono (CO2) pode ser rápida o controle da aeração, prevenir danos nos grãos armazenados e reduzir o custo energético.

Justificativa

O aprimoramento das operações de secagem e armazenamento de grãos possibilitou que sistemas de termometria automatizados fossem construídos para acionar os ventiladores dos silos e armazéns e promover a aeração massa de grãos, o que minimiza perdas qualitativas e quantitativas. Porém, com o avanço tecnológico, o controle da aeração por meio da concentração de CO2 pode garantir a manutenção da qualidade dos grãos armazenados. Para a comprovação e o desenvolvimento desta técnica é necessário estudos científicos.

Metodologia

Os grãos serão submetidos a operação de pré-limpeza, para eliminação de impurezas e matérias estranhas. Na secagem, realizada em secador de amostras estacionário, os grãos devem atingir umidade próxima a 13% (b.u.). A temperatura do ar utilizada foi de aproximadamente 35 ºC.
Os grãos serão acondicionados em silos cilíndricos metálicos experimentais. Os silos possuem diâmetro de 0,3 m e 1,0 m de altura, com aberturas para remoção de amostras. Os sensores de temperatura e umidade relativa serão dispostos a 25, 50 e 75 cm de profundidade da massa de grãos. Em cada uma das três profundidades, outros sensores de temperatura serão adicionados, sendo um sensor localizado no centro (15 cm da superfície externa da chapa), outro a 7,5 cm e outros colado na parte interna da chapa, de forma a verificar a distribuição de temperatura dentro do silo, totalizando 9 sensores. Além desses sensores de temperatura e umidade relativa do ar serão colocados na entrada de ar externo e na saída do silo. Na saída do silo, também será posicionado o sensor de CO2. O silo é dotado um ventilador para aeração e estarão dispostos na parte externa do laboratório, de forma a receber incidência de luz solar e temperatura e umidade relativa de ambiente externo ao laboratório. As amostras serão monitoradas e retiradas para análises ao longo de 1 ano de armazenamento.
As variáveis independentes serão a umidade dos grãos (12, 14 e 16%, b.u.) e o tempo (início, 3, 6, 9 e 12 meses).
_ Variáveis monitoradas
Com relação as variáveis dependentes, o monitoramento com aquisição de dados será constante ao longo de 1 ano para a geração de curvas de temperatura, umidade relativa do ar e CO2. O sistema de aeração será acionado quando necessário para diminuição da temperatura dos grãos dentro do silo. Ao acionar o ventilador de aeração, dados elétricos serão obtidos por meio de um medidor de qualidade de energia (MINIPA, ET-5062), a fim de obter a potência elétrica e a energia necessária para aerar a massa de grãos ao longo do tempo (número de horas de aeração).
_ Análises laboratoriais de qualidade dos grãos armazenados
A umidade dos grãos será realizada pelo método da estufa, mantendo a temperatura de 105±3 ºC, com circulação natural de ar por 24 h (Brasil, 2009).
Para a determinação do rendimento de grãos inteiros o processamento do arroz é realizado em uma máquina de beneficiamento de arroz (marca Zaccaria, modelo DTAZ1, Brasil). O rendimento de grãos inteiros e a quantificação de defeitos serão realizadas de acordo com a Instrução Normativa nº 06, de 18 de fevereiro de 2009 do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA) do Brasil (BRASIL, 2009).
O teor de lipídeos será obtido pelo método Ac 3-44 (1998) seguindo as normas da AOCS, pesando-se em cartuchos de 5 a 10 g de farinha integral, previamente moída em moinho de facas.
A determinação do índice de acidez do óleo e do índice de peróxidos serão determinados seguindo as normas da AOCS (1998), método Ca 5a-40 e Cd 8-53, respectivamente.
As medidas de cor serão efetuadas com o colorímetro (Minolta, CR-310, Osaka, Japan) usando a escala de Hunter L, a e b. O valor da luminosidade L (0.00 = preto, 100.00 = branco), valor a (+ = vermelho, − = verde), e o valor b (+ = amarelo, − = azul) será determinado para cada condição dos grãos (Pohndorf et al., 2018).
A condutividade elétrica (μS/cm) será determinada a partir de quatro repetições de 25 grãos de arroz, pesados e imersos em 75 mL de água (em béqueres de 250 mL), colocados em incubadora a 20 ◦C de temperatura constante e incubados por 24 h (ISTA, 2008). As soluções são agitadas suavemente e a condutividade elétrica é determinada a partir de uma solução não filtrada.
A germinação (%) será determinada utilizando quatro repetições de 100 grãos de arroz cada, distribuídos em papel germinador previamente umedecido com água. Os papéis germinativos serão colocados em câmara de germinação à 25 ◦C e 80% de umidade relativa por 8 dias (BRASIL, 2009).
O teor de carotenoides foi determinado de acordo com MPOB (2005), utilizando espectrofotômetro (Quimis, Q108, Brasil), onde as amostras foram diluídas em hexano, 10 % (m v-1) e as absorbâncias lidas a 446 nm.
O teor de clorofilas foi determinado de acordo com Sabah (2007), foram realizadas leituras de absorbância nos comprimentos de 630, 670 e 710 nm.
Na análise de γ-oryzanol, de acordo com Bucci et al. (2002), as amostras de óleo foram diluídas em álcool isopropílico e lidas em espectrofotômetro no comprimento de onda de 327 nm.

Indicadores, Metas e Resultados

(i) A partir dos resultados obtidos pretende-se gerar no mínimo 2 artigos científicos para serem publicados em periódicos internacionais e 1 em periódico nacional. com relevância na área. O primeiro artigo abordará os dados de monitoramento de temperatura, umidade relativa, CO2, umidade dos grãos, consumo de energia elétrica e horas de aeração, juntamente com suas correlações estatísticas. O segundo artigo abordará as alterações na qualidade dos grãos, ajustando modelos matemáticos para predição do comportamento. O terceiro seguirá um delineamento fatorial completo com a finalidade de gerar modelos matemáticos para otimização da aeração. Além disso, estão previstos pelo menos 4 resumos para publicação em congressos científicos nacionais e regionais.
(ii) elaboração de 2 artigos técnicos para publicação em magazines, bem como ministrar palestras sobre o tema em eventos técnicos da área.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ADAMO DE SOUSA ARAÚJO2
BRUNO ANTUNEZ SILVA
CRISTIAN DA SILVA MENDES
DANIEL DE CASTRO MACIEL2
EDUARDO LONGARAY ESPIRITO SANTO
EMERSON LIMA RIBEIRO
FELIPE BONDEZAM DA SILVA TOLEDO
GABRIEL RODRIGUES
JOAO GUILHERME TREVISAN SPAGNOLLO
LARISSA THAIS PREDIGER
MARCONI BOTELHO MARTINS
RICARDO SCHERER POHNDORF4
ROGER TOSCAN SPAGNOLO4
SAMUEL WACHHOLZ REICHOW
THAIS RUTZ

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