Desidratador de frutas V4.2

Construção
1. Materiais
  1. Carcaça de microondas
  2. Bandejas de aço
  3. Termostato
  4. Resistência elétrica
  5. Fios
  6. Plug
  7. Circulador de ar
  8. Contator ou chave mestra
2. Montagem
  1. Usar a carcaça de um microondas
  2. Furamos a base de um ferro elétrico com resistência e parafusamos na abertura lateral da carcaça de microondas como nossa fonte de calor controlada pelo termostato.
  3. Fixamos o termostato na lateral e encaixamos a ponta dentro da máquina para controlar a temperatura dentro da máquina, fixamos em 70° com ajuda de um termômetro dentro da máquina.
  4. Usamos um contator para ligar os fios vindo da resistencia e do termostasto. Serve como intermediador do termostato com a resistência.
  5. Fixamos um cooler na lateral oposta da carcaça funcionando como exaustor para retirada de ar quente e vapor de dentro da máquina.
Princípios físicos
1. Principal: Convecção
  1. Basicamente a convecção térmica é umas das formas de propagação do calor que ocorre nos líquidos e gases, podendo-se citar ainda, somente a título elucidativo, outros dois processos de transferência de energia térmica, sendo eles a condução, que baseia-se na agitação das moléculas de corpos sólidos (ex: aquecimento do cabo de metal de uma panela no fogo; aquecimento de uma xícara contendo líquido quente) e a radiação, que baseia-se na emissão de ondas eletromagnéticas, ou ainda, nos movimentos de vibração dos átomos e moléculas (ex: energia solar; fogo de uma lareira). No presente trabalho nossa atenção esteve voltada ao princípio físico da convecção, que está intrinsicamente ligado ao processo de desidratação do produto alimentício escolhido (frutas) para a realização da pesquisa. Para que se possa ter uma melhor compreensão de como funciona o princípio físico em comento, imaginemos os fornos convencionais, elétricos ou a gás, que possuem sua chama ou aquecedor localizado na parte mais baixa do forno. Nesse sistema, o ar aquecido sobe, enquanto o ar mais frio desce, formando as correntes de convecção até que todo o forno fique na mesma temperatura. CÂMARA
    1. O mesmo princípio é aplicado aos aparelhos de ar-condicionado, que são instalados, geralmente, em locais altos, já que o ar frio que eles produzem é mais denso (pesado) que o ar ambiente, e com isso, o ar frio desce (corrente descendente), e o ar quente sobe (corrente ascendente), até que todo o cômodo esteja em equilíbrio térmico (mesma temperatura). O mesmo ocorre quando esquentamos água em um bule, a água aquecida sobe, enquanto a mais fria desce. Esse movimento repete-se até que a temperatura da água fique uniforme. Especificamente na desidratação, um fluxo de ar aquecido passa através da camada do produto, e durante o processo de secagem a umidade migra de seu interior para a superfície, de onde se evapora para o ambiente. Os produtos alimentícios desidratados (nesse caso as frutas) foram expostos a uma corrente de ar aquecido, e a transferência de calor do ar para o alimento ocorreu por convecção. Nesse processo o ar ambiente aquecido percorre a massa do produto, conduzindo calor e fazendo com que a água contida no alimento se evapore, ou seja, o calor do ar proporciona um aumento da temperatura do produto fornecendo o calor necessário para a vaporização da água nele contida. Ademais, aumentando-se a temperatura do ar ambiente contido na câmara interna do desidratador, a umidade relativa diminui e, consequentemente, sua capacidade de absorver umidade aumenta. No inicio do processo de desidratação, e por mais algum tempo depois, a água continua a evaporar com certa rapidez, porém, com o passar das horas ocorre a estabilização da curva de secagem, iniciando-se o período de velocidade decrescente da desidratação.
      1. A partir do ponto em que ocorre certa estabilização da curva de desidratação, inicia-se o período de velocidade decrescente de secagem do produto. Estas mudanças durante a desidratação podem, em grande parte, ser explicadas pelos fenômenos de transferência de calor e massa. Um alimento, no decorrer da secagem perderá umidade em suas superfícies, e desenvolverá gradualmente uma espessa camada seca, sendo que o restante da umidade ficará aprisionada no centro do alimento. Dessa forma, do centro para a superfície, um grau de variação de umidade será estabelecido, e em razão disso, a camada externa seca formará uma barreira isolante contra a transferência de calor para o interior do pedaço. Assim, além de ter a transferência de calor diminuída, a água restante no centro do alimento tem uma distância maior a percorrer até chegar a superfície do que a umidade superficial tinha no início da secagem. À medida que o alimento seca e atinge a umidade de equilíbrio, não se tem mais secagem e a velocidade de desidratação cai. Este é o fator principal na alteração da umidade do alimento, que contribui para dar forma à curva de secagem mostrada acima, lembrando que outros fatores podem contribuir para tanto, sobretudo, as peculiaridades de cada produto, onde as melhores condições de desidratação para um, raramente são as mesmas para outro.
      2. A base úmida, a base seca e a perda de umidade do produto após a desidratação, são determinadas respectivamente pelas equações a seguir: Perda de úmidade (%) = ( massa úmida- massa seca)/(massa úmida)*100 Em que: PU % perda de umidade com base na massa inicial do material Os teores inicial e final de umidade do material são determinados por %bu (base úmida) da fruta em natura, e são representados pela equação: Base úmida= (massa úmida- massa seca)/100
2. Termostato
  1. Para que a Convecção aconteça uma peça importante da máquina de desidratar frutas é o Termostato. Inventado pelo físico holandês Cornelius Drebbel, é um dispositivo destinado a manter a temperatura, pré estabelecida, constante de um determinado sistema, através de regulação atomática. Dotado de um sensor, que é um capilar metáico com um gás ou líquido interno, combina varições de temperatura com alterações de pressão acionando ou desligando, no caso do nosso equipamento a resistência. Assim, as variações de temperatura aturadas pelo fluido no recipiente principal são comunicadas ao bulbo a partir do tubo de ligação. Como o volume é fixo, a alteração nas faixas de controle provoca uma mudança na pressão, transmitindo para o elemento central. Dessa forma, essa variação provoca uma alteração no volume do recipiente, aumentando ou diminuindo a temperatura como forma de compensação dessas amplitudes diferentes. Enfim, é um sensor de temperatura a gás que faz uso do princípio da dilatação dos gases. Um gás ideal sofre expansão quando aquecido, mas, em local confinado, há a manutenção do seu volume e aumento da pressão. Assim, o sensor de temperatura a gás mede a pressão interna do sistema e consegue determinar a atmosfera correspondente de acordo com a unidade registrada.
3. Resistência Elétrica
  1. Resistência Elétrica (R ou r) é a capacidade de um condutor se opor e dificultar a passagem da corrente elétrica. Isto é conseguido através de resistores que transformam a energia elétrica em energia térmica. A resistência elétrica é medida em ohms (Ω). Seu cálculo é feito através da seguinte fórmula, que corresponde à primeira Lei de Ohm: R=U/I R = resistência elétrica U = diferença de potencial (ddp) I = intensidade da corrente elétrica
4. Leis de Ohm
  1. A primeira lei de ohm diz que um condutor mantido a uma temperatura constante terá uma intensidade elétrica (I) proporcional à diferença de potencial (U). Disto resulta a resistência elétrica também constante (R), ou seja, a corrente elétrica é proporcional à diferença de potencial que está sendo aplicada. Se a diferença de potencial elétrico (ddp) - o mesmo que voltagem - for baixa, a tendência é que a corrente elétrica seja baixa também. Se a ddp for alta, a corrente elétrica provavelmente será alta. O físico alemão Georg Ohm encontrou a segunda lei de ohm. Segundo essa lei, a resistência elétrica e a resistividade variam conforme o comprimento e a largura, e também conforme o material dos condutores. Sua fórmula é: R=(P.L)/A Em que: R = resistência elétrica ρ = resistividade L = comprimento A = Área Por isso, é importante frisar que enquanto o corpo concorre para a resistência, o material de que é feito esse corpo concorre para a resistividade. Um corpo mais comprido tem menos corrente elétrica, ao passo que um corpo menos comprido tem provavelmente mais corrente elétrica.
5. Resistividade
  1. Resistência e Resistividade são coisas diferentes. A resistência está associada ao corpo, enquanto a resistividade, por sua vez, se relaciona com o material de que é feito esse corpo. Um fio de metal é um corpo (fio) feito do material cobre (metal).
6. Efeito Joule
  1. Efeito Joule ou lei de Joule é um fenômeno da física que resulta na transformação de energia elétrica em energia térmica (calor). Também conhecido como efeito térmico, ele não absorve calor, mas sim, produz calor. O efeito joule é calculado através da seguinte fórmula: Q=i².R.t Em que: i: intensidade da corrente elétrica R: resistência elétrica t: tempo que a corrente leva para percorrer um condutor O efeito joule tem origem na absorção da energia pelos resistores por onde transitam, o que acontece do seguinte modo: Os elétrons da corrente se agitam, chocam os átomos dos condutores e os aquecem liberando calor. Graças aos resistores, que resistem à passagem da energia, a energia elétrica é transformada em energia térmica. É por esse motivo que muitos aparelhos têm resistores elétricos.
Objetivo
1. Principal
  1. Aprender física construindo um desidratador de frutas e legumes.
2. Secundário
  1. Elaborar um equipamento com a finalidade de desidratar o alimento para que se tenha maior tempo de conservação.
  2. Explicar os princípios físicos que agem no equipamento e no alimento.
Cronograma
1. Apresentação do fluxograma 29/09/2020
2. Compra de materiais 14/09/2020
3. Montegem do equipamento 19/10/2020
4. Resultado obtido 12/11/2020
5. Vídeo demonstrativo 20/11/2020
Legenda
1. Equipe
  1. Todos
  2. João Nunes Netto
  3. Viviane Rojo Baio
2. Niveis de conhecimento
  1. Ouvi falar
  2. Entendi
  3. Sei fazer com auxilio
  4. Sei fazer com autonomia
  5. Sei ensinar
Entrega
1. Vídeo
  1. Porque?
  2. O que fizemos?
  3. Como nos fizemos?
    1. Apresentando Informações
      1. Revisão
      2. Intgrodução
      3. Opiniões
      4. Debate em outros grupos
      5. Ajistes
      6. Estudo
      7. Elementos Analisdos
      8. Diretrizes apresentadas
      9. Andamento dos estudos
      10. Resultados
      11. Retorno financeiro
      12. Considerações do grupo
      13. Pessoais
      14. Desenvolvimento
      15. Estimativa e realidade de resultados
    2. Como montou o desidratador?
    3. Como funciona o desidratador?
    4. Estudo
      1. Montagem de Pesquisa
      2. Considerações em campo
      3. Analises
      4. Pesquisa
      5. Experimentos analisados
      6. Conclusões
  4. Edição
    1. Editor de vídeo Shotcut
Metodologia
1. ALIMENTO
  1. Escolha do alimento
    1. Alimentos maduros e fatiados para que o proceso de desidratação aconteça
  2. Processo de limpeza e preparo
    1. Lavar bem a casca e fatiar na mesma espessura para que tenha mesma porcentagem de perda de água.
  3. Conservação após a desidratação
    1. Em leituras achamos que o melhor método é guardar em vidros tampados, aumenta o tempo de conservação.
2. MEDIDAS
  1. Consumo de energia
    1. Com uso de amperimetro medimos a amperagem dos fios de condução de energia em 6,5 A
    2. Com uso de voltimetro medimos a tensão da rede em 127 V
    3. Multiplicando a tensão pela amperagem temos o valor da pontência em 825,5 W
    4. Com cronômetro verificamos o tempo que a máquina ficou em funcionamento em uma hora resultando em 20 min., e o tempo que ficou desligada em uma hora resultando em 40 min.
    5. No primeiro experimento com 100g de maça = 0,825 Kw dividido por 60 min. resulta em 0,01375 Kw/min., multiplicado pelo tempo ligada que é 20 min. resulta em 0,275 Kw, multiplicado pelo tempo total de desidratação que foram 2h30min., resulta em 0,7 Kw.
    6. Considerando o valor do Kw/h em R$0,35 gastou se aproximadamente R$ 0,25 no tempo de desidratação total.
    7. No segundo experimento com 100g de banana = 0,825 Kw dividido por 60 min. resulta em 0,01375 Kw/min., multiplicado pelo tempo ligada que é 20 min. resulta em 0,275 Kw, multiplicado pelo tempo total de desidratação que foram 5h., resulta em 1,4 Kw.
      1. Considerando o valor do Kw/h em R$0,35, gastou se aproximadamente R$0,50 no tempo de desidratação total.
    8. No terceiro experimento com 550g de maça e banana juntos= 0,825 Kw dividido por 60 min. resulta em 0,01375 Kw/min., multiplicado pelo tempo ligada que é 20 min. resulta em 0,275 Kw, multiplicado pelo tempo total de desidratação que foram 6h, resulta em 1,65 Kw.
      1. Considerando o valor do Kw/h em R$0,35 gastou se aproximadamente R$ 0,58 no tempo de desidratação total.
  2. Evaporação de água
    1. Pesar o alimento antes de colocar na máquina e a cada uma hora no processo de desiratação.
      1. No primeiro experiemento foi pesado 100g de maçã in natura para o processo de desidratação. Em 1h seu peso baixou para 44g. Em 2h baixou para 22g, E mais 30 min, baixou para 18g. Desidratou 82g de água.
      2. No segundo experiemento foi pesado 100g de banana in natura para o processo de desidratação. Em 1h seu peso baixou para 76g. Em 2h baixou para 59g, Em 3h baixou para 48g. Em 4h baixou para 38g, Em 5h baixou para 34g. Desidratou 66g de água.
      3. No terceiro experiemento foi pesado 550g de banana e maça in natura para o processo de desidratação. Em 1h seu peso baixou para 397g. Em 2h baixou para 273g, Em 3h baixou para 209g. Em 4h baixou para 169g, Em 5h baixou para 150g. Em 6h baixou para 146g. Desidratou 404g de água.
  3. Cálculo da convecção
    1. Na desidratação da maçã: Base úmida = (massa úmida - massa seca)/ (massa úmida) B.U = (100-18)/ (100) B.U= 82g/100g B.U= 0,82g ou 82% de água
    2. Na desidratação da banana: Base úmida = (massa úmida - massa seca)/ (massa úmida) B.U = (100-34)/ (100) B.U= 66g/100g B.U= 0,66g ou 66% de água