Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-03-27T17:42:36Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1607150 bytes, checksum: 3a928cb207392e4fa58369c328ec977c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-27T17:42:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1607150 bytes, checksum: 3a928cb207392e4fa58369c328ec977c (MD5) Previous issue date: 2014-08-26 / Objetivou-se com este trabalho estudar a transferência de calor e massa nas etapas do processo de torrefação do café pela cinética do aquecimento, da expansão volumétrica e a perda de massa dos grãos. Para diferenciar as cinéticas do aquecimento dos grãos foram empregadas quatro temperaturas iniciais do processo (290, 310, 345 e 380°C), que diminuíram devido às condições não isotérmicas da parede, em contato com os grãos. As cinéticas foram adaptadas a um modelo físico de aquecimento dos grãos, considerando que o calor transferido aos grãos é usado tanto para o aquecimento da massa quanto para a evaporação da água na superfície dos grãos. A cinética do aquecimento dos grãos foi ajustada adequadamente a torra dos grãos de café em função da temperatura do torrador. Observou-se nos primeiros minutos de torra que a temperatura dos grãos aumentou bruscamente, após um ponto de inflexão, atingiu uma tendência linear até o final do processo. A transferência de massa foi analisada pelas mudanças físicas causadas pelos gases liberados durante o processo tanto de vapor quanto de dióxido de carbono, o que permitiu separar o processo em duas etapas; de secagem e de torrefação. Foi desenvolvido um modelo matemático baseado na lei das reações químicas para representar o efeito dos gases na expansão volumétrica dos grãos e na transformação da massa seca. A cinética da expansão aparente e a de perda de massa seca do café dependeram diretamente da temperatura do torrador, pelo que foi adequadamente representado pelo modelo de Arrhenius, onde foram determinadas as respectivas energias de ativação para cada etapa. / The objective was to study heat and mass transfer during steps of roasting coffee process by kinetics of grain temperature, swelling and loss mass. The kinetics of grains temperature was associated to initial process temperature (290, 310, 345 and 380°C), which decreased due to non-isothermal conditions of wall in contact with coffee grains. The kinetics of grain temperature were adapted to physical model of heating, whereas the heat transferred to grain is used both for evaporation of water and for heating on the grain surface. The kinetic model of grain temperature was appropriately adjusted for temperature of coffee roaster. The grain temperature was increased sharply to an inflection point, after that, it was observed a linear trend by the end of process. The mass transfer was analyzed for physical changes in grains caused by gases released, as steam and as carbon dioxide, which separated the process in two steps, drying and roasting. A model based on the law of chemical reactions to represent the effect of gases in the volumetric expansion of grains and the transformation of organic mass was developed. The swelling kinetics and lost organic mass were directly depended of temperature roaster, so it was appropriately represented by the Arrehnius model which determined the activation energy for each step.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2016-08-15T17:13:31Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 960808 bytes, checksum: 4edae0aa6535a3b3d4c0843d70fa8c70 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-15T17:13:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 960808 bytes, checksum: 4edae0aa6535a3b3d4c0843d70fa8c70 (MD5) Previous issue date: 2016-02-20 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Objetivou-se com este trabalho avaliar e modelar as propriedades físicas do grão de café moca em diferentes condições de torra, além da avaliação de qualidade da bebida e posterior comparação ao grão de café convencional (chato). Foram utilizados grãos de café arábica com teor de água inicial de 0,104 kg a kg ms-1 , torrados em um torrador de queima de gás direto com cilindro rotativo a 45 rpm. Foram fixadas 5 temperaturas do ar no interior do cilindro (220, 240, 260, 280 e 300 oC) e o tempo de processamento de 10 minutos para fins de modelagem. Foram utilizadas amostras de 300 g. O teor de água e as propriedades físicas (volume, área superficial, massa específica) do grão foram determinadas a cada 20 s, e a cor ao final da torra. Modelos empíricos foram ajustados para representar a variação das propriedades em função do teor de água. Observou-se que o teor de água diminuiu linearmente durante à torra, tendendo à estabilização ao final do processo. Verificou-se o aumento das medidas características dos grãos com o tempo e temperatura de torra, caracterizando aumento volumétrico e área superficial dos mesmos. O aumento verificado foi de 98% e 58% respectivamente à 300oC. A expansão volumétrica foi modelada em relação ao teor de água, porém os modelos matemáticos sugeridos pela literatura não se ajustaram aos dados experimentais. Dessa forma, foi proposto um novo modelo intitulado Campos-Copace que se ajustou satisfatoriamente aos dados. Com relação à cor, quanto maior a temperatura de torra, maior o escurecimento dos grãos e intensificação da cor castanha. Foram, comparadas as propriedades físicas supracitadas aos grãos chatos e verificou-se que o moca perdeu menos água e consequentemente, menos massa, porém apresentou maior expansão volumétrica. Apesar de alguns dos modelos matemáticos anteriormente sugeridos (para expansão volumétrica) se ajustarem aos dados experimentais do café chato, Campos-Copace apresentou melhor ajuste que os demais; sendo assim, este modelo mais indicado para caracterizar a expansão volumétrica de café de uma forma geral. No teste de xícara realizado, observou-se que o grão chato apresentou melhor avaliação global de bebida e o grão moca apresentou melhor pontuação com relação à doçura. Dessa forma pode ser verificada a diferença entre os dois tipos de café e a influência das propriedades físicas no processo de qualidade final do produto. / The objective of this study was to evaluate and model the variation of physical properties of peaberry coffee bean in different roasting conditions, besides drink quality assessment and subsequent comparison to the conventional coffee bean (flat). Arabica coffee beans were used with an initial water content of 0.104 kga kgms-1. Was used a direct gas burning roaster with rotating cylinder 45 rpm. Were set 5 air temperature inside the cylinder (220, 240, 260, 280 and 300 ° C) and the 10 min processing time for modeling purposes. 300g of samples were used. The water content and physical properties (volume, surface area, density) of grains were determined each 20s, and color at the final roasting. Empirical models were adjusted to represent the variation of properties depending on the water content. It was observed that the water content decreases linearly during the roasting, tending to stabilize at the end of the process. There was a significant increase in grain characteristics measured with time and roasting temperature, featuring increased volume and surface area thereof. The increase was 98% and 58% respectively at 300 ° C. The volume expansion was modeled in relation to water content, but the mathematical models suggested in the literature did not fit the experimental data. Thus, a new model called Campos-Copace that satisfactorily fit the data has been proposed. With regard to the color, the higher the temperature roasting, the higher the blackening of the grains and intensifying the brown color. The above-mentioned physical properties were compared to flat grains and were found that the peaberry grains lost less water and hence less weight, but showed greater volumetric expansion. Although some of the mathematical models previously suggested (for volume expansion) fit to the experimental data of flat coffee, Campos- Copace showed better fit than the others; Thus, this most appropriate model to characterize the volumetric expansion of coffee in general. In the cup test conducted, it was observed that the flat grain beverage showed better overall evaluation and the peaberry coffee grain showed better score regarding sweetness. Thus it can be seen the difference between the two types of coffee and influence the physical properties in the final product quality process.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-03-14T14:45:52Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1652517 bytes, checksum: 653f0e87ef78050c473dd9ce375ca367 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-14T14:45:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1652517 bytes, checksum: 653f0e87ef78050c473dd9ce375ca367 (MD5) Previous issue date: 2015-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Objetivou-se com este trabalho avaliar e modelar a variação das propriedades físicas do grão de café em diferentes condições de torrefação e desenvolver um modelo físico capaz de estimar o perfil de temperatura no interior do grão durante o processo, levando em conta tais variações. Foram utilizados grãos de café arábica com teor de água inicial de 0,129 kg a kgms-1, torrados em um torrador de queima de gás direto com cilindro rotativo a 45 rpm. Foram fixadas 5 temperaturas do ar no interior do cilindro (200, 220, 240, 260 e 280 oC). Os grãos foram torrados de forma unitária, sendo suspensos no centro do tambor por um termopar que registrava a temperatura a cada 5 s. A convecção e a radiação foram os tipos de transferência de calor que dominaram o processo. O teor de umidade e as propriedades físicas (volume, área superficial, massa específica) do grão foram determinadas a cada 20 s. Modelos empíricos foram ajustados para representar a variação das propriedades em função do teor de água. Observou-se que a expansão volumétrica é isotrópica em temperaturas de torra maiores de 220 °C. A massa específica variou linearmente com a umidade, apresentando uma maior queda para a temperatura de 280 °C. Para a predição da temperatura do grão foram realizados duas análises: inicialmente uma análise concentrada, considerando uma temperatura homogênea dentro do grão, depois foi feito uma análise tendo em conta as diferenças espaciais de temperatura no interior do grão. Desenvolveu-se um modelo dinâmico discretizado pelo método das diferenças finitas levando em conta o fluxo endotérmico (gerado pela evaporação da água do grão), o fluxo exotérmico (gerado pelas reações de pirólise depois de 150 °C) e o fluxo de calor proporcional ao coeficiente global de transferência de calor (h) envolvendo a convecção e a radiação. O modelo foi ajustado aos dados experimentais de temperatura do grão e calculou-se o coeficiente global de transferência para cada temperatura de processo. Os valores de h variaram entre 60 e 110 W/m-2 °C-1 para a análise concentrado e entre 70 e 160 W/m-2 °C-1 para a análise espacial. As temperaturas estimadas pelo modelo mostraram um bom ajuste com os dados experimentais constituindo assim uma ferramenta complementar para o controle do processo em tempo real e para avaliar a influência das variáveis do processo na qualidade final do produto. / The aim of this study was to evaluate and model the variations of the physical properties of coffee bean in different roasting conditions and develop a physical model to estimate the temperature profile inside the grain during the process taking into account such variations. Arabica coffee beans with initial water content of 0.129 kg a kgms-1, were roasted in a drum roaster with direct gas burning at 45 rpm. Five temperatures were set to air inside the drum (200, 220, 240, 260 and 280 °C). Each grain was roasted as a unit, being suspended in the drum center by a thermocouple wich recorded the temperature every 5 seconds. Convection and radiation were the heat transfer mechanisms that dominated the process. The moisture content and the physical properties (volume, surface area, bulk density) of grain were measured every 20 s. Empirical models were adjusted to represent the variation of properties depending on the water content. It was observed that the volumetric expansion of the grain is isotropic at temperatures greater than 220 °C. Density varied linearly with moisture, with a further fall at temperature of 280 °C. For predicting the grain temperature two analyzes were conducted: initially a lumped analysis, considering a homogeneous temperature within the grain, after, an analysis was made taking into account the spatial distribution of temperature inside the grain. A dynamic model discretized by the finite differences method was develop taking into account the endothermic stream (generated by water evaporation), exothermic flux (generated by pyrolysis reactions after 150 °C) and the overall heat flow involving convection and radiation. The model was fitted to the experimental data of grain temperature. Then, the overall heat transfer coefficient for each process temperature was calculated. The h values ranged between 60 and 110 W/m2°C-1 for lumped analysis and between 70 and 160 W/m2°C-1 for spatial analysis. Temperatures estimated by the model showed a good fit with the experimental data thus constituting a complementary tool for the real-time control process and to evaluate the influence of process variables on the product quality.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-07-05T18:48:30Z No. of bitstreams: 1 textocompleto.pdf: 646194 bytes, checksum: 1281d551ac1c9f95504b335d91ece54f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-05T18:48:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 textocompleto.pdf: 646194 bytes, checksum: 1281d551ac1c9f95504b335d91ece54f (MD5) Previous issue date: 2018-03-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Estudos recentes demonstram que os efeitos das mudanças climáticas podem afetar a adequação climática ao café, sobretudo arábica (Coffea arabica L.) nas principais regiões produtoras. O aumento da temperatura e as mudanças nos padrões de precipitação poderão reduzir consideravelmente o rendimento e a qualidade de grãos, aumentando a pressão econômica principalmente sobre os agricultores familiares. Os sistemas agroflorestais (SAFs) têm se destacado como alternativa capaz de manter a sustentabilidade do cultivo de café frente à ocorrência de eventos climáticos extremos. Contudo, as condições de solo e microclima em cada SAF podem variar muito. O objetivo do trabalho foi avaliar a influência da macaúba na radiação solar incidente, microclima e aspectos agronômicos do cafeeiro. Foram coletados dados de cafeeiros cultivados em SAF localizado na Universidade Federal de Viçosa, correspondente aos tratamentos CE e CP (cafeeiros mais expostos e mais protegidos da radiação, respectivamente) e de cafeeiros cultivados a pleno sol, PS. Os sistemas foram caracterizados com relação à precipitação, incidência de radiação fotossinteticamente ativa, umidade do solo e temperatura do ar. Os dados agronômicos coletados nos cafeeiros (incremento na altura, diâmetro da copa e número de nós dos ramos plagiotrópicos no período experimental, potencial hídrico foliar em quatro datas, produção nos anos de 2016, 2017, média do biênio e rendimento de grãos em 2017) foram analisados através do software R, considerando nível de significância de 5%. Também foi realizada a classificação dos grãos por peneiras. As diferentes condições de radiação incidente no SAF alteram o microclima do sistema. As características agronômicas do cafeeiro são influenciadas, além da radiação incidente, pela competição por recursos entre o café e a macaúba, sobretudo hídricos / Recent studies have shown that climate change can affect the climatic suitability to coffee, mainly arabica (Coffea arabica L.) in the Brazilian main producing regions. Rising temperatures and changes in precipitation patterns could significantly reduce yield and grain quality, increasing economic pressure, especially on family farmers. The agroforestry systems (AGFs) have stood out as an alternative of maintaining the coffee cultivation sustainability in the face of the occurrence of extreme climatic events. However, soil and microclimate conditions in each SAF can greatly vary. The aim of this work was to evaluate the influence of macaw palm on incident solar radiation, microclimate and agronomic aspects of coffee. Data were collected from coffee plants grown in an AGF at Universidade Federal de Viçosa, corresponding to the treatments CE and CP (more exposed and more protected coffee trees from radiation, respectively) and from coffee plants grown under full sun, FS. The systems were characterized according to precipitation, incidence of photosynthetically active radiation, soil moisture and air temperature. The agronomic data collected on coffee trees (increment in height, crown diameter and number of plagiotropic branches nodes in the experimental period, leaf water potential in four dates, production in the years 2016, 2017, biennium average and grains: hulls yield in 2017) were analyzed via software R, considering a 5% level of significance. The classification of grains by sieves was also performed. Different conditions of incident radiation on the AGF changes the system microclimate. The agronomic characteristics of the coffee tree are influenced, besides the incident radiation, by resource competition between coffee and macaw palm, especially water and nutrients