Propriedades físicas, higroscópicas e aerodinâmicas de caroços de algodão com línter e deslintados

Abstract

Conhecer as propriedades físicas, higroscópicas e aerodinâmicas de produtos agrícolas é essencial para o adequado dimensionamento de equipamentos e operações de pós-colheita como secagem, aeração e transporte. Neste contexto, o presente conjunto de estudos avaliou a influência do teor de água nas características físicas, no comportamento higroscópico e na resistência ao fluxo de ar de caroços de algodão (Gossypium hirsutum L.), cultivar IMA 5801 B2RF, com línter e deslintado. Para a caracterização física, observou-se que a elevação do teor de água promoveu a expansão dimensional e o escurecimento do tegumento em ambos os produtos. A presença do línter influenciou significativamente o comportamento gravimétrico, enquanto a massa específica aparente dos caroços deslintados diminuiu com o aumento do teor de água, nos caroços com línter observou-se tendência oposta. A velocidade terminal aumentou linearmente com o teor de água para ambas as condições, sendo que os caroços deslintados demandaram maiores fluxos de ar para atingir a suspensão, operando sob maiores números de Reynolds. A presença do línter elevou significativamente o coeficiente de arrasto, evidenciando sua influência nas propriedades aerodinâmicas. Quanto ao equilíbrio higroscópico, as isotermas de sorção foram classificadas como Tipo III e o melhor ajuste dos dados experimentais foi obtido pelo modelo matemático Sigma-Copace. A presença do línter intensificou o fenômeno de histerese, atuando como barreira física à sorção. A análise termodinâmica revelou que o calor isostérico integral e a entropia diferencial diminuem com o aumento do teor de água, evidenciando a alta energia de ligação em baixos teores de água. A validação da teoria da compensação isocinética confirmou que o processo é controlado pela entalpia, em ambos os produtos. Por fim, a análise da resistência ao fluxo de ar em camada fixa demonstrou que a pressão estática varia linearmente com a altura do leito e de forma não linear com o fluxo de ar. Caroços com línter apresentaram maiores gradientes de pressão, refletindo maior resistência ao escoamento devido à rugosidade superficial e menor tamanho de poros, sendo este comportamento ajustado satisfatoriamente pelo modelo de Shedd. De forma geral, os resultados evidenciam que tanto o teor de água quanto a presença do línter exercem influência significativa sobre as propriedades físicas, higroscópicas e aerodinâmicas dos caroços de algodão e que conhecer as especificidades de cada produto fornece subsídios técnicos essenciais para o dimensionamento e a otimização de equipamentos e sistemas de pós-colheita. Palavras-chave: teor de água; modelos matemáticos; histerese; armazenamento; perda de cargaUnderstanding the physical, hygroscopic, and aerodynamic properties of agricultural products is essential for the proper sizing of post-harvest equipment and operations such as drying, aeration, and transportation. In this context, this set of studies evaluated the influence of water content on the physical characteristics, hygroscopic behavior, and airflow resistance of cottonseed (Gossypium hirsutum L.), cultivar IMA 5801 B2RF, with and without lint. For the physical characterization, we observed that increasing the water content promoted dimensional expansion and darkening of the seed coat in both products. The presence of lint significantly influenced the gravimetric behavior, while the apparent specific mass of the delinted seeds was affected by the increase in water content; in the seeds with lint, the opposite trend was observed. Terminal velocity increased linearly with water content for both conditions, with delinted lumps requiring higher airflows to reach suspension, operating under higher Reynolds numbers. The presence of lint was significantly the drag coefficient, highlighting its influence on aerodynamic properties. Regarding hygroscopic equilibrium, the classification isotherms were defined as Type III, and the best fit of the experimental data was obtained by the Sigma-Copace mathematical model. The presence of lint intensified the appearance of hysteresis, acting as a physical barrier to sorption. A thermodynamic analysis revealed that the integral isosteric heat and differential entropy decrease with increasing water content, highlighting the high binding energy at low water contents. Validation of the isokinetic compensation theory confirmed that the process is enthalpy-controlled in both products. Finally, an analysis of airflow resistance in a fixed layer demonstrated that static pressure varies linearly with bed height and non-linearly with airflow. Cottonseeds with linters exhibited higher pressure gradients, reflecting greater resistance to flow due to surface roughness and smaller pore size, a behavior satisfactorily fitted by the Shedd model. Overall, the results show that both the water theory and the presence of linters exert a significant influence on the physical, hygroscopic, and aerodynamic properties of cottonseeds, and that understanding the specific characteristics of each product provides essential technical support for the design and optimization of post-harvest equipment and systems. Keywords: moisture content; mathematical models; hysteresis; storage; pressure drop