Revista Brasileira de Fruticultura (Mar 2008)
Simulação computacional aplicada ao desenvolvimento de embalagens para bananas Computational simulation for the development of packages for bananas
Abstract
Este trabalho propõe um método de projeto de embalagem para produtos hortícolas, buscando uma otimização integrada dos aspectos geométricos, estruturais e térmicos, ligados à facilitação do resfriamento e armazenamento refrigerado. Para o dimensionamento e otimização estrutural, foi utilizado o Método dos Elementos Finitos implementado pelo programa ANSYS, obtendo-se oito modelos virtuais de embalagens, com 10% e 14% de área efetiva de aberturas e geometria quadrada, retangular e circular. Para o desenvolvimento dos experimentos, que avaliaram a relação da área de aberturas com o tempo de sete-oitavos de resfriamento, foram construídos protótipos de tábuas de madeira (Pinnus elliotti) de reflorestamento. Nas embalagens, foram acondicionados aproximadamente 13 kg de banana variedade Nanica (Musa cavendishii, cultivar nanica), resfriada num túnel de ar forçado (vazão de ar de 0,32 m³ s-1, temperatura de 8,0±1,2ºC e umidade relativa de 84,5±2,6%). O tempo de resfriamento também foi comparado com aquele obtido quando a mesma quantidade de frutas foi resfriada em embalagens de papelão (2,5% de área efetiva de abertura) e madeira (18% de área efetiva de abertura). Os resultados demonstraram que, entre os protótipos propostos, não houve diferença significativa no tempo de resfriamento dos frutos acondicionados nas embalagens desenvolvidas, sendo o tempo médio de resfriamento de 40,71±2,81 min. Na comparação com as embalagens de papelão e madeira, houve diferenças significativas, sendo que as embalagens comerciais tiveram tempos de resfriamento de 1,25 e 2 vezes maiores. Concluiu-se que a simulação estrutural computacional, aliada a algoritmos de otimização, além de procedimentos experimentais ligados à cadeia do frio, são recursos promissores no auxílio de projetos para embalagens de transporte de produtos hortícolas.This study proposes a methodology for designing boxes for agricultural products based on computational simulation and experimental validation, seeking the integrated optimization of geometric, structural and thermal aspects associated with cooling and refrigerated storage. The Finite Element Method was used for structural dimensioning and optimization. It was implemented using the ANSYS program, obtaining eight virtual models with 10% and 14% of effective opening area with square, rectangular or circular geometry. In order to develop the experiments that evaluated the relation between effective opening area and seven-eighths cooling time, the prototypes were built using reforestation wood (Pinnus elliotti). Approximately 13 kg of bananas (Musa cavendishii cultivar nanica) were packed in the boxes and cooled in a forced-air tunnel (air flow of 0.32 m³ s-1, temperature of 8.0±1.2ºC and relative humidity of 84.5±2.6%). Cooling time was also compared with the one obtained when the same amount of bananas was cooled in the boxes used to transport and store bananas commercially (cardboard box with 2% of effective opening area and a wooden box called " torito" with 18% of effective opening area). The results showed no significant differences in cooling time of bananas packed in boxes with circular, square and rectangular opening, with average cooling time of 40.71±2.81 min. However, when compared with cardboard and torito boxes, there was a significant difference in cooling time of 1.25 to 2 times the time obtained with wooden boxes. In the structural optimization of the EC-60 box (twelve 60 mm in diameter side orifices and 10% of effective opening area); material volume was reduced in 67.3% in relation to the project initial conditions. In compression tests, the box rupture occurred at loads between 5.4 kN and 8.1 kN, values 3 to 4 times heavier than the imposed project condition (2.0 kN). The computational simulation with optimization algorithms associated with cooling time experiments are promising resources to help in the box design for transporting products.
Keywords
